COMPOSIÇÃO PARA ADESÃO DE METAIS A COMPÓSITOS, PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DA COMPOSIÇÃO, COMPONENTE DE ATRITO, PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DE UM COMPONENTE DE ATRITO E SISTEMA DE FREIO COMPREENDENDO O COMPONENTE DE ATRITO

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se situa no campo da engenharia mecânica e de materiais. Mais especificamente, a invenção revela uma composição adesiva útil para a adesão de metais e compósitos, bem como um processo para sua obtenção; além de um componente de atrito, processo para a obtenção de um componente de atrito e sistema de freio compreendendo o referido componente de atrito. A composição de adesão da invenção compreende ácido tânico e uma ou mais resinas, e proporciona excelentes propriedades adesivas, com melhorada resistência ao cisalhamento e maior resistência à ruptura. O componente de atrito da invenção tem elevada resistência ao cisalhamento e elevada estabilidade de adesão. Em uma concretização, o componente de atrito da invenção é uma pastilha de freio de desempenho melhorado nas mais variadas condições de uso de um sistema de freio a disco. Em uma concretização, o componente de atrito da invenção é uma lona de freio de desempenho melhorado nas mais variadas condições de uso de um sistema de freio a tambor.

Antecedentes da Invenção

[0002] O campo técnico dos materiais adesivos é muito vasto. No segmento específico de composições adesivas para proporcionar adequada adesão de materiais metálicos a materiais compósitos ou poliméricos, vários requisitos são peculiares, incluindo a necessidade de muito elevada resistência térmica e mecânica, para evitar falhas em condições de uso, como, por exemplo, no caso de materiais de atrito para frenagem. [0003] Neste campo específico, variadas abordagens têm sido estudadas e tentadas no sentido de melhorar as propriedades da adesão de metais a materiais poliméricos, resinas ou compósitos. Entretanto, esse problema ainda não foi resolvido satisfatoriamente e se defronta com múltiplas limitações.

[0004] As dificuldades técnicas relativas a adesivos para promover a adesão de materiais metálicos a compósitos compreendendo polímeros ou resinas são conhecidas há algum tempo, havendo diferentes abordagens para tentar resolvê-las. Entretanto, persiste a necessidade e incrementar a resistência ao cisalhamento, havendo demanda para composições adesivas que proporcionem esse efeito técnico e compósitos, especialmente os de atrito, que tenham melhorada resistência ao cisalhamento. A presente invenção resolve esses problemas.

[0005] O pedido de patente US9791012 descreve uma composição de uma resina termo moldável compreendendo extrato de tanino de madeira Quebracho, um álcool furfurílico, um composto de neopreno, dimeticona, polietileno glicol, partículas abrasivas e um éster e/ou grafite de ácido fosfato glicerol. Tal documento revela uma composição diferente da revelada no presente pedido de patente.

[0006] O pedido de patente JP2002181096A revela uma superfície de atrito e o método de manufatura deste, em que a superfície de atrito é capaz de estabilizar a qualidade de um material de fricção ao pré-aquecer uma placa de pressão. Essa superfície de atrito é constituída pela ligação do material de fricção à placa de pressão, parcialmente pela utilização de uma resina do tipo Novolaca reticulada como adesivo. Tal documento revela uma composição diferente da revelada no presente pedido de patente.

[0007] O pedido de patente JP2017179260A revela um material de fricção compreendendo uma resina compreendendo resina fenólica do tipo Novolaca e uma lignina modificada com ácido carboxílico. Tal documento também revela uma composição diferente da revelada no presente pedido de patente.

[0008] A revisão “Tannin as a renewable raw material for adhesive applications: a review” de Dhawale et al. (2022) apresenta uma revisão de propriedades químicas e aplicações dos compostos da classe dos taninos, dentre eles o ácido tânico, destacando a capacidade dos taninos em auxiliar na polimerização de compostos orgânicos. Tal documento também revela uma composição diferente da revelada no presente pedido de patente.

[0009] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção.

Sumário da Invenção

[0010] A presente invenção proporciona uma nova composição adesiva para proporcionar melhorada adesão de materiais metálicos a materiais poliméricos, como por exemplo não limitante, materiais contendo resinas ou compósitos. A invenção também revela um processo para a obtenção da referida composição. São também revelados: um produto que consiste de um componente de atrito compreendendo material metálico, a composição para adesão da invenção e pelo menos uma camada de polímeros e/ou resinas; e seu processo de obtenção. Além de um sistema de freio compreendendo o componente de atrito da presente invenção.

