DE102006044934A1

DE102006044934A1 - Werkstück mit mehreren Filmüberzugsschichten und Verfahren zur Herstellung der Filmüberzugsschichten

Info

Publication number: DE102006044934A1
Application number: DE200610044934
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Idei
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20070065668A1; JP2007111690A; FR2890889A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkstück, das mit mehreren Filmüberzugsschichten versehen werden soll, das ausgestattet ist mit einer ersten Filmüberzugsschicht, hergestellt durch Aufbringen eines Pulverbeschichtungsmaterials aus einem wärmehärtbaren Harz in Form einer Schicht, das einen elektrisch leitenden Füllstoff und ein Elastometer enthält, auf eine Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks, und mit einer zweiten Filmüberzugsschicht, hergestellt durch Aufbringen eines Pulverbeschichtungsmaterials aus einem wärmehärtbaren Harz in Form einer Schicht, das wasserabweisende Teilchen enthält, auf die erste Filmüberzugsschicht. Die erste Filmüberzugsschicht und die zweite Filmüberzugsschicht werden durch Erhitzen gebrannt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Werkstück um ein Reibelement, das eine Metalldruckplatte und ein Reibmaterial (einen Reibbelags-Werkstoff) umfasst.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkstück, beispielsweise ein metallisches Element, das mit Filmüberzügen beschichtet werden soll, sowie auf ein Verfahren zur Bildung der Filmüberzüge auf einem Werkstück, das damit beschichtet werden soll. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Werkstück, z.B. auf ein metallisches Element eines Bremselements, das mit Filmüberzügen versehen ist, das beispielsweise in industriellen Maschinen, Schienenfahrzeugen, Lastkraftwagen, Personenkraftwagen und dgl. verwendet wird, sowie auf ein Verfahren zur Bildung der Filmüberzüge auf dem Werkstück. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Werkstück, wie z.B. ein metallisches Element, das mit Filmüberzügen beschichtet werden soll, sowie auf ein Verfahren zur Bildung der Filmüberzüge auf dem Werkstück in einem Reibelement, das für die oben genannten Anwendungszwecke verwendet wird.

Verwandter Stand der Technik

Üblicherweise ist es zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der Witterungsbeständigkeit allgemein üblich, auf ein metallisches Element einen Filmüberzug bzw. Überzugsfilm aufzubringen. Als Verfahren zur Bildung des Filmüberzugs sind auch bereits verschiedene Verfahren bekannt, z.B. ein Sprühbeschichtungs-, Tauchbeschichtungs-, elektrophoretisches Beschichtungs-, Pulverbeschichtungs-Verfahren und dgl. Bei diesen Verfahren, bei denen Beschichtungzusammensetzungen verwendet werden, die ein Lösungsmittel enthalten, ist eine Stufe zur Abtrennung des Lösungsmittels erforderlich. Da jedoch die Stufe der Abtrennung des Lösungsmittels Sicherheitsprobleme mit sich bringt, werden die Verfahren, in denen Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden, die ein Lösungsmittel enthalten, zunehmend durch andere Verfahren ersetzt. Bei diesen Verfahren sind, da bei der Pulverbeschichtung kein Lösungsmittel verwendet wird, einfache Stufen erforderlich und das Pulver, das in der Beschichtungsstufe nicht verbraucht wird, kann zurückgewonnen werden, sodass das Pulverbeschichtungsverfahren den Vorteil bietet, dass die Kosten vermindert werden. Dabei wird jedoch ein kontinuierlicher Überzugsfilm gebildet durch Verschweißen der Pulverteilchen miteinander durch Erhitzen und Brennen, nachdem eine Überzugsschicht durch haftendes Verbinden der Pulverteilchen mit der Oberfläche eines metallischen Elements erzeugt worden ist. Es ist deshalb schwierig, einen vollständig abdeckenden Filmüberzug herzustellen.

Beispielsweise wird bei der Pulverbeschichtung eines Reibelements (eines Bremsklotzes bzw. einer Bremsbacke) bisher ein pulverförmiges Beschichtungsmaterial aus einem Epoxyharz oder einem Epoxypolyesterharz verwendet, wie beispielsweise in JP-A-2004-27035 beschrieben. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass die Korrosionsbeständigkeit und die feste Haftung nicht ausreichend sind und auch nicht die erforderlichen Geräusch-Eigenschaften erzielt werden, die durch das Reibelement (die Bremsbacke) als Quelle für Vibrationen im Hinblick auf die geringe Flexibilität und die schlechten Dämpfungseigenschaften hervorgerufen werden. Bezüglich der Korrosionsbeständigkeit besteht, abgesehen von der Korrosionsbeständigkeit der Bindungsoberfläche selbst, auch die Möglichkeit, dass der haftende Überzug (Klebstoff) sich ablöst als Folge von Rost an der Bindungsoberfläche, wenn Wasser aus einer schwalbenschwanzförmigen Nut des Reibelements (Bindungsloch für einen Formkörper) in die seitliche Oberfläche eines Reibelements eindringt und die Bindungsoberfläche erreicht oder der haftende Überzug sich ablöst als Folge des Anwachsens des Rostes, der an der Peripherie des gebundenen Abschnitts des Reib elements gebildet wird, wenn das Reibmaterial nicht vorhanden ist, und dieser daher in die Bindungsoberfläche eindringt, und eine Gegenmaßnahme in den Bereichen, die unter Salzschäden leiden, wie z.B. im Nordamerikanischen Bereich, führt zu einem signifikanten Problem in der Zukunft.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Werkstück, beispielsweise ein metallisches Element, das beschichtet werden soll, sowie ein Verfahren zur Bildung eines Filmüberzugs auf dem Werkstück unter Bildung eines Filmüberzugs mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und Witterungsbeständigkeit bereitzustellen, sodass durch Pulverbeschichten ein Film erhalten wird, in dem Elastomer-Teilchen dispergiert sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Werkstück, das mit mehreren Filmüberzugsschichten beschichtet werden soll, bereitgestellt, das aufweist
eine erste Filmüberzugsschicht, die durch Beschichten einer Oberfläche des zu beschichteten Werkstückes mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial aus einem wärmehärtbaren Harz, das einen elektrisch leitenden Füllstoff und ein Elastomer enthält, gebildet worden ist;
eine zweite Filmüberzugsschicht, die durch Aufbringen eines pulverförmigen Beschichtungsmaterials aus einem wärmehärtbaren Harz, das wasserabweisende Teilchen enthält, in Form eines Überzugs auf die erste Filmüberzugsschicht aufgebracht worden ist,
wobei die erste Filmüberzugsschicht und die zweite Filmüberzugsschicht durch Erhitzen gebrannt wurden.

