CN112384582B - 部件的摩擦连接件和用于制备摩擦连接件的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种摩擦连接件，所述摩擦连接件包括连接元件和两个部件，所述两个部件与所述连接元件摩擦接合。本公开还涉及一种用于制备所述摩擦连接件的方法。

Description

部件的摩擦连接件和用于制备摩擦连接件的方法
技术领域
本公开涉及待接合部件的摩擦增加连接件。
背景技术
在机器、设备和机动车辆结构以及能量产生的所有领域经常使用力锁定(force-locked)连接件来传递力或扭矩。可分别传递的力的大小不仅取决于结构设计，而且主要取决于彼此连接的部件表面的静摩擦值(静摩擦系数)。因此，就此类力锁定连接件而言，致力于提供允许安全地传递最大可能的横向力和扭矩的摩擦增加措施。另外，力锁定连接件也可称为非正连接件或摩擦连接件。
已知使用摩擦增加夹层来增加保持力或增加扭矩，可在螺栓连接件和夹紧连接件中传递该保持力或该扭矩。US 6,347,905 B1公开了用于待接合部件的摩擦增加的、无间隙的可翻转连接件的连接元件。该连接元件包括弹簧式弹性(spring-elastic)钢箔，该钢箔在其表面上具有确定大小的颗粒，这些颗粒借助粘结相固定在该弹簧式弹性箔上。这些颗粒由硬质材料组成，优选地由金刚石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅或碳化硼组成。通过使用这种单独的连接元件，可增加摩擦连接件中的静摩擦系数。
对于许多螺栓连接件或夹紧连接件而言，需要防止待接合部件发生腐蚀。在腐蚀环境中使用车辆或机器的情况下，或在螺栓连接零件由不同的材料(例如碳钢和铝)组成的情况下，或在待接合零件涂覆有油漆的情况下，这是尤其需要的。需要防止这些连接件发生微动磨损或电化学腐蚀。
此外，对于许多螺栓连接件或夹紧连接件，用于待接合的两个部件的摩擦增加连接件的连接元件应当预先组装到两个部件中的一个部件。通过连接元件的预先组装，有利于摩擦增加连接件的组装，并且确保在组装期间不能省略连接元件。预先组装还确保每个摩擦连接件仅使用单个连接元件。预先组装到待摩擦接合的两个部件中的一个部件的连接元件可被运输给例如制造商，最终组装待接合的两个部件的摩擦连接件。用于预先组装连接元件的方法公开于US 2003/077115 A1和US 2011/0039119 A1中。在US 2003/077115 A1中，连接元件显示位于连接元件的接合表面之外的部件表面，该部件表面以显示弹性或有弹力特性的方式成型，这使得将连接元件可逆地锁定在待接合在一起的工件中的一个工件上成为可能。这些连接元件的制备非常昂贵，并且在一些应用中不存在足够的空间来施加此类连接元件。在US 2011/0039119 A1中，连接元件牢牢地固定在金属工件上，以用于通过涉及形成局部受限的焊接点的焊接来进行组装和运输。焊接工艺非常昂贵，因为连接元件的预先组装需要单独的焊接设备。
因此，需要相对于耐腐蚀性进一步改善部件的摩擦连接件，并且需要相对于用于连接元件的可靠且易于施加的预先组装解决方案进一步改善部件的摩擦连接件。
如本文所用，术语“包括”还应包括术语“基本上由…组成”和“由…组成”。
发明内容
在第一方面，本公开涉及一种摩擦连接件，该摩擦连接件包括连接元件和两个部件，两个部件与连接元件摩擦接合，其中连接元件包括金属基材，该金属基材具有位于基材的一侧上的第一接合表面和位于基材的相对侧上的第二接合表面，其中每个接合表面包含通过金属粘结剂层固定在金属基材上的硬质颗粒，并且其中两个部件中的每个部件具有部件接合表面，并且其中至少一个部件的部件接合表面的至少一部分包含聚合物材料。
在另一方面，本公开还涉及一种用于制备此类摩擦连接件的方法，该方法包括：
提供连接元件，其中连接元件包括金属基材，该金属基材具有位于基材的一侧上的第一接合表面和位于基材的相对侧上的第二接合表面，其中每个接合表面包含通过金属粘结剂层固定在金属基材上的硬质颗粒，
提供两个部件，两个部件中的每个部件具有部件接合表面，
将聚合物材料施加在至少一个部件的部件接合表面的至少一部分上，以及
将连接元件的接合表面的硬质颗粒压入两个部件的部件接合表面中，
从而将两个部件与连接元件摩擦联接。
为了根据本公开的摩擦连接件，可增加静摩擦系数。令人惊讶的是，尽管在待接合部件的部件接合表面上使用聚合物材料，但可增加如本文所公开的摩擦连接件的静摩擦系数。
在一些实施方案中，与US 6,347,905B1中所公开的摩擦连接件相比，根据本公开的摩擦连接件明显更不易受到腐蚀。
在一些实施方案中，根据本公开的摩擦连接件适用于电化学腐蚀和微动磨损是个问题的应用。
在一些实施方案中，根据本公开的摩擦连接件可通过在将连接元件与第二部件接合以与第一部件摩擦接合之前，以可靠且容易的方式将连接元件预先组装到第一部件来制成。
附图说明
在附图的基础上更详细地解释本公开，在附图中
图1A至图1B、图2A至图2B和图3A至图3B示意性地示出了本公开的摩擦连接件的剖视图。
具体实施方式
连接元件的硬质颗粒优选地由在特定使用条件下不与待接合部件的材料或环境介质发生化学反应的材料组成。该材料优选地为无机材料。
优选地，硬质颗粒选自碳化物、氮化物、硼化物、二氧化硅、氧化铝、金刚石以及它们的混合物。碳化物的示例为碳化硅、碳化钨和碳化硼；氮化物的示例为氮化硅和立方氮化硼。优选地，将金刚石用作硬质颗粒。
以使得由于颗粒被压入接合表面中而对该表面造成的损坏不达到不容许的水平的方式来选择硬质颗粒的大小。优选地，如果粒径不大于接合表面的峰-谷高度的约三倍，则可确保这一点，其中峰-谷由对接合表面的机加工产生。100μm或更小的平均粒度(d50)通常满足这一要求。例如，可使用具有10μm、25μm、35μm、55μm或75μm的平均粒度(d50)的硬质颗粒。在一些实施方案中，使用具有10μm至75μm或25μm至35μm的平均粒度(d50)的硬质颗粒。可通过激光衍射(Cilas，湿法测量)来测量平均粒度。
硬质颗粒应具有窄粒度范围，其中围绕给定标称直径的分散度为不超过约+/-50％。在一些实施方案中，围绕给定标称直径的分散度不应超过约+/-25％。
可以使得可用于将部件接合在一起的法向力足以确保将颗粒压入待接合部件的表面中的方式来选择每单位连接元件的接合表面的表面积的硬质颗粒数量。如果覆盖有硬质颗粒的连接元件的接合表面的面积百分比为3％至60％，则通常将是这种情况。可根据硬质颗粒的平均粒度(d50)来选择覆盖有硬质颗粒的连接元件的接合表面的面积百分比。例如，对于10μm的硬质颗粒的平均粒度(d50)，连接元件的约8％至20％的接合表面可覆盖有硬质颗粒；对于25μm的平均粒度(d50)，面积百分比可为约8％至25％；并且对于35μm的平均粒度(d50)，面积百分比可为约10％至30％。
根据应用来选择金属基材的厚度。在一些实施方案中，金属基材的厚度为至多2.0mm。在其他实施方案中，厚度为至多1.0mm或至多0.5mm。在一些其他实施方案中，厚度为至多0.2mm；在一些其他实施方案中，厚度为至多0.1mm。对于需要具有更高强度和刚度的大的连接元件，例如用于风力涡轮机的零件的连接元件，金属基材的厚度可为至多0.5mm或至多1.0mm或至多2.0mm。对于需要薄连接元件的应用，例如在不应改变待接合部件的设计的情况下，金属基材的厚度可为0.2mm或更小或者0.1mm或更小，优选地0.1mm。
