CN107269744A - 一种高摩擦系数合成闸瓦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高摩擦系数合成闸瓦材料及其制备方法，它由以下重量百分比的原料制成：橡胶10～15％、酚醛树脂6～12％、芳纶纤维1～5％、碳纤维1～5％、无机填料15～25％、摩擦调节剂20～30％、钢纤维20～30％和硫磺1～3％；具体的制备方法经过开松、密炼机混炼、冷压成型、热处理、表面处理等工艺；本发明制备的材料强度高、摩擦系数高、导热性好，摩擦性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通运输领域，具体涉及一种高摩擦系数合成闸瓦材料及其制备方法。
背景技术
现有的各种高摩擦系数合成闸瓦大多数使用速度较低，已逐步不适应于新型和谐机车大轴重、高速度的行驶需求，以及新车型的高制动压力、高摩擦系数和高的摩擦稳定性的使用要求。由于和谐机车轴重大、速度高，并且闸瓦比盘式制动的闸片面积小，导致闸瓦单位面积承受的能量大大增加，这就要求闸瓦材料在保证高摩擦系数的同时要求闸瓦具备较高的强度和良好的导热性能。现有的闸瓦材料一般由粘接剂、增强纤维、填料、摩擦性能调节剂经过硫化压制而成，在这些组分中增强材料的作用对摩擦材料性能有着至关重要的影响。现有的闸瓦材料有矿物纤维增强材料、铸铁和粉末冶金材料。但是，矿物纤维本身增强的效果有限，并且某些原材料厂家甚至掺杂石棉等禁用材料作为矿物纤维出售，效果不理想；铸铁闸瓦磨损大，质量大，并且制动过程中伴随着火花、噪音、振动大等不良现象；粉末冶金材料导热性能优良，但其成本高、质量大，可能出现金属镶嵌等现象，并且其使用的一些有色金属为不可再生资源，不宜适用于和谐机车的使用工况。
发明目的
为了解决上述矿物纤维增强材料增强效果不好、铸铁闸瓦磨损大、质量大、有火花、噪音等缺陷，粉末冶金材料成本高、质量大，可能出现金属镶嵌等技术缺陷，本发明是提供一种高强度、导热良好、摩擦性能稳定的高摩擦系数合成闸瓦材料。
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
本发明提供了一种高摩擦系数合成闸瓦材料，由以下重量百分比的原料制成：橡胶10～15％、酚醛树脂6～12％、芳纶纤维1～5％、碳纤维1～5％、无机填料15～25％、摩擦调节剂20～30％、钢纤维20～30％和硫磺1～3％。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料，由以下重量百分比的原料制成：橡胶10～13％、酚醛树脂6～9％、芳纶纤维3～5％、碳纤维2～4％、无机填料20～25％、摩擦调节剂20～25％、钢纤维25～30％和硫磺1～2％。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料，由以下重量百分比的原料制成：橡胶11％、酚醛树脂6％、芳纶纤维3％、碳纤维3％、无机填料23％、摩擦调节剂25％、钢纤维27％和硫磺2％。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述橡胶为丁苯橡胶和丁腈橡胶中的至少一种。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述无机填料为硫酸钡和碳酸钙中的至少一种。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述无机填料是由硫酸钡和碳酸钙组成，硫酸钡的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的8～15％，碳酸钙的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的8～10％。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述摩擦调节剂为氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨中的至少一种。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述摩擦调节剂是由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨组成，其中，氧化铝的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量2％，氧化镁的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量10～15％，二氧化硅的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量4～5％，二硫化钼的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量2％，石墨的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的6％。
本发明还提供了一种高摩擦系数合成闸瓦材料的制备方法，包括以下步骤：
