CN102588478A - 一种合成闸瓦及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明合成闸瓦包括具有槽的摩擦块，槽的平面形状为人字形或Z字形。摩擦块的组成包括改性酚醛树脂、丁腈橡胶、丁苯橡胶、芳纶浆粕、沥青基碳纤维、钢纤维、人造石墨颗粒、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须。本发明的合成闸瓦制备方法包括以下步骤：用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；将上述橡胶溶液与其它物料用密炼机混合，用热压机压制成型，最后固化处理。本发明的合成闸瓦具有强度高，热稳定性好，吸热散热性好，耐磨损，摩擦系数稳定的优点，这样能够防止金属镶嵌、踏面热裂等损伤。
Description
技术领域
本发明涉及一种列车制动用的摩擦材料及其制造方法，尤其是一种有机合成闸瓦及其制造方法。
背景技术
摩擦材料是各种机械设备的制动器、离合器和摩擦传动装置中不可缺少的材料之一，是利用摩擦使运动物体的动能转化为热能，从而使物体减速或停止运动的一种多元复合材料。自从车辆发明以来，就开始了摩擦材料的研究。近20年来，随着运输事业的蓬勃发展，摩擦材料发展尤为迅猛，出现了许多新型摩擦材料，并广泛应用于各类工程机械和交通运输工具上。列车制动摩擦材料的发展趋势是由单一材质、低热容量、低高温比强度(强度/比重)、低耐热裂、低耐热冲击向复合材料、高热容量、高比强度、高耐热裂、高耐热冲击方向发展。考虑列车制动摩擦材料的发展趋势并结合我国的具体实际，从成本、制造技术水平、可靠性等多方面加以综合，粉末冶金铜基摩擦材料是高速列车优选的制动闸片材料。目前随着国内高速列车的发展，其制动闸片材料的研究也正在逐渐起步和发展。
摩擦材料可分为非金属基和金属基两大类。金属基摩擦材料主要是粉末冶金技术制造的铁基、铜基摩擦材料，在材料配比方面具有特别的灵活性和广泛性，且在高速、高负荷条件下表现出良好的摩擦磨损性能，因此目前在高速动车组中有着广泛应用。在城市轨道车辆、中高速列车以及货车上，合成闸瓦占据重要地位。
这种合成闸瓦摩擦系数高，闸瓦压力小，对制动缸尺寸要求小，基础制动装置重量轻，可减少制动机的用风量，尤其对轮轨粘着的影响较小，因此提高了制动效能。目前，轨道交通正朝着高速、重载方向发展，基于对安全的考虑，对闸瓦的要求也越来越高。
现有技术的合成闸瓦采用橡胶改性酚醛树脂为基体材料，以混杂纤维为增强材料，再添加摩擦性能调节剂，采用炼胶机或高速混料机混合均匀，再经热压工艺以及后续的热处理制成合成闸瓦。由于各个原料成分之间比重差异较大，再加上引入有机纤维增强剂产生的结团，使原料混合难以达到高的均匀性，使闸瓦摩擦系数不够稳定。并且采用热压工艺成型也使生产装备复杂，生产效率降低，产品成本提高。
另外，现有技术的合成闸瓦由于吸热和散热性低，会造成制动踏面的热裂。现有技术合成闸瓦还会出现金属镶嵌，造成车轮踏面损伤以及噪音等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种合成闸瓦及其制造方法。
本发明的合成闸瓦包括具有槽的摩擦块，槽的平面形状为人字形或Z字形，槽的各处相互贯通，槽的宽度为2-8mm，优选的宽度是3-5mm。摩擦块的组成包括：腰果壳油改性酚醛树脂14-16％、丁腈橡胶2-4％、丁苯橡胶1-3％、芳纶浆粕0.2-0.5％、沥青基碳纤维4-6％、钢纤维7-9％、人造石墨颗粒14-15％、-200目铁粉8-9.5％、纳米铁粉0.3-0.5％、硫酸钡晶须14-17％、钛酸钾晶须14-17％、海泡石纤维3-5％、针状硅灰石3-5％、氧化锌晶须3-5％。
本发明的合成闸瓦制备方法包括以下步骤：先用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；将上述橡胶溶液、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶、芳纶浆粕、人造石墨颗粒、沥青基碳纤维、钢纤维、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须用密炼机混合均匀，混合过程保持温度60-80℃；用热压机压制成型，温度125-145℃，压力8-10MPa，模具具有人字形或Z字形凸起用于在闸瓦中形成人字形或Z字形槽；固化处理，以20℃/小时从室温升温到100℃，以15℃/小时升温到130℃，在130℃保温2小时，以25℃/小时降温到室温。将丁苯橡胶溶解成溶液加入物料中混合，使物料混合得更加均匀。
本发明的合成闸瓦具有强度高，热稳定性好，吸热散热性好，耐磨损，摩擦系数稳定的优点，这样能够防止金属镶嵌、踏面热裂等损伤。
附图说明
图1是现有技术的合成闸瓦的正视图；
图2是现有技术的合成闸瓦的俯视图；
图3是本发明的合成闸瓦一个实施例的正视图；
