Verfahren zur Verbesserung der Reibung zwischen zwei Metalloberflächen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver besserung der Reibung zwischen zwei Metalloberflä chen, von denen sich die eine relativ zur anderen bewegt.
Vor allem bezweckt die Erfindung die Verhin derung des Rutschens oder Gleitens zwischen den Rädern eines Schienenfahrzeuges und den Schienen. Die Erfindung befasst sich also mit dem Problem der Verbesserung der Reibung zwischen zwei Metall oberflächen, von welchen die eine zur anderen rutsch- oder gleitempfindlich ist, wie dies z. B. auch zwischen einer Welle und einer Scheibe, einem Zahnrad oder einem Ritzel der Fall sein kann, das unter Reibung auf der Welle gelagert ist.
Erfindungsgemäss wird die Reibung zwischen zwei Metalloberflächen, von denen sich die eine relativ zur anderen bewegt, dadurch verbessert, dass auf min destens eine dieser Oberflächen eine dünne Schicht aus kolloidaler Kieselsäure oder kolloidalen Silikaten aufgetragen wird.
In der Zeichnung ist beispielsweise ein Schnitt einer Eisenbahnschiene gezeigt, die einen dünnen Überzug aufweist, der aus einer kolloidalen Kiesel säure besteht und auf der Lauffläche der Schiene an gebracht ist.
Gemäss der Darstellung hat die Schiene 1 eine Lauffläche 2, auf der der dünne Überzug aus kollo idaler Kieselsäure 3 angebracht ist. Dieser Überzug kann sich über die ganze Oberfläche 4 erstrecken, soweit sie in Berührung mit dem Spurkranz der Loko- motivräder und der Eisenbahnwagenräder kommt.
Kolloidale Kieselsäure kann in einem flüssigen Trägermedium, z. B. in Wasser, als Kieselsäuresol hergestellt werden. Wird ein Kieselsäuresol z. B. an der Tragoberfläche einer Stahlschiene angebracht, lässt die Verdampfung des Wassers oder eines anderen flüssigen Trägermediums einen dünnen und fest an- haftenden Film oder Überzug übrig, der ausgespro chen gute Eigenschaften zur Verhinderung des Rut- schens oder Gleitens aufweist. In der einfachsten Weise wird also eine wässrige Lösung kolloidaler Kieselsäure, z.
B. ein Kieselsäuresol, entweder auf einer Stahlschiene oder der Oberfläche eines Loko- motivrades oder Eisenbahnwagenrades oder sowohl auf der Schiene als auch auf dem Rad angebracht. In den meisten Fällen wird der Überzug aus kollo idaler Kieselsäure auf der Schiene durch Spritzvor richtungen, Aufstreichvorrichtungen oder andere me chanische Vorrichtungen angebracht. Die kolloidale Kieselsäure kann auch in Pastenform oder fester Stangenform, wobei andere Stoffe, z. B. Kieselsäure mehl und feinverteiltes Kaolin, zugemischt sind, in Anwendung kommen.
Wird die in einem flüssigen Medium dispergierte, kolloidale Kieselsäure an einer Metalloberfläche, z. B. einem Lokomotivrad, angebracht, so soll das Pro dukt trocken oder halbtrocken sein, wenn das Rad die Schiene berührt. Zu diesem Zweck erfolgt das Anbringen der die kolloidale Kieselsäure enthalten den Flüssigkeit vorteilhaft so, dass danach Luft oder ein anderes Gas auf die Schicht geblasen wird, so dass die flüchtige Flüssigkeit schneller verdampft. Handelt es sich bei der kolloidalen Kieselsäure um ein feines Pulver, so kann es auf der Metalloberfläche gesondert oder gleichzeitig mit einer Flüssigkeit an gebracht werden.
Die kolloidale Kieselsäure kann in Form eines Halbsoles, Geles oder in Pastenform auf die Metalloberfläche angebracht werden.
Kieselsäuresole mit ungefähr 7 bis 48 Gewichts prozent SiOz sind besonders vorteilhaft mit einer Teilchengrösse zwischen 1 und 150 m,u (Millimikron). Die Sole können auch Stabilisierungsmittel enthalten.