[0011] É um primeiro objeto da invenção proporcionar uma composição adesiva para proporcionar melhorada adesão de materiais metálicos a polímeros, resinas ou compósitos.

[0012] A composição da invenção compreende: um diluente; uma resina; ácido tânico (C76H52O46); e um agente espessante ou um agente formador de filme.

[0013] Em uma concretização da referida composição, a composição se apresenta na forma para aplicação em rolo. Em outra concretização, se apresenta na forma para aplicação em spray.

[0014] Em uma concretização da referida composição, 0 diluente é usado em faixa de concentração de 25 a 75% em peso. Em uma concretização da referida composição, 0 diluente é etanol. [0015] Em uma concretização da referida composição, a resina é usada em faixa de concentração de 25 a 75% em peso. Em uma concretização da referida composição, a resina é uma resina fenólica.

[0016] Em uma concretização da referida composição, o ácido tânico é usado em faixa de concentração de 0,5 a 15% em peso.

[0017] Em uma concretização da referida composição, o espessante é usado em faixa de concentração de 0,2 a 8% em peso. Em uma concretização da referida composição, o espessante é carboximetilcelulose.

[0018] Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é usado em faixa de concentração de 0,4 a 9% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é álcool polivinílico.

[0019] É um segundo objeto da invenção proporcionar um processo para a obtenção da composição para adesão de metais a compósitos conforme definida acima compreendendo as etapas de:

- diluir/dissolver o ácido tânico, sob agitação, em um diluente;

- adicionar uma resina gradualmente e sob agitação, à mistura da etapa anterior; e

- adicionar um agente espessante e/ou um agente formador de filme, à mistura da etapa anterior.

[0020] Em uma concretização, o referido processo compreende as etapas de:

- diluir/dissolver o ácido tânico, sob agitação, em etanol;

- adicionar uma resina fenólica gradualmente e sob agitação, à mistura da etapa anterior; e

- adicionar carboximetilcelulose e/ou álcool polivinílico, à mistura da etapa anterior.

[0021] É um terceiro objeto da invenção proporcionar um componente de atrito compreendendo um substrato metálico, e pelo menos uma camada compreendendo polímeros e/ou resinas.

[0022] Em uma concretização do componente de atrito, a referida camada compreendendo polímeros e/ou resinas compreende a composição para adesão da presente invenção.

[0023] Em uma concretização, o componente de atrito compreende um substrato metálico, a composição para adesão da invenção, e uma camada compreendendo polímeros e/ou resinas.

[0024] Em uma concretização, referido componente é de atrito como uma pastilha de freio, compreendendo um substrato metálico (também conhecido como plaqueta metálica, base ou calço metálico), o adesivo e pelo menos uma camada de polímeros e/ou resinas. Em uma concretização, referido componente é de atrito como uma lona de freio.

[0025] É um quarto objeto da invenção um processo para a obtenção de um componente de atrito compreendendo as etapas de:

- aplicar, por rolo ou spray, a composição para adesão da invenção sobre um substrato metálico;

- colocar um compósito sobre a referida composição para adesão;

- ajustar as condições de pressão aplicada sobre o conjunto substrato metálico e compósito entre 200 a 2000 kgf/cm ² ; e

- ajustar as condições de temperatura aplicada sobre o conjunto, de 80 a 170°C.

[0026] É um quinto objeto da invenção um sistema de freio compreendendo o componente de atrito da invenção.

[0027] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0028] São apresentadas as seguintes figuras:

[0029] A figura 1 mostra um gráfico com os resultados de testes de resistência ao cisalhamento. Em A) são mostrados os resultados de resistência de cisalhamento do adesivo normal. Em B) são mostrados os resultados de resistência de cisalhamento do adesivo modificado da invenção, sem tempo de espera. Em ambos os casos, a notação “F” indica resistência ao cisalhamento a frio e a notação “Q” indica a resistência ao cisalhamento a quente.

[0030] A figura 2 mostra um gráfico com os resultados de testes de resistência ao cisalhamento com o uso de adesivos contendo diferentes concentrações de ácido tânico: 5%, 7,5% e 10%. Em todos os casos, a notação “F” indica resistência ao cisalhamento a frio e a notação “Q” indica a resistência ao cisalhamento a quente.

[0031] A figura 3 mostra uma pastilha de freio produzida a partir do processo da presente invenção utilizando a composição para adesão sob aplicação por rolo.

