專利名稱：制動構(gòu)件及粘結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粘結(jié)金屬基構(gòu)件和襯片的方法和由此方法得到的制動構(gòu)件。在此方法中，由于在粘結(jié)過程中不使用有機溶劑，它避免了有機氣體的產(chǎn)生和揮發(fā)，由此提供了一種環(huán)境友好的方法和穩(wěn)定的粘結(jié)質(zhì)量。更特別地，本發(fā)明涉及不會引起由于有機溶劑導致的污染的粘結(jié)金屬基構(gòu)件和襯片的方法，并且該方法能生成和由底漆處理和化學轉(zhuǎn)化組合得到的金屬基構(gòu)件和襯片相比具有同樣或更高的防銹性能和穩(wěn)定的粘合性的金屬基構(gòu)件和襯片，本發(fā)明還涉及由此方法得到的制動構(gòu)件。
背景技術(shù)：
在用于粘結(jié)金屬基構(gòu)件和襯片的相關(guān)技術(shù)方法中，將金屬基構(gòu)件經(jīng)歷包括如下步驟的的表面處理清潔步驟中的脫脂、除銹，酸洗步驟和化學轉(zhuǎn)化步驟，化學轉(zhuǎn)化步驟的涂覆，以及然后底漆處理以形成薄樹脂膜。以此方式，金屬基構(gòu)件能完全地增強它的防銹性能和對襯片的粘合性。
然而，所述底漆處理包括將金屬基構(gòu)件浸入含有溶于有機溶劑的樹脂的溶液的過程。作為這樣的有機溶劑，使用的是具有高揮發(fā)性的溶劑，例如MEK(甲乙酮)、甲醇和甲苯。此外，這些有機溶劑能從處理罐中大量地揮發(fā)。
此外，在處理過程中金屬基構(gòu)件通常懸掛在專用鉤上。當將該金屬基構(gòu)件進行底漆處理時，底漆會同時附到鉤子和金屬基構(gòu)件上。因此，鉤子需要經(jīng)?；蚨ㄆ诘赜糜袡C溶劑清洗以從該鉤子上除去底漆。在這一步中也需要使用大量的揮發(fā)性溶劑。
由于對VOC(揮發(fā)性有機化合物)的管制變得更加嚴格，在金屬基構(gòu)件表面處理步驟使用這樣的有機溶劑將會成為一個嚴重問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個或多個實施方案提供了一種環(huán)境友好的用于表面處理和粘結(jié)金屬基構(gòu)件和襯片的方法，該方法能夠在金屬基構(gòu)件的表面處理步驟中和粘結(jié)金屬基構(gòu)件和襯片的步驟中減少所需的因有機溶劑揮發(fā)而導致環(huán)境污染的有機溶劑，由此可以生產(chǎn)具有穩(wěn)定的粘結(jié)質(zhì)量的金屬基構(gòu)件和剎車片，并且其與通過相關(guān)技術(shù)方法得到的金屬基構(gòu)件和襯片相比具有相同或更高的防銹性能。
本發(fā)明的方法可以用于生產(chǎn)制動構(gòu)件，例如制動墊和制動塊，其可以安裝在例如車輛的制動裝置上。
在本發(fā)明的一個或多個實施方式中，當金屬基構(gòu)件在形成化學轉(zhuǎn)化涂層后，經(jīng)歷作為表面處理的陶瓷涂覆時，可以得到同相關(guān)技術(shù)底漆處理得到的產(chǎn)品相比具有相同或更高防銹性能的金屬基構(gòu)件和襯片的粘合產(chǎn)品，甚至當由底漆處理形成的樹脂膜的形成尚未進行時。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，制動構(gòu)件包括金屬基構(gòu)件；在該金屬基構(gòu)件表面上提供的化學轉(zhuǎn)化涂層；在該化學轉(zhuǎn)化涂層上提供的陶瓷涂層，其通過將帶有所述化學轉(zhuǎn)化涂層的金屬基構(gòu)件浸入陶瓷前體溶液中而形成；和在壓力下通過加熱粘結(jié)到所述陶瓷涂層的襯片。