Bei den für die Erfindung in Frage kommenden Kieselsäuresolen kann die Gelatinierung durch Ein- Stellung des pH-Wertes mit Säure oder Alkali auf 2,5 bis 4,8 bzw. auf 8,5 bis 10,0 oder durch Hinzufügen einer kleinen Menge von Alkalimetall verhindert werden.
Die vorzugsweise in Frage kommenden Kiesel säuresole sind solche mit mindestens 3,01/o, Si02. Kieselsäuresole, welche hier in Frage kommen, können nach den Verfahren gemäss den USA-Patentschriften Nrn. 2574902 und 2244325 hergestellt werden, ob gleich beispielsweise das bekannte Verfahren der Hydrolysierung vor Natriumsälikat mit starken Mineralsäuren mit nachfolgender Entfernung über schüssigen Salzen ebenfalls brauchbar ist.
Es gibt einzelne Verfahren, durch welche Sole mit einer ziemlich hohen Kieselsäurekonzentration in der Form einzelner, nicht zusammengeballter Teil chen hergestellt werden. Derartige Verfahren sind in den USA-Patentschriften Nrn. 2574902, 2680721 und 2601235 offenbart.
Bei der Konzentrierung kolloidaler Kieselsäure sole wird durch die gewöhnlichen Verfahren die Grösse der einzelnen Teilchen in dem Sol erhöht. Nach der allgemeinen Regel ist die Teilchengrösse der Kieselsäure um so grösser, je mehr das Sol kon zentriert ist. Bei nach der USA-Patentschrift Nr. 2244325 hergestellten, frischen und stabilisierten Solen mit 3,5 Gewichtsprozent Si02 wird die -Teil chengrösse auf ungefähr 1 bis 3 my geschätzt.
Wird ein Sol durch Benutzung der Verfahren der USA- Patentschrift Nr. 2574902 auf ungefähr 30% Si02 konzentriert, ändert sich der Durchschnittswert des Durchmessers des Teilchens von 15 bis 130 m/c.
Die für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendbaren Kieselsäuresole können wie folgt hergestellt werden, wobei die Verhältnisse sich auf das Gewicht beziehen, wenn nichts anderes an gegeben ist: a) Technisches Natriumsilikat wurde zur Herstel lung einer Natriumsilikatlösung mit Wasser bis zu einem ungefähren Si02 Gehalt von 4,5% verdünnt. Das Gewichtsverhältnis von Na0 :
SiO2 war ungefähr 1<B>:3,2</B> bei einem spezifischen Gewicht von ungefähr 1,05. Das verdünnte Natriumsilikat wurde durch eine Säule eines sulfonierten Polystyrol-divinylbenzol- copolymer-Kationaustauschers in Wasserstofform ge mäss der USA-Patentschrift Nr.2366007 hindurch- geführt. Der Ausfluss enthielt ungefähr 3,5% Si02,
hatte einen pH-Wert von 3,5 und eine Leitfähigkeit von ungefähr 400 bis 800 Mikroohm. Dem Kiesel säuresolausfluss wurde Ammoniumhydroxyd von 26 Baume zur Einstellung des pH-Wertes des Sols auf ungefähr 9,0 zugefügt.
<I>b)</I> Es wurde wie nach<I>a)</I> verfahren. Die Natrium- silikatlösung enthielt aber ungefähr 10% SiO2. Das fertige Sol hatte eine Si02 Konzentration von unge- fähr 7% und ein spezifisches Gewicht von <RTI
ID="0002.0081"> ungefähr 1,050. Dem Sol wurde so viel Ammoniumhydroxyd zugefügt, dass der endgültige pH-Wert ungefähr 10,5 war. c) Ein Teil des Sols nach Angabe a) wurde in einen Verdampfungskessel gebracht und erhitzt, bis sich Ammoniak- und Wasserdämpfe bildeten. In die sem Zeitpunkt wurde eine kleine Menge Kalium hydroxyd zugefügt. Frisches mit Ammoniak stabili siertes Sol wurde zur Konstanthaltung des Volumens zugefügt; den pii-Wert liess man nicht unter 8,5 gehen. Dies wurde durch kontinuierliches Zufügen von gasförmigem Ammoniak während der Erhitzung erreicht.