Außerdem kann das Werkstück ein Reibelement sein, das eine Metalldruckplatte und ein Reibmaterial (einen Reibbelagswerkstoff) umfasst.

Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung von mehreren Filmüberzugschichten auf einem zu beschichteten Werkstück bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
Bildung einer ersten Filmüberzugsschicht durch Beschichten einer Oberfläche des Werkstücks, die beschichtet werden soll, mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial aus einem wärmehärtbaren Harz, das einen elektrisch leitenden Füllstoff und ein Elastomer enthält;
Bildung einer zweiten Filmüberzugsschicht durch Beschichten der ersten Filmüberzugsschicht mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial aus einem wärmehärtbaren Harz, das wasserabweisende Teilchen enthält; und
Brennen der ersten Filmüberzugsschicht und der zweiten Filmüberzugsschicht durch Erhitzen.

Außerdem kann die Stufe der Bildung der ersten Filmüberzugsschicht durchgeführt werden durch elektrostatisches Beschichten der Oberfläche des Werkstückes unter Verwendung eines Pulverbeschichtungsmaterials vom Epoxyharz-Typ, das Teilchen aus einem oder mehreren Metallen, wie z.B. aus Aluminium und Zink, Ruß und Teilchen aus Metalloxiden, wie z.B. aus Zinkoxid und Titanoxid, als Füllstoff enthält.

Die Stufe der Bildung der zweiten Filmüberzugsschicht kann ferner durchgeführt werden durch elektrostatisches Beschichten der ersten Filmüberzugsschicht durch Verwendung eines Pulverbeschichtungsmaterials vom Epoxyharz-Typ, das ein oder mehrere wasserabweisende Teilchen aus Polytetrafluorethylen und Polytrifluorethylen enthält.

Nach dem Verfahren zur Bildung von mehreren Filmüberzugsschichten auf einem Werkstück, das beschichtet werden soll, und zur Herstellung des Werkstücks nach einem oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei dem die erste Filmüberzugsschicht einen elektrisch leitenden Füllstoff und darin dispergierte Elastomer-Teilchen enthält und die zweite Filmüberzugsschicht wasserabweisende Harze darin dispergiert enthält, kann ein beschichtetes Werkstück mit einer ausgezeichneten festen Haftung des Filmüberzugs, mit einer ausgezeichneten Korrosions beständigkeit, Witterungsbeständigkeit und Vibrationsbeständigkeit eines Filmüberzugs erhalten werden und die Ablösung des haftenden Überzugs, die durch Rost während der Verwendung hervorgerufen wird, kann verhindert werden. Wenn eine Metalldruckplatte eines Bremselements, bei dem ein Reibelement an der Metalldruckplatte haftet, mit Filmüberzügen bereitgestellt wird, die durch das Verfahren zum Aufbringen von mehreren Filmüberzügen hergestellt worden sind, weist sie nicht nur eine ausgezeichnete feste Haftung des Filmüberzugs, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und Vibrationsbeständigkeit auf, sondern ist auch verbessert in Bezug auf die Geräuscheigenschaften, die durch das Reibmaterial als Vibrationsquelle hervorgerufen werden.

Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Patentansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 stellt eine schematische Ansicht dar, die den Schichtaufbau eines Reibelements (eines Bremsklotzes) im Querschnitt zeigt.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den beispielhaften Ausführungsformen werden ein Werkstück, das mit mehreren Filmüberzugsschichten beschichtet werden soll, und ein Verfahren zur Bildung der mehreren Filmüberzugsschichten auf einem zu beschichtenden Werkstück gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet auf ein Reibelement für eine Bremseinrichtung als ein Beispiel, das die vorliegende Erfindung erläutern soll.

In der Zeichnung zur Erläuterung der beispielhaften Ausführungsformen und Beispiele sind die Aufbaufaktoren, die identische Funktionen haben, mit identischen Bezugsziffern bezeichnet.

Die Herstellung eines Reibmaterials (Reibbelags-Werkstoffs) für die Verwendung in Bremsen wird im Allgemeinen durchgeführt durch Anwendung der Stufen Mischen, Rühren, Vorformen eines Ausgangsmaterials eines Reibelements bei einer normalen Temperatur, thermisches Formen (Warmverformen), Wärmebehandeln und Endbehandeln, wie z.B. Schleifen.