Descrição Detalhada da Invenção

[0032] A presente invenção proporciona uma nova composição adesiva para proporcionar melhorada adesão de materiais metálicos a materiais poliméricos, materiais contendo resinas ou compósitos. Em especial, a invenção proporciona uma composição adesiva que incrementa a resistência ao cisalhamento, bem como um compósito, especialmente um de atrito, que tem melhorada resistência ao cisalhamento.

[0033] A composição da invenção compreende: um diluente; uma resina; ácido tânico (C76H52O46); e um agente espessante ou um agente formador de filme.

[0034] Em uma concretização do referido produto, a composição se apresenta na forma para aplicação em rolo. Em outra concretização, se apresenta na forma para aplicação em spray. Em qualquer das concretizações, 0 ajuste da viscosidade é 0 elemento chave para garantir 0 adequado uso.

[0035] Em uma concretização da referida composição, 0 diluente é presente em faixa de concentração de 25 a 75% em peso. Em uma concretização, 0 diluente é presente em faixa de concentração de 30 a 70% em peso. Em uma concretização, 0 diluente é presente em faixa de concentração de 35 a 65% em peso. Em uma concretização, 0 diluente é presente em faixa de concentração de 40 a 60% em peso. Em uma concretização, 0 diluente é presente em faixa de concentração de 40 a 50% em peso. Em uma concretização, 0 diluente é presente em faixa de concentração de 40 a 47% em peso. Em uma concretização da referida composição, o diluente é etanol.

[0036] Em uma concretização da referida composição, a resina é presente em faixa de concentração de 25 a 75% em peso. Em uma concretização, a resina é presente em faixa de concentração de 30 a 70% em peso. Em uma concretização, a resina é presente em faixa de concentração de 35 a 65% em peso. Em uma concretização, a resina é presente em faixa de concentração de 40 a 60% em peso. Em uma concretização, a resina é presente em faixa de concentração de 41 a 52% em peso. Em uma concretização da referida composição, a resina é uma resina fenólica.

[0037] Em uma concretização da referida composição, o ácido tânico é usado em faixa de concentração de 0,5 a 15% em peso. Em uma concretização, o ácido tânico é presente em faixa de concentração de 1 a 12% em peso. Em uma concretização, o ácido tânico é presente em faixa de concentração de 2 a 10% em peso. Em uma concretização, o ácido tânico é presente em faixa de concentração de 3 a 10% em peso. Em uma concretização, o ácido tânico é presente em faixa de concentração de 4 a 10% em peso. Em uma concretização, o ácido tânico é presente em faixa de concentração de 5 a 10% em peso.

[0038] Em uma concretização da referida composição, o espessante é presente em faixa de concentração de 0,2 a 8% em peso. Em uma concretização da referida composição, o espessante é presente em faixa de concentração de 0,5 a 7% em peso. Em uma concretização da referida composição, o espessante é presente em faixa de concentração de 0,7 a 6% em peso. Em uma concretização da referida composição, o espessante é presente em faixa de concentração de 0,9 a 5% em peso. Em uma concretização da referida composição, o espessante é presente em faixa de concentração de 1 ,0 a 4% em peso. Em uma concretização da referida composição, o espessante é presente em faixa de concentração de 1 ,5 a 3,5% em peso. Em uma concretização da referida composição, o espessante é carboximetilcelulose.

[0039] Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é presente em faixa de concentração de 0,4 a 9% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é presente em faixa de concentração de 0,6 a 8% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é presente em faixa de concentração de 0,8 a 7% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é presente em faixa de concentração de 1 ,0 a 6% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é presente em faixa de concentração de 2,0 a 6% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é presente em faixa de concentração de 3,0 a 6% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é presente em faixa de concentração de 4,0 a 5% em peso. Em uma concretização da referida composição, o agente formador de filme é álcool polivinílico.

[0040] É um segundo objeto da invenção proporcionar um processo para a obtenção da composição para adesão de metais a compósitos conforme definida acima compreendendo as etapas de:

- diluir/dissolver o ácido tânico, sob agitação, em um diluente;

- adicionar uma resina gradualmente e sob agitação, à mistura da etapa anterior; e

- adicionar um agente espessante e/ou um agente formador de filme, à mistura da etapa anterior.

[0041] Em uma concretização, o referido processo compreende as etapas de:

- diluir/dissolver o ácido tânico, sob agitação, em etanol;

- adicionar uma resina fenólica gradualmente e sob agitação, à mistura da etapa anterior; e

- adicionar carboximetilcelulose e/ou álcool polivinílico, à mistura da etapa anterior.

