金屬襯墊材料板的製作方法

2023-05-28 22:26:41 2

專利名稱：金屬襯墊材料板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬襯墊材料板，特別是涉及一種在金屬板上有一橡膠層的疊層金屬襯墊材料板。
背景技術：
用於安裝在車輛上的發動機的周圍的襯墊材料板過去是包含由丁腈橡膠、酚醛樹脂等固定的石棉的疊層材料板。但是，由於最近的反石棉法規，出現了一種不用石棉但是通過粘結層將橡膠層置於金屬層上的疊層金屬襯墊，例如日本專利早期公開公報特開平2-38760號的橡膠塗覆金屬。
另外，當襯墊用在由於發動機重複運行和停止而造成溫度大幅變化的部位，如發動機的襯墊嵌入部位時，這種溫度變化會使發動機和襯墊之間的表面磨損。同時，特別是在金屬板上塗覆粘結劑，再塗覆氟橡膠、丙烯腈橡膠等而形成橡膠層的情況下，帶有橡膠層的襯墊由於在其表面有橡膠層而有很大的磨擦阻力，因此難以滑動。
所以，當具有橡膠層表面的襯墊用於發動機時，上述磨損現象就發生很大的剪切應力，最終在金屬板和粘結層之間發生剝離。結果，襯墊的橡膠層從金屬層上脫落。
為解決上述剝離問題，過去，含有鉻化合物、磷酸和二氧化矽的水溶液(如可商購的塗層型鉻酸鹽處理劑，像由立邦漆公司(Nippon Paint，Co.，Ltd.)生產的商標為Surfcoat NRC300TH或Nihon Parkerizing Co.，Ltd.生產的商標為ZinchromeR1415的物質)用浸漬法或輥塗法等塗覆在像鋁板、鋼板、合金鋼板等金屬板表面。然後，將金屬板表面的水溶液乾燥而形成複合塗層以達成預期目的。
但是，隨著近年來人們對環境問題的進一步重視，襯墊表面處理對環境的影響也要減小。特別是，採用鉻化合物的鉻酸鹽處理產生工業排放物或六價鉻對環境的負面影響及對人體的毒性等問題。因此，必須開發出一種對環境和人體無害的橡膠塗層預處理技術。

發明內容
本發明的目的在於提供一種無鉻材料，它可以改善由於粘結層而引起的金屬板和橡膠層之間的剝離阻力特性，進而抑制橡膠層從金屬板脫落。另外，這種材料應對環境和人體無害。
為有效達成上述目的，本發明的金屬襯墊材料板為通過粘結層將橡膠層置於金屬板上的疊層金屬襯墊材料板，該金屬襯墊材料板包含形成於金屬板和粘結層之間表面的矽烷基化學轉化塗層，該塗層採用包含環氧基、巰基或氨基之一作為官能團的矽烷偶聯劑。所述粘結層由酚樹脂基粘合劑製成，所述橡膠層由丁腈橡膠(NBR)基橡膠混合物製成。
本發明的金屬襯墊材料板，形成於金屬板表面的是由矽烷偶聯劑製成的矽烷基化學轉化塗層，該塗層由於包含環氧基、巰基或氨基之一作為官能團，因而對金屬板和酚樹脂基粘合劑表現出優異的粘著性。另外，由酚樹脂基粘合劑製成的粘結層形成於矽烷基化學轉化塗層之上。進而，由NBR橡膠混合物組成的對酚樹脂基粘合劑具有優異粘著性的橡膠層形成於粘結層上，所以橡膠層通過矽烷基化學轉化塗層和粘結層緊緊固定在金屬板上。
所以，根據本發明的金屬襯墊材料板，可以將橡膠層像使用傳統的鉻酸鹽處理劑一樣緊緊地粘附在金屬板上，藉此使金屬板和橡膠層間可以承受足夠大的層間阻力。這樣，這可以保證防止橡膠層從金屬板上脫落。
另外，根據本發明的金屬襯墊材料板，在襯墊表面處理中沒有使用鉻氧化物。所以，這種金屬襯墊材料板不存在上述的影響環境和毒害人體的問題。所以，這是一種對環境和人體都無害的金屬襯墊材料板。
本發明的金屬襯墊材料板，形成矽烷基化學轉化塗層的矽烷偶聯劑的塗覆量可以在200mg/m2到2000mg/m2範圍之間。
如果矽烷偶聯劑的塗覆量小於200mg/m2，就難以保證在金屬板和橡膠層之間有足夠的粘著力。如果塗覆量超過2000mg/m2，矽烷基化學轉化塗層就易於沿襯墊的結構碎裂。但是，如果將矽烷偶聯劑的塗覆量控制在200mg/m2到2000mg/m2範圍之間，就能夠在金屬板與橡膠層之間獲得足夠的粘著力，同時，也可以防止矽烷基化學轉化塗層沿採用這種金屬襯墊材料板的襯墊的結構碎裂。