Zuerst wird jede der Stufen beschrieben für ein erläuterndes Beispiel eines Reibklotzes für eine Scheibenbremse als ein Reibelement 1. Die 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Reibelements 1, bei dem ein Reibmaterial (Reibbelags-Werkstoff) 4 durch Formpressen unter Verwendung eines Klebstoffes 3 mit einer Druckplatte 2 integriert wird, die mit einem Zwischen- bzw. Primer-Überzug 5 versehen ist (nachstehend als „P/P" bezeichnet). P/P wird unter Anwendung jeder der folgenden Stufen hergestellt: Pressen eines Metallbleches, Durchführung einer Entfettungsbehandlung, Durchführung einer Primerbehandlung und Vorerwärmung von P/P als Hauptstufe. In der Stahlblechmetall-Pressstufe wird ein vorher ausgewähltes P/P-Ausgangsmaterial zu P/P mit einer vorgegebenen Gestalt durch Pressen oder dgl. geformt. In der Entfettungsstufe werden die auf P/P beim Pressen abgeschiedenen Öle und Fette unter Verwendung eines Reinigungsmittels (Detergens) entfernt. In der Primer-Behandlungsstufe wird eine Harz-Primer-Schicht durch Aufsprühen auf die gesamte Oberfläche des entfetteten P/P aufgebracht, getrocknet, etwa 1 h lang auf 180 bis 200 °C erhitzt und der Primer-Überzug wird gehärtet zur Bildung einer Primer-Schicht. Als Material für die Primer-Schicht 5 können übliche Primer-Materialien verwendet werden und dazu gehören beispielsweise ein Vinyl/Phenol-Harz (Polyvinylacetal, Polyvinylformal, Polyvinylbutyral und ein Copolyamid als Vinyl-Elastomer), ein Nitril-Kautschuk/Phenol-Harz, ein Harz vom Silan-Typ (z.B. γ-Aminopropyltriethoxysilan) und ein Primer vom Urethan-Typ.

Andererseits umfasst das Vorformen des Reibmaterials (Reibbelags-Werkstoffs) 4 die Zugabe, das Durchmischen, das Rühren und das Vorformen der Ausgangsmaterialien als Hauptstufe. Jede der vorstehend beschriebenen Stufen kann unter Anwendung der bereits existierenden Produktionstechnik für das Reibmaterial (den Reibbelags-Werkstoff) durchgeführt werden. So wird beispielsweise ein Ausgangsmaterial hergestellt durch Mischen von Verstärkungsfasern, wie z.B. wärmebeständigen organischen Fasern, anorganischen Fasern und Metallfasern, mit pulverförmigen Ausgangsmaterialien, wie z.B. anorganischen Füllstoffen, einem die Reibung kontrollierenden Material, einem festen Gleitmittel und einem wärmehärtbaren Harzbindemittel, in einem vorgegebenen Verhältnis und ausreichendes Homogenisieren derselben durch Durchmischen und Rühren.

Bei der vorstehend beschriebenen Behandlungsstufe umfassen die Verstärkungsfasern beispielsweise organische Fasern, z.B. aromatische Polyamid-Fasern, feuerbeständige Acryl-Fasern, Metall-Fasern, z.B. Kupfer-Fasern und Stahl-Fasern, und anorganische Fasern, z.B. Kaliumtitanat-Fasern und Al₂O₃-SiO-Keramik-Fasern.

Der anorganische Füllstoff umfasst beispielsweise anorganische Teilchen, beispielsweise aus Bariumsulfat und Calciumcarbonat, und flockenförmige anorganische Materialien, z.B. aus Vermiculit oder Glimmer.

Das wärmehärtbare Harz-Bindemittel umfasst beispielsweise Phenolharze (z.B. reine (unveränderte) Phenolharze, verschiedene Arten von modifizierten Phenolharzen mit Kautschuk), Melaminharz, Epoxyharz und Polyimidharz.

Das Reibungskontrollmaterial umfasst ferner beispielsweise anorganische Reibungskontrollmaterialien, wie z.B. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid und Chromoxid, organische Reibungskontrollmaterialien, wie z.B. synthetischer Kautschuk und Cashew-Harz.

Das feste Schmiermittel umfasst beispielsweise Graphit oder Molybdändisulfid.

Für die Zusammensetzung des Reibmaterials (Reibbelags-Werkstoffs) können verschiedene Mischungsverhältnisse angewendet werden. Das heißt, die Materialien können einzeln oder in Form von zwei oder mehr derselben in Kombination miteinander gemischt werden entsprechend den Reibungseigenschaften, welche die Pro dukte haben sollen, z.B. entsprechend dem gewünschten Reibungskoeffizienten, der gewünschten Abriebsbeständigkeit, den gewünschten Vibrationseigenschaften und Geräuscheigenschaften.

Dann werden die Ausgangsmaterialien in eine Form eingeführt und bei einem Oberflächendruck von etwa 10 bis 100 MPa geformt zur Herstellung eines Vorformlings 4a eines Reibelements, wie beispielsweise in der 1 dargestellt. Der Vorformling 4a, der umfasst P/P und das Reibmaterial (den Reibbelags-Werkstoff), der wie vorstehend beschrieben behandelt worden ist, wird in die Warmverformungsstufe überführt. In der Warmverformungsstufe wird zuerst ein vorerwärmtes P/P bei einer hohen Temperatur in einer Presse behandelt, dann wird darauf der Vorformling 4a aufgelegt und thermisch geformt.