金属基材可由钢(例如非合金钢)制成。也可使用高合金钢或不锈钢。非合金钢的示例为根据DIN EN 10132-4的C75S-1.1248级或根据DIN EN 10132-4的C60S-1.1211级。
金属粘结剂层可包含镍。
金属粘结剂层的厚度可为5μm至70μm，具体地10μm至70μm，更具体地10μm至50μm。
在一些实施方案中，金属粘结剂层的厚度不超过硬质颗粒的平均粒度(d50)的60％。在一些其他实施方案中，金属粘结剂层的厚度不超过硬质颗粒的平均粒度(d50)的50％。在另一些其他实施方案中，金属粘结剂层的厚度不超过硬质颗粒的平均粒度(d50)的20％。金属粘结剂层的厚度可为至少5μm。硬质颗粒从金属粘结剂层凸出。当连接元件与待接合部件处于摩擦接合时，硬质颗粒被压入待接合部件的表面中，从而增加连接件的摩擦系数。
连接元件的金属基材具有位于基材的一侧上的第一接合表面和位于基材的相对侧上的第二接合表面。每个接合表面包含通过金属粘结剂层固定在金属基材上的硬质颗粒。
本文所公开的摩擦连接件包括连接元件和两个部件，两个部件与连接元件摩擦接合。两个部件中的每个部件具有部件接合表面。至少一个部件的部件接合表面的至少一部分包含聚合物材料。在一些实施方案中，两个部件中的一个部件的部件接合表面的仅一部分包含聚合物材料。在一些实施方案中，两个部件中的一个部件的整个部件接合表面包含聚合物材料。在一些实施方案中，两个部件中的一个部件的部件接合表面的仅一部分以及两个部件中的另一个部件的整个部件接合表面包含聚合物材料。在一些实施方案中，两个部件中的两者的整个部件接合表面包含聚合物材料。
在一些实施方案中，聚合物材料是粘合剂材料。聚合物材料的粘合特性对于通过将连接元件胶粘到待接合的两个部件中的一个部件来预先组装连接元件是有用的。通过胶粘，连接元件将在待接合部件中的一个上具有其正确位置，并且将在第二待接合部件的组装期间保持此位置。
在一些实施方案中，聚合物材料包括至少一个连续层。
在一些实施方案中，将包括至少一个连续层的聚合物材料作为涂层施加在至少一个部件的部件接合表面的至少一部分上。聚合物材料可以是可变形材料。聚合物材料可以是可弹性变形的或可塑性变形的或两者兼之。包括至少一个连续层的聚合物材料可具有防腐蚀特性。
所谓“至少一个连续层”意指可施加一个或两个或三个或更多个连续层。
包括至少一个连续层的聚合物材料可以是热塑性聚合物、硬塑性聚合物或弹性体聚合物。例如，包括至少一个连续层的聚合物材料可选自聚酯材料、丙烯酸类材料、环氧树脂材料、甲醛树脂、聚氨酯材料、聚乙酸乙烯酯(PVAC)材料、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)材料、聚氯乙烯(PVC)材料、有机硅材料、橡胶材料以及它们的组合物。在一些实施方案中，聚合物材料诸如环氧树脂或丙烯酸类或其他材料可具有防腐蚀特性或粘合特性或者防腐蚀特性和粘合特性两者。丙烯酸类材料的示例为聚丙烯酸酯；聚氨酯材料的示例为热塑性聚氨酯(TPU)材料；橡胶材料的示例为丁苯橡胶、氯丁二烯橡胶和异戊二烯橡胶。
在一些实施方案中，包括至少一个连续层的聚合物材料可以是通过阴极浸涂而涂覆的以环氧树脂或丙烯酸类树脂为基础的漆。漆可以是防腐蚀的。
聚合物材料的至少一个连续层的厚度可为至多300μm并且通常为1μm至300μm。该厚度取决于聚合物材料、将聚合物材料施加在部件接合表面上的方法以及具体应用中所需的防腐蚀水平。在一些实施方案中，例如对于通过阴极浸涂制成的防腐蚀涂层，聚合物材料的至少一个连续层的厚度可为1μm至100μm、或15μm至50μm、或10μm至30μm。
如果包括至少一个连续层的聚合物材料是粘合剂材料并且聚合物材料不需要增加待接合的两个部件之间的防腐蚀效果，则至少一个连续层的厚度可为1μm至25μm或小于10μm，并且通常为5μm至10μm。至少一个连续层的厚度需要足够厚以在预先组装期间粘附在连接元件处。如果涂层的厚度为至少1μm，则通常将是这种情况。
在一些实施方案中，在第一步骤中，将具有防腐蚀特性并且不具有粘合特性的聚合物材料的第一连续层涂覆在至少一个部件的部件接合表面的至少一部分上，并且在第二步骤中，将作为粘合剂材料的聚合物材料的第二连续层涂覆在第一连续层上。如果粘合剂材料不具有防腐蚀特性，则这种包含两种不同聚合物材料的双层涂层可以是有用的。第一连续层和第二连续层的厚度之和为1μm至300μm，并且第二连续层的厚度可为1μm至25μm或低于10μm，并且通常为5μm至10μm。
在一些实施方案中，聚合物材料的至少一个连续层的厚度可小于从连接元件的金属粘结剂层凸出的硬质颗粒的高度。在一些实施方案中，至少一个连续层的厚度可等于从连接元件的金属粘结剂层凸出的硬质颗粒的高度。在一些实施方案中，至少一个连续层的厚度可高于从连接元件的金属粘结剂层凸出的硬质颗粒的高度。
可通过从硬质颗粒的平均粒度(d50)中减去金属粘结剂层的高度来计算从金属粘结剂层凸出的硬质颗粒的高度。
聚合物材料的至少一个连续层的硬度可根据DIN EN ISO 15184:2012测量，并且可为至少3H。
在一些实施方案中，聚合物材料是压敏粘合剂材料。粘合特性对于通过将连接元件胶粘到待接合的两个部件中的一个部件来预先组装连接元件是有用的。通过胶粘，连接元件将在待接合部件中的一个上具有其正确位置，并且将在第二待接合部件的组装期间保持此位置。
压敏粘合剂材料可包括至少一个连续层。压敏粘合剂的至少一个连续层可仅施加在待接合部件中的一个或两个部件的部件接合表面的一部分上。压敏粘合剂的至少一个连续层可施加在待接合部件中的一个或两个部件的部件接合表面的整个表面上。在待接合部件的部件接合表面中的至少一个部件接合表面的至少一部分上包括至少一个连续层的压敏粘合剂材料可以粘合剂膜或胶带的形式施加到部件接合表面上。
在一些实施方案中，包括至少一个连续层的压敏粘合剂材料由单层压敏粘合剂组成，该压敏粘合剂可以粘合剂膜的形式施加到部件接合表面上。粘合剂膜可包括剥离衬垫，该剥离衬垫在组装待与连接元件接合的部件之前移除。剥离衬垫可以由塑料膜诸如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、乙酸纤维素和乙基纤维素制成。
在一些实施方案中，包括至少一个连续层的压敏粘合剂材料包括第一压敏粘合剂的第一层和第二压敏粘合剂的第二层。载体层定位在第一层和第二层之间。第一压敏粘合剂和第二压敏粘合剂可具有不同的压敏粘合剂材料，或者可具有相同的压敏粘合剂材料。载体层承载第一压敏粘合剂和第二压敏粘合剂。载体层可以由塑料膜诸如聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯)、聚氯乙烯、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺、乙酸纤维素和乙基纤维素制成。第一压敏粘合剂的第一层和第二压敏粘合剂的第二层可以双面胶带的形式施加到待接合部件的部件接合表面上。双面胶带可包括剥离衬垫，该剥离衬垫在组装待与连接元件接合的部件之前移除。剥离衬垫可以由塑料膜诸如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、乙酸纤维素和乙基纤维素制成。
