CN104151638B - 一种常温压制大功率机车用合成闸瓦及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于刹车片材料技术领域，具体涉及一种常温压制大功率机车用合成闸瓦及其制备方法，所述合成闸瓦摩擦体由下述体积比的材料合成：高乙烯基顺丁橡胶25~30、钢纤维7～10、芳纶浆粕5～7.9、矿物纤维5～9、海泡石纤维3～6、氧化锌0.4～2、硬脂酸锌0.1～0.3、橡胶硫化剂TMTD0.5～3、工业乙醇3～8、酚醛树脂12～16、白口铸铁0.5～2.5、钾长石粉2～5、氧化铝抛光粉0.2～0.8、漂珠2～7.3、轻质碳酸钙2～4、硫酸钡2～5、颗粒石墨1～3、摩擦调整剂1.5～5、氢氧化钙1～3。经配料、密炼、破碎、常温压制和热处理而成。该合成闸瓦可用在最高运行速度为120km/h，轴重不大于25t的大功率机车中，具有稳定的摩擦性能和优良的耐磨性，对车轮磨损小、制动噪音低。

Description

一种常温压制大功率机车用合成闸瓦及其制备方法
技术领域
本发明属于刹车片材料技术领域，具体涉及一种常温压制大功率机车用合成闸瓦及其制备方法。
背景技术
现有技术中，机车用合成闸瓦品种多样，制备方法各有不同且被少数几家大型跨国公司垄断。但大多采用以酚醛树脂和橡胶为粘结剂，在140℃～180℃之间热压模塑固化成型的生产工艺制备而成。这种材料及工艺制造的合成闸瓦其性能基本满足制动要求，但在制造过程中工艺工序步骤较多，不仅存在人力和设备资源消耗大、工人工作环境恶劣且能耗很高，不符合现代社会节约、环保低碳和可持续发展的经济理念。大功率机车用合成闸瓦在有效制动距离内对闸瓦的摩擦系数、热稳定性、粘结强度、抗弯曲强度和抗冲击强度均有较高的要求，现有的合成闸瓦存在摩擦系数不稳定、金属镶嵌、摩擦体易断裂、掉渣、掉块且使用寿命短等问题，无法满足现有大功率机车单轴功率越来越大的制动要求，危及行车安全。例如，CN102643511A公开了一种合成闸瓦及其制备方法。其中，以重量份计，该合成闸瓦包括以下原料制成：酚醛树脂3~5份、丁腈橡胶1.5~3.5份、石墨1.5~3.5份、还原铁粉3.5~5.5份、钢纤维4.5~6.5份、硅灰石1.5~3.5份、海泡石2.5~4.5份、钾长石3.5~5.5份、氧化铝0.05~0.20份、硫磺0.15~0.40份和促进剂0.05~0.20份。该配方具有较长的使用寿命，但制造过程中存在生产效率低、设备能耗高且工人作业环境差等缺点。CN102401052A公开了一种用于大功率HXN5机车的高摩合成闸瓦及其制备方法和应用。其中，该材料由下述重量比的各组分构成，各组分为: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。该配方具有稳定的摩擦性能和较好的耐磨性，但也存在上述问题，且在我国南方山地、湿热气候条件下使用存在摩擦体易断裂和金属镶嵌等问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于破除国外对大功率机车用合成闸瓦制备的技术垄断、降低企业用工成本及顺应现代社会倡导节约、环保低碳和可持续发展的经济理念，提供一种可靠性、稳定性更好、成本更低和制造工艺更简单的大功率机车用合成闸瓦。
同时，本发明还提供所述常温压制大功率机车用合成闸瓦的制备方法。
实现上述目的，本发明采用的技术手段如下：一种常温压制大功率机车用合成闸瓦，其特征在于，摩擦体由下述体积比的材料合成：
高乙烯基顺丁橡胶25~30、钢纤维7～10、芳纶浆粕5～7.9、矿物纤维5～9、海泡石纤维3～6、氧化锌0.4～2、硬脂酸锌0.1～0.3、橡胶硫化剂TMTD0.5～3、工业乙醇3～8、酚醛树脂12～16、白口铸铁0.5～2.5、钾长石粉2～5、氧化铝抛光粉0.2～0.8、漂珠2～7.3、轻质碳酸钙2～4、硫酸钡2～5、颗粒石墨1～3、摩擦调整剂1.5～5、氢氧化钙1～3。
