CN104450103B - 一种机车轮缘固体润滑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车轮缘固体润滑剂及其制备方法，所述机车轮缘固体润滑剂，包括模压树脂、二硫化钼、无卤阻燃剂、石墨、氧化铝。所述润滑剂呈块状，使用时直接贴覆在机车轮缘轮缘即可，使用方便，性能可靠，对机车轮缘能达到充分润滑，经久耐磨，摩擦后产生的粉末环保无污染。

Description

一种机车轮缘固体润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明属于机车轮缘润滑材料领域，具体涉及一种机车轮缘固体润滑剂及其制备方法。

技术背景

目前普通高铁机车轮缘润滑采用油脂润滑技术，采用液态润滑剂，需要专门的配套设备，其成本高，消耗大，不符合环保节能的新要求和新趋势，技术创新程度不高。且油脂油路易破损、堵塞，则造成机车轮缘润滑不充分，导致不同程度的磨损，不利于机车连续稳定地运行。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种机车轮缘固体润滑剂，以固体润滑剂取代油脂润滑，不需油路输送管道及其附属设备，安装简易，更换方便，成本低廉，质量轻。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种机车轮缘固体润滑剂，包括模压树脂、二硫化钼、无卤阻燃剂、石墨、氧化铝。所述润滑剂呈块状，使用时直接贴覆在机车轮缘轮缘即可，使用方便，性能可靠，对机车轮缘能达到充分润滑，经久耐磨，摩擦后产生的粉末环保无污染。其中，二硫化钼、石墨的自润滑性能使得固体润滑剂具有优异的耐磨性，经摩擦后为粉状，无污染。氧化铝，具有较强的表面酸性和一定的表面碱性，能满足固体润滑剂长期室外的工作环境，同时有耐高温惰性和高活性，用作此配方的催化剂，也起表面光洁的作用。固体润滑剂工作时与机车轮缘接触后会放热，无卤阻燃剂能防止固体润滑剂灼烧现象，保证固体润滑剂正常有效、安全的工作。二硫化钼是重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下。它还有抗磁性，可用作线性光电导体和显示P型或N型导电性能的半导体，具有整流和换能的作用。二硫化钼还可用作复杂烃类脱氢的催化剂。被誉为“高级固体润滑油王”。二硫化钼是由天然钼精矿粉经化学提纯后改变分子结构而制成的固体粉剂。本品色黑稍带银灰色，有金属光泽，触之有滑腻感，不溶于水。产品具有分散性好，不粘结的优点，可添加在各种油脂里，形成绝不粘结的胶体状态，能增加油脂的润滑性和极压性。也适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，延长设备寿命。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述模压树脂为不饱和聚酯树脂。采用不饱和树脂作为润滑剂的基底材料容易使各添加剂在基材中均匀分散，且可以在室温下固化，常压下成型，工艺性能灵活。作为可选，所述模压树脂具体为环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯树脂，不饱和树脂中的至少一种。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述二硫化钼的粒度为2000目或更小的粒径（粒径越小越好），纯度为95%以上。易于分散及增强润滑性。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述石墨的粒度为500目或更小的粒径（粒径越小越好），纯度为90%以上。增强其耐磨擦性能。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述无卤阻燃剂为磷系无卤阻燃剂。增强阻燃性能与热稳定性 。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述氧化铝为纯度95%以上。增强其硬度及抗磨擦能力。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，包括以下重量份的原料：模压树脂29~60份、二硫化钼24~41份、无卤阻燃剂1~5份、石墨7~12份、氧化铝8~13份。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，包括以下重量份的原料：压树脂47份、二硫化钼30份、无卤阻燃剂3份、石墨10份、氧化铝10份。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述固体润滑剂包括体部和头部，所述头部尺寸小于体部，所述体部和头部为一体成型结构。该结构设计有利于固体润滑剂在使用过程中与机车轮缘充分接触，且可以调整接触的角度，安装使用方便。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述头部的截面由低端到顶端逐渐变小，使所述头部呈现一定的锥度。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述体部为近似长方体的形状，所述头部的截面由低端到顶端逐渐变小，使所述头部呈现一定的锥度，所述体部一端与所述头部连接，另一端（尾部）设置有与所述头部形状相适配的孔。尾部可孔可以方便润滑剂的装配固定。作为可选方式，可以将多块固体润滑剂串联设置，使后一块固体润滑剂的头部插入到前一块固体润滑剂尾部的孔中。通过调整固体润滑剂的串联个数可以控制润滑剂的整体长度，同时当部分润滑剂有损坏时可以只更换相应部位的润滑剂，避免整体更换，减少浪费。所述头部的锥度设计有利于头部与机车轮缘的接触，还可以在一定范围内调整接触角，而且在多孔串联设置时插入孔中很方便。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述固体润滑剂结构中的转角处设置成圆形倒角。通过设置倒角使润滑剂表面平滑无明显的棱角，有利于润滑。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述体部中位于头部对侧的面为凹弧面或凹球面，该凹弧面的对侧面为与之相匹配的凸弧面或凸球面。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述体部长54mm，宽53mm，厚为23mm，所述头部长度为26mm。

