CN102401052B - 用于大功率xhn5机车的高摩合成闸瓦及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高摩合成闸瓦，其重量份数组成为：酚醛树脂15～16，丁腈橡胶8～9，铁粉15～17，海泡石纤维10～13，硫酸钡13～20，钾长石14～17，硅灰石6～8，石墨6～8，氧化铝1～2；优选的，所述重量份数组成为：酚醛树脂15～16，丁腈橡胶8～9，铁粉15～16，海泡石纤维10～11，硫酸钡19～20，钾长石16～17，硅灰石6～7，石墨6～7，氧化铝1～2。本发明还提供了所述高摩合成闸瓦的制备方法，以及将其应用于大功率XHN5机车的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成闸瓦，具体涉及一种可用于大功率XHN5机车的高摩擦系数合成闸瓦及其制备方法和应用。
背景技术
轨道车辆用闸瓦大多数使用铸铁闸瓦，由于铸铁闸瓦的摩擦系数与轮轨之间的粘着系数不匹配，制动效能较低，在频繁制动时容易发生融化，造成咬死和烧车事故。
高摩擦系数合成闸瓦(以下简称为高摩合成闸瓦)的摩擦系数高，闸瓦压力较小，制动效能较高。但现有高摩合成闸瓦在用于大功率机车时，存在摩擦性能不够稳定，摩擦体易断裂、掉块，金属镶嵌严重等问题，难以满足制动要求。
大功率XHN5机车是中国南车集团戚墅堰机车车辆工厂引进美国GE公司技术，通过“引进、消化、吸收再创新”而制造的，其目前使用的高摩合成闸瓦主要依赖从国外进口。该进口高摩合成闸瓦按照北美铁路AAR599标准制造，使用橡胶做粘合剂，冲击强度高，但压缩强度和硬度均较低；同时，国外的产品检验检测方法同我国有很大不同，没有关于“金属镶嵌”方面的测试，因此，在我国寒凉和潮湿的气候条件下，使用过程中容易出现“有害车轮的金属镶嵌物”等问题，严重危害行车安全。
目前需要寻找一种能够满足轨道车辆运输，尤其能够满足大功率机车的制动需求，并且在使用过程中不易产生金属镶嵌的高摩合成闸瓦。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服现有高摩合成闸瓦容易产生金属镶嵌的缺陷，提供一种能够防止金属镶嵌的高摩合成闸瓦及其制备方法和用途。
本发明提供了一种高摩合成闸瓦，其重量份数组成可以为：酚醛树脂15～16，丁腈橡胶8～9，铁粉15～17，海泡石纤维10～13，硫酸钡13～20，钾长石14～17，硅灰石6～8，石墨6～8，氧化铝1～2。
作为优选，所述重量份数组成可以为：酚醛树脂15～16，丁腈橡胶8～9，铁粉15～16，海泡石纤维10～11，硫酸钡19～20，钾长石16～17，硅灰石6～7，石墨6～7，氧化铝1～2。
作为更优选，所述重量份数组成可以为：酚醛树脂16，丁腈橡胶8，铁粉15.4，海泡石纤维10.5，硫酸钡19.2，钾长石16.95，硅灰石6.4，石墨6.2，氧化铝1.35。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述酚醛树脂可以为2123酚醛树脂。作为优选，所述2123酚醛树脂的固化速度可以为60～90秒/160℃，软化点可以为100～105℃，游离酚含量可以为5％以下。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述丁腈橡胶可以为交联型丁腈橡胶。作为优选，所述丁腈橡胶的细度可以为40目以上。