Die konstante Verdampfung wurde fort gesetzt, wobei dauernde Kontrollen gemacht wurden, um den PH-Wert immer oberhalb 8,5 zu halten, bis das spezifische Gewicht des Sols den Wert 1,20 bei 20 C erreicht hatte. In diesem Zeitpunkt wurde eine solche Menge Kaliumhydroxyd zugefügt, um dem fertigen Sol einen pn-Wert von 9,0 zu geben. Das Sol hatte eine Si02-Konzentration von 30%.
d) Es wurde gemäss Angabe c) verfahren. Jedoch wurde das Konzentrieren so lange fortgesetzt, bis das Sol eine Si02-Konzentration von ungefähr 48 % hatte.
Die Kieselsäuresole werden vor allem in ihrer konzentrierten Form benutzt. Sole mit ungefähr 30% Si02 haben bessere Resultate ergeben, wenn auch noch Sole mit einem Gehalt von nur 3% Si02 sich als wirksam erwiesen haben.
Mengen von 3,78 bis 19 1 sind gewöhnlich für eine zweigleisige Strecke mit einer Länge von 1,6 km ausreichend.
Die wässrigen Sole sind gegenüber niedrigen Tem peraturen empfindlich. Durch Zufügen eines Gefrier schutzmittels, z. B. Methylalkohol oder Äthylenglykol, kann die Empfindlichkeit behoben werden, wobei der pH-Wert des Sols dann auf ungefähr 2,5 eingestellt werden muss. Dies gelingt ebenfalls durch Behand lung des Sols mit einem Alkylamin (vergleiche hierzu die USA-Patentschrift Nr. 2601291).
Für das leichtere Auftragen des Sols, um eine gleichmässigere Verteilung auf den Oberflächen der Eisenbahnwagenräder oder Schienen zu erhalten, wird vorzugsweise ein Netzmittel zugefügt. Sein Gewichts- anteil beträgt ungefähr 0,1 bis 2%. Anionische Netzmittel des Alkalimetallalkylbenzolsulfonsäure- Typs,
wobei das Alkyl eine Octyl oder Nonyl sein kann, sind sehr geeignet. Irgendein verträgliches anionisches oder nichtionisches Netzmittel kann eben falls benutzt werden, z.
B. eines der im Aufsatz Synthetic Detergents - To Date, 11 von John W. McCutcheon, erschienen in Soap and Sanitary Chemicals, Juli, August, September und Oktober 1952, erwähnten. Kationische Netzmittel neigen dazu, Gele und Niederschläge zu bilden, wenn sie den Solen zugefügt werden, und sollen deshalb nicht be nutzt werden.
Des weiteren eignen sich kolloidale Silikate.
Die kolloidalen Alkalimetallsilikate (Wasserglas) haben gewöhnlich ein Alkalimetalloxydverhältnis (als Na20) zu Si02 von nicht mehr als ungefähr 1 : 2 und gewöhnlich weniger als 1 : 2,2. Natriums:ilikate mit einem Na20 : Si02 Verhältnis von 1 : 3,22 bis 1 : 3,86 haben den Reibungswert zwischen sich be rührenden Metalloberflächen verbessert, wie dies aus den nachher erläuterten Untersuchungen ersichtlich ist. Nimmt das Na0_ : Si0z Verhältnis ab, nimmt die Lösbarkeit im Wasser ab. Es kann z.
B. ein Natriumsilikat mit einem Na."0 : Si0z Verhältnis von 1 :2 auf ungefähr 54-% Festteilchen konzentriert werden, während ein 1 :3,2-Material zweckmässig nur in Konzentrationen unterhalb 40114 Festteilchen behandelt werden kann.
Wenn auch die oben ange gebenen Verhältnisse theoretisch unbeschränkt ge ändert werden können, ist ein Verhältnis von unge fähr 1 :4 die ungefähre untere Grenze, da es zu schwierig wird, die Materialien zu behandeln, und sie vor ihrer Benutzung verdünnt werden müssen.
Silikate, die für die Erfindung benutzt werden können, sind in der nachstehenden Tafel 1 enthalten.