1）配料：按配方备好物料；
2）密炼：在啮合型密炼机中，投入高乙烯基顺丁橡胶密炼2min；投入钢纤维密炼2min；投入芳纶浆粕密炼2min；投入矿物纤维和海泡石纤维密炼2min；投入氧化锌、硬脂酸锌和橡胶硫化剂TMTD密炼2min；投入工业乙醇密炼2min；将酚醛树脂、白口铸铁、钾长石粉、氧化铝抛光粉、漂珠、轻质碳酸钙、硫酸钡、颗粒石墨、摩擦调整剂和氢氧化钙投入到密炼机中保持温度为60℃～75℃之间密炼8min后倾倒出物料；
3）粉碎：密炼后物用爪刀型强力塑料破碎机破碎，筛网直径为3mm；
4）常温压制模塑：将破碎后的物料在模具中用四柱液压机按5000N/cm2的压力将物料压制在瓦背上制成客户需求的形状；
5）合成闸瓦热处理：将压制成型后的闸瓦弧面朝上平放在烘箱内铁架上，摆放整齐牢固，闸瓦与烘箱四壁不得小于150mm；关闭烘箱门，打开电源和内循环鼓风机、设定热处理温度曲线程序并运行。合成闸瓦热处理温度曲线程序如下：
升温时间/min 温度/℃ 保温时间/h
30 80 1
20 100 1
20 110 1
20 120 1
20 130 1
20 140 2
20 150 2
20 160 2
20 170 2
20 180 6
20 190 1
20 170 2
程序运行结束后，让其自然冷却至80℃以下方可打开烘箱门。
本发明的有益效果是：本发明大功率机车用合成闸瓦采用工业乙醇代替传统有刺激性气味且成本较高的苯、甲苯、二甲苯和120号汽油等有毒溶剂，大大改善了工人的作业环境、降低了材料成本，符合环保要求；密炼工艺简单且有效解决了芳纶浆粕加工过程中因产生静电难以分散的工艺难题；常温压制模塑成型对设备和模具要求低，大大提高了单位时间内的生产效率和合格率，降低了企业的用工成本；常温压制模塑成型合成闸瓦热处理后具有稳定的摩擦性能、对车轮磨损小、抗弯曲、抗冲击、制动无火花、无烟尘和噪音低等优良特点，从根本上解决了闸瓦热衰退、瓦体断裂、掉渣掉块、金属镶嵌和热裂纹等危及行车安全的质量隐患。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一、本发明提供的大功率机车用合成闸瓦，该合成闸瓦包括钢背和闸瓦本体，闸瓦本体固定在钢背上。所述闸瓦本体由下述体积比的各组分材料合成制备而成（实施例的配方参见下表，并不用于限制本发明)。
本发明使用的原材料为工业级常规产品，均为市面所售。
本发明配方设计科学合理，合成闸瓦能够较好地满足国内和国际轨道交通行业标准中要求的各项性能指标。该配方闸瓦可用在最高运行速度为120km/h，轴重不大于25t的大功率机车中，具有稳定的摩擦性能和优良的耐磨性，对车轮磨损小、制动噪音低；从根本上解决了闸瓦瓦体断裂、掉渣掉块、金属镶嵌和热裂纹等危及行车安全的质量隐患，尤其对于我国南北方或四季气候差异大及大坡道连续制动的运用要求有较强的适应性；利用市场常规易购的工业级化工和矿产原料，避免使用对人体有毒有害的原料，具有生产安全、成本低廉可控的优点，保证了行车安全。
二、一种常温压制大功率机车用合成闸瓦的制备方法，经配料、密炼、粉碎、常温压制模塑成型、热处理而成，具体步骤如下：
1）配料：按配方备好物料；
2）密炼：在啮合型密炼机中，投入高乙烯基顺丁橡胶密炼2min；投入钢纤维密炼2min；投入芳纶浆粕密炼2min；投入矿物纤维和海泡石纤维密炼2min；投入氧化锌、硬脂酸锌和橡胶硫化剂TMTD密炼2min；投入工业乙醇密炼2min；将酚醛树脂、白口铸铁、钾长石粉、氧化铝抛光粉、漂珠、轻质碳酸钙、硫酸钡、颗粒石墨、摩擦调整剂和氢氧化钙投入到密炼机中保持温度为60℃～75℃之间密炼8min后倾倒出物料；