包括至少一个连续层的压敏粘合剂材料选自基于橡胶的压敏粘合剂、基于丙烯酸类的压敏粘合剂和基于有机硅的压敏粘合剂。
包括至少一个连续层的压敏粘合剂材料可包含交联添加剂。该交联添加剂可选自多官能(甲基)丙烯酸酯化合物。压敏粘合剂可以热交联或利用光化辐射交联，更具体地，利用电子束或UV辐照交联。
基于橡胶的压敏粘合剂可以是基于天然橡胶的粘合剂或基于合成橡胶的粘合剂。基于合成橡胶的压敏粘合剂可基于例如聚异戊二烯、聚丁二烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)和丁基橡胶。还可使用热塑性嵌段共聚物粘合剂、基于聚烯烃的压敏粘合剂诸如乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶和聚异丁烯(PIB)，以及基于烯烃嵌段共聚物的压敏粘合剂诸如可从陶氏化学公司(Dow)商购获得的INFUSETM烯烃嵌段共聚物。
在本公开的一些实施方案中，聚合物材料是包含基于橡胶的弹性体材料、至少一种烃增粘剂和任选的交联添加剂的压敏粘合剂。任选的交联添加剂可选自多官能(甲基)丙烯酸酯化合物。
在一些实施方案中，聚合物材料是基于橡胶的压敏粘合剂并且包含：
a)式Qn-Y的多臂嵌段共聚物，其中：
(i)Q表示多臂嵌段共聚物的臂并且每个臂独立地具有式G-R，
(ii)n表示臂的数目并且为至少3的整数，并且
(iii)Y为多官能偶联剂的残基，
其中每个R为包含聚合的共轭二烯、聚合的共轭二烯的氢化衍生物或它们的组合物的橡胶态嵌段；并且每个G为包含聚合的单乙烯基芳族单体的玻璃态嵌段；以及
b)与橡胶态嵌段主要相容的至少一种烃增粘剂。
在一些实施方案中，聚合物材料是基于橡胶的压敏粘合剂并且包含：
a)式Qn-Y的多臂嵌段共聚物，其中：
(i)Q表示多臂嵌段共聚物的臂并且每个臂独立地具有式G-R，
(ii)n表示臂的数目并且为至少3的整数，并且
(iii)Y为多官能偶联剂的残基，
其中每个R为包含聚合的共轭二烯、聚合的共轭二烯的氢化衍生物或它们的组合物的橡胶态嵌段；并且每个G为包含聚合的单乙烯基芳族单体的玻璃态嵌段；
b)任选地，具有包括在500g/mol和100.000g/mol之间的重均分子量Mw的增塑剂；
c)与橡胶态嵌段主要相容的至少一种烃增粘剂；
d)在通过环球测试方法测量时具有至少150℃的软化点值(RBSP)的玻璃态嵌段相容的芳族树脂；以及
e)任选地，式L-(G)m的线型嵌段共聚物，其中L为橡胶态嵌段，该橡胶态嵌段包含聚合的烯烃、聚合的共轭二烯、聚合的共轭二烯的氢化衍生物或它们的任意组合物；并且其中m为1或2。
多臂嵌段共聚物使得n在3至10的范围内。
用于上述基于橡胶的压敏粘合剂中的合适的橡胶态嵌段R包含聚合的共轭二烯、聚合的共轭二烯的氢化衍生物或它们的组合物。具体地，至少一个臂的橡胶态嵌段可包含选自异戊二烯、丁二烯、乙烯丁二烯共聚物、聚异戊二烯或聚丁二烯的氢化衍生物以及它们的组合物或混合物的聚合的共轭二烯。有利地，每个臂的橡胶态嵌段可包含选自异戊二烯、丁二烯、乙烯丁二烯共聚物、聚异戊二烯或聚丁二烯的氢化衍生物以及它们的任意组合物或混合物的聚合的共轭二烯。优选地，多臂嵌段共聚物的橡胶态嵌段中的至少一个橡胶态嵌段包含选自异戊二烯、丁二烯以及它们的任意组合物的共轭二烯。更优选地，多臂嵌段共聚物的橡胶态嵌段中的每一个包含选自异戊二烯、丁二烯以及它们的任意组合物或混合物的共轭二烯。
多臂嵌段共聚物的至少一个臂可选自苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯以及它们的组合物。优选地，多臂嵌段共聚物的每个臂选自苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯以及它们的任意组合物。
多臂嵌段共聚物的至少一个臂的玻璃态嵌段可包含选自苯乙烯、苯乙烯相容的共混物以及它们的任意组合物的单乙烯基芳族单体。有利地，每个臂的玻璃态嵌段包含选自苯乙烯、苯乙烯相容的共混物以及它们的任意组合物的单乙烯基芳族单体。
用于上述基于橡胶的压敏粘合剂中的多臂嵌段共聚物公开于例如US 7,163,741B1(Khandpur等人)中。制备多臂嵌段共聚物的方法在例如美国专利5,296,547(Nestegard等人)或美国专利5,393,787(Nestegard等人)中有所描述。
基于压敏粘合剂的重量计，包含多臂嵌段共聚物的基于橡胶的压敏粘合剂可包含20重量％至80重量％、20重量％至70重量％、25重量％至60重量％、30重量％至60重量％或甚至35重量％至60重量％的式Qn-Y的多臂嵌段共聚物。基于压敏粘合剂的重量计，压敏粘合剂可包含20重量％至70重量％、25重量％至60重量％或甚至25重量％至50重量％的烃增粘剂。基于压敏粘合剂的重量计，压敏粘合剂还可包含0.5重量％至35重量％、1重量％至30重量％、2重量％至25重量％或甚至5重量％至25重量％的玻璃态嵌段相容的芳族树脂。基于压敏粘合剂的重量计，压敏粘合剂任选地还可包含2重量％至20重量％、4重量％至15重量％、5重量％至12重量％或甚至5重量％至10重量％的增塑剂。压敏粘合剂任选地还可包含20重量％至80重量％、20重量％至70重量％、25重量％至60重量％、30重量％至60重量％或甚至35重量％至60重量％的线型嵌段共聚物。
作为与橡胶态嵌段主要相容的烃增粘剂，可添加固体或液体烃增粘剂，固体烃增粘剂是优选的。如果增粘剂可与嵌段混溶，则增粘剂与该嵌段“相容”。合适的增粘树脂可包括萜烯树脂诸如多萜(例如，基于α-蒎烯的树脂，基于β-蒎烯的树脂和基于苎烯的树脂)和芳族改性的多萜树脂(例如，苯酚改性的多萜树脂)；以及基于石油的烃树脂，诸如基于C5的烃树脂、基于C9的烃树脂、基于C5/C9的烃树脂、和基于二环戊二烯的树脂。如果需要，可采用多种增粘剂的组合物。衍生自C5单体的增粘剂被称为基于C5的烃树脂，而衍生自C9单体的那些被称为基于C9的烃树脂。
基于C5的烃树脂可以商品名PICCOTAC和EASTOTAC从伊士曼化工公司(EastmanChemical Company)商购获得，以商品名WINGTACK从克雷威利公司(Cray Valley)商购获得，以商品名NEVTAC LX从内维尔化工公司(Neville Chemical Company)商购获得，以及以商品名HIKOREZ从可隆工业公司(Kolon Industries，Inc.)商购获得。各种氢化程度的基于C5的烃树脂可以商品名EASTOTACK从伊士曼化工公司(Eastman Chemical)商购获得。
基于C9的烃树脂可以商品名PICCO、KRISTALEX、PLASTOLYN、PICCOTAC和ENDEX从伊士曼化工公司商购获得，以商品名NORSOLENE从克雷威利公司商购获得，以商品名NOVAREZ从吕特格斯公司(Ruetgers N.V.)商购获得，以及以商品名HIKOTAC从可隆工业公司商购获得。这些树脂可被部分地或完全地氢化。在氢化之前，基于C9的烃树脂通常具有约40百分比的芳香物，如通过质子核磁共振测得。氢化的基于C9的烃树脂可例如以商品名REGALITE和REGALREZ从伊士曼化学(Eastman Chemical)商购获得，其为50至100百分比(例如，50百分比、70百分比、90百分比和100百分比)氢化的。部分地氢化的树脂通常具有一些芳族环。