圖1是表示本說明金屬襯墊材料板一個實施例的局部放大截面圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖詳細介紹本發明的一個實施例。圖1是表示本發明金屬襯墊材料板一個實施例的截面圖。圖中，附圖標記1表示金屬襯墊材料板，附圖標記2表示金屬板，附圖標記3表示矽烷基化學轉化塗層，附圖標記4表示粘結層，附圖標記5表示橡膠層。
本實施例的金屬襯墊材料板1在製作時，是用輥筒將包含環氧基、巰基或氨基之一作為官能團的矽烷偶聯劑塗覆在金屬板(如SUS301H不鏽鋼板)2的表面上，塗覆量在200mg/m2到2000mg/m2範圍之間。通過加熱和烘乾矽烷偶聯劑，在金屬板2表面形成矽烷基化學轉化塗層3。再用輥筒將酚樹脂基粘合劑塗覆在矽烷基化學轉化塗層3上。通過加熱和烘乾酚樹脂基粘合劑，在矽烷基化學轉化塗層3表面形成粘結層4。將丁腈橡膠(NBR)基的未硫化的合成橡膠混合物塗覆在由酚樹脂基粘合劑形成的粘結層4上，通過硫化和硬化合成橡膠混合物形成橡膠層5。
在本實施例的金屬襯墊材料板1中，矽烷基化學轉化塗層3由矽烷偶聯劑形成在金屬板2的表面上，而矽烷偶聯劑由於包含環氧基、巰基或氨基之一作為官能團，因而對金屬板2和酚樹脂基粘合劑都有優異的粘著性。另外，由酚樹脂基粘合劑製成的粘結層4形成於矽烷基化學轉化塗層3上，由對酚樹脂基粘合劑具有優異粘著性的丁腈橡膠製成的橡膠層5形成在粘結層4上，所以，橡膠層5通過矽烷基化學轉化塗層3和粘結層4緊緊地固定在金屬板2上。
因此，根據本實施例的金屬襯墊材料板1，也能夠將橡膠層5緊緊地粘著在金屬板2上，就象採用傳統的在金屬層2和橡膠層5間具有足夠的層間阻力的鉻化合物一樣。這樣，就可以確實防止橡膠層5因磨損等原因而從金屬板5上脫落。
另外，根據本實施例的金屬襯墊材料板1，在襯墊表面處理中沒有使用鉻氧化物，所以，這種金屬襯墊材料板1不存在上述的影響環境和毒害人體的問題。所以，這是一種對環境和人體都無害的金屬襯墊材料板。
而且，根據本實施例的金屬襯墊材料板1，矽烷偶聯劑的塗覆量在200mg/m2到2000mg/m2範圍之間，所以就能夠在金屬板2與橡膠層5之間獲得足夠的粘著力，同時還可以防止矽烷基化學轉化塗層3沿採用這種金屬襯墊材料板的襯墊的結構碎裂。
實施例下面，將根據採用不同矽烷偶聯劑製成矽烷基化學轉化塗層3的三個實施例、採用前述不同條件的七個比較例和一個用含磷鉻酸鹽塗層替代矽烷基化學轉化塗層3的參照例來進行說明。採用的方式是真實的發動機溫度循環實驗(一種降溫實驗)後的降溫，其中由相應材料製成的金屬襯墊被放入氣缸頭和進氣管之間的密封區，然後按預定的次數反覆地熱脹冷縮。這樣，就可以分別得到和比較在降溫實驗後每個橡膠層的粘著力和每個金屬襯墊的密封性能。
特別地，在實施例1的金屬襯墊材料板1中，以不鏽鋼板(SUS301H)作為金屬板2，用含有氨基的矽烷偶聯劑在金屬板2表面上形成含氨基矽烷基化學轉化塗層3，再用含酚樹脂的粘合劑在矽烷基化學轉化塗層3上形成含酚樹脂粘結層4，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結層4上形成NBR橡膠層5。
同時，在實施例2的金屬襯墊材料板1中，以不鏽鋼板(SUS301H)作為金屬板2，用含有環氧基的矽烷偶聯劑在金屬板2表面上形成含環氧基矽烷基化學轉化塗層3，再用含酚樹脂的粘合劑在矽烷基化學轉化塗層3上形成含酚樹脂粘結層4，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結結層4上形成NBR橡膠層5。
還有，在實施例3的金屬襯墊材料板1中，以不鏽鋼板(SUS301H)作為金屬板2，用含巰基的矽烷偶聯劑在金屬板2表面上形成含巰基矽烷基化學轉化塗層3，再用含酚樹脂的粘合劑在矽烷基化學轉化塗層3上形成含酚樹脂粘結層4，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結層4上形成NBR橡膠層5。
相反，在比較例1的金屬襯墊材料板中，用含酚樹脂的粘合劑形成的含酚樹脂粘結層4直接形成在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上，而沒有用化學轉化塗層，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結層上形成NBR橡膠層。
同時，在比較例2的金屬襯墊材料板中，用含氨基的矽烷偶聯劑在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上形成含氨基矽烷基化學轉化塗層，然後用含NBR的合成橡膠混合物直接在矽烷基化學轉化塗層上形成NBR橡膠層，而沒有用粘結層。
再同時，在比較例3的金屬襯墊材料板中，用含環氧基的矽烷偶聯劑在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上形成含環氧基矽烷基化學轉化塗層，然後用含NBR的合成橡膠混合物直接在矽烷基化學轉化塗層上形成NBR橡膠層，而沒有用粘結層。
同時，在比較例4的金屬襯墊材料板中，用含巰基的矽烷偶聯劑在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上形成含巰基矽烷基化學轉化塗層，然後用含NBR的合成橡膠混合物直接在矽烷基化學轉化塗層上形成NBR橡膠層，而沒有用粘結層。
還有，在比較例5的金屬襯墊材料板中，用含有乙烯基的矽烷偶聯劑在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上形成含乙烯基矽烷基化學轉化塗層，再用含酚樹脂的粘合劑在矽烷基化學轉化塗層上形成含酚樹脂粘結層，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結層上形成NBR橡膠層。
同時，在比較例6的金屬襯墊材料板中，用含有甲基丙烯醯氧基的矽烷偶聯劑在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上形成含甲基丙烯醯氧基矽烷基化學轉化塗層，再用含酚樹脂的粘合劑在矽烷基化學轉化塗層上形成含酚樹脂粘對結層，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結層上形成NBR橡膠層。
還有，在比較例7的金屬襯墊材料板中，用含有異氰酸脂的矽烷偶聯劑在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上形成含異氰酸脂矽烷基化學轉化塗層，再用含酚樹脂的粘合劑在矽烷基化學轉化塗層上形成含酚樹脂粘結層，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結層上形成NBR橡膠層。
用於上述實施例1到3和比較例2到7的矽烷偶聯劑是由信越化學株式會社(Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.)生產的矽烷偶聯劑。含氨基矽烷偶聯劑的商標是KBM603；含環氧基矽烷偶聯劑的商標是KBM403；含巰基矽烷偶聯劑的商標是KBM803；含乙烯基矽烷偶聯劑的商標是KBM1003；含甲基丙烯醯氧基矽烷偶聯劑的商標是KBM503；含異氰酸脂矽烷偶聯劑的商標是KBP44。
另外，在參照例的金屬襯墊材料板中，用含磷的鉻酸鹽偶聯劑在作為金屬板的不鏽鋼板(SUS310H)表面上形成含磷的鉻酸鹽化學轉化塗層，再用含酚樹脂的粘合劑在矽烷基化學轉化塗層上形成含酚樹脂粘結層，然後用含NBR的合成橡膠混合物在含酚樹脂粘結層上形成NBR橡膠層。
下面的表1示出了三個實施例、七個比例例和一個含鉻酸鹽的參照例的比較結果，這些是根據每個橡膠層的粘著力和降溫實驗後的密封情況得出的。
從表1中可以清楚地看出，三個實施例表示粘著力的數值有兩位整數，所以可以肯定，實施例1到3的粘著性與並非無鉻處理的參照例幾乎一樣強或略弱於參照例。同時，比較例1到7表示粘著力的數值只有一位整數，所以可以肯定，比較例1-7的粘著力明顯小於參照例。另外關於溫度循環實驗後的密封性能，三個實施例中每個都能承受3.5kgf/cm2的壓力，因此可以肯定已具有足夠的密封耐久性。同時，比較例1到7中每個承受的壓力都是0kgf/cm2，因此可以肯定其密封性能在溫度循環實驗後因橡膠層剝離而降低。
表1