3）粉碎：密炼后物料用爪刀型强力塑料破碎机破碎，筛网直径为3mm；
4）常温压制模塑：将破碎后的物料在模具中用四柱液压机按5000N/cm2的压力将物料压制在瓦背上制成客户需求的形状；
5）合成闸瓦热处理：将压制成型后的闸瓦弧面朝上平放在烘箱内铁架上，摆放整齐牢固，闸瓦与烘箱四壁不得小于150mm；关闭烘箱门，打开电源和内循环鼓风机、设定热处理温度曲线程序并运行。合成闸瓦热处理温度曲线程序如下：
升温时间/min 温度/℃ 保温时间/h
30 80 1
20 100 1
20 110 1
20 120 1
20 130 1
20 140 2
20 150 2
20 160 2
20 170 2
20 180 6
20 190 1
20 170 2
程序运行结束后，让其自然冷却至80℃以下方可打开烘箱门。
三、经检测本发明合成闸瓦物理及力学性能、粘结强度、热分解温度等性能指标均已达到或超过原装车进口产品，配方3为较优配方。具体比较如下表：
对比1为美国西屋公司的COBRAV-3闸瓦、对比2为英国菲罗多公司的K型闸瓦。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种常温压制大功率机车用合成闸瓦，其特征在于，摩擦体由下述体积比的材料合成：
高乙烯基顺丁橡胶25~30、钢纤维7～10、芳纶浆粕5～7.9、矿物纤维5～9、海泡石纤维3～6、氧化锌0.4～2、硬脂酸锌0.1～0.3、橡胶硫化剂TMTD0.5～3、工业乙醇3～8、酚醛树脂12～16、白口铸铁0.5～2.5、钾长石粉2～5、氧化铝抛光粉0.2～0.8、漂珠2～7.3、轻质碳酸钙2～4、硫酸钡2～5、颗粒石墨1～3、摩擦调整剂1.5～5、氢氧化钙1～3。
2.如权利要求1所述的一种常温压制大功率机车用合成闸瓦，其特征在于所述高乙烯基顺丁橡胶为意大利埃尼集团EROPRENEBRHV80；漂珠为纳米级空心陶瓷微珠。
3.如权利要求1所述的一种常温压制大功率机车用合成闸瓦的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
按权利要求1所述配方经配料、密炼、破碎、常温压制模塑和热处理而成；具体步骤依次为：
1）配料：按配方备好物料；
2）密炼：在啮合型密炼机中，投入高乙烯基顺丁橡胶密炼2min；投入钢纤维密炼2min；投入芳纶浆粕密炼2min；投入矿物纤维和海泡石纤维密炼2min；投入氧化锌、硬脂酸锌和橡胶硫化剂TMTD密炼2min；投入工业乙醇密炼2min；将酚醛树脂、白口铸铁、钾长石粉、氧化铝抛光粉、漂珠、轻质碳酸钙、硫酸钡、颗粒石墨、摩擦调整剂和氢氧化钙投入到密炼机中保持温度为80℃～120℃之间密炼8min后倾倒出物料；
3）粉碎：密炼后物料用爪刀型强力塑料破碎机破碎，筛网直径为3mm；
4）常温压制模塑：将破碎后的物料在压制模具中用四柱液压机按5000N/cm2的压力将物料压制在瓦背上制成客户需求的形状；
5）合成闸瓦热处理：将压制成型后的闸瓦踏面朝上平放在烘箱内铁架上，摆放整齐牢固，闸瓦与烘箱四壁不得小于150mm；关闭烘箱门，打开电源和内循环鼓风机、设定热处理温度曲线程序并运行；
合成闸瓦热处理温度曲线程序如下：
升温时间/min 温度/℃ 保温时间/h 30 80 1 20 100 1 20 110 1 20 120 1 20 130 1 20 140 2 20 150 2 20 160 2 20 170 2 20 180 6 20 190 1 20 170 2
程序运行结束后，让其自然冷却至80℃以下方可打开烘箱门。
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