A、开松，将芳纶纤维、碳纤维及部分摩擦调节剂放入开松机内进行纤维开松，使纤维充分开松；
B、密炼，将橡胶先放入密炼机内进行塑炼，然后加入高摩擦系数合成闸瓦材料中的其他成分进行混炼，使其混炼均匀；
C、冷压，在常温下使用压力为30～60MPa，进行压制，保压时间1～3min
D、热处理，在160℃～250℃温度段进行热处理，时间为10～16小时；
E、表面处理。
根据上述的高摩擦系数合成闸瓦材料的制备方法，步骤A是将芳纶纤维、碳纤维及部分摩擦调节剂放入开松机内进行纤维开松，使纤维充分开松，具体的摩擦调节剂是由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨组成时，部分调节剂为石墨。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)、在本发明的配方中，增强材料采用芳纶纤维和碳纤维作为增强材料，芳纶纤维和碳纤维都具有以下性能特点：1、高强度、密度低；2、耐热、导热性好；3化学性能稳定；
此外碳纤维还具有优良的导热性能。将芳纶和碳纤维加入到闸瓦材料中能使闸瓦材料具备以下优良特性：
a、对闸瓦整体结构进行增强，使各种材料有机的结合在一起，防止闸瓦出现开裂、分层等现象；
b、加入的导热好的碳纤维，提高闸瓦的导热性能，能使闸瓦在制动时踏面产生的高温及时的传递到闸瓦其他部位，也便于散热；
c、增强纤维的耐温高，在500℃以下仍保持其高压缩强度、高拉伸强度的特性；
d、闸瓦磨损小，能有效防止闸瓦出现异常磨损的现象。
(2)、本发明是加入了高强度，且导热、耐热性好的增强纤维的橡胶基体配方体系，通过密炼冷压的方法制成的高摩擦闸瓦材料。本发明的闸瓦具有以下特点：
a.摩擦系数高，摩擦性能稳定，动摩擦系数稳定在0.30～0.45之间，同条件下摩擦曲线重复性好，能确保机车在高速、重载的状态下平稳制动；
b.导热性、散热性能好，能有效防止合成材料在制动过程中温升后的热衰退现象；
c.闸瓦磨损小，在保证自身磨耗小的同时，减少车轮的损伤；
d.本配方无石棉，不含铅锌及其化合物，安全环保。
(3)、本发明采用的冷压成型的方式，大幅降低了闸瓦压制过程中操作人员的劳动强度，且大大提高了生产效率。同时通过长时间在160℃～250℃温度段的热处理，使闸瓦固化均匀，有效的保证了闸瓦的强度和高温摩擦性能。
附图说明
图1为用于制备高摩擦系数合成闸瓦的工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明内容进行详细具体的说明，但本发明的内容并不限定如此。
实施例1
本发明提供了一种高摩擦系数合成闸瓦材料，由以下重量百分比的原料制成：橡胶10～15％、酚醛树脂6～12％、芳纶纤维1～5％、碳纤维1～5％、无机填料15～25％、摩擦调节剂20～30％、钢纤维20～30％和硫磺1～3％。
所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述橡胶为丁苯橡胶和丁腈橡胶中的至少一种。
所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述无机填料为硫酸钡和碳酸钙中的至少一种。
当所述无机填料是由硫酸钡和碳酸钙组成时，硫酸钡的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的8～15％，碳酸钙的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的8～10％。
所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，所述摩擦调节剂为氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨中的至少一种。
当所述摩擦调节剂是由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨组成时，其中，氧化铝的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量2％，氧化镁的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量10～15％，二氧化硅的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量4～5％，二硫化钼的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量2％，石墨的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的6％。
所述高摩擦系数合成闸瓦材料的制备方法，包括以下步骤：
A、开松，将芳纶纤维、碳纤维及部分摩擦调节剂放入开松机内进行纤维开松，使纤维充分开松；
B、密炼，将橡胶先放入密炼机内进行塑炼，然后加入高摩擦系数合成闸瓦材料中的其他成分进行混炼，使其混炼均匀；
C、冷压，在常温下使用压力为30～60MPa，进行压制，时间1～3min；
D、热处理，在160℃～250℃温度段进行热处理，时间为10～16小时；
