影响汽车刹车片粘接质量的因素分析.doc

影响汽车刹车片粘接质量的因素分析
 李  欣  刘晓辉    　　　    孙士勇
(黑龙江省科学院石油化学研究分院，哈尔滨市，150040)    (黑龙江国际工程咨询公司，哈尔滨市，150040)
  刹车片是汽车制动系统的一个关键部件，直接影响汽车使用的安全可靠性。粘接型刹车片与铆接型刹车片相比，制造工艺相对复杂，质量影响因素较多。粘接质量既取决于胶粘剂本身的性能，也与被粘材料(蹄铁、摩擦片)的表面性质、粘接工艺等因素有关。我国目前粘接刹车片生产厂家众多，粘接质量参差不齐，一些厂家由于粘接工艺过程控制和检测不完善，导致粘接质量不稳定，甚至出现制动时刹车片脱胶掉片事故。为此，本文将从胶粘剂和摩擦片的选用、蹄铁和摩擦片的表面处理、涂胶工艺、干燥条件、固化工艺、质量检测等方面来讨论影响刹车片粘接质量的因素。
1  胶粘剂的选用
    汽车刹车片分为盘式片和鼓式片(制动蹄片)2种，二者的固化成型工艺和使用性能要求不同，因此所用胶粘剂的性能也有所差异，如表1所示。
    鼓式片用胶粘剂除要求耐热外，还要求有较好的弹性，即要求较高的耐冲击性能。盘式片制动时温度较高，因此，所用胶粘剂耐热性要求突出，并要求有较快的固化速度。在涂胶工艺方面，盘式片用胶粘度低，固含量高，主要采用喷涂工艺；鼓式片用胶粘度变化范围较大，主要采用辊涂或挤出机施胶工艺。高粘度胶粘剂的填隙能力强，很适合用于粘接性较差的蹄铁和摩擦片间的粘接，因此选胶时要注意选专用型胶种。
　　　表1  鼓式片和盘式片的粘接特点
　　　　　　　　　　　刹车片类型
粘接工艺　　　　　鼓式片　　　  　  盘式片
  　　　　　  蹄铁与已热压    　蹄背和摩擦片
固化成型 　 固化成型的摩擦　　的粘接与摩擦片
　　　　　　片的复合粘接　　　的固化成型在压
   　　　　　　　　　　　　　 机上同步完成

　　　　　　　环境温度160～　　 压机机头温度：
　　　　　　180℃，时间2～3h，160～180℃，热压
固化条件　　或200～250℃，　　时间：8～12min，
　　　　　　0.5～1.4MPa　　　 压力：30～MPa