在所述制動構(gòu)件中，金屬基構(gòu)件可以是鼓式制動器制動塊的塊主體，并且所述襯片可以是制動襯片。
在制動構(gòu)件中，金屬基構(gòu)件可以是盤式制動器制動墊的壓盤，并且所述襯片可以是制動襯片。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，將襯片粘結(jié)到金屬基構(gòu)件的方法包括金屬基構(gòu)件表面的脫脂，清洗，酸洗和然后在該金屬基構(gòu)件表面上形成化學轉(zhuǎn)化涂層的步驟；將具有所述化學轉(zhuǎn)化涂層的金屬基構(gòu)件浸入陶瓷前體溶液中形成陶瓷涂層的步驟；和在干燥該金屬基構(gòu)件后在熱和壓力下將襯片和粘結(jié)到所述金屬基構(gòu)件的步驟。
在本方法中，所述陶瓷前體溶液可以包括基于硅烷的，基于鈦的或基于鋁的金屬烷氧化物或基于硅烷的或基于鈦的偶聯(lián)劑和水溶性或可水乳化的熱塑性樹脂。
在本方法的粘結(jié)步驟中，具有陶瓷涂層的金屬基構(gòu)件可以粘結(jié)到襯片上，其中在它們之間沒有提供底漆層。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，從脫脂步驟到粘結(jié)步驟的預處理步驟可以只用不含有機溶劑的水溶性試劑處理進行以提供防銹性能，該防銹性能同利用化學轉(zhuǎn)化涂層和底漆處理組合的方法得到的防銹性能相比相同或更高。此外，由于本實施方式的方法無須底漆處理，可以避免掛鉤同有機物質(zhì)的附著，使得省去用溶劑清洗掛鉤變?yōu)榭赡堋?br> 此外，當陶瓷涂覆步驟包括將制動塊浸入含有基于硅烷的，基于鈦的或基于鋁的金屬烷氧化物或基于硅烷的或基于鈦的偶聯(lián)劑和水溶性或可水乳化的熱塑性樹脂的陶瓷前體溶液以進行陶瓷涂覆的步驟時，能增強具有粘合于其上的制動襯片的制動塊的強度。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點通過下面的描述和所附的權(quán)利要求將變得更加明顯。


圖1是用于說明本發(fā)明實施例1和比較例1中的制動材料主要生產(chǎn)步驟的流程圖。
具體實施例方式
以下將描述本發(fā)明的典型實施方案。
在以下描述的典型實施方案中，本發(fā)明的方法用于生產(chǎn)用于車輛制動器的制動構(gòu)件。除了四輪汽車外，所述車輛還包括兩輪車輛。車輛制動器帶有制動構(gòu)件。該制動構(gòu)件帶有金屬基構(gòu)件和襯片(lining)。在四輪汽車或兩輪車輛上使用的一種制動器——鼓式制動器中，所述制動構(gòu)件是制動塊，并且該制動塊(brake shoe)帶有塊主體和制動襯片。此外，在作為另一類型的盤式制動器中，所述制動構(gòu)件是制動墊，該制動墊帶有壓盤和制動襯片。
本發(fā)明的制動構(gòu)件不僅可以用于鼓式制動器的制動塊，而且可以用于各種的制動構(gòu)件如盤式制動器的制動墊。盡管在典型的實施方式中本發(fā)明用于制動塊，但本發(fā)明還可以用于在典型實施方式以外的制動構(gòu)件。
當將塊主體(金屬基構(gòu)件)進行化學轉(zhuǎn)化處理時，金屬表面形成磷酸鹽薄膜。磷酸鹽薄膜的形成能提高表面能以及粘結(jié)面積。
磷酸鹽膜的例子包括磷酸鐵膜，磷酸錳膜和磷酸鋅膜。
在磷酸鹽膜形成后，將塊主體浸入到預先制備的陶瓷前體溶液中，以恒定的速度從陶瓷前體溶液中取出，然后通過干燥步驟以進行陶瓷涂覆。