本发明的配方中可以采用2123酚醛树脂和交联型丁腈橡胶作为粘合剂，提高了合成闸瓦的压缩强度，降低了合成闸瓦的压缩模量，减少了对车轮的热损伤。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述铁粉可以为还原铁粉。作为优选，所述还原铁粉的含铁量可以为98％以上，细度可以为80目以上。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述海泡石纤维的纤维长度可以为0.2～5mm，含水量可以为4％以下，白度可以为80％以下，含沙量可以为2％以下。可以使用长纤维的海泡石，使合成闸瓦的冲击强度提高，能够较好地防止合成闸瓦在使用中出现掉渣、掉块的现象。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述硫酸钡可以为沉淀硫酸钡。作为优选，所述沉淀硫酸钡的纯度可以为98％以上，细度可以为200目以上。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述钾长石的细度可以为200目以上，氧化钾含量可以为7％以上。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述硅灰石的纤维长径比可以为10～15∶1，SiO2含量可以为50～55％，CaO含量可以为45～50％。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述石墨可以为鳞片石墨。作为优选，所述鳞片石墨的含碳量可以为85％以上，细度可以为100目以上。
根据本发明的高摩合成闸瓦，其中，所述氧化铝的纯度可以为99％以上，细度可以为300目以上。
本发明还提供了所述高摩合成闸瓦的制备方法，所述制备方法可以包括以下步骤：
(1)原料混合：按照所述重量份数称取各组分，投入混合机中，均匀搅拌后出料，得到预混料。
(2)成型压制：称取适量所述预混料，放入温度为160～165℃的模具中，置入钢背，加压40～60吨并保压30～60分钟后卸模，得到成型料；作为优选，置入钢背后，可以加压50吨并保压45分钟后卸模。
(3)后处理：将所述成型料放入烘箱，在120～180℃下热处理8～12小时，自然冷却后出料，即制得所述高摩合成闸瓦。
根据本发明的制备方法，其中，所述步骤(1)中，按照所述重量份数称取各组分，投入混合机中，先以700～900rpm混合1分钟，然后以1300～1500rpm混合5分钟，停止搅拌6分钟后出料，得到预混料。
根据本发明的制备方法，其中，所述步骤(3)中，将所述成型料放入烘箱，在120℃下保持1小时，升温至130℃保持1小时，升温至150℃保持1小时，升温至160℃保持1小时，升温至170℃保持2小时，升温至180℃保持4小时，自然冷却至60℃以下后出料，即制得所述高摩合成闸瓦；所述升温的速度为1℃/分钟。
本发明的制造工艺中可以采用干法共混和热压制等工艺，生产过程简单、有效；同时可以采用程序性的阶梯升温方式，提高了高摩合成闸瓦的成品率，避免了后处理时出现的热裂纹和应力收缩裂纹，此外，后处理温度在180℃时可以保持4小时，这可以使2123酚醛树脂充分固化，提高了合成闸瓦在高温下的摩擦稳定性，避免出现裂纹。
本发明还提供了将所述高摩合成闸瓦应用于大功率机车的用途。尤其可以适用于我国大功率XHN5型机车。
本发明所提供的高摩合成闸瓦具有但不限于以下有益效果：
(1)目前使用的进口产品价格昂贵、进货周期长，使用和维护成本高，而本发明的高摩合成闸瓦采用国产原材料，大幅度降低了制造成本和维修成本；
(2)采用干法共混、热压制、程序升温后处理等工艺，工艺流程简单、可控、有效；
(3)产品综合性能优异。通过科学配方和优化工艺，在保证制动性能要求的基础上，既有良好的冲击性能，又有较高的压缩强度和硬度，避免了金属镶嵌物的出现。同时，基于国外金属镶嵌测试缺位的现状，采用国内的检测检验方法，科学合理地控制产品质量。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
实施例1
本实施例用于说明本发明的高摩合成闸瓦及其制备方法。
(1)原料混合：
高摩合成闸瓦的组分及其重量份数配比如下：
上述原料规格分别为：2123酚醛树脂：固化速度60～90秒/160℃，软化点为100～105℃，游离酚含量4％；丁腈橡胶粉：交联型，细度40目；还原铁粉：含铁量98％，细度80目；海泡石纤维：MY-A型，河北明阳公司，纤维长度0.2～5mm，水份3％，白度80％，含沙量1％；硫酸钡：白色无定形粉末，硫酸钡含量99％，细度200目以上；硅灰石∶浅灰色纤维状，长径比10∶1，SiO2含量为51.75％、CaO含量为48.25％；钾长石：细度大于200目，氧化钾含量8.9％；石墨：鳞片状，含碳量89％，细度100目；氧化铝：纯度99％，细度300目以上。
