CN105647629A - 水分散性道岔钢轨减磨剂及其制备方法 - Google Patents

水分散性道岔钢轨减磨剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水分散性道岔钢轨减磨剂，其主要原料由石墨、水、防冻剂、增稠剂、乳化剂、分散剂、成膜助剂和缓蚀剂组成。减磨剂的制备方法是对来源广、成本低廉的石墨氧化接枝改性制得亲水性较高的石墨，并加入分散剂与乳化剂，在水相中高速乳化；再加入消泡剂、成膜助剂、防冻剂以及增稠剂调节粘度。本发明通过复配技术调节原料的加入量、加入顺序和乳化分散时间等条件，优化反应过程，得到性能最佳的产物；其不易燃烧、在-40～80℃环境下使用，喷涂在道岔钢轨表面一定时间可自行干燥、不污染环境；并且，减磨剂能够减缓延长道岔、曲线钢轨上火车车轮与钢轨的摩擦、降低轮轨磨损、增长使用寿命的同时降低牵引能耗。

Description

水分散性道岔钢轨减磨剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种减磨剂，尤其是铁路道岔钢轨上使用的减磨剂，特别涉及喷涂在道岔钢轨上的水分散性液态钢轨减磨剂及其制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展，我国高速铁路建设在里程、速度和技术自主创新等方面不断刷新世界纪录，促进了物质资源流动、方便了人民生活也推动了经济发展。在铁路交通进入全面高速化时代的同时，也对高速列车面临的轮缘磨损与铁路道岔磨损等问题提出了严峻挑战。铁路上的道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备。当高速列车通过道岔侧向时，产生的离心力对尖轨的纵向和横向会造成冲击，导致尖轨侧面磨耗，特别是在重载列车通过道岔时，更会加大对尖轨的冲击力，加剧尖轨的磨耗程度，使尖轨更换频繁。频繁地更换尖轨不仅对运输造成重大干扰，而且新旧钢轨不匹配造成的轨顶高差、作用边错差等问题直接影响列车通过时的平稳度和舒适度。因此，为了降低铁路道岔的磨耗，必须使用减磨剂来降低机械磨损。
减磨剂是一种较新的润滑剂，其能有效降低摩擦阻力、减小机械磨损、降低能源消耗并延长器械的使用寿命。目前，常用的减磨剂为油溶性和油分散性两类。其中，油溶性减磨剂仅能溶解于润滑油中，其种类较多，常用的有二油酸亚磷酸酯、十八烷胺及硼酸酯类等；油分散性减磨剂包括二硫化钼和石墨，其能在油中保持稳定分散状态。油溶性或油分散性减磨剂均具有不易干燥、污染环境、易产生油泥沉淀物和分散稳定性差等缺点。由此，减磨剂的使用发展趋势正逐渐向水相分散减磨剂方向转变。
利用石墨自身的润滑功能，综合使用不同性能的添加剂，制备一种性能优良且适应于道岔与轮缘摩擦面的水分散性减磨剂，使其在曲尖轨磨耗侧面形成极强的附着力，减缓延长道岔、曲线钢轨上火车车轮与钢轨的摩擦，降低轮轨磨损，增长使用寿命，降低牵引能耗，从而最大限度的降低道岔钢轨的磨耗程度，这是一种新的尝试。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种水分散性道岔钢轨减磨剂；
本发明的另一目的是提供一种水分散性道岔钢轨减磨剂的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其组分按质量份数由下列原料制成：
所述改性石墨是将石墨用30％双氧水和4％PVA水溶液处理并在60℃下超声氧化接枝1h的氧化接枝改性石墨。
所述的增稠剂为纤维素类增稠剂中的至少一种。
所述的纤维素类增稠剂为羟乙基纤维素或羧甲基纤维素。
所述的分散剂为NNO分散剂、DC分散剂或两者溶于水后复配分散剂中的至少一种。
所述的水性高分子聚合物乳液为浓度为50％的聚丙烯酸水溶液、纯丙乳液或硅丙乳液中的至少一种，且其可与消泡剂混合使用，其中消泡剂占聚合物乳液质量份数的0.5～5.0％。
所述的缓蚀剂是低磷缓蚀阻垢剂，为PBTCA(2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷)和HEDP(羟基乙叉二膦酸)复配使用，其质量份数分别为0.8～1.0，0.4～0.8。
所述的成膜剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。
所述的消泡剂为硅油精C930。
所述的防冻剂为多元醇或其衍生物中的至少一种。
所述的多元醇或其衍生物为乙二醇或1,2-丙二醇。
所述的溶剂为水。
水分散性道岔钢轨减磨剂的制备方法，包括以下步骤：
a、室温，标准大气压下，先将石墨或改性石墨5～20、增稠剂1～3和分散剂0.2～0.8质量份数加水混合均匀，放于容器中高速乳化分散；
b、再将水性高分子聚合物乳液8～13、缓蚀剂1.2～1.8和消泡剂0.1～0.4质量份数混合均匀后加入容器中继续高速乳化分散；
c、接着加入1～2质量份数成膜剂，再继续高速乳化分散；
d、最后加入10～25质量份数防冻剂，搅拌均匀，即为水分散性液态道岔钢轨减磨剂产品。
有益效果：以亲水性优良的石墨为原料，原料来源广泛且价格低廉；石墨改性方法操作简单、无原料浪费和污染，符合可持续性发展方针；使用了不同性能的添加剂，综合改善了产品的性能，使产品的附着力、成模性、润滑性和固化性等各项性能均符合应用标准；产品不易燃烧、低温不冻结，其能在恶劣环境下使用，适应冬夏季气温的变化，使用工作环境温度最高为80℃，最低可达零下40℃；喷涂施工方便，性能稳定，在道岔钢轨表面涂覆一定时间后易挥发、可自行干燥，无毒无害，符合环保特性要求。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的详细说明
实施例1
称量7.0g石墨于烧杯中，加入溶剂水润湿，经高速乳化分散15min后，再称量分散剂DC0.5g，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散15min；称量2.5g羧甲基纤维素，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散15min，此时体系中共加入溶剂水55.5g；加入溶有0.2g消泡剂的聚丙烯酸50％水溶液9.5g，高速乳化分散15min；加入成膜剂醇酯十二(2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯)1.5g，再加入缓蚀剂PBTCA：HEDP，质量比为0.8g:0.4g，高速乳化分散30min；加入22.3g乙二醇，搅拌均匀即得水分散性道岔钢轨减磨剂产品。本产品在-40～80℃存储并使用。