Für die erfindungsgemäße Beschichtung wird eine Pulverbeschichtung angewendet. Die Pulverbeschichtung umfasst ein elektrostatisches Beschichtungsvertahren und ein Wirbel-Tauchverfahren. Bei dem elektrostatischen Beschichtungsvertahren werden nach den Prinzipien der elektrostatischen Beschichtungsmethode, bei der eine Pulverbeschichtung angewendet wird, Pulverteilchen mittels einer hohen Gleichspannung elektrisch aufgeladen unter Verwendung eines statischen Hochspannungsgenerators und sie werden auf einem Gegenstand, der beschichtet werden soll und geerdet ist, durch elektrostatische Anziehung abgeschieden. Das Überzugsmaterial, das auf ein zu beschichtendes Werkstück aufgebracht worden ist, wird in einem Brennofen erhitzt, zum Schmelzen gebracht und dann gehärtet unter Bildung eines zusammenhängenden (kontinuierlichen) Films. Das zu viel aufgesprühte Pulverbeschichtungsmaterial wird zurückgewonnen und wieder verwendet. Das elektrostatische Beschichtungsverfahren, bei dem die Pulverbeschichtung angewendet wird, wird allgemein in zwei Typen eingeteilt.

a) Elektrostatisches Sprühbeschichtungsverfahren

Ein Pulverbeschichtungsmaterial wird pneumatisch aus einem Beschichtungsmaterial-Vorratstank in eine Sprühpistole überführt. Außerdem wird der Pulver-Überzug durch eine hohe Spannung, die durch die Verwendung eines statischen Hochspannungsgenerators erzielt wird, negativ aufgeladen (in der Regel auf –40 KV bis –90 KV). Andererseits wird das zu beschichtende Werkstück geerdet und das aus der Mündung der Sprühpistole ausgetragene Pulverbeschichtungsmaterial wird auf der Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks durch elektrostatische Anziehung abgeschieden. In diesem Fall werden die elektrisch negativ aufgeladenen Pulverteilchen unter einem starken Druck auf einem Abschnitt mit hoher Spannung des zu beschichtenden Werkstücks in hohem Umfang abgeschieden. Da sie dick abgeschieden werden, reichern sich die negativen Ladungen auf dem Filmüberzug an und führen zu einer elektrostatischen Abstoßung bei einer größeren vorgegebenen Dicke und ergeben eine geringere Abscheidung. Das Pulverbeschichtungsmaterial, das nicht direkt auf das zu beschichtende Werkstück fliegt, wird teilweise um die Rückseite herumgeführt und abgeschieden. Durch das vorstehend beschriebene Phänomen wird ein gleichförmiger Filmüberzug bis zu einer bestimmten Dicke erhalten und die Filmdicke unterliegt einer Beschränkung. Außerdem handelt es sich bei der triboelektrischen Sprühbeschichtung, bei der die Prinzipien der Triboelektrizität angewendet werden, um ein Beschichtungsverfahren, das beispielsweise den Vorteil bietet, dass kein Hochspannungs-Generator erforderlich ist, dass es gute Herumführungseigenschaften oder Eindringeigenschaften aufweist und eine geringere elektrostatische Abstoßung erzeugt.

b) Elektrostatisches Tauchbeschichtungsverfahren

Eine Bodenplatte eines Eintauchtanks zum Einfüllen eines Pulverbeschichtungsmaterials besteht aus einer porösen Platte und in einem vorgegebenen Abstand sind jeweils Elektroden angeordnet. Das Pulverbeschichtungsmaterial in dem Tank wird mittels eines nach oben gerichteten Luftstroms, von der porösen Bodenplatte aus aufgewirbelt (fluidisiert). Andererseits wird eine hohe Spannung von –40 KV bis –90 KV aus einem statischen Hochspannungs-Generator an die Elektroden angelegt und die ionisierten Pulverteilchen, die in der Luft suspendiert werden, werden negativ aufgeladen und in dem Tank nach oben gewirbelt und auf dem Gegenstand abgeschieden, der geerdet ist. Die Teilchen, die nicht auf dem zu beschichtenden Werk stoff abgeschieden werden, fallen unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten und steigen dann wieder auf als elektrisch geladene Teilchen und wiederholen die Bewegung für die erneute Beschichtung des zu beschichtenden Werkstücks.

Bei dem fluidisierten Tauchbeschichtungsverfahren handelt es sich um ein Verfahren der pneumatischen Fluidisierung des Pulvers in einem Fluidisierungstank, der eine am Boden angeordnete poröse Platte aufweist, bei dem ein vorerwärmtes Werkstück, das beschichtet werden soll, in das suspendierte Pulver eingetaucht wird, und das Pulver, das auf der Oberfläche des Werkstücks abgeschieden worden ist, wird in der Wärme geschmolzen unter Bildung eines zusammenhängenden (kontinuierlichen) Films.

Da das Verfahren keine spezielle Apparatur erfordert, sind die Installationskosten verhältnismäßig niedrig, wobei kaum Beschichtungsverluste in Form einer dünnen Beschichtung auftreten, und es kann leicht ein Überzugsfilm mit einer Filmdicke von 250 bis 1000 μm und mit einer ausgezeichneten Randbedeckung (Kantenbedeckung) erhalten werden. Die Größe und Gestalt des zu beschichtenden Werkstücks unterliegen jedoch Beschränkungen und das Vorerwärmen des zu beschichtenden Werkstücks (auf 150 bis 300 °C) ist eine wesentliche Voraussetzung.