備註粘著力的評價方法符合JIS K 6850。
權利要求
1.一種金屬襯墊材料板，其呈疊層狀態，通過一粘結層將一橡膠層置於金屬板上，該金屬襯墊材料板包括矽烷基化學轉化塗層，其位於金屬板和粘結層的表面之間，該矽烷基化學轉化塗層由包含環氧基、巰基或氨基作為官能團的矽烷偶聯劑製成；其中粘結層由酚基粘合劑製成；橡膠層由NBR基橡膠混合物製成。
2.如權利要求1所述的金屬襯墊材料板，其特徵在於用於形成矽烷基化學轉化塗層的矽烷偶聯劑的塗覆量在200mg/m2到2000mg/m2範圍之間。
全文摘要
一種金屬襯墊材料板，用一粘結層將橡膠層置於金屬板上，金屬襯墊材料板包含形成於金屬板和粘結層之間表面上的矽烷基化學轉化塗層，該塗層是由含有環氧基、巰基或氨基作為官能團的矽烷偶聯劑製成。粘結層由酚基粘合劑製成，橡膠層由NBR橡膠混合物製成。通過採用粘結層使橡膠層和金屬板間的粘著性得以改進，使橡膠層不易從金屬板上剝離，並提供一種對環境和人體無不良影響的無鉻材料板。
文檔編號F02F11/00GK1617990SQ0282792
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月16日 優先權日2001年12月18日
發明者秋吉浩二, 三角憲史, 三津山直道, 村上康則, 桂井隆, 田畑勝宗, 巖本淳 申請人:日本利克雷斯工業株式會社, 本田技研工業株式會社