EMI0003.0015
<I>Tafel <SEP> I</I>
<tb> Ungefähres <SEP> Viskosität
<tb> Verhältnis <SEP> Baumä-Grade <SEP> Poises
<tb> Na20 <SEP> : <SEP> Si02
<tb> 1:3,75 <SEP> 35,0 <SEP> 2,2
<tb> 1:3,40 <SEP> 39,7 <SEP> 3,3
<tb> 1:3,25 <SEP> 42,5 <SEP> 7,5
<tb> 1:3,22 <SEP> 41,0 <SEP> 1,8
<tb> 1:3,22 <SEP> 38,0 <SEP> 0,6
<tb> 1:3,22 <SEP> 40,0 <SEP> 1,0
<tb> 1:3,22 <SEP> 42,2 <SEP> 4,0
<tb> 1:2,90 <SEP> 47,0 <SEP> 9,6
<tb> l:2,90 <SEP> 47,0 <SEP> 9,6
<tb> 1:2,54 <SEP> 50,5 <SEP> 11,2
<tb> 1:2,50 <SEP> 42,0 <SEP> 0,5
<tb> l:2,40 <SEP> 52,0 <SEP> 17,0
<tb> 1:2,00 <SEP> 50,0 <SEP> 2,8
<tb> 1:
2,00 <SEP> 59,3 <SEP> 700,0
<tb> <I><U>Kali</U>um<U>s</U>i<U>likate</U></I>
<tb> Verhältnis <SEP> Baume-Grade <SEP> Viskosität
<tb> KO, <SEP> : <SEP> SIO@ <SEP> Poises
<tb> 1:3,9 <SEP> 28,0 <SEP> 0,4
<tb> 1:3,3 <SEP> 40,75 <SEP> 17,5
<tb> <I><U>Feste <SEP> lösliche <SEP> Natriumsili</U>ka<U>te</U></I>
<tb> Verhältnis <SEP> Si02-prozentualer
<tb> Na20 <SEP> : <SEP> Si02 <SEP> Gehalt <SEP> H20
<tb> 1:3,22 <SEP> 62,5 <SEP> <B>1</B>7,5 Die Materialien werden vorzugsweise in einer konzentrierten Form verwendet.
Sie können auch mit Wasser auf ungefähr 15 % Si0z verdünnt wer- den. Je kleiner das Naz0 : SiO2- Verhältnis und je konzentrierter die Lösung ist, um so weniger kolo- idales Alkalimetallsilikat wird gebraucht. Die benutzte Menge ist von verschiedenen Umständen abhängig.
Es kommt hierbei darauf an, dass die Menge zur Ver besserung des Reibungskoeffizienten ausreichend ist.
Des weiteren kann man von kolloidaler Kiesel säure ausgehen, welche durch Hydrolyse von Kiesel- säureestern erhalten wurden. Alle Kieselsäureester haben die Eigenschaft, dass sie in Wasser oder in Wasseralkoholgemischen mit ziemlich gleichmässigen regulierbaren Geschwindig keiten hydrolysieren. Eine kleine Menge (0,03 bis 0,1 /o) einer starken Mineralsäure, z. B. Chlorwasser stoff, beschleunigt die Hydrolysereaktion. Wird in einer Alkohollösung dieser Silikate weniger Wasser benutzt, können sie lange Zeit ohne Gelatinierung aufbewahrt werden.
Beispiele von hydrolysierten Äthylsilikatlösungen sind in der Veröffentlichung Ethyl Silicates vom 4. Januar 1954 von der Firma Carbide and Carbon Chemicals Company ange geben.
Nachfolgend sind verschiedene Zusammensetzun gen der auf die Schiene aufgebrachten Materialien aufgestellt, die geprüft wurden. Zusammensetzung A: Kieselsäuresol gemäss Angabe c). Zusammensetzung B: Kieselsäuresol gemäss Angabe c) 99,011/0 Natriumsalz einer Alkylbenzolsulfon- säure, 200/aiige Lösung 1,00/0 (Die Alkylgruppen enthalten ungefähr 8 bis 12 Kohlenstoffatome.) <I>Beispiel 1</I> Die zur Prüfung verwendete Maschine war eine Lokomotive mit einer Leistung von 1000 PS zum Ziehen von dreizehn Güterwagen.
