CN101046233A - 制动构件及粘结方法 - Google Patents

Abstract

在具有与制动块粘结在一起的制动衬片的制动构件中，所述制动块具有在其表面上提供的化学转化涂层，和在所述化学转化涂层上提供的通过在陶瓷前体溶液中浸渍形成的陶瓷涂层。在压力下通过加热将制动衬片粘结到所述陶瓷涂层上。用于粘结制动衬片和制动块的方法包括制动块表面的脱脂，清洗，酸洗，以及然后在上面形成化学转化涂层的步骤；将具有在其上形成的化学转化涂层的制动块浸入陶瓷前体溶液以进行陶瓷涂覆的步骤；和在热和压力下将干燥的制动衬片粘结到制动块上的步骤。

Description

制动构件及粘结方法

本申请要求2006年3月31日提交的日本专利申请2006-100653和2007年1月30日提交的日本专利申请2007-019761的外国优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及粘结金属基构件和衬片的方法和由此方法得到的制动构件。在此方法中，由于在粘结过程中不使用有机溶剂，它避免了有机气体的产生和挥发，由此提供了一种环境友好的方法和稳定的粘结质量。更特别地，本发明涉及不会引起由于有机溶剂导致的污染的粘结金属基构件和衬片的方法，并且该方法能生成和由底漆处理和化学转化组合得到的金属基构件和衬片相比具有同样或更高的防锈性能和稳定的粘合性的金属基构件和衬片，本发明还涉及由此方法得到的制动构件。

背景技术

在用于粘结金属基构件和衬片的相关技术方法中，将金属基构件经历包括如下步骤的的表面处理：清洁步骤中的脱脂、除锈，酸洗步骤和化学转化步骤，化学转化步骤的涂覆，以及然后底漆处理以形成薄树脂膜。以此方式，金属基构件能完全地增强它的防锈性能和对衬片的粘合性。

然而，所述底漆处理包括将金属基构件浸入含有溶于有机溶剂的树脂的溶液的过程。作为这样的有机溶剂，使用的是具有高挥发性的溶剂，例如MEK(甲乙酮)、甲醇和甲苯。此外，这些有机溶剂能从处理罐中大量地挥发。

此外，在处理过程中金属基构件通常悬挂在专用钩上。当将该金属基构件进行底漆处理时，底漆会同时附到钩子和金属基构件上。因此，钩子需要经常或定期地用有机溶剂清洗以从该钩子上除去底漆。在这一步中也需要使用大量的挥发性溶剂。

由于对VOC(挥发性有机化合物)的管制变得更加严格，在金属基构件表面处理步骤使用这样的有机溶剂将会成为一个严重问题。

发明内容

本发明的一个或多个实施方案提供了一种环境友好的用于表面处理和粘结金属基构件和衬片的方法，该方法能够在金属基构件的表面处理步骤中和粘结金属基构件和衬片的步骤中减少所需的因有机溶剂挥发而导致环境污染的有机溶剂，由此可以生产具有稳定的粘结质量的金属基构件和刹车片，并且其与通过相关技术方法得到的金属基构件和衬片相比具有相同或更高的防锈性能。

本发明的方法可以用于生产制动构件，例如制动垫和制动块，其可以安装在例如车辆的制动装置上。

在本发明的一个或多个实施方式中，当金属基构件在形成化学转化涂层后，经历作为表面处理的陶瓷涂覆时，可以得到同相关技术底漆处理得到的产品相比具有相同或更高防锈性能的金属基构件和衬片的粘合产品，甚至当由底漆处理形成的树脂膜的形成尚未进行时。

根据本发明的一个或多个实施方式，制动构件包括：金属基构件；在该金属基构件表面上提供的化学转化涂层；在该化学转化涂层上提供的陶瓷涂层，其通过将带有所述化学转化涂层的金属基构件浸入陶瓷前体溶液中而形成；和在压力下通过加热粘结到所述陶瓷涂层的衬片。

在所述制动构件中，金属基构件可以是鼓式制动器制动块的块主体，并且所述衬片可以是制动衬片。

在制动构件中，金属基构件可以是盘式制动器制动垫的压盘，并且所述衬片可以是制动衬片。

此外，根据本发明的一个或多个实施方式，将衬片粘结到金属基构件的方法包括：金属基构件表面的脱脂，清洗，酸洗和然后在该金属基构件表面上形成化学转化涂层的步骤；将具有所述化学转化涂层的金属基构件浸入陶瓷前体溶液中形成陶瓷涂层的步骤；和在干燥该金属基构件后在热和压力下将衬片和粘结到所述金属基构件的步骤。