本发明还提供了一种用于制备上述机车轮缘固体润滑剂的模具，包括上模、中模和下模，所述下模表面设置有与从产品头部端面相匹配的突起，所述上模表面设置有与产品尾部端面相匹配的突起，所述中模分为左右两部，所述左右两部上对称设置有与产品侧壁相匹配的凹槽，上模、中模和下模对位拼合形成型腔。该模具结构简单，使用方便。

作为可选方式，在上述模具中，所述上、下模上分别设置有定位突起，所述中模的上下两端与所述定位突起对应的位置设置有定位孔。通过定位突起与定位孔配合，可实现快速准确的对位和定位。

作为可选方式，在所述中模的外围还可以设置限位框，用于限定中模在水平方向的位置。

作为可选方式，在上述模具中，所述中模侧壁上设置有横向贯通所述中模左右两部的通孔，所述通孔与定位螺栓配合能够对中模进行限位固定。

作为可选方式，多个所述模具并列组合设置。便于批量生产。

作为可选方式，在上述模具中，多个模具的下模形成一个整体，如在一块平板上设置多个与产品头部端面相匹配的突起，进一步的，可以将所述突起设置成3列，每列6个。

作为可选方式，在上述模具中，多个模具的上模形成一个整体，如在一块平板上设置多个与产品尾部端面相匹配的突起，进一步的，可以将所述突起设置成3列，每列6个。

作为可选方式，在上述模具中，所述中模包括中间部分和边缘部分，所述中模的中间部分的左右两侧都设置有与产品侧壁相匹配的凹槽，分别与其他部件配合形成不同型腔的部分侧壁。作为可选，所述中模的边缘部分只在一侧设置有与产品侧壁相匹配的凹槽。进一步的，所述中模包括两个中间部分和两个边缘部分，更进一步的，所述中模的边缘部分只在一侧并排设置6个与产品侧壁相匹配的凹槽，所述中模的中间部分的左右两侧各设置6各与产品侧壁相匹配的凹槽。作为可选方式，所述中模上设置有3组贯穿所述中模中间部分和边缘部分的通孔。

作为可选方式，在上述模具中，还设置有排气口。进一步的，所述排气口设置在中模侧壁上。

作为可选方式，所述模具的材质为P20钢。进一步的，模具在型腔对应的表面经过抛光处理，表面光滑。

本发明还提供了一种上述机车轮缘固体润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将原料经密炼机混合成团料；

（2）团料称重后，采用一次性填料方式加入模具中，保证充满模具料腔；

（3）模压成型。

作为可选方式，在上述方法中，所述步骤（3）中，模压温度：160~180℃，压力：4~10MPa,时间：10~20min。

作为可选方式，在上述方法中，所述步骤（3）中，模压温度：170℃，压力：6MPa,时间：15min。温度适中防止原料焦烧，压力保证原料充满全部模腔。

作为可选方式，在上述方法中，模压时进行2-3次排气。通过多次排气避免产品中产生气泡，保证产品质量。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的有益效果：

本发明所述的固体润滑剂，结构简单，安装使用方便，润滑效果好，可以很好地满足高铁机车轮缘润滑的要求，对机车轮缘能达到充分润滑，经久耐磨，摩擦后产生的粉末环保无污染。