将原料按上述配比投入GH-200混合机(购于南通如皋混合机厂)中，低速700rpm混合1分钟，高速1300rpm混合5分钟，停止搅拌6分钟后出料，即制得预混料。
(2)压制成型：
称取上述预混料1.87kg，放入温度为160～165℃的模具中，置入合成闸瓦的钢背，使用200吨四柱液压机(购于江苏南通巨能液压机厂)加压50吨，保压45分钟后卸模，得到成型料。
(3)后处理：
将所述成型料放入烘箱，在120℃下保持1小时，升温至130℃保持1小时，升温至150℃保持1小时，升温至160℃保持1小时，升温至170℃保持2小时，升温至180℃保持4小时，自然冷却至60℃以下后出料，即制得所述高摩合成闸瓦；升温时的速度均为1℃/分钟。
实施例2
本实施例用于说明本发明的高摩合成闸瓦及其制备方法。
(1)原料混合
高摩合成闸瓦的组分及其重量份数配比如下：
上述原料规格分别为：2123酚醛树脂：固化速度60～90秒/160℃，软化点为100～105℃，游离酚含量4％；丁腈橡胶粉：交联型，细度40目；还原铁粉：含铁量98％，细度80目；海泡石纤维：MY-A型，河北明阳公司，纤维长度0.2～5mm，水份3％，白度80％，含沙量1％；硫酸钡：白色无定形粉末，硫酸钡含量99％，细度200目以上；硅灰石∶浅灰色纤维状，长径比10∶1，SiO2含量为51.75％、CaO含量为48.25％；钾长石：细度大于200目，氧化钾含量8.9％；石墨：鳞片状，含碳量89％，细度100目；氧化铝：纯度99％，细度300目以上。
将原料按上述配比投入GH-200混合机(购于南通如皋混合机厂)中，低速900rpm混合1分钟，高速1500rpm混合5分钟，停止搅拌6分钟后出料，即制得预混料。
(2)压制成型
称取上述预混料1.87kg，放入温度为160～165℃的模具中，置入合成闸瓦的钢背，使用200吨四柱液压机(购于江苏南通巨能液压机厂)加压50吨，保压45分钟后卸模，得到成型料。
(3)后处理
将所述成型料放入烘箱，在120℃下保持1小时，升温至130℃保持1小时，升温至150℃保持1小时，升温至160℃保持1小时，升温至170℃保持2小时，升温至180℃保持4小时，自然冷却至60℃以下后出料，即制得所述高摩合成闸瓦；升温时的速度均为1℃/分钟。
合成闸瓦性能测试
按照国家相关标准测试高摩擦系数合成闸瓦的物理机械性能，测试结果如下表1：(对比实验中所使用的原装进口闸瓦为美国cobra公司生产的shoe476闸瓦。)
表1高摩擦系数合成闸瓦的物理机械性能
| 测试项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 原装进口闸瓦 |
| 密度 | g/cm3 | 2.45 | 2.46 | 2.31 |
| 压缩强度 | MPa | 38.4 | 35.4 | 16.7 |
| 弹性模量 | GPa | 0.8 | 0.8 | 0.7 |
| 冲击强度 | kj/m2 | 4.8 | 4.3 | 7.2 |
| 洛氏硬度 | HHR | 67 | 72 | 12 |
按照干线内燃机车测试制动性能，其120公里的制动距离为820米(实施例1)和796米(实施例2)，符合应小于1100米制动距离的制动要求。
通过1∶1制动动力实验台测试，潮湿状态下，闸瓦推力20kN，制动初速度分别为120公里/小时、100公里/小时、80公里/小时、60公里/小时、40公里/小时条件下，通过两个循环实验，均未出现金属镶嵌物。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (18)
1.一种高摩合成闸瓦，其重量份数组成为：酚醛树脂15～16，丁腈橡胶8～9，铁粉15～17，海泡石纤维10～13，硫酸钡13～20，钾长石14～17，硅灰石6～8，石墨6～8，氧化铝1～2。