实施例2
称量70.0g石墨加入250ml锥形瓶中，加入30％的双氧水溶液80.0ml以及4％的PVA水溶液50.0ml，在60℃的条件下超声1h，抽滤，得到石墨滤饼，放于烘箱，80℃干燥24h后待用。最终得到是氧化接枝改性石墨，即亲水性石墨，其亲水性能得到较大的提高。
称量改性石墨15.0g于烧杯中，加入溶剂水润湿，高速乳化分散10min，再称量分散剂DC0.4g，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散10min；称量2.0g羟乙基纤维素，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散10min，此时体系中共加入溶剂水49.3g；加入溶有0.2g硅油精C930的聚丙烯酸50％水溶液9.0g，高速乳化分散10min；加入成膜剂醇酯十二1.6g，再加入缓蚀剂PBTCA:HEDP，质量比为1.0g:0.5g，高速乳化分散30min；加入21.2g乙二醇，搅拌均匀即得水分散性道岔钢轨减磨剂产品。本产品在-40～80℃存储并使用。
实施例3
称量70.0g石墨加入250ml锥形瓶中，加入30％的双氧水溶液80.0ml以及4％的PVA水溶液50.0ml，在60℃的条件下超声1h，抽滤，得到石墨滤饼，放于烘箱，80℃干燥24h后待用。最终得到是氧化接枝改性石墨，即亲水性石墨，其亲水性能得到较大的提高。
称量分散剂DC0.5g加水在烧杯中溶解，称量2.5g羟乙基纤维素，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散15min；加入18.0g已润湿的改性石墨，高速乳化分散15min，此时体系中共加入溶剂水53.0g；加入溶有0.3g硅油精C930的聚丙烯酸50％水溶液10.0g，高速乳化分散15min；加入成膜剂醇酯十二1.7g，再加入缓蚀剂PBTCA:HEDP，质量比为0.9g:0.6g，高速乳化分散30min；加入12.8g1,2-丙二醇，搅拌均匀即得水分散性道岔钢轨减磨剂产品。本产品在-40～80℃存储并使用。
实施例4
称量70.0g石墨加入250ml锥形瓶中，加入30％的双氧水溶液80.0ml以及4％的PVA水溶液50.0ml，在60℃的条件下超声1h，抽滤，得到石墨滤饼，放于烘箱，80℃干燥24h后待用。最终得到是氧化接枝改性石墨，即亲水性石墨，其亲水性能得到较大的提高。
称量改性石墨12.0g于烧杯中，加入溶剂水润湿，经高速乳化分散10min；称量1.8g羟乙基纤维素，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散10min；加入溶有0.2g硅油精C930的聚丙烯酸50％水溶液10.0g，高速乳化分散10min；称量0.4g分散剂NNO，加水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散10min，此时体系中共加入溶剂水49.0g；加入成膜剂醇酯十二1.5g，再加入缓蚀剂PBTCA:HEDP，质量比为1.0g:0.5g，高速乳化分散30min；加入23.8g乙二醇，搅拌均匀即得水分散性道岔钢轨减磨剂产品。本产品在-40～80℃存储并使用。
实施例5
称量70.0g石墨加入250ml锥形瓶中，加入30％的双氧水溶液80.0ml以及4％的PVA水溶液50.0ml，在60℃的条件下超声1h，抽滤，得到石墨滤饼，放于烘箱，80℃干燥24h后待用。最终得到是氧化接枝改性石墨，即亲水性石墨，其亲水性能得到较大的提高。
称量改性石墨15.0g于烧杯中，加入溶剂水润湿，经高速乳化分散10min后，再称量分散剂NNO0.5g，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散10min；称量2.0g羧甲基纤维素，用水溶解后加入烧杯中，高速乳化分散10min，此时体系中共加入溶剂水50.4g；加入溶有0.3g硅油精C930的纯丙乳液10.0g，高速乳化分散15min；加入成膜剂1.6g，再加入缓蚀剂PBTCA:HEDP，质量比为0.9g:0.6g，高速乳化分散30min；加入19.1g1,2-丙二醇，搅拌均匀即得水分散性道岔钢轨减磨剂产品。本产品在-40～80℃存储并使用。
本发明使用的石墨为600-1200目天然鳞片状石墨，石墨的减磨作用在于石墨的层状结构，原子之间的亲和力远远大于层与层之间的亲和力。具有层状结构的石墨，在导电性、热稳定性、润滑性、抗热震性、化学稳定性及柔韧性等方面具有许多优异的性能，再加上其来源广泛，成本低廉，因而减磨剂中大多选用鳞片状石墨。但是，由于天然鳞片状石墨的特殊物理性质，易团聚很难在基体中均匀分散，不仅影响了产品的力学性能，同时使石墨的优越性能难以发挥，从而大大限制了其应用范围。本发明所用的鳞片状石墨既可以是原始石墨，也可以是经过氧化接枝改性的石墨。未经处理的石墨具有一定的亲水特性，但是它在水分散性减磨剂中的加入量受到限制；经过氧化接枝改性的石墨，在减磨剂中的百分含量以及其亲水性都能得到较大的提高。
本发明中使用的缓蚀剂PBTCA、HEDP为目前比较领先的一种低磷缓蚀阻垢剂，能与铁、铜、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，能溶解金属表面的氧化物，有效减缓钢轨的腐蚀作用，现已广泛应用于工业生产。
本发明通过复配技术调节原料的加入量、加入顺序、乳化分散时间等条件，优化反应过程，得到性能最佳的产品。产品可以在-40～80℃温度范围内静置保存并可喷涂使用。
根据实例配方我们简单做了在不同使用温度条件下的粘度测试(使用NDJ-79型号仪器)测试结果见下表。
由此表可以看出，随着温度的升高，其粘度值逐渐降低，温度越高时，水分散性减磨剂的流动性越好、粘度越低；样品的粘度随着石墨和增稠剂的含量增加而逐渐增大，添加剂、加入量、加入顺序不同，样品的粘度不同。