Die Untersuchun gen wurden während der Wintermonate vorgenom men. Die Temperatur am Prüftage war ungefähr 5"C. Der Himmel war klar. Sechs Gleisschienen längen wurden mit einem Gemisch aus Dieselbrenn stoff und Schmierölen geölt, indem man mit einem damit getränkten Lappen entlang dem oberen Ende der Schiene wischte. Eine Schienenlänge wurde aus gelassen, und andere, folgende sechs Schienenlängen wurden in der gleichen Weise geölt.
Am zweiten Gleisabschnitt wurde oberhalb des Ölfilms ein dünner Überzug der Zusammensetzung B angebracht, indem eine die Zusammensetzung B enthaltende Aufbring- vorrichtung entlang dem oberen Ende der Schiene geführt wurde. Die Zusammensetzung B liess man trocknen, wobei sich ein kaum sichtbarer Film bil dete.
Zur Erhöhung der Belastung der Rangierloko motive wurden die Bremsen an den Güterwagen an gezogen. Das Drosselventil auf der Lokomotive wurde weit geöffnet. Unter diesen Betriebsumständen konnte sich die Lokomotive auf der geölten und nicht behandelten Schiene nicht vorwärts bewegen. Die Räder liefen leer. Um die nötige Anzugskraft für die Lokomotive zu erhalten, damit sie von der geölten Schiene wegkommt, wurden die Wagenbremsen ge löst, das Drosselventil etwas geschlossen und Sand benutzt. Auch hierbei konnte die Vorwärtsbewegung kaum aufrechterhalten werden.
Als die Lokomotive bei geöffnetem Drosselventil und mit für die Güterwagen angezogenen Bremsen auf dem Gleisabschnitt ankam, der mit der Zusam mensetzung B behandelt war, rutschten die Räder nicht, und der Zug konnte leicht Geschwindigkeit aufnehmen und sich vorwärts bewegen. Der Gegen satz zwischen der Zugkraft für den unbehandelten Gleisabschnitt und der für den behandelten war sehr gross. Bei dem behandelten Gleisabschnitt konnte man nicht wahrnehmen, dass die Räder rutschen oder der gleichen.
<I>Beispiel 2</I> Die Prüfumstände waren die gleichen wie bei Beispiel 1. Geprüft wurde mit zwei Lokomotiven mit einer Leistung von je 1000 PS, die siebenund zwanzig mit Erz beladene Wagen zogen. Reines Wasser wurde unmittelbar vor dem Zug auf sechs Gleisschienenlängen gegossen. Beim Anzug gab es noch kein Räderrutschen auf der trockenen Schiene. Als aber die Lokomotiven das nasse Gleis erreichten, gab es ein beträchtliches Räderrutschen, so dass der Zug nur mit Schwierigkeit vorwärts kam. Er wurde angehalten. Die Zusammensetzung A wurde auf die nassen Schienen aufgebracht. Unmittelbar nachher, während die Schienen noch nass waren, gelangte der Zug über den behandelten Abschnitt. Ein Rutschen der Räder war nicht zu bemerken.
Es gab keinen Zweifel, dass durch die noch flüssige Zusammenset zung A das Räderrutschen beseitigt wurde.
<I>Beispiel 3</I> Die Voraussetzungen waren die gleichen wie beim Beispiel 2. Es wurde die Zusammensetzung A auf sechs Gleisschienenlängen angebracht. Man liess sie trocknen. Der getrocknete Film war nicht dünn oder kontinuierlich wie beim Beispiel 1.
Der Zug setzte sich in Bewegung und gelangte auf den behandelten Abschnitt. Die Räder rutschten nicht.
Aus dem Vergleich der Beispiele 2 und 3 konnte geschlossen werden, dass man durch die getrocknete Zusammensetzung A eine bessere Adhäsion erhielt als durch das nasse Material. Die Rutschgefahr wurde also stärker verringert.
Method for improving the friction between two metal surfaces The invention relates to a method for improving the friction between two metal surfaces, of which one moves relative to the other.
Above all, the invention aims to prevent slipping or sliding between the wheels of a rail vehicle and the rails. The invention is therefore concerned with the problem of improving the friction between two metal surfaces, one of which is sensitive to the other slip or slide, as z. B. can also be the case between a shaft and a disc, a gear or a pinion that is mounted under friction on the shaft.
According to the invention, the friction between two metal surfaces, one of which moves relative to the other, is improved in that a thin layer of colloidal silica or colloidal silicates is applied to at least one of these surfaces.