Die erfindungsgemäß verwendete Pulverbeschichtungs-Zusammensetzung weist eine durchschnittliche Teilchengröße der Teilchen von 15 bis 35 μm auf, wobei 30 Massenprozent oder weniger der Teilchen eine Teilchengröße von 50 μm oder mehr haben. Besonders bevorzugt weisen 5 Massenprozent oder weniger der Teilchen eine Teilchengröße von 100 μm oder mehr auf und 15 Massenprozent oder weniger der Teilchen weisen eine Teilchengröße von 5 μm oder weniger auf. Wenn man die durchschnittliche Teilchengröße herabsetzt und die Teilchengröße wie vorstehend beschrieben vereinheitlicht, nimmt die Beschichtungsdicke ab und die Brenn- bzw. Verschmorungsverarbeitbarkeit ist ausgezeichnet.

Das als Pulverbeschichtungsmaterial verwendete Pulverbeschichtungsharz umfasst beispielsweise Acrylharz, Epoxyharz und Polyesterharz, und ein Pulverbeschich tungsmaterial, das ein wärmehärtbares Epoxyharz oder ein wärmehärtbares Epoxyharz-Polyester-Harz als eine Hauptkomponente umfasst, ist erfindungsgemäß bevorzugt.

Das für das Pulverbeschichtungsmaterial der Erfindung verwendete Polyesterharz (A) ist ein Harz, das eine Esterbindung -C(O)O- aufweist und es wird im Allgemeinen hergestellt durch dehydratisierende Kondensation zwischen einer Verbindung mit einer Alkoholgruppe (-ROH-Gruppe) und einer Verbindung mit einer Carboxylgruppe (-COOH-Gruppe).

Die Zugabemenge des Polyesterharzes im Falle der Verwendung eines wärmehärtbaren Epoxyharzes/Polyesterharzes beträgt 10 bis 90 Massenprozent und vorzugsweise 20 bis 50 Massenprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

In der Regel wird das Polyesterharz beispielsweise hergestellt durch Polymerisieren eines Polyhydroxyalkohols, wie z.B. von Ethylenglycol, Propandiol, Hexandiol, Neopentylglycol, Trimethylolpropan oder Pentaerythrit, und einer Carbonsäure, wie z.B. Maleinsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure oder β-Oxypropionsäure, unter Anwendung eines üblichen Verfahrens.

Erfindungsgemäß unterliegt das Polyesterharz keiner speziellen Beschränkung, so lange es allgemein als Harz für die Pulverbeschichtung verwendet wird, und sein durchschnittliches Molekulargewicht beträgt vorzugsweise 500 bis 100 000 und besonders bevorzugt 2 000 bis 80 000. Die OH-Zahl beträgt 0 bis 300 mg KOH/g, vorzugsweise 30 bis 120 mg KOH/g. Außerdem beträgt die Säurezahl 0 bis 200 mg KOH/g, vorzugsweise 10 bis 100 mg KOH/g. Der Schmelzpunkt beträgt vorzugsweise 50 bis 200 °C und besonders bevorzugt 80 bis 150 °C.

Das Polyesterharz umfasst insbesondere beispielsweise "Crylcoat 341, 7620, 7630", hergestellt von der Firma Daicel UCD Co., "Finedick M-8010, 8020, 8024, 8710", hergestellt von der Firma Dai-Nippon Ink and Chemicals Inc., "Kopika coat GV110, 230", hergestellt von der Firma Nippon Kopika Co., "ER6570", hergestellt von der Firma Nippon Ester Co., und "VESTAGON EP-P100", hergestellt von der Firma Hules Co.

Zu spezifischen Beispielen für das Epoxyharz gehören ein Glycidylesterharz; ein Harz vom Glycidylether-Typ, wie z.B. das Kondensationsreaktionsprodukt von Bisphenol A mit Epichlorohydrin oder das Kondensationsreaktionsprodukt von Bisphenol F mit Epichlorhydrin; ein cycloaliphatisches Epoxyharz; ein aliphatisches Epoxyharz; ein Brom enthaltendes Epoxyharz; ein Epoxyharz vom Phenol-Novolac-Typ oder Kresol-Novolac-Typ und dgl. Ein Harz vom Glycidylether-Typ, wie z.B. die Kondensationsreaktionsprodukte von Bisphenol A und Epichlorhydrin oder die Kondensationsreaktionsprodukte von Bisphenol F und Epichlorohydrin sind bevorzugt.

Sie umfassen insbesondere "Epototo YD903N, YD128, YD14, PN639, CN701, NT114, ST-5080, ST-5100, ST-4100D", hergestellt von der Firma Toto Kasei Co., "EITPA3150", hergestellt von der Firma Daicel Chemical Industries Ltd., "Ardite CY179, PT810, PT910, GY6084", hergestellt von der Firma Ciba Geigy Co., "Tekonal EX711 ", hergestellt von der Firma Nagase Kasei Co., "Epicron 4055RP, N680, HP4032, N-695, HP7200H", hergestellt von der Firma Dai Nippon Ink and Chemicals Inc., "Epicoat 1001, 1002, 1003, 1004, 1007", hergestellt von der Firma Yuka Shell Epoxy Co., "DER662", hergestellt von der Firma Dow Chemical Co., und "EPPN201, 202, EOCN1020, 102S", hergestellt von der Firma Nippon Kayaku Co.