[0042] É um terceiro objeto da invenção proporcionar um componente de atrito compreendendo um substrato metálico, e pelo menos uma camada compreendendo polímeros e/ou resinas. [0043] Em uma concretização do componente de atrito, a referida camada compreendendo polímeros e/ou resinas compreende a composição para adesão da presente invenção.

[0044] Em uma concretização, o componente de atrito compreende um substrato metálico, a composição para adesão da invenção, e uma camada compreendendo polímeros e/ou resinas.

[0045] Em uma concretização, referido componente é de atrito como uma pastilha de freio, compreendendo um substrato metálico (também conhecido como plaqueta metálica, base ou calço metálico), o adesivo e pelo menos uma camada de polímeros e/ou resinas. Em uma concretização, referido componente é de atrito como uma lona de freio.

[0046] Em uma concretização do componente de atrito, o componente é uma pastilha de freio ou lona de freio na qual a pelo menos uma camada de polímeros e/ou resinas compreende compósito. Em uma concretização, o referido compósito é um compósito de fricção.

[0047] É um quarto objeto da invenção um processo para a obtenção de um componente de atrito compreendendo as etapas de:

- aplicar, por rolo ou spray, a composição para adesão da invenção sobre um substrato metálico;

- colocar um compósito sobre a referida composição para adesão;

- ajustar as condições de pressão aplicada sobre o conjunto placa metálica e compósito entre 200 a 2000 kgf/cm ² ; e

- ajustar as condições de temperatura aplicada sobre o conjunto, de 80 a 170°C.

[0048] Em uma concretização do processo para a obtenção de um componente de atrito, o referido compósito é um compósito de fricção ou atrito. Em uma concretização, o referido compósito de fricção ou atrito é a base de resina fenólica.

[0049] É um quinto objeto da invenção um sistema de freio compreendendo o componente de atrito da invenção. Exemplos

[0050] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar algumas das várias maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar o escopo da mesma.

[0051] Exemplo 1 - Composição adesiva e processo de obtenção

[0052] No presente exemplo, foi preparada uma formulação de um adesivo para aplicação no processo produtivo de materiais de fricção (atrito), mais especificamente de pastilhas de freio, visando a melhoria de adesão entre um substrato metálico (também conhecido como plaqueta metálica, base ou calço metálico) e um compósito de material de fricção. O problema técnico a ser resolvido era fornecer estabilidade de adesão às mais variadas condições de aplicação do sistema de freio a disco.

[0053] O substrato utilizado foi metálico (plaqueta metálica de sistema de freio automotivo, também conhecida como base ou calço metálico), que é normalmente composta por placas de diferentes tipos de aço ou por ferro fundido (normalmente ferro fundido cinzento). O material polimérico ou compósito que é aderido ao substrato metálico ou plaqueta metálica é o material de atrito ou fricção, que possui uma matriz orgânica de base fenólica. Esta base fenólica é oriunda de resina do tipo fenol-formol.

[0054] A composição destes adesivos varia em função do método de aplicação: no caso da forma para aplicação em rolo, é usado um espessante, e no caso da forma para aplicação em spray, é usado um agente formador de filme.

[0055] Em uma concretização para aplicação em rolo, foi preparada uma composição com a seguinte formulação (concentrações em % em peso): etanol 40%; resina fenólica novolaca 52%; ácido tânico 5%; carboximetilcelulose 3%.

[0056] No processo de preparo da composição, a sequência de adição dos ingredientes é importante para evitar deposição ou floculação dos seus componentes.

[0057] Na concretização para aplicação em rolo referida acima, o processo compreende as etapas de: - diluir/dissolver, sob agitação, o ácido tânico em etanol;

- adicionar gradualmente e sob agitação, à mistura da etapa anterior, uma resina fenólica novolaca na forma de pó; e

- adicionar, à mistura da etapa anterior, carboximetilcelulose a utilização de agitação mecânica.

[0058] Em uma concretização para aplicação em spray, foi preparada uma composição com a seguinte formulação (concentrações em % em peso): etanol 47%; resina fenólica novolaca 41 %; ácido tânico 7%; álcool polivinílico 5%.

[0059] Na concretização para aplicação em spray referida acima, o processo compreende as etapas de:

- diluir/dissolver, sob agitação, o ácido tânico em etanol;

- adicionar gradualmente e sob agitação, à mistura da etapa anterior, uma resina fenólica novolaca na forma de pó; e

- adicionar, à mistura da etapa anterior, álcool polivinílico com a utilização de agitação mecânica.