In the drawing, for example, a section of a railroad track is shown, which has a thin coating consisting of a colloidal silica and is placed on the running surface of the rail.
According to the illustration, the rail 1 has a running surface 2 on which the thin coating of colloidal silica 3 is applied. This coating can extend over the entire surface 4 as far as it comes into contact with the flange of the locomotive wheels and the railroad car wheels.
Colloidal silica can be in a liquid carrier medium, e.g. B. in water, as a silica sol. If a silica sol z. If it is attached, for example, to the supporting surface of a steel rail, the evaporation of the water or another liquid carrier medium leaves a thin and firmly adhering film or coating that has exceptionally good properties for preventing slipping or sliding. In the simplest way, an aqueous solution of colloidal silica, e.g.
B. a silica sol, either on a steel rail or on the surface of a locomotive wheel or railroad car wheel, or both on the rail and on the wheel. In most cases, the colloidal silica coating is applied to the splint by spraying devices, brushing devices, or other mechanical devices. The colloidal silica can also be in paste form or solid rod form, with other substances, e.g. B. silica flour and finely divided kaolin, are mixed in, come into use.
Is the dispersed in a liquid medium, colloidal silica on a metal surface, e.g. B. a Lokomotivrad, attached, the pro duct should be dry or semi-dry when the wheel touches the rail. For this purpose, the liquid containing the colloidal silica is advantageously attached in such a way that air or another gas is then blown onto the layer so that the volatile liquid evaporates more quickly. If the colloidal silica is a fine powder, it can be applied to the metal surface separately or at the same time as a liquid.
The colloidal silica can be applied to the metal surface in the form of a half brine, gel or paste.
Silica sols with approximately 7 to 48 percent by weight SiO2 are particularly advantageous with a particle size between 1 and 150 μm (millimicrons). The sols can also contain stabilizers.
In the case of the silica sols that are suitable for the invention, gelatinization can be carried out by adjusting the pH value with acid or alkali to 2.5 to 4.8 or to 8.5 to 10.0 or by adding a small amount of alkali metal be prevented.
The preferred silica sols are those with at least 3.01 / o SiO2. Silicic acid sols, which come into question here, can be prepared according to the process according to US Pat. Nos. 2574902 and 2244325, although, for example, the known process of hydrolyzing before sodium salt with strong mineral acids with subsequent removal of excess salts can also be used.
There are individual processes by which sols with a fairly high concentration of silica are produced in the form of individual, non-agglomerated particles. Such methods are disclosed in U.S. Patent Nos. 2574902, 2680721 and 2601235.
When concentrating colloidal silica sols, the size of the individual particles in the sol is increased by the usual methods. According to the general rule, the more the sol is concentrated, the larger the particle size of the silica. In the case of fresh and stabilized brines with 3.5 percent by weight SiO2 produced according to US Pat. No. 2244325, the particle size is estimated to be approximately 1 to 3 my.
When a sol is concentrated to about 30% SiO 2 using the methods of U.S. Patent No. 2574902, the average value of the diameter of the particle changes from 15 to 130 m / c.
The silica sols which can be used for carrying out the process according to the invention can be prepared as follows, the ratios being based on weight, unless otherwise stated: a) Technical grade sodium silicate was used to produce a sodium silicate solution with water up to an approximate SiO2 content of 4.5% diluted. The weight ratio of Na0:
SiO2 was about 1: 3.2 with a specific gravity of about 1.05. The diluted sodium silicate was passed through a column of a sulfonated polystyrene-divinylbenzene copolymer cation exchanger in hydrogen form according to US Pat. No. 236,6007. The effluent contained approximately 3.5% Si02,
had a pH of 3.5 and a conductivity of approximately 400 to 800 microohms. Ammonium hydroxide from 26 Baume was added to the silicic acid sol effluent to adjust the pH of the sol to approximately 9.0.
<I> b) </I> The procedure was as in <I> a) </I>. However, the sodium silicate solution contained around 10% SiO2. The finished sol had an SiO2 concentration of approximately 7% and a specific weight of <RTI
ID = "0002.0081"> about 1.050. Sufficient ammonium hydroxide was added to the sol that the final pH was approximately 10.5. c) Part of the sol according to a) was placed in an evaporation vessel and heated until ammonia and water vapors were formed. At this point a small amount of potassium hydroxide was added. Fresh ammonia stabilized sol was added to keep the volume constant; the pii value was not allowed to go below 8.5. This was achieved by continuously adding gaseous ammonia during the heating.
