CN103410893B - 一种城市轨道车辆用合成闸瓦及其制造方法 - Google Patents

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本发明涉及一种城市轨道车辆用合成闸瓦及其制造方法，其包括以下重量份的组分：丁腈橡胶10～15份，腰果壳油改性酚醛树脂10～20份，玄武岩纤维6～10份，炭纤维4～8份，钢纤维8～15份，海泡石纤维5‑8份，六次甲基四胺2～6份，氧化铁粉5～8份，鳞片石墨5～7份，铬铁矿5～7份，硫酸钡6～9份，钾长石3～6份，摩擦粉5～8份。合成闸瓦的制造方法为干法生产工艺，包括钢背生产、喷砂处理、整形、配料、混合、热压成形、热处理、后续处理、成品、检验。本发明制造的合成闸瓦经1∶1台架试验，摩擦磨损性能优异、制动性能稳定、安全、绿色环保，解决了城市轨道合成闸瓦金属镶嵌、热裂纹、热斑以及雨雪天气条件下摩擦系数下降过快等问题。

Description

一种城市轨道车辆用合成闸瓦及其制造方法
技术领域
本发明属于交通技术领域，涉及一种城市轨道车辆用合成闸瓦及其制造方法。
背景技术
城市轨道闸瓦的制动性能直接影响城市轨道和轻轨车辆运营的安全，传统的普通型闸瓦制动材料已很难满足制动要求。现研制的城市轨道合成闸瓦主要存在的问题：车轮踏面的沟槽严重，并有些已经形成台阶，需经常旋修才能保证车辆的正常使用；车轮踏面磨耗过快；噪音过大；湿态条件下制动效果差即车辆运营进站制动时过冲，超出制动距离。如中国专利CN1844204A、CN1405044A均存在湿态摩擦系数小于0.29的情况，且动静摩擦系数相差较大。
我国目前应用于城市轨道交通车辆的制动闸瓦主要依靠进口，急需研制出性价比高的具有自主产权的高性能城市轨道车辆合成闸瓦，以满足国内需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种城市轨道车辆用合成闸瓦及其制造方法，解决城市轨道合成闸瓦金属镶嵌、热裂纹、热斑以及雨雪天气条件下摩擦系数下降过快的问题。
其技术方案如下：
一种城市轨道车辆用合成闸瓦，其包括以下重量份的组分：丁腈橡胶10～15份，腰果壳油改性酚醛树脂10～20份，玄武岩纤维6～10份，炭纤维4～8份，钢纤维8～15份，海泡石纤维5-8份，六次甲基四胺2～6份，氧化铁粉5～8份，鳞片石墨5～7份，铬铁矿5～7份，硫酸钡6～9份，钾长石3～6份，摩擦粉5～8份。
进一步优选，丁腈橡胶15份，腰果壳油改性酚醛树脂16份，玄武岩纤维8份，炭纤维5份，钢纤维12份，海泡石纤维6份，六次甲基四胺3份，氧化铁粉6份，鳞片石墨5份，铬铁矿6份，硫酸钡8份，钾长石4份，摩擦粉6份。
进一步优选，所述的丁腈橡胶性能为：结合丙烯腈的质量分数大于27％，拉伸强度大于28MPa，灰分小于1.5％，挥发分小于0.75％，耐温为-40～300℃，粒度为125～200目；所述的腰果壳油改性酚醛树脂的性能为：软化点大于95℃，固化速度为35～80s，流动距离70mm，游离酚含量小于4％，挥发分小于1％，粒度150-200目。
进一步优选，所述的玄武岩纤维长度为8～6mm，直径为10～20μm，断裂强度大于3600MPa，断裂伸长率大于3.5％，耐热温度大于700℃；所述的炭纤维为短切聚丙烯腈基炭纤维，杨氏模量为310～395GPa，抗拉强度为3200-3800MPa。
一种本发明所述城市轨道车辆用合成闸瓦的制造方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照权利要求1所述配方用电子称称取各组分，放入混料筒；
(2)搅拌混合：选用犁耙式混料机，将配料投入其中，经过规定时间混合后，从出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)热压成形：模具腔中放入加工好的闸瓦钢背，将混合料预热至80℃，投入模具腔中，经过合模在热压机上于热压温度150～175℃、压力18～22Mpa，热压固化时间30～60min，在热压过程中从室温至热压温度温升低于3℃／min，放气3～5次；