[0060] Em qualquer das concretizações, o processo pode incluir uma etapa adicional de adição de corante, caso no qual essa etapa é feita diretamente sobre o solvente usado na primeira etapa (o etanol nas concretizações acima), antes de acrescentar o ácido tânico.

[0061] Exemplo 2 - Compósito de atrito e processo de conformação

[0062] Usando a composição descrita no exemplo 1 , foi realizado o processo de conformação do compósito do material de atrito (fricção) à plaqueta metálica. Referido processo é conduzido em pressão e temperatura controlada, para proporcionar as condições de manutenção da adesão durante todas as etapas de sua utilização/aplicação quando exposto a diferentes regimes de temperatura, pressão, contaminantes (ex: agentes corrosivos), etc.

[0063] Especificamente, as faixas de pressão utilizadas durante o processo de conformação do compósito formados do material de atrito para a adesão ao substrato metálico variam de 200 a 2000 kgf/cm ² .

[0064] As faixas de temperatura utilizadas durante o processo de conformação do compósito formador do material de atrito para a adesão ao substrato metálico variam de 80 a 170°C.

[0065] A composição para adesão é particularmente adequada para aderir um substrato metálico a um substrato compósito. A composição para adesão da presente invenção pode ser utilizada para diversos substratos metálicos e diferentes substratos compósitos conhecidos por um técnico no assunto. Para fins de exemplo não limitante, o material de atrito (fricção) é formado por resina com função aglomerante, óxidos com função abrasiva, sulfetos e grafites com função lubrificante, fibras metálicas e orgânicas com função estrutural e cargas inertes. Como um exemplo adicional não limitante, o material de fricção é a base de resina fenólica.

[0066] A avaliação da eficiência do adesivo é feita através do teste de cisalhamento entre material de atrito (fricção) e o substrato metálico (plaqueta), realizado em temperatura ambiente e em temperatura de 300°C, de acordo com a norma reconhecida internacionalmente ISO631 1. Nesta norma são avaliados a força de ruptura entre material de atrito e substrato metálico e também da área residual do material de atrito (fricção) sobre a superfície metálica.

[0067] A força de ruptura reflete a força necessária para desprender o material de fricção do respectivo substrato metálico. Como critério de avaliação, tem-se que quanto maior a força, melhor. No segmento automotivo são desejáveis valores mínimos da ordem 400N/cm ² para a condição de temperatura ambiente e de 250 N/cm ² para avaliação realizada a temperatura de 300°C, embora normas internacionais reconheçam como aceitáveis valores de 250N/cm ² para cisalhamento a temperatura ambiente e de 200 N/cm ² para cisalhamento a 300°C.

[0068] A adesão ou força de adesão reflete diretamente a capacidade de se manter a adesão do material de atrito ao substrato metálico após a promoção de força de cisalhamento. Como critério de avaliação, tem-se que quanto maior, melhor, indicando que a resistência do material de atrito (fricção) é menor que a força adesão do material de atrito ao substrato metálico. No segmento automotivo, são desejáveis valores mínimos de 80% de adesão remanescente do material de atrito ao substrato metálico como aceitável.

[0069] A figura 1 mostra um gráfico com os resultados de testes de resistência ao cisalhamento. Em A) são mostrados os resultados de resistência de cisalhamento do adesivo normal. Em B) são mostrados os resultados de resistência de cisalhamento do adesivo modificado da invenção, sem tempo de espera. Em ambos os casos, a notação “F” indica resistência ao cisalhamento a frio e a notação “Q” indica a resistência ao cisalhamento a quente.

[0070] A figura 2 mostra um gráfico com os resultados de testes de resistência ao cisalhamento com o uso de adesivos contendo diferentes concentrações de ácido tânico: 5%, 7,5% e 10%. Em todos os casos, a notação “F” indica resistência ao cisalhamento a frio e a notação “Q” indica a resistência ao cisalhamento a quente.

[0071] A figura 3 mostra uma pastilha de freio produzida a partir do processo da presente invenção utilizando a composição para adesão sob aplicação por rolo. [0072] Os resultados mostram que mesmo em diferentes concentrações de ácido tânico o adesivo atingiu/proporcionou os requisitos mínimos.

[0073] Testes de adesão também foram conduzidos pelas presentes inventores e os resultados mostram que os valores de adesão são invariavelmente de 100% da área de contato compósito/substrato metálico para a formulação definida como padrão para o novo adesivo, tanto para as aplicações em rolo como de spray.

[0074] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.