在本方法中，所述陶瓷前体溶液可以包括基于硅烷的，基于钛的或基于铝的金属烷氧化物或基于硅烷的或基于钛的偶联剂和水溶性或可水乳化的热塑性树脂。

在本方法的粘结步骤中，具有陶瓷涂层的金属基构件可以粘结到衬片上，其中在它们之间没有提供底漆层。

根据本发明的一个或多个实施方式，从脱脂步骤到粘结步骤的预处理步骤可以只用不含有机溶剂的水溶性试剂处理进行以提供防锈性能，该防锈性能同利用化学转化涂层和底漆处理组合的方法得到的防锈性能相比相同或更高。此外，由于本实施方式的方法无须底漆处理，可以避免挂钩同有机物质的附着，使得省去用溶剂清洗挂钩变为可能。

此外，当陶瓷涂覆步骤包括将制动块浸入含有基于硅烷的，基于钛的或基于铝的金属烷氧化物或基于硅烷的或基于钛的偶联剂和水溶性或可水乳化的热塑性树脂的陶瓷前体溶液以进行陶瓷涂覆的步骤时，能增强具有粘合于其上的制动衬片的制动块的强度。

本发明的其他特征和优点通过下面的描述和所附的权利要求将变得更加明显。

附图说明

图1是用于说明本发明实施例1和比较例1中的制动材料主要生产步骤的流程图。

具体实施方式

以下将描述本发明的典型实施方案。

在以下描述的典型实施方案中，本发明的方法用于生产用于车辆制动器的制动构件。除了四轮汽车外，所述车辆还包括两轮车辆。车辆制动器带有制动构件。该制动构件带有金属基构件和衬片(lining)。在四轮汽车或两轮车辆上使用的一种制动器——鼓式制动器中，所述制动构件是制动块，并且该制动块(brake shoe)带有块主体和制动衬片。此外，在作为另一类型的盘式制动器中，所述制动构件是制动垫，该制动垫带有压盘和制动衬片。

本发明的制动构件不仅可以用于鼓式制动器的制动块，而且可以用于各种的制动构件如盘式制动器的制动垫。尽管在典型的实施方式中本发明用于制动块，但本发明还可以用于在典型实施方式以外的制动构件。

当将块主体(金属基构件)进行化学转化处理时，金属表面形成磷酸盐薄膜。磷酸盐薄膜的形成能提高表面能以及粘结面积。

磷酸盐膜的例子包括磷酸铁膜，磷酸锰膜和磷酸锌膜。

在磷酸盐膜形成后，将块主体浸入到预先制备的陶瓷前体溶液中，以恒定的速度从陶瓷前体溶液中取出，然后通过干燥步骤以进行陶瓷涂覆。

在典型实施方式中优选使用的陶瓷前体是有机金属陶瓷前体。这些有机金属陶瓷前体在陶瓷工业技术领域中是公知的材料。这些材料可以是溶剂可溶固体、可熔固体和可固化液体的任一形式。此外，前面提及的前体可以是单体，低聚物和聚合物的任一形式。

适合于进行典型实施方式的有机金属陶瓷前体粘合剂的例子包括单体，低聚物和聚合物。在此使用的术语“有机金属”意思是指含有金属-碳键的组合物。合适的金属的例子既包括选自含有属于IUPAC周期表的1到15族的元素的金属，也包括选自非金属的主族和过渡金属。优选的金属和非金属的例子包括钛、锆、硅和铝。在这些金属和非金属中特别优选的是硅。

单体形式的陶瓷前体能满足实行典型实施方式的要求。然而，大多数具有满意的陶瓷产率(也就是高于20％重量比)的能聚合成聚合物的单体的分子量都太低，以致在合适的干燥温度下导致挥发问题。这种单体的一个例子是乙烯基三甲基硅烷，它的沸点只有55℃。这种单体的固化，包括利用加热/干燥方法生成陶瓷涂层，所需的温度高于该单体的沸点。由此，该单体不适合本发明的方法。总的来说，单体对于生成涂层的过程挥发性太强了。因此，本发明使用的液体陶瓷前体优选低聚物或聚合物。