E、表面处理。
实施例2：
本发明提供了一种高摩擦系数合成闸瓦材料，由以下重量百分比的原料制成：橡胶成分11％，其中丁腈橡胶8％，丁苯橡胶3％；酚醛树脂6％；芳纶3％；碳纤维3％；无机填料23％，其中硫酸钡15％，碳酸钙8％；摩擦调节剂25％，其中氧化铝2％，氧化镁11％，二氧化硅4％，二硫化钼2％，石墨6％；钢纤维27％；硫磺2％。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
实施例3：
本发明提供了一种高摩擦系数合成闸瓦材料，由以下重量百分比的原料制成：橡胶成分7％，其中丁腈橡胶5％，丁苯橡胶2％；酚醛树脂8％；芳纶5％；碳纤维1％；无机填料22％，其中硫酸钡12％，碳酸钙10％；摩擦调节剂30％，其中氧化铝2％，氧化镁15％，二氧化硅5％，二硫化钼2％，石墨6％；钢纤维26％；硫磺1％。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
实施例4：
本发明提供了一种高摩擦系数合成闸瓦材料，由以下重量百分比的原料制成：橡胶成分13％，其中丁腈橡胶9％，丁苯橡胶4％；酚醛树脂10％；芳纶1.5％；碳纤维4.5％；无机填料16％，其中硫酸钡8％，碳酸钙8％；摩擦调节剂28％，其中氧化铝2％，氧化镁14％，二氧化硅4％，二硫化钼2％，石墨6％；钢纤维24％；硫磺3％。
本实施例的制备方法与实施例1相同。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：橡胶10～15％、酚醛树脂6～12％、芳纶纤维1～5％、碳纤维1～5％、无机填料15～25％、摩擦调节剂20～30％、钢纤维20～30％和硫磺1～3％。
2.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：橡胶10～13％、酚醛树脂6～9％、芳纶纤维3～5％、碳纤维2～4％、无机填料20～25％、摩擦调节剂20～25％、钢纤维25～30％和硫磺1～2％。
3.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：橡胶11％、酚醛树脂6％、芳纶纤维3％、碳纤维3％、无机填料23％、摩擦调节剂25％、钢纤维27％和硫磺2％。
4.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于：所述橡胶为丁苯橡胶和丁腈橡胶中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于：所述无机填料为硫酸钡和碳酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于：所述无机填料是由硫酸钡和碳酸钙组成，硫酸钡的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的8～15％，碳酸钙的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的8～10％。
7.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于：所述摩擦调节剂为氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料，其特征在于：所述摩擦调节剂是由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨组成，其中，氧化铝的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量2％，氧化镁的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量10～15％，二氧化硅的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量4～5％，二硫化钼的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量2％，石墨的含量占高摩擦系数合成闸瓦材料总重量的6％。
9.根据权利要求1所述的高摩擦系数合成闸瓦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A、开松，将芳纶纤维、碳纤维及部分摩擦调节剂放入开松机内进行纤维开松，使纤维充分开松；
B、密炼，将橡胶先放入密炼机内进行塑炼，然后加入高摩擦系数合成闸瓦材料中的其他成分进行混炼，使其混炼均匀；
C、冷压，在常温下使用压力为30～60MPa，进行压制，保压时间1～3min；
D、热处理，在160℃～250℃温度段进行热处理，时间为10～16小时；
E、表面处理。
10.根据权利要求9所述的高摩擦系数合成闸瓦材料的制备方法，其特征在于：步骤A是将芳纶纤维、碳纤维及部分摩擦调节剂放入开松机内进行纤维开松，使纤维充分开松，具体的摩擦调节剂是由氧化铝、氧化镁、二氧化硅、二硫化钼和石墨组成时，部分调节剂为石墨。
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