在典型實施方式中優(yōu)選使用的陶瓷前體是有機金屬陶瓷前體。這些有機金屬陶瓷前體在陶瓷工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中是公知的材料。這些材料可以是溶劑可溶固體、可熔固體和可固化液體的任一形式。此外，前面提及的前體可以是單體，低聚物和聚合物的任一形式。
適合于進行典型實施方式的有機金屬陶瓷前體粘合劑的例子包括單體，低聚物和聚合物。在此使用的術(shù)語“有機金屬”意思是指含有金屬-碳鍵的組合物。合適的金屬的例子既包括選自含有屬于IUPAC周期表的1到15族的元素的金屬，也包括選自非金屬的主族和過渡金屬。優(yōu)選的金屬和非金屬的例子包括鈦、鋯、硅和鋁。在這些金屬和非金屬中特別優(yōu)選的是硅。
單體形式的陶瓷前體能滿足實行典型實施方式的要求。然而，大多數(shù)具有滿意的陶瓷產(chǎn)率(也就是高于20％重量比)的能聚合成聚合物的單體的分子量都太低，以致在合適的干燥溫度下導致?lián)]發(fā)問題。這種單體的一個例子是乙烯基三甲基硅烷，它的沸點只有55℃。這種單體的固化，包括利用加熱/干燥方法生成陶瓷涂層，所需的溫度高于該單體的沸點。由此，該單體不適合本發(fā)明的方法?？偟膩碚f，單體對于生成涂層的過程揮發(fā)性太強了。因此，本發(fā)明使用的液體陶瓷前體優(yōu)選低聚物或聚合物。
適合于進行典型實施方式的有機金屬陶瓷前體優(yōu)選含有有機飽和基團例如烯基、炔基、環(huán)氧基、丙烯酸酯基和甲基丙烯酸酯基。當用熱或紫外線或激光能等形式的能量作用于有機金屬陶瓷前體以加速交聯(lián)時，這樣的基團能加速在有機不飽和基團的自由基或離子的交聯(lián)機理。這樣的交聯(lián)反應在熱分解后加速快速固化以生成具有高陶瓷產(chǎn)率的固化涂層。這樣的前體的特別的例子包括聚(丙烯酰氧基丙基甲基)硅氧烷，環(huán)氧丙氧基丙基甲基-甲基硅氧烷共聚物，聚乙烯基甲基硅氧烷，聚(甲基乙烯基)silazalane，1，2，5-三甲基-1，3，5-三乙烯基silazalane，1，3，5，7-四甲基-1，3，5，7-四乙烯基四silazalane，1，3，5-四乙烯基四甲基環(huán)四硅氧烷，三(乙烯基二甲基硅氧烷)甲基硅烷，三乙烯基甲基硅烷，和四乙氧基硅烷。
為了將塊主體浸入到陶瓷前體溶液中，將該塊主體懸掛在掛鉤上，然后將其放入到陶瓷前體溶液中。浸入1分鐘后，將該制動塊以恒定的速度，如800mm/min從陶瓷前體溶液中取出，干燥，然后加熱到100℃保持10分鐘以在其上形成涂層薄膜。
浸入可重復數(shù)次。在浸入進行數(shù)次的情況下，浸入可在具有不同組分和濃度的溶液中進行，這樣涂層可以被最終調(diào)節(jié)到所需的組成和厚度。在浸入過程中陶瓷前體溶液有可能粘到鉤子上。然而，由于粘接層薄膜的厚度只有數(shù)十到幾百納米，當鉤子用于下一次過程中的預處理(酸洗)時薄膜可以被分離除去。因此，陶瓷前體溶液的粘附不會象底漆處理那樣成為問題。
粘合劑可以涂覆在任何的塊主體和襯片上。在典型實施方式中，粘合劑涂布在制動襯片上。作為這樣的粘合劑，使用的粘合劑有溶劑型或粉末熱固性粘合劑。作為這樣的熱固性粘合劑，優(yōu)選使用復合型熱固性粘合劑。作為適合于以足夠的粘結(jié)力將金屬表面粘結(jié)到多孔材料復合型熱固性粘合劑，可作為例子的有熱固性樹脂改性的熱固性粘合劑或彈性體改性的熱固性粘合劑。
這里使用的熱固性樹脂改性的熱固性粘合劑的例子有聚乙烯醇縮丁醛/酚醛，聚乙烯醇縮甲醛/酚醛，尼龍/酚醛，聚醋酸乙烯酯/酚醛，聚酰胺/環(huán)氧樹脂，丙烯酸酯/環(huán)氧樹脂，苯胺/環(huán)氧樹脂和聚酯/環(huán)氧樹脂。
這里使用的彈性體改性的熱固性粘合劑的例子有丁腈橡膠/酚醛，氯丁膠/酚醛，硅橡膠/酚醛，聚氨酯/酚醛，丁腈橡膠/環(huán)氧樹脂和聚氨酯/環(huán)氧樹脂。