Außerdem umfasst der Härter, der für das erfindungsgemäße Pulverbeschichtungsmaterial verwendet wird, einen solchen vom blockierten Isocyanat-Typ, Triglycidylisocyanat (TGIC)-Typ, Epoxy-Typ (Polyethoxid, Epoxyharz) und dgl. Ein Härter vom blockierten Isocyanat-Typ ist besonders bevorzugt.

Der Härter vom blockierten Isocyanat-Typ wird hergestellt aus einer Verbindung, die hauptsächlich Urethan-Bindungen (-NHCO-) umfasst. In dem erfindungsgemäß ver wendeten blockierten (Poly)Isocyanat sind die Isocyanat-Gruppen der (Poly)Isocyanat-Verbindung durch ein Blockierungsmittel blockiert. Der Erweichungspunkt liegt in dem Bereich von 20 bis 100 °C und vorzugsweise von 25 bis 80 °C und der Mengenanteil an NCO (%) beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 30 %.

Ein Pigment oder ein Rohpigment (Körperpigment), das in geeigneter Weise mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung gemischt worden ist, umfasst färbende Pigmente, wie z.B. Titanioxid, rotes Eisenoxid, Eisenoxid, Ruß, Phthalocyaninblau, Phthalocyaningrün, ein Pigment vom Chinacridon-Typ und ein Pigment vom Azo-Typ, Roh-Pigmente, wie z.B. Talk, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Calciumcarbonat, und präzipitiertes Bariumsulfat oder Antirost-Pigmente, wie z.B. ein Pigment vom Chrom-Typ, ein Pigment vom Phosphat-Typ und ein Pigment vom Molybdän-Typ.

Außerdem umfassen Verlaufmittel, die gegebenenfalls in geeigneter Weise zugemischt werden (Oberflächenkontrollmittel), Silicone, wie z.B. Dimethylsilicon und Methylsilicon, und ein Acryloligomer und dgl. und dazu gehören insbesondere "CF-1056", hergestellt von der Firma Toshiba Silicone Co., "Modaflow", hergestellt von der Firma Monsant Kasei Co., "Acronal 4F", hergestellt von der Firma BASF Co., "BYK-360P", hergestellt von der Firma BYK Chemie Co., und "DISPARLON PL540", hergestellt von der Firma Kusumoto Chemicals Ltd.

Nachstehend werden eine Ausführungsform eines Werkstückes, das mit mehreren Filmüberzügen beschichtet werden soll, sowie ein Verfahren zur Bildung der mehreren Filmüberzüge auf dem Werkstück näher beschrieben.

Beim Beschichten eines Reibelements (eines Bremsklotzes) als Werkstück, das umfasst eine Metalldruckplatte und ein Reibmaterial (einen Reibbelags-Werkstoff), wird ein erster Filmüberzug gebildet durch elektrostatische Beschichtung der Oberfläche der zu beschichteten Druckplatte mit einem Pulverbeschichtungsmaterial aus einem wärmehärtbaren Harz, das einen elektrisch leitenden Füllstoff und ein Elastomer enthält. Dann wird die erste Filmüberzugsschicht mit einem Pulverbeschich tungsmaterial aus einem wärmehärtbaren Harz, das wasserabweisende Teilchen enthält, elektrostatisch beschichtet unter Bildung einer zweiten Filmüberzugsschicht. Schließlich wird das Reibelement erhitzt und gebrannt.

Das Harz, das als Matrix für den ersten Filmüberzug verwendet wird, ist ein Epoxyharz oder ein Epoxyharz-Polyesterharz, das einen Härter, ein Pigment, ein Antiblockierungsmittel und dgl. enthält, und die Zusammensetzung und die Zugabemenge desselben können in geeigneter Weise vom Fachmann festgelegt werden. Der Füllstoff als elektrisch leitendes Füllstoffmaterial umfasst Aluminum und Zink als einen Füllstoff vom Metall-Typ und ein solcher mit einer Teilchengröße im Submikron-Bereich ist bevorzugt. Der Füllstoff umfasst Ruß als einen Kohlenstoff-Typ mit einer Teilchengröße von 10 bis 200 nm und einer spezifischen Oberflächengröße von 50 bis 1000 m²/g. Der Füllungseffekt ist besser, wenn die Teilchengröße geringer ist und die spezifische Oberflächengröße höher ist. Der Füllstoff umfasst Zinkoxid und Titanoxid als Füllstoffe vom Oxid-Typ, und die bevorzugte Teilchengröße beträgt 0,1 bis 2 μm. Da jedoch der Füllstoff auch als Färbemittel fungiert, sollte er so ausgewählt werden, dass er der gewünschten Farbtönung entspricht. Bei einer Zugabemenge innerhalb eines Bereiches von 10 bis 60 Massenprozent kann das Pulverbeschichtungsmaterial für den zweiten Filmüberzug im Hinblick auf die Färbung ohne Probleme elektrostatisch in Form einer Überzugsschicht aufgebracht werden. Bevorzugt sind 20 Massenprozent oder mehr derselben ausschließlich Ruß und 3 Massenprozent oder mehr für Ruß. Die zusammen mit dem Füllstoff in dem ersten Filmüberzug dispergierten Elastomer-Teilchen umfassen NBR oder Chloropren-Kautschuk, dessen Gehalt 20 bis 50 Massenprozent beträgt, und er umfasst verschiedene Arten von Stabilisatoren und Alterungsinhibitoren in einer Menge von 3 bis 5 Massenprozent.