(4)固化热处理：将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～200℃，温升为1～3℃／min，在80℃、120℃、160℃和200℃保温时间分别为4h、5h、6h、4h；最后，将其冷却至室温即得成品。
进一步优选，步骤(3)中热压机上热压温度165℃，压力20MPa，热压固化时间40min，放气4次，步骤(4)中温升为2℃／min。
热压温度定在165℃可保证树脂在压制过程中充分分解固化，压力定在20MPa使得合成闸瓦具有较大的压缩强度和冲击强度，并控制好密度，放气4次是为了保证闸瓦压制完成后不因材料中残留的气体在热处理过程中固化产生裂纹，热处理温升小于2℃是为了保证热处理过程中小分子气体缓慢释放同时保证减小导热系数不同材料之间因膨胀产生的热裂纹。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)采用丁腈橡胶和腰果壳油改性酚醛树脂作为黏合剂，二者配合使用能够改善合成闸瓦的脆性、耐热性或其他物理性能，改善成形工艺条件，减少合成闸瓦的金属镶嵌、热裂纹和热斑，并改善摩擦磨损性能，降低材料硬度。
(2)采用耐高温、高强度的玄武岩纤维和炭纤维能够改善合成闸瓦制动时摩擦系数的平稳性，配合钢纤维使用提高散热性能，提高材料强度和韧性，减少了合成闸瓦的金属镶嵌，以及在承受冲击、剪切、拉伸等力的作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤。
(3)减摩填料如起润滑作用的鳞片石墨能够起到降低摩擦系数、减少对偶磨损和降低噪音的作用；其他填料的加入可提高材料的摩擦系数，并调节摩擦材料的硬度、密度、结构密实度、制品外观。
(4)以腰果壳油改性酚醛树脂为黏合剂的合成闸瓦，配合一定量的丁腈橡胶，能有效的降低制品的硬度及压缩弹性模量，从而避免制动盘(轮毂)产生热斑，克服闸瓦产生热裂纹。玄武岩纤维与玻璃纤维、芳纶浆粕、铜纤维和矿物棉相比，具有性价比高，在600-700℃条件下使用作为摩擦材料的增强体具有高温摩擦系数低、热衰退小和制动噪音低的优点；炭纤维炭纤维具有比强度高、比模量高、低密度、耐热、耐磨、耐蚀以及热膨胀系数较适宜等一系列突出优点，是制备大功率制动用合成闸瓦的理想增强材料，钢纤维具有具有稳定的摩擦系数，优良的抗热衰退性能和耐磨性能；海泡石纤维具有弹性好，硬度分散平稳，吸声率高，可降低合成闸瓦成本。
总之，本发明工艺简便、能耗低、材料均匀性好、导热性能好、湿态和高温摩擦系数稳定低磨耗率、使用寿命长，适合城市轨道交通用制动装置，有很广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
城市轨道车辆用合成闸瓦的各组分重量：丁腈橡胶300g，腰果壳油改性酚醛树脂600g，玄武岩纤维180g，炭纤维240g，钢纤维450g，海泡石纤维150g，六次甲基四胺60g，氧化铁粉240g，鳞片石墨150g，铬铁矿210g，硫酸钡180g，钾长石90g，摩擦粉150g。
制备过程：
(1)配料：严格按照配方要求用电子称称取各种粉末料和纤维料，放入混料筒；
(2)搅拌混合：选用犁耙式混料机，将配料投入其中，经过规定时间混合后，从出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)热压成形：模具腔中放入加工好的闸瓦钢背，将混合料预热至80℃，投入模具腔中，经过合模在热压机上于150℃、18MPa热压固化30min，在热压过程中从室温至热压温度温升低于3℃／min，放气3次；
(4)固化热处理：将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～200℃，温升为1℃／min，在80℃、120℃、160℃和200℃保温时间分别为4h、5h、6h、4h；最后，将其冷却至室温即得成品。