各种基于C5/C9的烃增粘剂可以商品名ARKON从荒川株式会社(Arakawa)商购获得，以商品名QUINTONE从吉翁株式会社(Zeon)商购获得，以商品名ESCOREZ从埃克森美孚化工公司(Exxon Mobil Chemical)商购获得，以及以商品名NURES和H-REZ从新港工业公司(Newport Industries)商购获得。在本公开的情境中，用于本文的合适的烃增粘剂可有利地在可以商品名ESCOREZ从埃克森美孚化工公司(Exxon Mobil Chemical)商购获得的那些基于C5/C9的烃增粘剂中选择。
与橡胶态嵌段主要相容的示例性烃增粘剂有利地选自脂族烃树脂、脂环族烃树脂、芳族改性的脂族树脂和脂环族树脂、氢化烃树脂、萜烯树脂和改性的萜烯树脂、萜烯-苯酚树脂、松香脂以及它们的任意组合物或混合物。
与橡胶态嵌段主要相容的有利的烃增粘剂选自聚合萜烯、异官能萜烯、松香酸、松香酸的酯、歧化松香酸酯、氢化C5脂族树脂、C9氢化芳族树脂、C5/C9脂族/芳族树脂、二环戊二烯树脂、由C5/C9和二环戊二烯前体产生的氢化烃树脂、氢化苯乙烯单体树脂以及它们的任意共混物。
表述“玻璃态嵌段相容的芳族树脂”意指与玻璃态嵌段相容的芳族树脂。如果芳族树脂与玻璃态嵌段可混溶，则该芳族树脂与玻璃态嵌段“相容”。玻璃态嵌段相容的芳族树脂的软化点值(RBSP)可根据ASTM E28-14通过环球测试方法测定。
玻璃态嵌段相容的芳族树脂具有30.000g/mol或更小、25.000g/mol或更小、20.000g/mol或更小、15.000g/mol或更小或者甚至10.000g/mol或更小的重均分子量Mw。
玻璃态嵌段相容的芳族树脂可具有至少150℃、至少155℃、至少160℃、至少165℃、至少170℃、至少180℃、至少190℃或甚至至少200℃的软化点值(RBSP)，如根据ASTME28-14通过环球测试法测得。
玻璃态嵌段相容的芳族树脂可具有至少100℃、至少110℃、至少120℃、至少130℃、至少140℃、至少150℃或甚至至少160℃的玻璃化转变温度(Tg)。
玻璃态嵌段相容的芳族树脂可选自烃芳族树脂、亚芳基氧化物树脂、基于C9的烃芳族树脂、基于C9的氢化烃芳族树脂、聚亚芳基氧化物树脂(具体地聚亚苯基氧化物或聚亚苯基醚)、茚苯并呋喃树脂、基于C9与马来酸酐的共聚物的芳族树脂以及它们的任意组合物或混合物。
增塑剂可具有包含在500g/mol和100.000g/mol之间、在500g/mol和80.000g/mol之间、在500g/mol和70.000g/mol之间、在500g/mol和65.000g/mol之间、在500g/mol和60.000g/mol之间、在500g/mol和60.000g/mol之间或甚至在500g/mol和55.000g/mol之间的重均分子量Mw。
增塑剂可选自矿物油、石蜡油、环烷油、液体烃树脂、液体聚萜烯树脂、聚异丁烯、聚异戊二烯、聚丁二烯、无定形聚烯烃以及它们的共聚物、有机硅、聚丙烯酸酯、低聚聚氨酯、乙烯丙烯共聚物、它们的任意组合物或混合物。
如上所述向基于橡胶的压敏粘合剂中添加线型嵌段共聚物可有利地影响压敏粘合剂的(共)聚合物前体的可加工性，这是由于该化合物的粘度降低效应。而且，如上所述的线型嵌段共聚物的存在可为所得的压敏粘合剂另外提供改善的粘着性能。
基于橡胶的压敏粘合剂可以是非交联的，具体地，不利用光化辐射交联，更具体地，不利用电子束或UV辐照交联。基于橡胶的压敏粘合剂可不含任何交联添加剂。
基于橡胶的压敏粘合剂可包含交联添加剂。该交联添加剂可选自多官能(甲基)丙烯酸酯化合物。基于橡胶的压敏粘合剂可以热交联或利用光化辐射交联，更具体地，利用电子束或UV辐照交联。
压敏粘合剂可以是热熔融粘合剂。
如上所述的基于橡胶的压敏粘合剂可通过包括以下步骤的方法制造：将多臂嵌段共聚物、与橡胶态嵌段主要相容的至少一种烃增粘剂、任选的玻璃态嵌段相容的芳族树脂、进一步任选的增塑剂以及进一步任选的线型嵌段共聚物配混。该方法可以是无溶剂的方法。在特定方面，制造压敏粘合剂的方法可包括热熔融处理步骤，优选地连续热熔融混合处理步骤，更优选地热熔融挤出处理步骤，具体地双螺杆热熔融挤出处理步骤。
如上所述的基于橡胶的压敏粘合剂也可通过溶剂型方法制造。该溶剂型方法可包括以下步骤：
a)将多臂嵌段共聚物、与橡胶态嵌段主要相容的至少一种烃增粘剂、任选的玻璃态嵌段相容的芳族树脂、任选的增塑剂以及进一步任选的线型嵌段共聚物溶解于有机溶剂中，从而形成压敏粘合剂的溶液；以及
b)去除有机溶剂。
然后可将基于橡胶的压敏粘合剂涂覆/施加到多种基材(例如，隔离衬垫、胶带背衬或用于双面粘合胶带的载体材料)上，以产生粘合剂涂覆的制品，诸如膜或胶带。衬垫或背衬或载体可由聚合物材料形成。合适的聚合物衬垫或背衬或载体材料包括但不限于聚合物膜诸如由如下材料制备的那些：聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸甲酯(PMMA)、乙酸纤维素、三乙酸纤维素、乙基纤维素和聚氨酯。
可使用根据特定基材的需要改进的任何常规涂覆技术将基于橡胶的压敏粘合剂涂覆/施加在基材(例如，剥离衬垫、胶带背衬、用于双面胶带的载体)上。例如，可通过诸如辊涂、流涂、浸涂、旋涂、喷涂、刮涂和压模涂覆之类的方法将压敏粘合剂施加/涂覆至各种固体基材。
在本公开的一些实施方案中，聚合物材料是基于丙烯酸类的压敏粘合剂。
该基于丙烯酸类的压敏粘合剂可以是溶剂型丙烯酸类、水性丙烯酸类、热熔融丙烯酸类和UV固化丙烯酸类。
在本发明的一些实施方案中，聚合物材料是基于丙烯酸类的压敏粘合剂并且包含：
a)至少一种共聚物，该共聚物包含：
i)非叔醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，以及
ii)侧基式苯乙烯聚合物部分；以及
b)聚亚芳基氧化物聚合物。
丙烯酸酯可由具有1至14个碳原子的醇形成。丙烯酸酯可以是丙烯酸异辛酯或丙烯酸2-乙基己酯。丙烯酸酯可与极性单体共聚以形成聚合物主链，该聚合物主链具有侧接于聚合物主链的苯乙烯聚合物部分；极性单体可选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈和甲基丙烯腈。侧基式苯乙烯聚合物部分可具有在约2,000至约30,000范围内的分子量。侧基式苯乙烯聚合物部分可占所述共聚物的总重量的1重量％至30重量％。侧基式苯乙烯聚合物部分可由选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、异丙基苯乙烯、二甲基苯乙烯、乙烯基萘以及它们的混合物的聚合物形成。
所述基于丙烯酸类的压敏粘合剂的共聚物可包含共聚的A单体和B单体，其中：
a)A为非叔醇的单体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，所述醇具有约1至约14个碳原子，并且
b)B为具有通式X-(Y)n-Z的单体，其中：
X为可与所述A单体共聚的乙烯基；
Y为二价连接基团；其中n可为零或1；