Claims (10)

1.一种水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于，组分按质量份数由下列原料制成：
。
2.根据权利要求1所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述改性石墨是将石墨用30％双氧水和4％PVA水溶液处理并在60℃下超声氧化接枝1h的氧化接枝改性石墨。
3.根据权利要求1所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述的增稠剂为纤维素类增稠剂中的至少一种；所述的纤维素类增稠剂为羟乙基纤维素或羧甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述的分散剂为NNO分散剂、DC分散剂或两者溶于水后复配分散剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述的水性高分子聚合物乳液为浓度为50％的聚丙烯酸水溶液、纯丙乳液或硅丙乳液中的至少一种，且其可与消泡剂混合使用，其中消泡剂占聚合物乳液质量份数的0.5～5.0％。
6.根据权利要求1所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述的缓蚀剂是低磷缓蚀阻垢剂，为PBTCA(2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷)和HEDP(羟基乙叉二膦酸)复配使用，其质量份数分别为0.8～1.0，0.4～0.8。
7.根据权利要求1所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述的成膜剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；所述的消泡剂为硅油精C930；所述的溶剂为水。
8.根据权利要求1所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述的防冻剂为多元醇或其衍生物中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的水分散性液态道岔钢轨减磨剂，其特征在于：所述的多元醇或其衍生物为乙二醇或1,2-丙二醇。
10.一种水分散性道岔钢轨减磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、室温，标准大气压下，先将石墨或改性石墨5～20、增稠剂1～3和分散剂0.2～0.8的质量份数加水混合均匀，放于容器中高速乳化分散；
b、再将水性高分子聚合物乳液8～13、缓蚀剂1.2～1.8和消泡剂0.1～0.4的质量份数混合均匀后加入容器中继续高速乳化分散；
c、接着加入1～2质量份数的成膜剂，再继续高速乳化分散；
d、最后加入10～25质量份数的防冻剂，搅拌均匀，即为水分散性液态道岔钢轨减磨剂产品。
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