CN107760067A - 基于无机粘接剂的火车车轮踏面摩擦控制剂配方及制备 - Google Patents

基于无机粘接剂的火车车轮踏面摩擦控制剂配方及制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂及其制备方法，由以下质量百分比的各组分制备而成：复合粘接剂34%‑45%；润滑剂25%‑35%；增摩剂3.2%‑11%；其它填料20%。本发明所述的一种基于复无机合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂及其制备方法，该摩擦控制剂具有耐高温、硬度高、机械强度高和耐磨性好的特点，并可有效控制摩擦系数、成膜性好和降低行驶噪音，能有效减少钢轨和车轮磨损，确保行车安全；且涉及的制备方法简单、使用方便，适合推广应用。

Description

基于无机粘接剂的火车车轮踏面摩擦控制剂配方及制备
技术领域
本发明属于轮轨摩擦控制领域，具体涉及一种基于无机复合粘接剂的火车车轮踏面摩擦控制剂配方及其制备方法。
背景技术
轮轨摩擦是铁路交通最主要的能量消耗因素，降低轮轨的摩擦阻力，既可以减少轮轨的磨耗，又可以节能减排，符合国家绿色环保的发展理念。自20世纪末开始，重载铁路的轮轨损伤问题日益突出，严重影响铁路运输的经济效益与安全，为了解决这些问题，人们开始尝试对车轮踏面进行摩擦控制。
尽管摩擦控制剂的使用可以有效降低轨道交通的损耗，减少经济损失，但因为国内的轨道润滑研究发展较晚，早期研究中，为了保证车轮踏面与轨道轨顶面之间的粘着因数，润滑剂的使用仅限于机车轮缘和钢轨侧面，一般只在钢轨曲线区段使用，滚动面的润滑一度被认为是轨道润滑领域的禁区。目前为止，中国的轨道润滑系统还没有一个完善的体系，可以预见的是，国内轨道交通中的摩擦控制领域还有巨大的发展空间和潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无机复合粘接剂的火车车轮踏面摩擦控制剂及其制备方法，该摩擦控制剂具有耐高温、硬度高、机械强度高和耐磨性好的特点，并可有效控制摩擦系数、成膜性好和降低行驶噪音，能有效减少钢轨和车轮磨损，确保行车安全；且涉及的制备方法简单、使用方便，适合推广应用。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，由以下质量百分比的各组分制备而成：
所述无机复合粘接剂由磷酸二氢铝和硫磺组成，且质量比为(1-3):1。所述磷酸二氢铝为固体粉末状或者液体，所述硫磺为不溶性硫磺。优选采用液体的磷酸二氢铝，是因为液体具有一定流动性和粘性，与固体粉末混合时更容易分散均匀，粘接效果更为理想。固体粉末状的磷酸二氢铝则与其他原料成分通过采用高速混合机混合。
所述润滑剂为石墨、二硫化钼中的一种或两种，其细度为800目。润滑剂属于软质填料，在摩擦控制剂中起减摩作用，粒度宜小。目数大则颗粒小，比表面积大，相互接触机会多，易混合均匀。
所述增摩剂为铬铁矿、氧化铝、硅酸锆或钾长石，其细度为325目。增摩剂属于硬质填料，在摩擦控制剂中起增摩作用，粒度不宜过大或者过小，过大会划伤对偶材料，过小不能起增摩作用。
所述其他填料为滑石粉、碳酸钙或碳酸钾，其细度为800目，可以改善蠕滑和噪音，同时可作为空间填料在所得摩擦控制剂中起到改善材料的物理与机械性能、调节摩擦性能及降低成本的作用。限定无机填料的细度是为了合理的控制摩擦系数。
一种基于无机复合粘接剂的火车车轮踏面摩擦控制剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将润滑剂、增摩剂、填料和复合粘接剂中的硫磺在烧杯中按比例混合均匀，然后滴加磷酸二氢铝；
(2)原料简单混合后，手动搅拌20分钟，通过搅拌棒与烧杯杯壁的碾压作用使液体与固体粉末混为一体；
(3)将初步混合处理的原料转移到高速混合机中，接通电源，高速粉碎3-5次，得到均匀共混粉末；
(4)称取一定质量的共混粉末装入压制模具中，室温下利用平板硫化机压制成型，保压5-10分钟后，挤出得到圆柱状样品；
(5)将样品在40℃-60℃下恒温烘12h后，转至100℃-120℃下烘12h，最后通过程序控温升温到220℃-260℃烧结1.5小时，冷却后得到车轮踏面摩擦控制剂。
本发明的原理为：