這里可以使用的酚醛樹脂有可熔酚醛樹脂或含有六胺的線型酚醛樹脂。作為分散粉末粘合劑的靜電步驟，可以使用外部靜電方式(電暈放電槍)或內(nèi)部靜電方式(摩擦起電槍)。
當使用該帶電方式使熱塑性粘合劑顆粒附著到制動襯片上時，粘合劑的百分比回收率能提高到約90％。
此外，顆粒(粉末)狀粘合劑的使用使得消除所需的溶劑變得可能，避免了環(huán)境污染，減少了干燥粘合劑步驟所需的時間，并避免了強度的下降。
盡管前面所述的粘結(jié)方法使用的是顆粒粘合劑，但其它形式的粘合劑也可以使用使得粘結(jié)更容易。
在相關(guān)的領(lǐng)域工藝技術(shù)中，已經(jīng)實現(xiàn)了在制動塊的表面用底漆涂布后，將表面處理過的塊主體和涂有粘合劑的襯片彼此粘結(jié)在一起。然而在典型實施方案中，在塊主體上沒有底漆層的情況下，塊主體和襯片在有粘合劑帶時能立即在壓力下加熱得到兩個部件的粘合產(chǎn)品。塊主體上沒有底漆層時兩個部件間的粘結(jié)力也是足夠大的。
粘合劑的固化優(yōu)選在溫度為150℃到300℃和壓力為0.5到1.5MPa下進行1分鐘到10小時，更優(yōu)選在溫度為180℃到250℃和壓力為0.8到1.0MPa下進行10分鐘到2小時。
實施例在下面的實施例中本發(fā)明將被進一步詳細描述，但本發(fā)明并不局限到此。
(1)塊主體上陶瓷涂層的形成實施例1將塊主體經(jīng)歷化學轉(zhuǎn)化涂覆后形成磷酸鐵薄膜(膜重0.4-0.8g/m2)，浸入按下面方法預先制備的陶瓷前體溶液中，然后在100℃下干燥10min。
陶瓷前體溶液按如下方法制備用水作為溶劑按摩爾比1∶4混合TEOS(四乙氧基硅烷)和醋酸，向混合物中加入PVA(聚乙烯醇)直到其在涂層中的含量達到5wt％，然后在70℃下濃縮混合物3小時直到前體的濃度達到1mol/l。
在將塊主體浸入到陶瓷前體溶液中后，以恒定的速度(800mm/min)從中取出以在其上形成涂層。
對比例1為作比較，將具有在其上形成的磷酸鐵膜(膜重0.4-0.8g/m2)的塊主體進行底漆處理。
底漆由聚乙烯醇縮丁醛改性的酚醛樹脂組成，厚度為2μm-7μm。
(2)塊-襯片粘結(jié)產(chǎn)品的生產(chǎn)將如此表面處理的塊主體和在其上具有粘合劑涂覆的襯片用膠粘帶在8kg/cm2壓力、200℃下持續(xù)1小時使彼此粘結(jié)在一起，以制備粘結(jié)產(chǎn)品。
粘合劑PL-605-50(由THE YOKOHAMA RUBBER CO.，LTD.生產(chǎn))(丁腈橡膠改性的酚醛樹脂)實施例1和對比例1的流程圖如附圖1所示。
(3)耐腐蝕性和粘結(jié)性評價實施例1和比較例1中制備的粘結(jié)產(chǎn)品的耐腐蝕性和粘結(jié)性評價結(jié)果分別在表1和2中列出。
從耐腐蝕性評價的結(jié)果可以看出，當用作四輪汽車中的鼓的鼓式制動器時，由本發(fā)明的表面處理和粘結(jié)方法得到的制動構(gòu)件(具有粘結(jié)在其上的襯片的塊主體)性能非常好，以致它不會經(jīng)歷導致腐蝕的生銹等。
進一步的結(jié)果表明，實施例1中的制動器具有和對比例相同的耐腐蝕性和粘結(jié)性。
盡管在本實施例中，本發(fā)明應用于鼓式制動器的制動構(gòu)件，但當本發(fā)明用于盤式制動器的制動構(gòu)件(制動墊)時也有類似的效果。
表1耐腐蝕性評價結(jié)果(連續(xù)鹽霧試驗JIS)

表2 剪切試驗結(jié)果(JASO)(單位MPa)