Z为分子量在约2,000至30,000范围内并且在共聚条件下基本上不起反应的单价苯乙烯聚合物部分。
所述基于丙烯酸类的压敏粘合剂的聚亚芳基氧化物聚合物可包含聚亚苯基醚或聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)。聚亚芳基氧化物聚合物可还具有至少100℃的玻璃化转变温度。基于丙烯酸类的压敏粘合剂还可包含增粘剂。
所述基于丙烯酸类的压敏粘合剂可通过无溶剂方法制备，该无溶剂方法包括：
a)提供聚合物组合物，该聚合物组合物包含：
i)至少一种共聚物，该共聚物包含：
1)非叔醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，以及
2)侧基式苯乙烯聚合物部分；以及
ii)聚亚芳基氧化物聚合物；
b)将聚合物组合物加热至高于其玻璃化转变温度的温度，而基本上不使聚合物组分降解；以及
c)混合聚合物组合物。
然后可将所述基于丙烯酸类的压敏粘合剂的聚合物组合物涂覆/施加到多种基材(例如，隔离衬垫、胶带背衬或用于双面粘合胶带的载体材料)上，以产生粘合剂涂覆的制品，诸如膜或胶带。衬垫或背衬或载体可由聚合物材料形成。合适的聚合物衬垫或背衬或载体材料包括但不限于聚合物膜诸如由如下材料制备的那些：聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸甲酯(PMMA)、乙酸纤维素、三乙酸纤维素、乙基纤维素和聚氨酯。
可使用根据特定基材的需要改进的任何常规涂覆技术将所述基于丙烯酸类的压敏粘合剂的聚合物组合物涂覆/施加在基材(例如，剥离衬垫、胶带背衬、用于双面胶带的载体)上。例如，可通过诸如辊涂、流涂、浸涂、旋涂、喷涂、刮涂和压模涂覆之类的方法将压敏粘合剂施加/涂覆至各种固体基材。
压敏粘合剂材料的至少一个连续层的厚度可为1μm至300μm。在一些实施方案中，压敏粘合剂材料的至少一个连续层的厚度可为1μm至25μm或小于10μm，并且通常为3μm至10μm。压敏粘合剂材料的至少一个连续层的厚度需要足够厚以在预先组装期间粘附在连接元件处。如果涂层的厚度为至少1μm，则通常将是这种情况。
如果包括至少一个连续层的压敏粘合剂材料包括第一压敏粘合剂的第一层和第二压敏粘合剂的第二层，并且载体层定位在第一层和第二层之间，则第一层和第二层以及载体层的厚度总和可为1μm至25μm。在一些实施方案中，第一层和第二层以及载体层的厚度总和为3μm至10μm。第一层的厚度可为1μm至23μm，第二层的厚度可为1μm至23μm，并且载体层的厚度可为至少1μm。在一些实施方案中，第一层的厚度可为1μm至10μm或1μm至5μm，第二层的厚度可为1μm至10μm或1μm至5μm，并且载体层的厚度可为至少1μm。
通常，压敏粘合剂的至少一个连续层的厚度小于从金属粘结剂层凸出的硬质颗粒的高度。压敏粘合剂的至少一个连续层的厚度可以尽可能薄，同时保持粘合特性。如果压敏粘合剂的至少一个连续层的厚度为至少1μm，则通常将是这种情况。
在一些实施方案中，聚合物材料是包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂材料。
不连续岛状物的厚度可为10μm至150μm。更具体地，不连续岛状物的厚度可为10μm至100μm，或10μm至50μm。岛状物可具有10μm至500μm的长轴长度。更具体地，岛状物可具有10μm至50μm、或10μm至20μm、或20μm至50μm、或20μm至100μm、或30μm至50μm、或50μm至100μm、或20μm至500μm、或20μm至200μm的长轴长度。岛状物可覆盖待与连接元件接合的两个部件中的至少一个部件的部件接合表面的至少一部分的10％至75％。
包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂材料可选自基于橡胶的压敏粘合剂、基于丙烯酸类的压敏粘合剂和基于有机硅的压敏粘合剂。
合适的基于丙烯酸类的压敏粘合剂为例如丙烯酸异戊酯，丙烯酸正丁酯，丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸羟基酯的混合物，丙烯酸异辛酯和丙烯酸的共聚物，以及丙烯酸异辛酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的混合物。合适的基于橡胶的压敏粘合剂为基于天然橡胶的压敏粘合剂和基于合成橡胶的压敏粘合剂。合适的基于有机硅的压敏粘合剂可包括聚甲基二苯基硅氧烷或聚甲基硅氧烷。
在聚合物材料是包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂材料的一些实施方案中，压敏粘合剂材料是包含共聚物的基于丙烯酸类的压敏粘合剂，该共聚物包含90重量％至99.5重量％的一种或多种亲油、水乳化性丙烯酸烷基酯和0.5重量％至10重量％的一种或多种单体，该一种或多种单体选自油不溶性、水溶性离子单体和马来酸酐。
共聚物是固有发粘的、弹性体的，并且为微球的形式。这些微球不溶于有机溶剂中，并且在除高极性溶剂诸如水、甲醇和乙醇之外的普通溶剂中形成悬浮液。典型的可用溶剂是乙酸乙酯、四氢呋喃、庚烷、2-丁酮和其他酮、苯、环己烷、酯、异丙醇和高级醇。共聚物微球的尺寸较小，直径在约1μm至约250μm的范围内，大多数球体的直径落在约5μm至约150μm的范围内。这些微球的溶剂悬浮液可通过常规技术喷涂，或者可以与合适的推进剂诸如异丁烷或异丁烯一起掺入气溶胶容器中。粘性微球提供具有低粘附程度的压敏粘合剂，从而允许被粘附物体的分离、重新定位和重新粘结。粘性球体抵抗永久性变形，从而在释放压力时恢复其球形形状。共聚物微球可通过如US 3,691,140中所述的水性悬浮聚合技术来制备。
共聚物微球的丙烯酸烷基酯单体部分可包含一种酯单体或者两种或更多种酯单体的混合物。类似地，共聚物微球的油不溶性、水溶性单体部分可包含单独的马来酸酐、单独的离子单体、两种或更多种离子单体的混合物、或者马来酸酐与一种或多种离子单体的混合物。
这些微球的丙烯酸烷基酯单体部分由亲油、水乳化性、水溶解度受限的那些丙烯酸烷基酯单体组成，并且该丙烯酸烷基酯单体作为均聚物时通常具有低于约-20℃的玻璃化转变温度。合适的丙烯酸烷基酯单体包括丙烯酸异辛酯、丙烯酸4-甲基-2-戊酯、2-甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸仲丁酯等。玻璃化转变温度高于-20℃的丙烯酸酯单体(即，丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异冰片酯等)可与上述丙烯酸酯单体中的一种丙烯酸酯单体结合使用。
这些微球的水不溶性离子单体部分由基本上不溶于油的这些单体构成。所谓基本上不溶于油但溶于水意指单体的溶解度小于0.5重量％，并且在给定温度(优选地50℃-65℃)下在油相单体中的溶解度与在水相中的溶解度的分配比率小于0.005。符合前述标准的离子单体包括三甲胺甲基丙烯酰亚胺、三甲胺对乙烯基苯甲酰亚胺、丙烯酸铵、丙烯酸钠、N,N-二甲基-N-(β-甲基丙烯酰氧基乙基)丙酸铵甜菜碱、1,1-二甲基-1-(2-羟丙基)胺甲基丙烯酰亚胺、4,4,9-三甲基-4-氮鎓-7-氧代-8-氧杂-9-癸烯-1-磺酸盐和1,1-二甲基-1-(2,3-二羟基丙基)胺甲基丙烯酰亚胺。