　　　　　    丁腈改性酚醛　    聚乙烯醇缩醛
胶粘剂类型　为主，如PL605,　　改性酚醛，环氧改
　　　　    Redux80，J-147,　 性酚醛为主，如
　　　　　　J—147B(高粘度)   Redux64，J—147C
性能要求    耐热、耐冲击   　 耐热要求高
涂    胶 　 　辊涂和挤出机　　　喷涂为主
　　　　　　涂胶为主
2  摩擦片的选用
    从摩擦片性能角度考虑，铆接与粘接用摩擦片的要求没有区别；但从粘接质量角度考虑，许多铆接用摩擦片不一定适用于粘接用途。摩擦片材料密度小、气孔大，有利于粘接；相反，硬度偏高，密度偏大，表面致密，尺寸不规范(内弧半径大于蹄背外弧半径)不利于粘接。有些摩擦片可能含有较多的增塑性材料或挥发性成分，固化过程中可能迁移到粘接表面或胶层中，还有些摩擦片在加热过程中尺寸稳定性差，这些因素都对粘接不利。一些新开发的摩擦材料配方，由于缺少粘接方面的实验数据，也给刹车片厂带来许多麻烦，因此建议在新型摩擦片开发时除考虑摩擦性能外，对粘接方面的要求也要作为附加条件进行综合考虑。
3  表面处理
3．1  蹄背(蹄铁)的表面处理
    (1)  除油  主要是用有机溶剂(如乙酸乙酯、丙酮、过氯乙烯等)对表面进行清洗，采用蒸气溶剂洗涤效果最理想。汽油类油性溶剂慎用，因为汽油类溶剂可能会在金属表面形成油膜，影响粘接质量。
    (2)  打磨  打磨的目的是除去表面的锈蚀和氧化层，露出基体新鲜的表面。过去采用砂布和砂轮打磨，现在主要采用专用设备进行喷砂除锈，这是目前效率最高、效果最好的一种方法。
    (3)  清洗  喷砂处理过的表面，可能存在一些沉积物，要用有机溶剂清洗一次，清洗过的表面要注意不再被污染。
    (4)  涂保护层  经过处理的表面如果不立即粘接，会迅速氧化及变色失去光泽，而且易被再污染。因此，最好在处理后几小时内马上进行涂层保护，保护涂层干燥后，与胶粘剂同步固化。保护层主要采用浸涂法工艺，浸涂用胶粘剂主要是改性酚醛树脂，如Redux70、Redux80D、J—155、A334B等。
3．2  摩擦片的表面处理
    用浸泡有机溶剂的棉纱除去表面的油污和印记以及蜡质层，也可用硬刷和溶剂清洗表面。
4  涂胶工艺
4．1  涂胶方法
    目前广泛采用的涂胶方法包括辊涂、挤出机施胶条、喷涂；刷涂仅在小规模生产厂被采用。各种涂胶方法和各种涂胶设备对胶粘剂的粘度要求不同，如粘度控制不当，不但影响涂胶质量，也影响粘接质量。对挤出机来讲，要求胶液粘度大，以保证挤出的胶条尺寸稳定，不发生流淌。喷涂要求胶液粘度很低，但固含量较高，以保证喷涂流畅且有足够的胶层厚度。辊涂对粘度的要求差异较大，具体根据每一种辊涂机械要求而定。
4．2  涂胶量
    实际生产中常遇到的问题是涂胶量不够，摩擦片与蹄铢间的贴合不能达到100％。从胶层看并不缺胶，但局部涂胶量不够。主要原因是被粘材料(蹄铁或摩擦片)表面存在不同程度的不规整性，胶层厚度不均匀，结果造成合拢后粘接不良。这种情况只要调整涂胶设备增加涂胶量即可得到改善，但胶量也不要过大，因为胶层过厚会造成粘接强度下降。对于贴合较致密的摩擦片和蹄铁，上胶量控制在干胶质量0．020～0．022 g·cm-2比较适宜。
5  干燥条件
摩擦片涂胶后要经过充分的干燥，以除去胶液中的挥发性物质(有机溶剂)。干燥工艺有3种：加热干燥(一般条件为70～80℃，30～50min)；或室温晾置12 h以上(冬季室温较
低，需延长晾置时间)；或加热、晾置结合使用效果更佳。由于各种胶粘剂组成及性质都存在差异，凭胶膜是否有粘性来判断干燥效果是不可靠的。胶膜干燥不好，溶剂挥发不彻底，会影响粘接强度。有些胶种对干燥条件依赖性较强，采用加热干燥强度较好，而采用室温晾置则性能不理想，因此要通过试验来摸索最佳的干燥条件。
6  固化工艺
　  固化工艺包括3个相关的因素：温度、时间、压力。加热的目的是使胶膜完成化学反应以产生足够的粘接强度；加压则有2方面的作用，一是防止固化过程中胶层软化产生流动，保证摩擦片与蹄铁紧密贴合；二是防止胶层发泡，因为胶层发泡将导致粘接强度大幅度下降。当压力较大时不但可以减少胶层缺陷，还能降低胶层厚度提高粘接性能；每种胶的说明书都对该胶固化温度、时间和压力作了规定，固化温度一般是指最低固化温度值，在此温度以下即使延长加热时间也不会固化完全。此外，加压时保证压力分布均匀也是非常重要的。
7  粘接质量检测
    刹车片经过上述工艺过程完成粘接后，还要通过力学性能测试来评价粘接质量。测试包括破坏性试验和非破坏性试验2种。由于刹车片在制动中的重要作用，要求每个刹车片都要进行非破坏性试验，方法是对刹车片施以剪切力，负荷为破坏性试验所需负荷的50％。破坏性检测一般是定期抽样进行，受检数量约占刹车片总量的1‰。也可用锤子和凿子进行破坏试验，通过观察粘接破坏处状态来判断粘接质量。如果破坏集中在摩擦材料上，或者整个破坏面都被摩擦材料残留物及胶粘剂残留物覆盖，蹄铁面无脱皮或脱皮很少，表明粘接质量最好，反之则有问题。常见的不良粘接情况如表2所示。
    总之，刹车片的粘接生产是一项综合性、技术性很强的工作，影响粘接质量的因素较多，必须建立一套完整的粘接体系(包括胶粘剂和被粘材料的优选，表面处理，粘接工艺，质量检测等)，才能确保刹车片的粘接质量和使用安全。
表2  常见粘接质量问题

　　检测项目 　　　  问    题  　　　　 　　　　　　 原    因 　　　　　　　　　　   改进方法
　　　　　　　1.胶接边缘处无气泡挤出　　　　　固化压力低或固化温度低或缺胶　　　提高压力、温度或增加涂胶量
　　　　　　　2.粘接处挤出的气泡断断续续　　　缺胶或压力不均匀　　　　　　　　　增加涂胶量或调整加压装置
　　外观检验　3.挤出的气泡软（丁腈－酚醛胶层　固化温度低或固化时间短　　　　　　提高固化温度或延长固化时间
　　　　　　　属正常，主要指缩醛－酚醛型）

　　　　　　　1.胶层厚且不均匀　　　　　　　　固化压力低或固化温度低或固化　　　增加压力，温度，改进压力装置
粘接性能测试　　　　　　　　　　　　　　　　　过程中加压连续性不好
（破坏试验）　2.胶层气泡多，呈海绵状态　　　　干燥不彻底，溶剂挥发不完全或　　　改进干燥条件，向摩擦片厂家咨询
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　摩擦片含有挥发物　　　　　　　
　　　　　　　3.发生粘附破坏（脱皮）　　　　　表面除油不干净，加压不均匀