附图说明：

图1为本发明所述的一种机车轮缘固体润滑剂的主视剖面图；

图2为本发明所述的一种机车轮缘固体润滑剂的右视图；

图3为本发明所述的一种机车轮缘固体润滑剂的左视图；

图4为本发明所述的一种机车轮缘固体润滑剂的俯视剖面图；

图5为本发明所述的两个机车轮缘固体润滑剂串联配合的示意图；

图6为本发明所述的一种模具装配状态的主视剖面图；

图7为本发明所述的一种模具装配状态的左视图；

图8为本发明所述的一种模具中的下模与中模的配合状态示意图；

图9为摩擦系数测试结果图，其中a为无固体润滑剂，b 为有固体润滑剂；

图10为摩损量测试结果图，其中(a) 为无固体润滑剂， (b)为 有固体润滑剂；

图11为磨痕形貌照片，其中(a) 为摩擦球—无固体润滑剂，(b) 为摩擦球—有固体润滑剂，(c)为摩擦盘—无固体润滑剂， (d) 为摩擦盘—有固体润滑剂。

附图说明：1为固体润滑剂体部，2为固体润滑剂头部，3为固体润滑剂尾部的孔，21为上模、22为中模、221为中模边缘部分，222为中模中间部分，23为下模，24为型腔，25为定位突起，26为通孔，27为定位孔。

具体实施方式：

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应当将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明的精神和原则之内做的任何修改，以及根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的等同替换或者改进，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1

一种机车轮缘固体润滑剂，按重量份计的原料配方如下：模压树脂60份、二硫化钼24份、无卤阻燃剂1份、石墨7份、氧化铝8份。按照上述配方将原料经密炼机混合成团料，团料称重后预成型，采用一次性填料方式加入模具中，保证充满模具料腔，然后模压成型，模压温度：160~180℃，压力：4~10MPa,时间：10~20min。

实施例2

一种机车轮缘固体润滑剂，按重量份计的原料配方如下：模压树脂29份、二硫化钼41份、无卤阻燃剂5份、石墨12份、氧化铝13份。按照上述配方将原料经密炼机混合成团料，团料称重后预成型，采用一次性填料方式加入模具中，保证充满模具料腔，然后模压成型，模压温度：160~180℃，压力：4~10MPa,时间：10~20min。

作为可选，所述模压树脂具体为环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯树脂，不饱和树脂中的至少一种，当选用不饱和聚酯树脂时效果较好。

作为可选方式，所述二硫化钼的粒度为2000目（粒径越小越好），纯度为95%以上。所得材料中二硫化钼更易于分散，润滑性更好。

作为可选方式，所述石墨的粒度为500目（粒径越小越好），纯度为90%以上。所得材料具有更好的耐磨擦性能。

作为可选方式，所述无卤阻燃剂为磷系无卤阻燃剂。所得材料具有更好的阻燃性能与热稳定性 。

作为可选方式，所述氧化铝为纯度95%以上。所得材料具有更高的硬度及抗磨擦能力。

实施例3

一种机车轮缘固体润滑剂，按重量份计的原料配方如下：模压树脂47份、二硫化钼30份、无卤阻燃剂3份、石墨10份、氧化铝10份。按照上述配方将原料经密炼机混合成团料，团料称重后预成型，采用一次性填料方式加入模具中，保证充满模具料腔，然后模压成型，模压温度：160~180℃，压力：4~10MPa,时间：10~20min。模压时进行2-3次排气。