图4是本发明的合成闸瓦另一个实施例的正视图。
具体实施方式
图1是现有技术的合成闸瓦的正视图。从图中可以看出，每块合成闸瓦包括两块摩擦块。每块摩擦块都是连续的密实体。这样，在列车制动时，列车的动能通过摩擦转化成热能。大块的合成闸瓦本身的吸热和散热性就不好，从而车轮起到了主要的散热功能。制动瞬间会使车轮踏面温度升高到较高程度，而后又快速冷却下来，从而使踏面产生热裂。另外，由于每块摩擦块都是连续的密实体，而且合成闸瓦的硬度和强度不高，在制动过程中车轮或轨道上的杂物以及制动摩擦过程中产生的磨屑，不容易从摩擦块与车轮之间排出，从而镶嵌在合成闸瓦中，加剧对车轮的损伤。
图3是本发明合成闸瓦一个实施例的正视图，图4是本发明合成闸瓦的另一个实施例的正视图。在本发明合成闸瓦的每个摩擦块中形成槽，槽的平面形状为“人”字形或“Z”字形，槽的各处相互贯通，槽的宽度为2-8mm，优选的宽度是3-5mm。
这种将竖向槽(车轮圆周方向)和斜向槽相结合的开槽方式，非常有利于通风。从而对合成闸瓦散热性差的缺点是一个很好的弥补，大大提高合成闸瓦的散热性。同时，这些槽还在闸瓦中形成磨屑和杂物排出通道。制动过程中产生的闸瓦和车轮磨屑相互磨擦产生的磨屑，由这些通道迅速排出。车轮上附着的杂物也会在制动过程中由这些槽排出。本发明不选择竖向槽(车轮圆周方向)和横向槽(车轮宽度方向)交叉的开槽方式，这种开槽方式的散热和排屑效果不好，特别是横向槽，通风不好，散热和排屑效果差。因此，本发明的这种开槽加强了闸瓦的散热，能有效避免对车轮踏面热裂倾向；并且槽作为磨屑和杂物排出通道，能有效避免金属镶嵌、踏面损伤等问题。
在开槽后，为了提高合成闸瓦的强度，对合成闸瓦的摩擦块的组成重新改进。本发明合成闸瓦的摩擦块的组成为：腰果壳油改性酚醛树脂14-16％、丁腈橡胶2-4％、丁苯橡胶1-3％、芳纶浆粕0.2-0.5％、沥青基碳纤维4-6％、钢纤维7-9％、人造石墨颗粒14-15％、-200目铁粉8-9.5％、纳米铁粉0.3-0.5％、硫酸钡晶须14-17％、钛酸钾晶须14-17％、海泡石纤维3-5％、针状硅灰石3-5％、氧化锌晶须3-5％。
在上述组成中，除了润滑剂人造石墨颗粒以及金属填料铁粉和纳米铁粉以外，其余的填料均为纤维状，在起到原有的调节摩擦系数的作用以外，对橡胶树脂基体起到强化作用，提高合成闸瓦的强度和硬度，并提高合成闸瓦的热稳定性。
在本发明的合成闸瓦中，利用钢纤维和较细的-200目铁粉和纳米铁粉搭配，减小了铁粉颗粒之间的平均间距，从而利用钢铁的良好导热性进一步提高吸热散热性。尤其是纳米铁粉，虽然添加的重量少，但颗粒数量大大增加，使得这一效果非常明显。在加上本发明开槽提高闸瓦的散热性，从而使本发明的合成闸瓦的散热效果非常好。
本发明的合成闸瓦制备方法包括以下步骤：先用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；将上述橡胶溶液、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶、芳纶浆粕、人造石墨颗粒、沥青基碳纤维、钢纤维、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须用密炼机混合均匀，混合过程保持温度60-80℃；用热压机压制成型，温度125-145℃，压力8-10MPa，模具具有人字形或Z字形凸起用于在闸瓦中形成人字形或Z字形槽；固化处理，以20℃/小时从室温升温到100℃，以15℃/小时升温到130℃，在130℃保温2小时，以25℃/小时降温到室温。将丁苯橡胶溶解成溶液加入物料中混合，使物料混合得更加均匀。
实施例1
按以下组成配料：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈橡胶2％、丁苯橡胶1％、芳纶浆粕0.2％、沥青基碳纤维4％、钢纤维9％、人造石墨颗粒15％、-200目铁粉9.5％、纳米铁粉0.3％、硫酸钡晶须17％、钛酸钾晶须17％、海泡石纤维5％、针状硅灰石3％、氧化锌晶须3％。先用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；将上述橡胶溶液、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶、芳纶浆粕、人造石墨颗粒、沥青基碳纤维、钢纤维、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须用密炼机混合均匀，混合过程保持温度60℃；用热压机压制成型，温度125℃，压力10MPa，模具具有人字形凸起用于在闸瓦中形成人字形或Z字形槽；固化处理，以20℃/小时从室温升温到100℃，以15℃/小时升温到130℃，在130℃保温2小时，以25℃/小时降温到室温。最后得到具有人字形槽的合成闸瓦。
实施例2