作为包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂材料的聚合物材料的剥离粘附力可为至少8g/cm宽度，其作为对聚酯膜的粘附力来测量。通常，包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂的剥离粘附力作为对聚酯膜的粘附力测得为不大于80g/cm宽度，但是剥离粘附力也可作为对聚酯膜的粘附力测得为高于80g/cm宽度。为了测量剥离粘附力，可首先将待测试的粘合剂施加到其将牢固粘附的表面，例如阳极化铝或氧化铝表面的双轴向取向的聚酯膜，诸如US 4,190,321中所述的那些。然后将25微米双轴向取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的2.54cm×2.54cm条带施加到粘合剂表面上，并且用2kg辊滚压两遍。然后使用拉伸试验机，测定以90°角在30.5cm/分钟的速率下从粘合剂表面拉动聚酯条带所需的力。剥离粘附力测试可在样品制备之后立即进行，并且在允许粘附力粘结稳定的指定延迟之后进行。
在本文所公开的摩擦连接件的一些实施方案中，连接元件的接合表面中的至少一个接合表面的至少一部分包含聚合物材料。聚合物材料可以为至少一个连续层的形式。聚合物材料可以是粘合剂材料。聚合物材料可以是压敏粘合剂材料。聚合物材料可以是包括至少一个连续层的压敏粘合剂材料，并且聚合物材料也可以是包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂材料。例如，待接合部件的接合表面可设置有用于防腐蚀的聚合物层，并且连接元件的接合表面中的一个接合表面可设置有粘合剂材料以便于将连接元件预先组装到待接合部件中的一个部件。在本文所公开的摩擦连接件的另一个示例中，待接合的两个部件中的一个部件的部件接合表面设置有有利于预先组装连接元件的粘合剂材料，此外，连接元件的接合表面还可设置有用于防腐蚀的聚合物涂层。
摩擦连接件的两个部件中的每个部件的材料可以是金属材料或纤维增强聚合物材料。金属材料可以是钢，例如铸钢或工程钢。例如，两个部件可由铸铁材料诸如GJS700或GJS400或细晶粒结构钢诸如S690QL制成。例如，两个部件中的一个部件可由GJS700制成并且另一个部件可由GJS700制成，或者两个部件中的一个部件可由GJS700制成并且另一个部件可由GJS400制成，或者两个部件中的一个部件可由GJS700制成并且另一个部件可由S690QL制成。
在附图中示出了根据本公开的连接元件的各种实施方案。
图1B示意性地示出了本公开的摩擦连接件的第一实施方案的剖视图。摩擦连接件1包括连接元件2和两个部件3、4，两个部件3、4与连接元件2摩擦接合。图1A示意性地示出了在摩擦连接件的组装之前，即在两个部件3、4与连接元件2摩擦接合之前的情况下的连接元件2和两个部件3、4。两个部件3、4中的每个部件的部件接合表面5、6包括呈层7、8形式的聚合物材料，如从图1A中可见。聚合物材料可例如通过阴极浸涂作为涂层施加在两个部件3、4上。聚合物材料可以是例如用于部件3、4的防腐蚀的漆或其他类型的涂层。连接元件2的金属基材9具有位于基材9的一侧上的第一接合表面10和位于基材9的相对侧上的第二接合表面11。连接元件2的每个接合表面10、11包含通过金属粘结剂层13固定在金属基材9上的硬质颗粒12。层7、8的厚度低于从金属粘结剂层13凸出的硬质颗粒12的高度。
在图1B中，两个部件3、4与连接元件2摩擦接合。用于连接元件的具有参考标号2的卷曲托架旨在包括硬质颗粒12，并且不包括层7、8和两个部件3、4。从图1B中可以看出，硬质颗粒12已被压入两个部件3、4的部件接合表面5、6中，从而将两个部件3、4与连接元件2摩擦联接。硬质颗粒12已以层7、8的形式被压入聚合物材料中，并且被压入两个部件3、4的本体材料中。在金属粘结剂层13与呈层7、8形式的聚合物材料之间留有气隙14、15。通过将硬质颗粒12压入呈层7、8形式的聚合物材料和待接合部件3、4中来增加静摩擦系数。
图2B示意性地示出了本公开的摩擦连接件的第二实施方案的剖视图。摩擦连接件1包括连接元件2和两个部件3、4，两个部件3、4与连接元件2摩擦接合。图2A示意性地示出了在摩擦连接件的组装之前，即在两个部件3、4与连接元件2摩擦接合之前的情况下的连接元件2和两个部件3、4。两个部件3、4中的每个部件的部件接合表面5、6包括呈层7、8形式的聚合物材料，如从图2A中可见。聚合物材料可例如通过阴极浸涂作为涂层施加在两个部件3、4上。聚合物材料可具有密封特性。连接元件2的金属基材9具有位于基材9的一侧上的第一接合表面10和位于基材9的相对侧上的第二接合表面11。连接元件2的每个接合表面10、11包含通过金属粘结剂层13固定在金属基材9上的硬质颗粒12。层7、8的厚度高于从金属粘结剂层13凸出的硬质颗粒12的高度。
在图2B中，两个部件3、4与连接元件2摩擦接合。用于连接元件的具有参考标号2的卷曲托架旨在包括硬质颗粒12，并且不包括层7、8。从图2B中可以看出，硬质颗粒12已被压入两个部件3、4的部件接合表面5、6中，从而将两个部件3、4与连接元件2摩擦联接。硬质颗粒12以层7、8的形式被压入聚合物材料中。硬质颗粒12未被压入两个部件3、4的本体材料中。在金属粘结剂层13与呈层7、8形式的聚合物材料之间，未留有气隙。待接合的两个部件3、4之间的防腐蚀效果得以增强，并且摩擦连接件1可以是气密性的。另外，通过将硬质颗粒12压入层7、8中来增加静摩擦系数。
图3B示意性地示出了本公开的摩擦连接件的第三实施方案的剖视图。摩擦连接件1包括连接元件2和两个部件3、4，两个部件3、4与连接元件2摩擦接合。图3A示意性地示出了在摩擦连接件的组装之前，即在两个部件3、4与连接元件2摩擦接合之前的情况下的连接元件2和两个部件3、4。两个部件3、4中的每个部件的部件接合表面5、6包括呈层7、8形式的聚合物材料，如从图3A中可见。聚合物材料可例如通过阴极浸涂作为涂层施加在两个部件3、4上。聚合物材料可以是例如用于部件3、4的防腐蚀的漆或其他类型的涂层。连接元件2的金属基材9具有位于基材9的一侧上的第一接合表面10和位于基材9的相对侧上的第二接合表面11。连接元件2的每个接合表面10、11包含通过金属粘结剂层13固定在金属基材9上的硬质颗粒12。层7、8的厚度低于从金属粘结剂层13凸出的硬质颗粒12的高度。连接元件包括位于第一接合表面10和第二接合表面11上的压敏粘合剂16、17。压敏粘合剂16、17粘附到硬质颗粒12。压敏粘合剂16、17以膜的形式被施加到硬质颗粒上。压敏粘合剂16、17的厚度低于从金属粘结剂层13凸出的硬质颗粒12的高度。层7、8的厚度和压敏粘合剂16、17的厚度之和也低于从金属粘结剂层13凸出的硬质颗粒12的高度。通过压敏粘合剂16、17，连接元件2可被粘结并因此预先组装到两个部件3、4中的一个部件的部件接合表面5、6。为了连接元件的组装并且为了有利于连接元件的预先组装，在连接元件2的两个接合表面10或11中的一个接合表面上具有压敏粘合剂就已足够，但也可以在连接元件2的两个接合表面10、11中的两者上具有压敏粘合剂，如图3A和图3B所示。