实施例4

按照实施例1-3所述的配方和制备方法，通过模具（如图6-8）的设计制成以下结构的机车轮缘固体润滑剂（如图1-5）：包括体部和头部，所述头部尺寸小于体部，所述体部和头部为一体成型结构。该结构设计有利于固体润滑剂在使用过程中与机车轮缘充分接触，且可以调整接触的角度，安装使用方便，且易于成型和制造。作为可选，所述体部和头部同轴设置。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述头部的截面由低端到顶端逐渐变小，使所述头部呈现一定的锥度。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述体部为近似长方体的形状，所述头部的截面由低端到顶端逐渐变小，使所述头部呈现一定的锥度，所述体部一端与所述头部连接，另一端（尾部）设置有与所述头部形状相适配的孔。尾部开孔可以方便润滑剂的装配固定。作为可选方式，可以将多块固体润滑剂串联设置，使后一块固体润滑剂的头部插入到前一块固体润滑剂尾部的孔中。通过调整固体润滑剂的串联个数可以控制润滑剂的整体长度，同时当部分润滑剂有损坏时可以只更换相应部位的润滑剂，避免整体更换，减少浪费。所述头部的锥度设计有利于头部与机车轮缘的接触，还可以在一定范围内调整接触角，而且在多孔串联设置时插入孔中很方便。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述固体润滑剂结构中的转角处设置成圆形倒角。通过设置倒角使润滑剂表面平滑无明显的棱角，有利于润滑。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述体部中位于头部对侧的面为凹弧面或凹球面，该凹弧面的对侧面为与之相匹配的凸弧面或凸球面。

作为可选方式，在上述机车轮缘固体润滑剂中，所述体部长54mm，宽53mm，厚为23mm，所述头部长度为26mm。

所述模具包括上模、中模和下模，所述下模表面设置有与产品头部端面相匹配的突起，所述上模表面设置有与产品尾部端面相匹配的突起，所述中模分为左右两部，所述左右两部上对称设置有与产品侧壁相匹配的凹槽，上模、中模和下模对位拼合形成型腔。该模具结构简单，使用方便。

作为可选方式，在上述模具中，所述上、下模上分别设置有定位突起，所述中模的上下两端与所述定位突起对应的位置设置有定位孔。通过定位突起与定位孔配合，可实现快速准确的对位和定位。

作为可选方式，在所述中模的外围还可以设置限位框，用于限定中模在水平方向的位置。

作为可选方式，在上述模具中，所述中模侧壁上设置有横向贯通所述中模左右两部的通孔，所述通孔与定位螺栓配合能够对中模进行限位固定。

作为可选方式，多个所述模具并列组合设置。便于批量生产。

作为可选方式，在上述模具中，多个模具的下模形成一个整体，如在一块平板上设置多个与产品头部端面相匹配的突起，进一步的，可以将所述突起设置成3列，每列6个。

作为可选方式，在上述模具中，多个模具的上模形成一个整体，如在一块平板上设置多个与产品尾部端面相匹配的突起，进一步的，可以将所述突起设置成3列，每列6个。

作为可选方式，在上述模具中，所述中模包括中间部分和边缘部分，所述中模的中间部分的左右两侧都设置有与产品侧壁相匹配的凹槽，分别与其他部件配合形成不同型腔的部分侧壁。作为可选，所述中模的边缘部分只在一侧设置有与产品侧壁相匹配的凹槽。进一步的，所述中模包括两个中间部分和两个边缘部分，更进一步的，所述中模的边缘部分只在一侧并排设置6个与产品侧壁相匹配的凹槽，所述中模的中间部分的左右两侧各设置6各与产品侧壁相匹配的凹槽。作为可选方式，所述中模上设置有3组贯穿所述中模中间部分和边缘部分的通孔。

作为可选方式，在上述模具中，还设置有排气口。进一步的，所述排气口设置在中模侧壁上。

作为可选方式，所述模具的材质为P20钢。进一步的，模具在型腔对应的表面经过抛光处理，表面光滑。

使用时，先将下模水平放置，然后对位安装中模形成上端开口的型腔，然后向型腔中加入经过密炼混合并称重后的固体润滑剂団料，保证团料充满模具料腔，然后盖上上模进行模压成型。作为可选方式，在填料和模压前采用限位框或定位螺栓来限定中模在水平方向的位置。

实施例5 性能测试

对实施例1-4中的所得样品分别采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和摩擦磨损性能测试测试。所得各样品中添加剂都均匀地分散在模压树脂基体中，各添加剂各自保持稳定存在的状态，保证了其摩擦磨损过程中能够充分发挥自身的润滑性能。摩擦磨损性能测试结果显示各样品均具有良好的润滑效果，可以满足高铁机车轮缘润滑的要求，通过实际使用实验发现，各样品对机车轮缘能达到充分润滑，经久耐磨，摩擦后产生的粉末环保无污染。其中采用实施例3所述配方在模压温度：170℃，压力：6MPa,时间：15min条件下得到样品综合性能最好。下面进行各样品中综合效果最差的样品（实施例1中配方所得的样品）为例，对所述固体润滑剂的摩擦磨损性能进行说明。