以较小的软质颗粒作为润滑剂，较大的硬质的颗粒作为增摩剂，通过调整两者间的百分含量，使摩擦控制剂整体保持中等的摩擦系数。通过车载移动装置将固体摩擦控制材料垂直作用于车轮踏面上，并施加一个合适大小的作用力，当列车行进时，材料与轨顶面发生摩擦，粘附在轨顶面并形成一层厚薄均匀的干式薄膜，阻止轮轨界面直接接触，而其本身具有的中等摩擦系数特性使得轮轨界面间的摩擦系数得以控制，摩擦系数在0.3-0.4之间，便能达到降低车轮踏面和钢轨顶面的磨损程度，减少能量消耗的目的，同时还可以降低列车经过弯道时的横向作用力，延缓波磨的增长。
本发明的有益效果为：
1)本发明采用磷酸二氢铝和不溶性硫磺制备复合粘接剂，粘结剂在样品制备过程中通过化学反应令所有原料固化成为一个整体，赋予摩擦控制材料优越的力学性能；
2)本发明添加的一定粒径的硬质增摩剂能够增大摩擦控制剂材料的摩擦系数，添加的一定粒径的润滑剂能够有效减小摩擦控制剂材料的摩擦系数，两者合适的比例可有效控制摩擦系数；
3)本发明添加的一定粒径的填料能够改善蠕滑和噪音，同时可作为空间填料在所得摩擦控制剂中起到改善材料的物理与机械性能、调节摩擦性能及降低成本的作用；
4)本发明所述摩擦控制剂可以有效地均匀涂覆，并形成一层固体膜，具有良好粘附性能，并能使得轮轨间达到中等摩擦因数，有效减缓钢轨车轮磨损。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，由以下质量百分比的各组分制备而成：磷酸二氢铝27.5％,硫磺16.5％,石墨4.2％,二硫化钼21.4％,硅酸锆10.4％,碳酸钙20％。
其制备方法包括如下步骤：
1)按配方称取碳酸钙、硅酸锆、硫磺、二硫化钼、石墨到烧杯中，搅拌均匀后，滴加磷酸二氢铝；
2)原料初步混合，手工搅拌20min，通过搅拌棒与烧杯杯壁的碾压作用使液体与固体粉末混为一体；
3)将初步混合处理后的原料转移到粉碎机中，接通电源，高速粉碎3-5次，得到均匀共混粉末；
4)称取一定质量的共混粉末装入压制模具中，室温下利用平板硫化机压制成型，保压5分钟后，挤出得到圆柱状样品；
5)将样品在40℃下恒温烘12h后，转至100℃下烘12h，最后通过程序控温升温到250℃烧结1.5h，冷却后得到最终样品。
经测试，本实施例制备的摩擦控制剂的使用温度范围为-40℃-500℃；在载荷20N，转速400rpm，室温，空气中，进行销-盘式摩擦试验，其平均摩擦系数为0.452，磨损量为11mg·cm-3，密度为1.79g·cm-3，邵氏硬度(D型)为56，压缩强度为12.66MPa，弯曲强度为7.03MPa。
实施例2
一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，由以下质量百分比的各组分制备而成：磷酸二氢铝27％，硫磺16.2％，石墨4.2％，二硫化钼25.4％，钾长石7.2％，碳酸钙20％。
其制备方法包括如下步骤：
1)按配方称取硅酸锆、碳酸钙、硫磺、二硫化钼、石墨到烧杯中，搅拌均匀后，滴加磷酸二氢铝；
2)原料初步混合后，手工搅拌20min，通过搅拌棒与烧杯杯壁的碾压作用使液体与固体粉末混为一体；
3)将初步处理后的原料转移到粉碎机中，接通电源，高速粉碎3-5次，得到均匀共混粉末；
4)称取一定质量的共混粉末装入压制模具中，室温下利用平板硫化机压制成型，保压5分钟后，挤出得到圆柱状样品；
5)将样品在40℃下恒温烘12h后，转至100℃下烘12h，最后通过程序控温升温到250℃烧结1.5h，冷却后得到最终样品。
经测试，本实施例制备的摩擦控制剂的使用温度范围为-40℃-500℃；在载荷20N，转速400rpm，室温，空气中，进行销-盘式摩擦试验，其平均摩擦系数为0.393，磨损量为4mg·cm-3，密度为1.788g·cm-3，邵氏硬度(D型)为57，压缩强度为12.7MPa，弯曲强度为6.29MPa。
实施例3
一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，由以下质量百分比的各组分制备而成：磷酸二氢铝23％，硫磺13.2％，石墨29.5％，二硫化钼4.9％，硅酸锆9.4％，滑石粉20％。
其制备方法包括如下步骤：
1)按配方称取硅酸锆、滑石粉、硫磺、二硫化钼、石墨到烧杯中，搅拌均匀后，滴加磷酸二氢铝；