适合于进行典型实施方式的有机金属陶瓷前体优选含有有机饱和基团例如烯基、炔基、环氧基、丙烯酸酯基和甲基丙烯酸酯基。当用热或紫外线或激光能等形式的能量作用于有机金属陶瓷前体以加速交联时，这样的基团能加速在有机不饱和基团的自由基或离子的交联机理。这样的交联反应在热分解后加速快速固化以生成具有高陶瓷产率的固化涂层。这样的前体的特别的例子包括聚(丙烯酰氧基丙基甲基)硅氧烷，环氧丙氧基丙基甲基-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环四硅氧烷，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。

为了将块主体浸入到陶瓷前体溶液中，将该块主体悬挂在挂钩上，然后将其放入到陶瓷前体溶液中。浸入1分钟后，将该制动块以恒定的速度，如800mm/min从陶瓷前体溶液中取出，干燥，然后加热到100℃保持10分钟以在其上形成涂层薄膜。

浸入可重复数次。在浸入进行数次的情况下，浸入可在具有不同组分和浓度的溶液中进行，这样涂层可以被最终调节到所需的组成和厚度。在浸入过程中陶瓷前体溶液有可能粘到钩子上。然而，由于粘接层薄膜的厚度只有数十到几百纳米，当钩子用于下一次过程中的预处理(酸洗)时薄膜可以被分离除去。因此，陶瓷前体溶液的粘附不会象底漆处理那样成为问题。

粘合剂可以涂覆在任何的块主体和衬片上。在典型实施方式中，粘合剂涂布在制动衬片上。作为这样的粘合剂，使用的粘合剂有溶剂型或粉末热固性粘合剂。作为这样的热固性粘合剂，优选使用复合型热固性粘合剂。作为适合于以足够的粘结力将金属表面粘结到多孔材料复合型热固性粘合剂，可作为例子的有热固性树脂改性的热固性粘合剂或弹性体改性的热固性粘合剂。

这里使用的热固性树脂改性的热固性粘合剂的例子有聚乙烯醇缩丁醛/酚醛，聚乙烯醇缩甲醛/酚醛，尼龙/酚醛，聚醋酸乙烯酯/酚醛，聚酰胺/环氧树脂，丙烯酸酯/环氧树脂，苯胺/环氧树脂和聚酯/环氧树脂。

这里使用的弹性体改性的热固性粘合剂的例子有丁腈橡胶/酚醛，氯丁胶/酚醛，硅橡胶/酚醛，聚氨酯/酚醛，丁腈橡胶/环氧树脂和聚氨酯/环氧树脂。

这里可以使用的酚醛树脂有可熔酚醛树脂或含有六胺的线型酚醛树脂。作为分散粉末粘合剂的静电步骤，可以使用外部静电方式(电晕放电枪)或内部静电方式(摩擦起电枪)。

当使用该带电方式使热塑性粘合剂颗粒附着到制动衬片上时，粘合剂的百分比回收率能提高到约90％。

此外，颗粒(粉末)状粘合剂的使用使得消除所需的溶剂变得可能，避免了环境污染，减少了干燥粘合剂步骤所需的时间，并避免了强度的下降。

尽管前面所述的粘结方法使用的是颗粒粘合剂，但其它形式的粘合剂也可以使用使得粘结更容易。

在相关的领域工艺技术中，已经实现了在制动块的表面用底漆涂布后，将表面处理过的块主体和涂有粘合剂的衬片彼此粘结在一起。然而在典型实施方案中，在块主体上没有底漆层的情况下，块主体和衬片在有粘合剂带时能立即在压力下加热得到两个部件的粘合产品。块主体上没有底漆层时两个部件间的粘结力也是足够大的。

粘合剂的固化优选在温度为150℃到300℃和压力为0.5到1.5MPa下进行1分钟到10小时，更优选在温度为180℃到250℃和压力为0.8到1.0MPa下进行10分钟到2小时。