在图3B中，两个部件3、4与连接元件2摩擦接合。用于连接元件的具有参考标号2的卷曲托架旨在包括硬质颗粒12和压敏粘合剂16、17，并且不包括层7、8。从图3B中可以看出，硬质颗粒12已被按压穿过压敏粘合剂16、17并进入两个部件3、4的部件接合表面5、6中，从而将两个部件3、4与连接元件2摩擦联接。硬质颗粒12已以层7、8的形式被压入聚合物材料中，并且被压入两个部件3、4的本体材料中。在金属粘结剂层13与压敏粘合剂16、17之间，以及在压敏粘合剂16、17与呈层7、8形式的聚合物材料之间，未留有气隙。待接合的两个部件3、4之间的防腐蚀效果得以增强，并且摩擦连接件1甚至可以是气密性的。另外，通过将硬质颗粒12压入待接合部件3、4中来增加静摩擦系数。
本文所公开的摩擦连接件可通过包括以下步骤的方法制成：
提供连接元件，其中连接元件包括金属基材，该金属基材具有位于基材的一侧上的第一接合表面和位于基材的相对侧上的第二接合表面，其中每个接合表面包含通过金属粘结剂层固定在金属基材上的硬质颗粒，
提供两个部件，两个部件中的每个部件具有部件接合表面，
将聚合物材料施加在至少一个部件的部件接合表面的至少一部分上，以及
将连接元件的接合表面的硬质颗粒压入两个部件的部件接合表面中，
从而将两个部件与连接元件摩擦联接。
该金属粘结剂层可为镍层。金属粘结剂层可使用电沉积工艺，例如通过外部无电流(＝化学)电镀工艺(也称为无电镀工艺)、优选地通过无电镀镍工艺来制备。可使用电沉积工艺，例如通过无电镀镍工艺使用具有分散硬质颗粒的化学镍镀液来将硬质颗粒施加在金属基材的接合表面上。此类电沉积和电镀工艺是涂覆技术中常用的。可使用热处理在高达约400℃下使化学镍层硬化，结果是改善了对金属基材的粘附性并且增加了该层的固有硬度。使用金属粘结剂层将硬质颗粒固定在金属基材上。
为了将包括至少一个连续层的聚合物材料施加在待接合部件的部件接合表面上，可将聚合物材料涂覆在部件接合表面上。
对于部件接合表面的涂覆，可应用各种方法。合适的涂覆方法为例如阴极浸涂、喷涂、丝网印刷、移印和喷墨印刷。对于这些涂覆方法，可使用包含溶剂的可流动涂层制剂。在将涂层制剂施加在待涂覆零件上之后，对零件进行干燥以使涂层制剂中的溶剂蒸发。例如可以在120℃至180℃的温度下对干燥的涂层进行烘烤。通过烘烤这些涂层，可获得连续且无缺陷的层。
通过阴极浸涂(也称为阴极沉积涂敷)，将待涂覆的部件作为阴极浸入具有涂覆材料溶液的浴中。通过直流电将涂层从该溶液沉积在部件上。通过阴极浸涂而施加的涂覆材料层的厚度可为例如7μm至15μm、15μm至25μm、25μm至45μm和大于45μm。在施加涂覆材料层之后，例如在120℃至180℃的温度下对涂覆材料层进行烘烤。例如，可使用环氧树脂和丙烯酰基的水性溶液进行阴极浸涂。
通过喷涂，使用喷枪以漆的形式将涂覆材料层施加在待涂覆零件上。该漆包含待涂覆颗粒和溶剂。通过适当地选择喷雾参数(诸如喷雾距离、喷雾角、喷雾压力和喷雾嘴的直径)，可选择涂覆材料层的厚度。在施加漆之后，需要通过对涂层进行干燥来使溶剂蒸发。例如可以在120℃至180℃的温度下对喷雾干燥的涂层进行烘烤。
对于丝网印刷，使用可流动的涂层制剂，该涂层制剂使用刮板或刮涂刀通过筛网。涂覆材料层的厚度根据筛网宽度来选择。筛网的目尺寸越小，穿过筛网所得的涂覆材料层就越薄。
所谓移印是使用有机硅辊(也称为“移印机(tampon)”)将涂覆材料层施加在待涂覆零件上，即，施加在尚未涂覆有涂覆材料层的连接元件上。通过可流动涂层制剂来润湿移印机，并且使润湿的移印机在待涂覆零件上滚动，从而将涂覆材料层涂覆在待涂覆零件上。
通过喷墨印刷，使用喷墨印刷机将涂覆材料层施加在待涂覆零件上。该涂覆材料被用作油墨。在施加涂覆材料之后，需要通过对涂层进行干燥来使溶剂蒸发。例如可以在120℃至180℃的温度下对喷墨印刷的涂层进行烘烤。
为了将压敏粘合剂材料施加在待接合部件的部件接合表面上，压敏粘合剂可用作膜，即涂覆在剥离衬垫诸如PET衬垫上的压敏粘合剂的连续层，或用作双面胶带。在将连接元件粘结到待接合部件之前移除衬垫。双面胶带还可包括剥离衬垫，该剥离衬垫在将连接元件粘结到待接合部件之前移除。
通常，被施加用于将压敏粘合剂的连续层压到待接合部件的部件接合表面上的压力为至少100kPa并且可为至少300kPa。被施加用于将压敏粘合剂的连续层压到部件接合表面上的压力可高于300kPa，并且可甚至与摩擦接合连接元件的第一部件和第二部件的接触压力一样高。通常，被施加用于将压敏粘合剂的连续层压到待接合部件的部件接合表面上的压力为1MPa至5MPa。
为了将包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂材料施加在待接合部件的部件接合表面上，可使用涂覆方法诸如喷涂。
上述涂覆方法也可用于涂覆连接元件的接合表面。
在将聚合物材料施加在至少一个部件的部件接合表面的至少一部分上之后，使连接元件的接合表面与两个部件的部件接合表面紧密接触，并且例如用螺钉将第一部件和第二部件彼此机械固定。连接元件的接合表面的硬质颗粒被压入两个部件的部件接合表面中，从而将两个部件与连接元件摩擦联接。
本文所公开的摩擦连接件在机器、设备和机动车辆结构以及能量产生中可用于待接合部件的摩擦增加连接件。本文所公开的连接元件在机器、设备和机动车辆结构以及能量产生中可用于待接合部件的摩擦增加的、无间隙的且/或可翻转的连接件。
原则上，本文所公开的摩擦连接件可用于整个机械工程领域中的任何类型的摩擦连接件，并且具体地在可通过由设计强加的部件表面传递的力不足的情况下。
例如，本文所公开的摩擦连接件可用于车辆的零件或部件(诸如副车架和底盘、或曲轴和链轮、或凸轮轴应用、或车轴或阻尼器应用)之间或风力涡轮机的零件或部件(诸如分段塔或转子轮毂和转子轴)之间的螺栓连接件或夹紧连接件。
将通过以下实施例更详细地描述本公开。
实施例
连接元件的制备(如用于实施例1和2)
为了制备连接元件，通过无电镀用镍层和平均粒度(d50)分别为25μm和35μm的金刚石在两个接合表面上涂覆厚度为0.1mm并且外径为30mm的环形钢箔(根据DIN EN 10132-4为C75S-1.1248级)。如本文所用，环形钢箔也称为“垫片”。
对于无电镀镍，将垫片放置在合适的机架上，并且根据无电镀镍的一般规则通过脱脂、酸洗和活化对其进行预处理。然后，将承载垫片的载体浸入其中分散有平均粒度(d50)分别为25μm或35μm的金刚石粉末的化学镍浴中。以这样一种方式来选择分散的金刚石粉末的量：使得在涂覆镀液中占主导地位的参数下，实现了金刚石在所沉积的镍层中的所需比例，并且镍层达到至多略大于金刚石颗粒直径的一半的所需厚度。在常规的工艺条件下，浸没时间量为大约15至60分钟。
然后将包括现经无电镀镍的垫片的载体从化学镍镀液取出并在超声镀液中进行清理，以除去仅松散地附着到镍层的金刚石颗粒。将经清理的垫片从载体上取下，并在至少150℃的温度下对其进行热处理2小时。这种处理增加了化学镍层对钢箔的粘附性和金刚石在层自身中的粘结。
连接元件的覆盖有金刚石的接合表面的面积百分比为20％。对于平均粒度(d50)为25μm的金刚石，镍层(即金属粘结剂层)的厚度为约13μm。从镍层凸出的金刚石的平均高度为约12μm。对于平均粒度(d50)为35μm的金刚石，镍层(即金属粘结剂层)的厚度为约17μm。从镍层凸出的金刚石的平均高度为约18μm。