(5)根据上述实施例测得合成闸瓦的物理性能如下：
密度：2.1g／cm3 洛氏硬度：73 吸油率：0.5％ 吸水率：0.45％
冲击强度：3.1kJ／cm2 压缩强度：81MPa 压缩模型：1.2GPa
(6)根据上述实施例测得合成闸瓦的1：1台架制动试验结果如表1所示：
表1
实施例2：
城市轨道车辆用合成闸瓦的各组分重量：丁腈橡胶330g，腰果壳油改性酚醛树脂540g，玄武岩纤维210g，炭纤维180g，钢纤维390g，海泡石纤维180g，六次甲基四胺90g，氧化铁粉210g，鳞片石墨180g，铬铁矿180g，硫酸钡210g，钾长石120g，摩擦粉180g。
制备过程：
(1)配料：严格按照配方要求用电子称称取各种粉末料和纤维料，放入混料筒；
(2)搅拌混合：选用犁耙式混料机，将配料投入其中，经过规定时间混合后，从出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)热压成形：模具腔中放入加工好的闸瓦钢背，将混合料预热至80℃，投入模具腔中，经过合模在热压机上于155℃、19MPa热压固化40min，在热压过程中从室温至热压温度温升低于3℃／min，放气4次；
(4)固化热处理：将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～200℃，温升为2℃／min，在80℃、120℃、160℃和200℃保温时间分别为4h、5h、6h、4h；最后，将其冷却至室温即得成品。
(5)根据上述实施例测得合成闸瓦的物理性能如下：
密度：2.2g／cm3 洛氏硬度65 吸油率：0.6％ 吸水率：0.51％
冲击强度：2.9kJ／cm2 压缩强度：83MPa 压缩模型：1.0GPa
(6)根据上述实施例测得合成闸瓦的1：1台架制动试验结果如表2所示：
表2
实施例3：
城市轨道车辆用合成闸瓦的各组分重量：丁腈橡胶390g，腰果壳油改性酚醛树脂480g，玄武岩纤维240g，炭纤维150g，钢纤维270g，海泡石纤维210g，六次甲基四胺120g，氧化铁粉180g，鳞片石墨180g，铬铁矿150g，硫酸钡240g，钾长石150g，摩擦粉180g。
制备过程：
(1)配料：严格按照配方要求用电子称称取各种粉末料和纤维料，放入混料筒；
(2)搅拌混合：选用犁耙式混料机，将配料投入其中，经过规定时间混合后，从出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)热压成形：模具腔中放入加工好的闸瓦钢背，将混合料预热至80℃，投入模具腔中，经过合模在热压机上于165℃、20MPa热压固化50min，在热压过程中从室温至热压温度温升低于3℃／min，放气5次；
(4)固化热处理：将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～200℃，温升为1℃／min，在80℃、120℃、160℃和200℃保温时间分别为4h、5h、6h、4h；最后，将其冷却至室温即得成品。
(5)根据上述实施例测得合成闸瓦的物理性能如下：
密度：2.2g／cm3 洛氏硬度：68 吸油率：0.4％ 吸水率：0.46％
冲击强度：3.0kJ／cm2 压缩强度：85MPa 压缩模型：1.3GPa
(6)根据上述实施例测得合成闸瓦的1：1台架制动试验结果如表3：
表3
实施例4：
城市轨道车辆用合成闸瓦的各组分重量：丁腈橡胶450g，腰果壳油改性酚醛树脂300g，玄武岩纤维300g，炭纤维120g，钢纤维240g，海泡石纤维240g，六次甲基四胺180g，氧化铁粉150g，鳞片石墨210g，铬铁矿150g，硫酸钡270g，钾长石180g，摩擦粉210g。
制备过程：
(1)配料：严格按照配方要求用电子称称取各种粉末料和纤维料，放入混料筒；