按以下组成配料：腰果壳油改性酚醛树脂16％、丁腈橡胶4％、丁苯橡胶3％、芳纶浆粕0.5％、沥青基碳纤维6％、钢纤维7％、人造石墨颗粒14％、-200目铁粉8％、纳米铁粉0.5％、硫酸钡晶须14％、钛酸钾晶须14％、海泡石纤维3％、针状硅灰石5％、氧化锌晶须5％。先用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；将上述橡胶溶液、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶、芳纶浆粕、人造石墨颗粒、沥青基碳纤维、钢纤维、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须用密炼机混合均匀，混合过程保持温度80℃；用热压机压制成型，温度145℃，压力8MPa，模具具有人字形凸起用于在闸瓦中形成人字形或Z字形槽；固化处理，以20℃/小时从室温升温到100℃，以15℃/小时升温到130℃，在130℃保温2小时，以25℃/小时降温到室温。最后得到具有人字形槽的合成闸瓦。
实施例3
按以下组成配料：腰果壳油改性酚醛树脂16％、丁腈橡胶4％、丁苯橡胶3％、芳纶浆粕0.5％、沥青基碳纤维6％、钢纤维7％、人造石墨颗粒14％、-200目铁粉8％、纳米铁粉0.5％、硫酸钡晶须14％、钛酸钾晶须14％、海泡石纤维3％、针状硅灰石5％、氧化锌晶须5％。先用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；将上述橡胶溶液、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶、芳纶浆粕、人造石墨颗粒、沥青基碳纤维、钢纤维、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须用密炼机混合均匀，混合过程保持温度60℃用热压机压制成型，温度125℃，压力10MPa，模具具有Z字形凸起用于在闸瓦中形成人字形或Z字形槽；固化处理，以20℃/小时从室温升温到100℃，以15℃/小时升温到130℃，在130℃保温2小时，以25℃/小时降温到室温。最后得到具有Z字形槽的合成闸瓦。
实施例4
按以下组成配料：腰果壳油改性酚醛树脂14％、丁腈橡胶2％、丁苯橡胶1％、芳纶浆粕0.2％、沥青基碳纤维4％、钢纤维9％、人造石墨颗粒15％、-200目铁粉9.5％、纳米铁粉0.3％、硫酸钡晶须17％、钛酸钾晶须17％、海泡石纤维5％、针状硅灰石3％、氧化锌晶须3％。先用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；将上述橡胶溶液、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶、芳纶浆粕、人造石墨颗粒、沥青基碳纤维、钢纤维、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须用密炼机混合均匀，混合过程保持温度80℃；用热压机压制成型，温度145℃，压力8MPa，模具具有Z字形凸起用于在闸瓦中形成人字形或Z字形槽；固化处理，以20℃/小时从室温升温到100℃，以15℃/小时升温到130℃，在130℃保温2小时，以25℃/小时降温到室温。最后得到具有Z字形槽的合成闸瓦。
Claims (3)
1.一种合成闸瓦，其特征在于包括具有槽的摩擦块，所述槽的平面形状为“人”字形或“Z”字形，槽的各处相互贯通，所述摩擦块的组成包括：腰果壳油改性酚醛树脂15％、丁腈橡胶3％、丁苯橡胶2％、芳纶浆粕0.3％、沥青基碳纤维5％、钢纤维8％、人造石墨颗粒13％、-200目铁粉10.5％、纳米铁粉0.2％、硫酸钡晶须16％、钛酸钾晶须14％、海泡石纤维5％、针状硅灰石5％、氧化锌晶须3％。
2.根据权利要求1所述的合成闸瓦，其特征在于槽的宽度为2-8mm，优选的宽度是3-5mm。
3.一种根据权利要求1所述合成闸瓦的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
先用甲苯将丁苯橡胶粉溶解成橡胶溶液；
将上述橡胶溶液、腰果壳油改性酚醛树脂、丁腈橡胶、芳纶浆粕、人造石墨颗粒、沥青基碳纤维、钢纤维、-200目铁粉、纳米铁粉、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、海泡石纤维、针状硅灰石、氧化锌晶须用密炼机混合均匀，混合过程保持温度60-80℃；
用热压机压制成型，温度125-145℃，压力8-10MPa，模具具有人字形或Z字形凸起用于在闸瓦中形成人字形或Z字形槽；
固化处理，以20℃/小时从室温升温到100℃，以15℃/小时升温到130℃，在130℃保温2小时，以25℃/小时降温到室温。
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