Sowohl der elektrisch leitende Füllstoff als auch das Elastomer werden in dem Matrix-Harz durch Schmelzverkneten mit dem Epoxyharz oder dem Epoxyharz-Polyesterharz als Matrixharz dispergiert und die Dicke, in der die Oberfläche des Reibelements beschichtet werden soll, kann 10 bis 60 μm, vorzugsweise 15 bis 30 μm, betragen bei Anwendung einer mechanischen Pulverisierung derselben mit pul verförmigen Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 bis 50 μm.

Bei dem wärmehärtbaren Harz als Matrix für den zweiten Filmüberzug handelt es sich um das Epoxyharz oder das Epoxyharz-Polyester-Harz ähnlich demjenigen für den ersten Überzugsfilm und es umfasst auch solche, die eine geeignete Menge eines Härters, eines Pigments und eines Antiblockierungsmittels enthalten.

Die wasserabstoßenden Teilchen, die in der Matrixschicht dispergiert sind, umfassen beispielsweise Teilchen aus Polytetrafluorethylen und Polytrifuorethylen. Die durchschnittliche Teilchengröße beträgt 5 μm oder mehr und die Zugabemenge liegt in dem Bereich von 5 bis 20 Gew.-%. Das Pulverbeschichtungsmaterial wird auf die gleiche Weise hergestellt wie das für den ersten Filmüberzug verwendete Material. Die Zugabemenge der wasserabstoßenden Teilchen zu dem Epoxyharz oder dem Epoxyharz-Polyester-Harz beträgt 5 bis 30 %, vorzugsweise 10 bis 20 %, bezogen auf das Harz.

Die Dicke des zweiten Filmüberzugs liegt innerhalb eines Bereiches von 10 bis 40 μm, vorzugsweise von 10 bis 20 μm. Erfindungsgemäß ist es daher bevorzugt, dass die Dicke des Filmüberzugs 15 bis 30 μm für die erste Schicht beträgt und die Dicke des Filmüberzugs 10 bis 20 μm für die zweite Schicht beträgt.

Da der Füllstoff in dem ersten Filmüberzug elektrisch leitfähig ist, kann eine elektrostatische Pulverbeschichtung für die zweite Schicht unter üblichen Bedingungen durchgeführt werden. Nach der Bildung des ersten Filmüberzugs und des zweiten Filmüberzugs durch elektrostatische Pulverbeschichtung (Coronaentladung, triboelektrische Aufladung) und anschließendes Brennen ist es möglich, eine ausreichend feste Haftung auf der Seite der Druckplatte, eine ausreichend hohe Filmüberzugsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit als Folge einer Entwicklung von Wasserabstoßung an der Oberfläche des Filmüberzugs und Witterungsbeständigkeit als Folge einer Elastomer-Modifikation zu erzielen. Die Wasserabstoßung kann weiter verbessert werden durch gründliche Ätzung durch eine Plasmabehandlung der Oberfläche des zweiten Filmüberzugs. In diesem Fall kann die Wasserabstoßung entsprechend der Vergröberung verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher beschrieben, der Schutzumfang der Erfindung ist jedoch auf die Beispiele nicht beschränkt.
Beispiel 1
Nach dem Aufbringen in Form einer Schicht eines Pulverbeschichtungsmaterials vom Epoxyharz-Typ, das mit 20 Massenprozent Ruß (durchschnittliche Teilchengrößen 200 nm) als elektrisch leitendem Füllstoff gemischt und mit 40 Massenprozent NBR als Elastomer mit einer Teilchengröße von 15 bis 20 μm modifiziert worden war, auf die Oberfläche eines Bremsklotzes, der beschichtet werden soll, und nach dem Erhitzen mit einem elektrostatischen Pulverüberzug (triboelektrisches Aufladungssystem) wurde ein Pulverbeschichtungsmaterial vom Epoxyharz/Polyesterharz-Typ, gemischt mit 15 Massenprozent Polytetrafluorethylen als wasserabweisenden Teilchen (durchschnittliche Teilchengrößen 5 μm) in Form einer Schicht in einer Dicke von 15 bis 20 μm aufgebracht ebenfalls durch elektrostatische Pulverbeschichtung (triboelektrisches Aufladungssystem) und 30 min lang bei 180 °C gebrannt zur Herstellung einer Probe für die Bewertung. Außerdem wurde das gleiche Pulverbeschichtungsmaterial vom Epoxyharz-Typ wie in Beispiel 1 (jedoch ohne NBR (Elastomer)-Modifikation) in Form einer Schicht mit einer Dicke von 30 bis 40 μm durch elektrostatische Pulverbeschichtung (triboelektrisches Aufladungssystem) aufgebracht und 30 min lang bei 180 °C gebrannt zur Herstellung einer Probe als Vergleichsbeispiel 1.
In der weiter unten folgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse eines Wasserabstoßungstests und eines Salzwassersprühtests für das Beispiel 1 und das Vergleichsbeispiel 1 angegeben.
Wasserabstoßungstest
Testverfahren

Messung des Kontaktwinkels unter Anwendung eines Flüssigkeitstropf-Verfahrens (θ/2-Verfahren): Bildbehandlung, Flüssigkeitsprobe = Wasser (10 μl, 20 °C).