(2)搅拌混合：选用犁耙式混料机，将配料投入其中，经过规定时间混合后，从出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)热压成形：模具腔中放入加工好的闸瓦钢背，将混合料预热至80℃，投入模具腔中，经过合模在热压机上于175℃、22MPa热压固化60min，在热压过程中从室温至热压温度温升低于3℃／min，放气5次；
(4)固化热处理：将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～200℃，温升为１℃／min，在80℃、120℃、160℃和200℃保温时间分别为4h、5h、6h、4h；最后，将其冷却至室温即得成品。
(5)根据上述实施例测得合成闸瓦的物理性能如下：
密度：2.3g／cm3 洛氏硬度：65 吸油率：0.5％ 吸水率：0.45％
冲击强度：3.3kJ／cm2 压缩强度：79MPa 压缩模型：1.1GPa
(6)根据上述实施例测得合成闸瓦的1：1台架制动试验结果如表4：
表4
以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种城市轨道车辆用合成闸瓦，其特征在于，其包括以下重量份的组分：丁腈橡胶10～15份，腰果壳油改性酚醛树脂10～20份，玄武岩纤维6～10份，炭纤维4～8份，钢纤维8～15份，海泡石纤维5-8份,六次甲基四胺2～6份，氧化铁粉5～8份，鳞片石墨5～7份，铬铁矿5～7份，硫酸钡6～9份，钾长石3～6份，摩擦粉5～8份。
2.根据权利要求1所述的城市轨道车辆用合成闸瓦，其特征在于，其包括以下重量份的组分：丁腈橡胶15份，腰果壳油改性酚醛树脂16份，玄武岩纤维8份，炭纤维5份，钢纤维12份，海泡石纤维6份，六次甲基四胺3份，氧化铁粉6份，鳞片石墨5份，铬铁矿6份，硫酸钡8份，钾长石4份，摩擦粉6份。
3.根据权利要求1所述的城市轨道车辆用合成闸瓦，其特征在于，所述的丁腈橡胶性能为：结合丙烯腈的质量分数大于27％，拉伸强度大于28MPa，灰分小于1.5％，挥发分小于0.75％，耐温为-40～300℃，粒度为125～200目；所述的腰果壳油改性酚醛树脂的性能为：软化点大于95℃，固化时间为35～80s，流动距离70mm，游离酚含量小于4％，挥发分小于1％,粒度150-200目。
4.根据权利要求1所述的城市轨道车辆用合成闸瓦，其特征在于，所述的玄武岩纤维长度为6～8mm，直径为10～20μm，断裂强度大于3600MPa，断裂伸长率大于3.5％，耐热温度大于700℃；所述的炭纤维为短切聚丙烯腈基炭纤维，杨氏模量为310～395GPa，抗拉强度为3200-3800MPa。
5.一种如权利要求1所述的城市轨道车辆用合成闸瓦的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)配料：按照权利要求1所述配方用电子秤称取各组分，放入混料筒；
(2)搅拌混合：选用犁耙式混料机，将配料投入其中，经过规定时间混合后，从出料孔排料，保存到储料筒中；
(3)热压成形：模具腔中放入加工好的闸瓦钢背，将混合料预热至80℃，投入模具腔中，在热压机上合模，热压温度150～175℃、压力18～22Mpa，热压固化时间30～60min，在热压过程中从室温至热压温度温升低于3℃/min，放气3～5次；
(4)固化热处理：将压制后的合成闸瓦放入程序控制干燥箱中进行固化热处理，温度区间为室温～200℃，温升为1～3℃/min，在80℃、120℃、160℃和200℃保温时间分别为4h、5h、6h、4h；最后,将其冷却至室温即得成品。
6.根据权利要求5所述的城市轨道车辆用合成闸瓦的制造方法，其特征在于，步骤(3)中热压机上热压温度165℃，压力20MPa，热压固化时间40min，放气4次。
7.根据权利要求5所述的城市轨道车辆用合成闸瓦的制造方法，其特征在于，步骤(4)中温升为2℃/min。
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