2)原料初步混合后，手工搅拌20min，通过搅拌棒与烧杯杯壁的碾压作用使液体与固体粉末混为一体；
3)将初步混合处理后的原料转移到粉碎机中，接通电源，高速粉碎3-5次，得到均匀共混粉末；
4)称取一定质量的共混粉末装入压制模具中，室温下利用平板硫化液压机压制成型，保压5分钟后，挤出得到圆柱状样品；
5)将样品在40℃下恒温烘12h后，转至100℃下烘12h，最后通过程序控温升温到250℃烧结1.5h，冷却后得到最终样品。
经测试，本实施例制备的摩擦控制剂的使用温度范围为-40℃-500℃；在载荷20N，转速400rpm，室温，空气中，进行销-盘式摩擦试验，其平均摩擦系数为0.381，磨损量为8mg·cm-3，密度为1.95g·cm-3，邵氏硬度(D型)为57，压缩强度为12.60MPa，弯曲强度为9.63MPa。
实施例4
一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，由以下质量百分比的各组分制备而成：磷酸二氢铝22％，硫磺13.2％，石墨29.9％，二硫化钼4.9％，铬铁矿10％，钛酸钾20％。
其制备方法包括如下步骤：
1)按配方称取铬铁矿、钛酸钾、硫磺、二硫化钼、石墨到烧杯中，搅拌均匀后，滴加磷酸二氢铝；
2)原料初步混合后，手工搅拌20min，通过搅拌棒与烧杯杯壁的碾压作用使液体与固体粉末混为一体；
3)将初步处理后的原料转移到粉碎机中，接通电源，高速粉碎3-5次，得到均匀共混粉末；
4)称取一定质量的共混粉末装入压制模具中，室温下利用平板硫化液压机压制成型，保压5分钟后，挤出得到圆柱状样品；
5)将样品在40℃下恒温烘12h后，转至100℃下烘12h，最后通过程序控温升温到250℃烧结1.5h，冷却后得到最终样品。
经测试，本实施例制备的摩擦控制剂的使用温度范围为-40℃-500℃；在载荷20N，转速400rpm，室温，空气中，进行销-盘式摩擦试验，其平均摩擦系数为0.3，磨损量为12mg·cm-3，密度为1.86g·cm-3，邵氏硬度(D型)为58.5，压缩强度为11.37MPa，弯曲强度为8.76MPa。
以上实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原料前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，其特征在于由以下质量百分比的各组分制备而成：
2.根据权利要求1所述的一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，其特征在于：所述复合粘接剂由磷酸二氢铝和硫磺组成，且质量比为(1-3):1。
3.根据权利要求1所述的一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，其特征在于：所述润滑剂为石墨、二硫化钼中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，其特征在于：所述增摩剂为铬铁矿、氧化铝、硅酸锆或钾长石。
5.根据权利要求1所述的一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂，其特征在于：所述其它填料为滑石粉、碳酸钙或碳酸钾。
6.根据权利要求1所述的一种基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将润滑剂、增摩剂、其他填料和基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂中的硫磺在烧杯中按比例混合均匀，然后加磷酸二氢铝；
(2)原料初步混合后，手工搅拌20分钟，通过搅拌棒与烧杯杯壁的碾压作用使液体与固体粉末混为一体；
(3)将初步处理后的原料转移到粉碎机中，接通电源，高速粉碎3-5次，得到均匀共混粉末；
(4)称取一定质量的共混粉末装入压制模具中，室温下利用平板硫化机压制成型，保压5-10分钟后，挤出得到圆柱状样品；
(5)将样品在40℃-60℃下恒温烘12h后，转至100℃-120℃下烘12h，最后通过程序控温升温到220℃-260℃烧结1.5小时，冷却后得到基于无机复合粘接剂的车轮踏面摩擦控制剂。
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