Constant evaporation was continued, with constant controls being made to keep the pH always above 8.5 until the specific gravity of the sol reached 1.20 at 20 ° C. At this point in time, such an amount of potassium hydroxide was added that the finished sol had a pn value of 9.0. The sol had an SiO2 concentration of 30%.
d) The procedure was as stated in c). However, the concentration was continued until the sol had a SiO 2 concentration of approximately 48%.
The silica sols are mainly used in their concentrated form. Brines with about 30% Si02 have given better results, even if brines with a content of only 3% Si02 have also proven to be effective.
Quantities from 3.78 to 19 liters are usually sufficient for a two-track line 1.6 km in length.
The aqueous brines are sensitive to low temperatures. By adding a freeze protection agent, e.g. B. methyl alcohol or ethylene glycol, the sensitivity can be eliminated, in which case the pH of the sol must then be adjusted to about 2.5. This is also achieved by treating the sol with an alkylamine (see US Pat. No. 2601291).
A wetting agent is preferably added for easier application of the sol in order to obtain a more even distribution on the surfaces of the railroad car wheels or rails. Its percentage by weight is approximately 0.1 to 2%. Anionic surfactants of the alkali metal alkylbenzenesulfonic acid type,
where the alkyl can be octyl or nonyl are very suitable. Any compatible anionic or nonionic wetting agent can also be used, e.g.
B. one of those mentioned in the article Synthetic Detergents - To Date, 11 by John W. McCutcheon, published in Soap and Sanitary Chemicals, July, August, September and October 1952. Cationic wetting agents tend to form gels and precipitates when added to the brine and should therefore not be used.
Colloidal silicates are also suitable.
The colloidal alkali metal silicates (water glass) usually have an alkali metal oxide ratio (as Na 2 O) to SiO 2 of no more than about 1: 2 and usually less than 1: 2.2. Sodium: ilicates with a Na 2 O: SiO 2 ratio of 1: 3.22 to 1: 3.86 have improved the coefficient of friction between touching metal surfaces, as can be seen from the investigations explained below. If the Na0_: Si02 ratio decreases, the solubility in water decreases. It can e.g.
B. a sodium silicate with a Na. "0: SiO2 ratio of 1: 2 can be concentrated to approximately 54-% solid particles, while a 1: 3.2 material can only be treated expediently in concentrations below 40114 solid particles.
Although the above ratios can theoretically be changed without restriction, a ratio of about 1: 4 is the approximate lower limit, as it becomes too difficult to handle the materials and they have to be diluted before they can be used.
Silicates which can be used in the invention are shown in Table 1 below.
EMI0003.0015
<I> Plate <SEP> I </I>
<tb> Approximate <SEP> viscosity
<tb> Ratio <SEP> Baumä degrees <SEP> Poises
<tb> Na20 <SEP>: <SEP> Si02
<tb> 1: 3.75 <SEP> 35.0 <SEP> 2.2
<tb> 1: 3.40 <SEP> 39.7 <SEP> 3.3
<tb> 1: 3.25 <SEP> 42.5 <SEP> 7.5
<tb> 1: 3.22 <SEP> 41.0 <SEP> 1.8
<tb> 1: 3.22 <SEP> 38.0 <SEP> 0.6
<tb> 1: 3.22 <SEP> 40.0 <SEP> 1.0
<tb> 1: 3.22 <SEP> 42.2 <SEP> 4.0
<tb> 1: 2.90 <SEP> 47.0 <SEP> 9.6
<tb> l: 2.90 <SEP> 47.0 <SEP> 9.6
<tb> 1: 2.54 <SEP> 50.5 <SEP> 11.2
<tb> 1: 2.50 <SEP> 42.0 <SEP> 0.5
<tb> l: 2.40 <SEP> 52.0 <SEP> 17.0
<tb> 1: 2.00 <SEP> 50.0 <SEP> 2.8
<tb> 1:
2.00 <SEP> 59.3 <SEP> 700.0
<tb> <I><U>Kali</U>um<U>s</U>i<U>likate</U> </I>
<tb> Ratio <SEP> Baume grade <SEP> viscosity
<tb> KO, <SEP>: <SEP> SIO @ <SEP> Poises
<tb> 1: 3.9 <SEP> 28.0 <SEP> 0.4
<tb> 1: 3.3 <SEP> 40.75 <SEP> 17.5
<tb> <I> <U> Solid <SEP> soluble <SEP> sodium silicones </U> can <U> te </U> </I>
<tb> Ratio <SEP> Si02 percentage
<tb> Na20 <SEP>: <SEP> Si02 <SEP> content <SEP> H20
<tb> 1: 3.22 <SEP> 62.5 <SEP> <B> 1 </B> 7.5 The materials are preferably used in a concentrated form.