根據(jù)用于粘結(jié)本發(fā)明金屬基構(gòu)件和襯片的方法以及由此方法得到的制動構(gòu)件，任一步驟都無需使用會產(chǎn)生揮發(fā)氣體引起環(huán)境污染的有機溶劑。因此，本發(fā)明的粘結(jié)方法可以在適合于環(huán)境保護的條件下進行。此外，還能得到耐腐蝕性優(yōu)異和高粘結(jié)性的制動器。由此生產(chǎn)的制動器預計可廣泛應用于客車、工業(yè)機械、鐵路車輛、兩輪車輛等領(lǐng)域。
顯而易見的是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，所述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案可作多種的改進和變化，但這并不會偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，要注意的是本發(fā)明包括所有的同所附權(quán)利要求及其等價描述的范圍相一致的改進和變化。
權(quán)利要求
1.制動構(gòu)件，其包括金屬基構(gòu)件；在該金屬基構(gòu)件表面上提供的化學轉(zhuǎn)化涂層；陶瓷涂層，該陶瓷涂層在該化學轉(zhuǎn)化涂層上提供，并通過將具有該化學轉(zhuǎn)化涂層的金屬基構(gòu)件浸入到陶瓷前體溶液中形成；以及通過在壓力下加熱而粘結(jié)在該陶瓷涂層上的襯片。
2.如權(quán)利要求1所述的制動構(gòu)件，其中所述的金屬基構(gòu)件包括鼓式制動器制動塊的塊主體，和所述的襯片包含制動襯片。
3.如權(quán)利要求1所述的制動構(gòu)件，其中所述的金屬基構(gòu)件包括盤式制動器制動墊的壓盤，和所述的襯片包含制動襯片。
4.一種將襯片粘結(jié)到金屬基構(gòu)件上的方法，其包括金屬基構(gòu)件表面的脫脂、清洗、酸洗和然后在該金屬基構(gòu)件表面上形成化學轉(zhuǎn)化涂層；將具有該化學轉(zhuǎn)化涂層的金屬基構(gòu)件浸入陶瓷前體溶液中以形成陶瓷涂層；以及將所述金屬基構(gòu)件干燥后，在加熱和壓力下將襯片粘結(jié)到該金屬基構(gòu)件上。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述的陶瓷前體溶液包括基于硅烷的，基于鈦的或基于鋁的金屬烷氧化物或基于硅烷的或基于鈦的偶聯(lián)劑和水溶性或可水乳化的熱塑性樹脂。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在粘結(jié)步驟中，將具有陶瓷涂層的金屬基構(gòu)件粘結(jié)到襯片上，其中在它們之間沒有底漆層。
全文摘要
在具有與制動塊粘結(jié)在一起的制動襯片的制動構(gòu)件中，所述制動塊具有在其表面上提供的化學轉(zhuǎn)化涂層，和在所述化學轉(zhuǎn)化涂層上提供的通過在陶瓷前體溶液中浸漬形成的陶瓷涂層。在壓力下通過加熱將制動襯片粘結(jié)到所述陶瓷涂層上。用于粘結(jié)制動襯片和制動塊的方法包括制動塊表面的脫脂，清洗，酸洗，以及然后在上面形成化學轉(zhuǎn)化涂層的步驟；將具有在其上形成的化學轉(zhuǎn)化涂層的制動塊浸入陶瓷前體溶液以進行陶瓷涂覆的步驟；和在熱和壓力下將干燥的制動襯片粘結(jié)到制動塊上的步驟。
文檔編號B05D7/24GK101046233SQ20071008689
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者出井浩, 栗原生, 須貝幸廉, 菊地克浩, 青柳佳宏 申請人:曙制動器工業(yè)株式會社