实施例

在下面的实施例中本发明将被进一步详细描述，但本发明并不局限到此。

(1)块主体上陶瓷涂层的形成

实施例1

将块主体经历化学转化涂覆后形成磷酸铁薄膜(膜重：0.4-0.8g/m²)，浸入按下面方法预先制备的陶瓷前体溶液中，然后在100℃下干燥10min。

陶瓷前体溶液按如下方法制备：用水作为溶剂按摩尔比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)直到其在涂层中的含量达到5wt％，然后在70℃下浓缩混合物3小时直到前体的浓度达到1mol/l。

在将块主体浸入到陶瓷前体溶液中后，以恒定的速度(800mm/min)从中取出以在其上形成涂层。

对比例1

为作比较，将具有在其上形成的磷酸铁膜(膜重：0.4-0.8g/m²)的块主体进行底漆处理。

底漆由聚乙烯醇缩丁醛改性的酚醛树脂组成，厚度为2μm-7μm。

(2)块-衬片粘结产品的生产

将如此表面处理的块主体和在其上具有粘合剂涂覆的衬片用胶粘带在8kg/cm2压力、200℃下持续1小时使彼此粘结在一起，以制备粘结产品。

粘合剂：PL-605-50(由THE YOKOHAMA RUBBER CO.，LTD.生产)(丁腈橡胶改性的酚醛树脂)

实施例1和对比例1的流程图如附图1所示。

(3)耐腐蚀性和粘结性评价

实施例1和比较例1中制备的粘结产品的耐腐蚀性和粘结性评价结果分别在表1和2中列出。

从耐腐蚀性评价的结果可以看出，当用作四轮汽车中的鼓的鼓式制动器时，由本发明的表面处理和粘结方法得到的制动构件(具有粘结在其上的衬片的块主体)性能非常好，以致它不会经历导致腐蚀的生锈等。

进一步的结果表明，实施例1中的制动器具有和对比例相同的耐腐蚀性和粘结性。

尽管在本实施例中，本发明应用于鼓式制动器的制动构件，但当本发明用于盘式制动器的制动构件(制动垫)时也有类似的效果。

表1：耐腐蚀性评价结果(连续盐雾试验：JIS)

	实施例1	对比例1
			红锈产生所需时间	5H	5H

表2  剪切试验结果(JASO)(单位：MPa)

	实施例1	对比例1
			常温	4.3到5.6	4.5到5.4
高温(300℃)	1.8到2.4	1.8到2.7

根据用于粘结本发明金属基构件和衬片的方法以及由此方法得到的制动构件，任一步骤都无需使用会产生挥发气体引起环境污染的有机溶剂。因此，本发明的粘结方法可以在适合于环境保护的条件下进行。此外，还能得到耐腐蚀性优异和高粘结性的制动器。由此生产的制动器预计可广泛应用于客车、工业机械、铁路车辆、两轮车辆等领域。

显而易见的是，对于本领域技术人员而言，所述的本发明的优选实施方案可作多种的改进和变化，但这并不会偏离本发明的精神和范围。因此，要注意的是本发明包括所有的同所附权利要求及其等价描述的范围相一致的改进和变化。

Claims (6)

1.制动构件，其包括：

金属基构件；

在该金属基构件表面上提供的化学转化涂层；

陶瓷涂层，该陶瓷涂层在该化学转化涂层上提供，并通过将具有该化学转化涂层的金属基构件浸入到陶瓷前体溶液中形成；以及

通过在压力下加热而粘结在该陶瓷涂层上的衬片。

2.如权利要求1所述的制动构件，其中所述的金属基构件包括鼓式制动器制动块的块主体，和

所述的衬片包含制动衬片。

3.如权利要求1所述的制动构件，其中所述的金属基构件包括盘式制动器制动垫的压盘，和

所述的衬片包含制动衬片。

4.一种将衬片粘结到金属基构件上的方法，其包括：

金属基构件表面的脱脂、清洗、酸洗和然后在该金属基构件表面上形成化学转化涂层；

将具有该化学转化涂层的金属基构件浸入陶瓷前体溶液中以形成陶瓷涂层；以及

将所述金属基构件干燥后，在加热和压力下将衬片粘结到该金属基构件上。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述的陶瓷前体溶液包括基于硅烷的，基于钛的或基于铝的金属烷氧化物或基于硅烷的或基于钛的偶联剂和水溶性或可水乳化的热塑性树脂。

6.如权利要求4所述的方法，其中在粘结步骤中，将具有陶瓷涂层的金属基构件粘结到衬片上，其中在它们之间没有底漆层。

Images