Testergebnis

Beispiel = 85 °, Vergleichsbeispiel = 60 °

Salzwassersprühtest
Testverfahren
Die beschichtete Oberfläche wurde kreuzweise eingeschnitten und 72 h nach dem Salzwassersprühtest (JIS-Standard) wurde ein Cellophan-Band auf den kreuzweise eingeschnittenen Abschnitt fest aufgedrückt, das Cellophan-Band wurde 10 min danach abgezogen und unter Anwendung der folgenden Bewertungsstandards bewertet.
Das Testergebnis ist in der Tabelle 1 dargestellt. In der Tabelle 1 gibt "N-1" und dgl. Die Probennummer an.
Testergebnis

Ablösung innerhalb von 2 mm auf einer Seite des kreuzweise eingeschnittenen Abschnitts: O
Ablösung innerhalb von 5 mm auf einer Seite des kreuzweise eingeschnittenen Abschnitts: Δ
Ablösung über einen Bereich von mehr als 5 mm auf einer Seite des kreuzweise eingeschnittenen Abschnitts: X

Tabelle 1 Testergebnis des Salzwassersprühtests
Wie aus den Testergebnissen ersichtlich, konnten für die erfindungsgemäßen Beispiele bessere Effekte in Bezug auf die Wasserabstoßung und die Korrosionsbeständigkeit erzielt werden als für die Vergleichsbeispiele.
Erfindungsgemäß können Mehrfach-Filmüberzugsschichten mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und Witterungsbeständigkeit, die außerdem eine gleichförmige Qualität aufweisen, bei einem mit Filmüberzügen zu beschichtenden Werkstück erhalten werden. Es kann daher erwartet werden, dass das Verfahren zur Bildung von Mehrtachfilmüberzügen, das als Verfahren zum Beschichten verschiedener Metallelemente angewendet werden kann, und dass das mit den Mehrfachfilmüberzügen versehene Werkstück, das nach diesem Verfahren erhältlich ist, auf verschiedenen technischen Gebieten eingesetzt werden kann. Insbesondere ist es bei der Herstellung von Reibelementen für die Verwendung in Bremsen, beispielsweise in Bemsen von Automobilen, Schienenfahrzeugen und industriellen Maschinen, durch die praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Reibelements möglich, Produkte mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und einer festen Haftung, die eine gleichförmige Qualität aufweisen, herzustellen sowie ein dafür geeignetes Beschichtungsverfahren bereitzustellen.
Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist klar, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen an den beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Geist oder der Schutzbereich der Erfindung verlassen werden. Die vorliegende Erfindung umfasst daher alle Modifikationen und Abänderungen im Rahmen dieser Erfindung, die mit dem Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche und ihren Äquivalenten in Einklang stehen.

Claims

Werkstück, das mit mehreren Filmüberzugsschichten versehen werden soll, das umfasst: eine erste Filmüberzugsschicht, hergestellt durch Aufbringen eines Pulverbeschichtungsmaterials aus einem wärmehärtbaren Harz in Form einer Schicht, das einen elektrisch leitenden Füllstoff und ein Elastomer enthält, auf eine Oberfläche des Werkstücks, die beschichtet werden soll; und eine zweite Filmüberzugsschicht, hergestellt durch Aufbringen eines Pulverbeschichtungsmaterials aus einem wärmehärtbaren Harz in Form einer Schicht, das wasserabstoßende Teilchen enthält, auf die erste Filmüberzugsschicht, wobei die erste Filmüberzugsschicht und die zweite Filmüberzugsschicht durch Erhitzen gebrannt wurden.
Werkstück nach Anspruch 1, bei dem es sich um ein Reibelement handelt, das eine Metalldruckplatte und ein Reibmaterial (einen Reibbelags-Werkstoff) umfasst.
Verfahren zur Bildung von Mehrfach-Filmüberzugsschichten auf einem zu beschichtenden Werkstück, wobei das Verfahren umfasst: die Bildung einer ersten Filmüberzugsschicht durch Aufbringen eines Pulverbeschichtungsmaterials aus einem wärmehärtbaren Harz in Form einer Schicht, das einen elektrisch leitenden Füllstoff und ein Elastomer enthält, auf eine Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks; die Bildung einer zweiten Filmüberzugsschicht durch Aufbringen eines Pulverbeschichtungsmaterials aus einem wärmehärtbaren Harz in Form einer Schicht, das wasserabweisende Teilchen enthält, auf die erste Filmüberzugsschicht; und das Brennen der ersten Filmüberzugsschicht und der zweiten Filmüberzugsschicht durch Erhitzen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Stufe der Bildung der ersten Filmüberzugsschicht durchgeführt wird durch elektrostatisches Beschichten der Oberflä che des Werkstücks unter Verwendung eines Pulverbeschichtungsmaterials vom Epoxyharz-Typ, das Teilchen aus einem oder mehreren Metallen, wie z.B. Aluminium und Zink, Ruß, und Teilchen aus Metalloxiden, wie z.B. Zinkoxid und Titanoxid, als Füllstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Stufe der Bildung der zweiten Filmüberzugsschicht durchgeführt wird durch elektrostatisches Beschichten der ersten Filmüberzugsschicht unter Verwendung eines Pulverbeschichtungsmaterials vom Epoxyharz-Typ, das ein oder mehrere Teilchen aus Polytetrafluorethylen und Polytrifluorethylen als wasserabweisende Teilchen enthält.