They can also be diluted to about 15% SiO2 with water. The smaller the Naz0: SiO2 ratio and the more concentrated the solution, the less colloidal alkali metal silicate is needed. The amount used depends on various circumstances.
It is important that the amount is sufficient to improve the coefficient of friction.
Furthermore, one can start from colloidal silicic acid, which was obtained by hydrolysis of silicic acid esters. All silicic acid esters have the property that they hydrolyze in water or in water-alcohol mixtures with fairly uniform, controllable speeds. A small amount (0.03 to 0.1 / o) of a strong mineral acid, e.g. B. hydrogen chloride, accelerates the hydrolysis reaction. If less water is used in an alcohol solution of these silicates, they can be stored for a long time without gelatinizing.
Examples of hydrolyzed ethyl silicate solutions are given in the publication Ethyl Silicates dated January 4, 1954 by Carbide and Carbon Chemicals Company.
Various compositions of the materials applied to the rail that were tested are listed below. Composition A: silica sol according to information c). Composition B: Silica sol according to specification c) 99.011 / 0 sodium salt of an alkylbenzenesulfonic acid, 200% solution 1.00 / 0 (the alkyl groups contain approximately 8 to 12 carbon atoms.) <I> Example 1 </I> The one used for the test The machine was a locomotive with an output of 1000 hp to pull thirteen freight cars.
The tests were carried out during the winter months. The temperature on the test day was approximately 5 "C. The sky was clear. Six lengths of track were oiled with a mixture of diesel fuel and lubricating oils by wiping the upper end of the rail with a rag soaked with it. One length of track was left out, and the following six lengths of rail were oiled in the same manner.
A thin coating of Composition B was applied to the second section of track above the oil film by moving an applicator containing Composition B along the top of the rail. Composition B was allowed to dry and a barely visible film formed.
The brakes on the freight cars were applied to increase the load on the shunting locomotives. The throttle valve on the locomotive was opened wide. Under these operating conditions, the locomotive could not move forward on the oiled and untreated rail. The wheels ran idle. In order to obtain the necessary pulling force for the locomotive to get away from the oiled rail, the car brakes were released, the throttle valve closed a little and sand used. Here, too, the forward movement could hardly be maintained.
When the locomotive reached the section of track treated with Composition B with the throttle valve open and the brakes on for the freight cars, the wheels did not slip and the train could easily pick up speed and move forward. The contrast between the tensile force for the untreated track section and that for the treated track section was very large. With the treated track section one could not perceive that the wheels slip or the same.
<I> Example 2 </I> The test conditions were the same as in Example 1. The test was carried out with two locomotives, each with an output of 1000 hp, which pulled twenty-seven wagons loaded with ore. Pure water was poured onto six lengths of track immediately in front of the train. With the suit, there was still no wheel slipping on the dry rail. When the locomotives hit the wet track, however, there was considerable wheel slippage, making it difficult for the train to advance. He was stopped. Composition A was applied to the wet rails. Immediately afterwards, while the rails were still wet, the train passed over the treated section. The wheels did not slip.
There was no doubt that the still liquid Composition A eliminated the wheel slippage.
<I> Example 3 </I> The requirements were the same as in Example 2. Composition A was applied to six lengths of track. They were left to dry. The dried film was not thin or continuous as in Example 1.
The train started moving and reached the treated section. The wheels didn't slip.
From the comparison of Examples 2 and 3 it could be concluded that the dried composition A gave better adhesion than the wet material. The risk of slipping has therefore been reduced more.