固体润滑剂的摩擦磨损实验在多功能摩擦磨损试验机上进行，摩擦副部分为球－盘型接触运转方式，试验过程为干摩擦磨损状况，分别对无固体润滑剂和有固体润滑剂两种情况下进行摩擦系数、磨损量、磨痕形貌的对比检测，从而考量润滑块的减磨性能。

1、摩擦系数检测

本试验的摩擦系数由试验机自带的传感器分析得出，结果如图8及表1所示。从测试结果中可以看出，在摩擦副中添加固体润滑剂后，摩擦系数大幅度降低，并且变化趋势很快稳定。这是因为固体润滑剂能够发挥自润滑作用，在摩擦磨损过程中很快形成一层致密的润滑膜，使得两对偶材料间摩擦系数减小。

表1 摩擦系数测试结果统计

样品状态	最大摩擦系数	平均摩擦系数
			无固体润滑剂	0.8371	0.6147
有固体润滑剂	0.4353	0.1428

2、磨损量测试

试验是通过对相同试验参数下摩擦磨损试验后，无固体润滑剂和有固体润滑剂两种情况的摩擦盘上的磨痕进行形貌的扫描分析统计，来测试两种情况下的磨损量。结果如图9和图10所示。表2为摩擦量测试结果统计。从测试结果中可以看出，在摩擦副中添加固体润滑剂后，磨损量大幅度降低，固体润滑剂的减磨效果明显。

表2 摩擦量测试结果统计

样品状态	磨损量（µm3）
		无固体润滑剂	2.6989 X 107
有固体润滑剂	3.0007 X 106

3、磨痕形貌

两种情况下，摩擦副的磨痕形貌对比如图11所示。从图中可以看出，在有固体润滑剂的条件下，摩擦球上的磨痕面积更小，其摩擦面更光滑，摩擦盘上的磨痕也更光滑，并且有固体润滑剂附着在磨痕表面。

综合以上的试验结果，分析得出，在摩擦磨损过程中，固体润滑剂在摩擦副表面形成了良好的润滑膜，添加剂（尤其是二硫化钼和石墨）达到协同润滑的作用，降低了摩擦系数，减轻了磨损，摩擦磨损性能较好，固体润滑剂能保持良好、稳定的减摩性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种机车轮缘固体润滑剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：模压树脂29~60份、二硫化钼24~41份、无卤阻燃剂1~5份、石墨7~12份、氧化铝8~13份，所述润滑剂呈块状，所述氧化铝为纯度95%以上，用作此配方的催化剂，能够起表面光洁的作用。

2.根据权利要求1所述的机车轮缘固体润滑剂，其特征在于，所述模压树脂为不饱和聚酯树脂。

3.根据权利要求1所述的机车轮缘固体润滑剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：模压树脂47份、二硫化钼30份、无卤阻燃剂3份、石墨10份、氧化铝10份。

4.根据权利要求1所述的机车轮缘固体润滑剂，其特征在于，所述固体润滑剂包括体部和头部，所述头部尺寸小于体部，所述体部和头部为一体成型结构。

5.一种用于制备权利要求1所述机车轮缘固体润滑剂的模具，其特征在于，包括上模、中模和下模，所述下模表面设置有与产品头部端面相匹配的突起，所述上模表面设置有与产品尾部端面相匹配的突起，所述中模分为左右两部，所述左右两部上对称设置有与产品侧壁相匹配的凹槽，上模、中模和下模对位拼合形成型腔。

6.一种如权利要求1所述机车轮缘固体润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将原料经密炼机混合成团料；

（2）团料称重后预成型，采用一次性填料方式加入模具中，保证充满模具料腔；

（3）模压成型。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，模压温度：170℃，压力：6MPa,时间：15min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，模压时进行2-3次排气。

9.一种权利要求1所述的机车轮缘固体润滑剂的应用，其特征在于，将其用于高铁机车轮缘润滑。