摩擦测试
静摩擦系数由实验装置确定，其中通过将尺寸为14×14×25mm的中心钢块(钢等级S355)夹持在两个外部钢块(钢等级S355；样品1、样品2)之间来产生摩擦接触，该外部钢块具有较大尺寸(30×30×25mm)，它们被表示法向力的限定力压到中心块上。使用夹紧机构产生法向力，该夹紧机构使用至少两个大螺钉。测试的接触压力为50MPa。
将外部块(样品1、样品2)定位在刚性且平坦的基板上。中心块相对于外部块居中定位。这得到中心块距基板的限定距离。
通过经由活塞从顶部对中心块施加压缩载荷来执行剪切测试。压缩载荷表示摩擦力。使用万用试验机(兹维克公司(Zwick GmbH)，1474型)进行测试。摩擦力增大，直到中心块开始相对于外部块(这些外部块不能移动，因为它们定位在基板上)在朝向基板的方向上移动。中心块的最大移动被设定为500μm。在剪切测试期间，连续测量法向力、摩擦力和中心块距基板的距离。
使用摩擦力和法向力的测量值计算摩擦系数，该摩擦系数被定义为摩擦力/法向力的比率。使用中心块距基板的测量距离计算中心块相对于外部块的移动。这样，可根据表示摩擦行为或摩擦曲线的相对运动来获得摩擦系数。使用该摩擦曲线确定特征值，例如所限定的相对运动或与摩擦曲线的最大值对应的最大摩擦系数的特征值。静摩擦系数μstat被定义为在20μm的相对运动下的摩擦系数，或者如果在最大摩擦曲线下的相对运动低于20μm，则定义为最大摩擦系数。
实施例1和2以及比较例
对于实施例1和2以及比较例，进行如上所述的摩擦测试。
对于实施例1和2以及比较例，通过使用以环氧树脂为基础的漆的连续层(BrilluxKTL-EP-Grundierung 5606，可从德国翁纳的布卢克公司(Brillux GmbH&Co.KGIndustrielack,Unna,Germany)商购获得)进行阴极浸涂，涂覆中心钢块和两个外部钢块(样品1和样品2)的所有表面，以实现防腐蚀。聚合物材料的连续层的厚度为20μm。根据DINEN ISO 15184:2012测量，聚合物材料的连续层的硬度为4H。
对于实施例1，通过无电镀用镍层和平均粒度(d50)为25μm的金刚石在两个接合表面上涂覆厚度为0.1mm并且外径为30mm的两个环形钢箔(根据DIN EN 10132-4为C75S-1.1248级)，如上所述。将涂覆有镍层和金刚石的两个圆形钢箔中的一个圆形钢箔定位在样品1和中心块之间。将涂覆有镍层和金刚石的第二圆形钢箔定位在样品2和中心块之间。
对于实施例2，通过无电镀用镍层和平均粒度(d50)为35μm的金刚石在两个接合表面上涂覆厚度为0.1mm并且外径为30mm的两个环形钢箔(根据DIN EN 10132-4为C75S-1.1248级)，如上所述。将涂覆有镍层和金刚石的两个圆形钢箔中的一个圆形钢箔定位在样品1和中心块之间。将涂覆有镍层和金刚石的第二圆形钢箔定位在样品2和中心块之间。
对于比较例，对于摩擦测试，没有连接元件定位在中心块和样品1之间以及中心块和样品2之间。
实施例1和2以及比较例的摩擦测试结果示于表1中。表1中的值是在每种情况下进行的三个实验的平均值。
摩擦测试表明，如本文所公开的摩擦连接件(具有涂覆有聚合物材料的待接合部件和在待接合的两个部件之间的连接元件)的静摩擦系数可高于具有涂覆有聚合物材料的待接合部件但在待接合的两个部件之间没有连接元件的摩擦连接件的静摩擦系数。摩擦测试表明，即使从连接元件的金属粘结剂层凸出的硬质颗粒的高度低于聚合物材料层的厚度，静摩擦系数也可增加。
表1：
Figure BDA0002844150050000321

Claims (15)

1.一种摩擦连接件，所述摩擦连接件包括连接元件和两个部件，所述两个部件与所述连接元件摩擦接合，其中所述连接元件包括金属基材，所述金属基材具有位于所述基材的一侧上的第一接合表面和位于所述基材的相对侧上的第二接合表面，其中每个接合表面包含通过金属粘结剂层固定在所述金属基材上的硬质颗粒，并且其中所述两个部件中的每个部件具有部件接合表面，并且其中至少一个部件的所述部件接合表面的至少一部分包含聚合物材料，并且其中所述聚合物材料选自聚酯材料、丙烯酸类材料、环氧树脂材料、甲醛树脂、聚氨酯材料、聚乙酸乙烯酯(PVAC)材料、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)材料、聚氯乙烯(PVC)材料、有机硅材料、橡胶材料以及它们的组合物，其中所述聚合物材料是层的形式，并且其中所述硬质颗粒被压入所述两个部件的所述部件接合表面中，并且其中所述硬质颗粒被压入所述聚合物材料中，并且其中所述硬质颗粒未被压入所述两个部件的本体材料中。
2.根据权利要求1所述的摩擦连接件，其中所述聚合物材料包括至少一个连续层。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦连接件，其中所述聚合物材料是粘合剂材料。
4.根据权利要求1或2所述的摩擦连接件，其中所述聚合物材料是通过阴极浸涂而涂覆的以环氧树脂或丙烯酸类树脂为基础的漆。
5.根据权利要求1或2所述的摩擦连接件，其中所述聚合物材料是压敏粘合剂材料。
6.根据权利要求5所述的摩擦连接件，其中所述压敏粘合剂材料选自基于橡胶的压敏粘合剂、基于丙烯酸类的压敏粘合剂和基于有机硅的压敏粘合剂。
7.根据权利要求2所述的摩擦连接件，其中所述聚合物材料的所述至少一个连续层的厚度为1μm至300μm。
8.根据权利要求1所述的摩擦连接件，其中所述聚合物材料是包括多个不连续岛状物的压敏粘合剂材料。
9.根据权利要求8所述的摩擦连接件，其中所述岛状物的厚度为10μm至150μm。
10.根据权利要求8或9所述的摩擦连接件，其中所述岛状物的长轴长度为10μm至500μm。
11.根据权利要求8或9所述的摩擦连接件，其中所述岛状物覆盖所述两个部件中的至少一个部件的所述接合表面的10％至75％。
12.根据权利要求1或2所述的摩擦连接件，其中所述连接元件的所述接合表面中的至少一个接合表面的至少一部分包含聚合物材料。
13.根据权利要求1或2所述的摩擦连接件，其中所述两个部件中的每个部件的材料是金属材料或纤维增强聚合物材料。
14.根据权利要求2所述的摩擦连接件，其中所述聚合物材料包括至少一个连续层，并且其中当根据DIN ENISO 15184:2012测量时，所述至少一个连续层的硬度为至少3H。
15.一种用于制备根据权利要求1或2所述的摩擦连接件的方法，所述方法包括：
提供连接元件，其中所述连接元件包括金属基材，所述金属基材具有位于所述基材的一侧上的第一接合表面和位于所述基材的相对侧上的第二接合表面，其中每个接合表面包含通过金属粘结剂层固定在所述金属基材上的硬质颗粒，
提供两个部件，所述两个部件中的每个部件具有部件接合表面，
将聚合物材料施加在至少一个部件的所述部件接合表面的至少一部分上，以及
将所述连接元件的所述接合表面的所述硬质颗粒压入所述两个部件的所述部件接合表面中，
从而将所述两个部件与所述连接元件摩擦联接。
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