2.根据权利要求1所述的高摩合成闸瓦，其中，所述重量份数组成为：酚醛树脂15～16，丁腈橡胶8～9，铁粉15～16，海泡石纤维10～11，硫酸钡19～20，钾长石16～17，硅灰石6～7，石墨6～7，氧化铝1～2。
3.根据权利要求1所述的高摩合成闸瓦，其中，所述重量份数组成为：酚醛树脂16，丁腈橡胶8，铁粉15.4，海泡石纤维10.5，硫酸钡19.2，钾长石16.95，硅灰石6.4，石墨6.2，氧化铝1.35。
4.根据权利要求1所述的高摩合成闸瓦，其中，所述酚醛树脂为2123酚醛树脂。
5.根据权利要求4所述的高摩合成闸瓦，其中，所述2123酚醛树脂的固化速度为60～90秒/160℃，软化点为100～105℃，游离酚含量为5％以下。
6.根据权利要求1所述的高摩合成闸瓦，其中，所述丁腈橡胶为交联型丁腈橡胶。
7.根据权利要求6所述的高摩合成闸瓦，其中，所述丁腈橡胶的细度为40目以上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的高摩合成闸瓦，其中，所述铁粉为还原铁粉。
9.根据权利要求8所述的高摩合成闸瓦，其中，所述还原铁粉的含铁量为98％以上，细度为80目以上。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的高摩合成闸瓦，其中，所述硫酸钡为沉淀硫酸钡。
11.根据权利要求10所述的高摩合成闸瓦，其中，所述沉淀硫酸钡的纯度为98％以上，细度为200目以上。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的高摩合成闸瓦，其中，所述石墨为鳞片石墨。
13.根据权利要求12所述的高摩合成闸瓦，其中，所述鳞片石墨的含碳量为85％以上，细度为100目以上。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的高摩合成闸瓦，其中，所述海泡石纤维的纤维长度为0.2～5mm，含水量为4％以下，白度为80％以下，含沙量为2％以下；所述钾长石的细度为200目以上，氧化钾含量为7％以上；所述硅灰石的纤维长径比为10～15:1，SiO2含量为50～55％，CaO含量为45～50％；所述氧化铝的纯度为99％以上，细度为300目以上。
15.权利要求1至14中任一项所述的高摩合成闸瓦的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料混合：按照所述重量份数称取各组分，投入混合机中，均匀搅拌后出料，得到预混料；
(2)成型压制：称取适量所述预混料，放入温度为160～165℃的模具中，置入钢背，加压40～60吨并保压30～60分钟后卸模，得到成型料；
(3)后处理：将所述成型料放入烘箱，在120～180℃下热处理8～12小时，自然冷却后出料，即制得所述高摩合成闸瓦。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其中，所述步骤(1)中，按照所述重量份数称取各组分，投入混合机中，先以700～900rpm混合1分钟，然后以1300～1500rpm混合5分钟，停止搅拌6分钟后出料，得到预混料。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其中，所述步骤(3)中，将所述成型料放入烘箱，在120℃下保持1小时，升温至130℃保持1小时，升温至150℃保持1小时，升温至160℃保持1小时，升温至170℃保持2小时，升温至180℃保持4小时，自然冷却至60℃以下后出料，即制得所述高摩合成闸瓦；所述升温的速度为1℃/分钟。
18.权利要求1至14中任一项所述的高摩合成闸瓦或按照权利要求15至17中任一项所述的制备方法所制得的高摩合成闸瓦在用于大功率机车中的用途。
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