CN108240407A - 轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料及其制备方法，按重量份数计，所述摩擦材料由以下组分制成：腰果酚改性树脂粘接剂6‑10份、超细硅酸锆3‑5份、硫化锑8‑12份、改性轮胎粉3‑5份、人造石墨2‑4份、增强纤维40‑45份、调摩材料19‑38份。本发明的产品可以有效杜绝制动衬片在使用过程产生裂纹，确保车辆行驶安全，同时降低制动过程中制动盘表面的温度，有效减少制动盘表面热斑产生，显著降低制动衬片的磨损量，优化制动平顺性以及提高制动衬片的使用寿命，提高车辆制动稳定性，提升乘客舒适度。
Description
技术领域
本发明属于制动衬片摩擦材料技术领域，具体涉及轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料及其制备方法。
背景技术
目前，我国的轨道交通有地铁、城市轻轨等，地铁或者城市轻轨的两个站之间的距离长短不一，最短的站间距只有1km左右。并且一条线路上有多辆列车在运行，调速和停车都比较频繁，而且运载需求大，车速的要求又很高，所以制动必须要快、短、准确、平稳。轨道交通的制动方式为混合制动方式，在较高速度下为电制动，在中速时采用复合材料制动衬片制动，在低速及停站时为再生制动和复合材料制动衬片联合制动。
目前轨道交通制动块行业存在如下问题：1、制动衬片在使用过程中侧面易发生裂纹，严重影响车辆行驶安全；2、制动过程中在制动盘表面产生热斑，影响制动盘表面的残余应力分布状态，导致产生疲劳龟裂纹和扩展，导致影响制动平顺性及使用寿命；3、制动衬片及制动盘磨损大，使用寿命偏短；4、制动中速度稳定性较低，人员乘坐感受差；5、轨道交通车辆大多采用国外进口制动衬片，价格贵、采购周期长、维修服务不及时，容易受制于制动衬片供应商等。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料及其制备方法。
本发明采用以下技术方案：
轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，按重量份数计，由以下组分制成：
进一步地，所述增强纤维由以下组分制成：
Lapinus矿物纤维 20-30份，
杜邦芳纶纤维 2-4份，
紫铜纤维 16-18份。
进一步地，所述调摩材料由以下组分制成：
进一步地，所述超细硅酸锆的粒度≤1.5μm。
进一步地，所述腰果酚改性树脂粘接剂由腰果酚、苯酚、甲醛反应制得。
进一步地，所述硫化锑为高纯硫化锑。
进一步地，所述沉淀硫酸钡由硫酸钡经过煅烧和提纯制得。
进一步地，所述改性轮胎粉由湿法粉碎制得，细度小于100目。该湿法生产胶粉采用精炼技术，在密闭的精炼机内部采用起撕裂作用的一定结构的靶墙。在高温流体的带动下，胶粉撞击靶墙后作无规律的、复杂的反射运动，从而增加胶粉与靶墙的碰撞机会，重复产生碰撞、冲击、剪切、摩擦作用，而且让液体从“湍流”变“紊流”，经历无数次相互碰撞、冲击、剪切、摩擦、冲刷的胶粉在“紊流”的带动下，不断地在特殊的靶墙上进行碰撞、冲击、剪切。利用复杂剪切、撕裂、碰撞、膨胀、收缩、高温和摩擦复杂交错的作用，使胶粉各个表面呈空间三维网状凹凸不平的异型面，远比呈刀削型平面状态复杂的多，形成比表面积(接触表面)达到2-2.5m2/g，是传统胶粉的8-18倍，远远超过所有传统方法生产的胶粉。
进一步地，所述改性轮胎粉为氟改性轮胎粉，所述氟改性轮胎粉是主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种合成高分子弹性体，当它与碳原子结合时，便生成键能很高的碳氟(C-F)共价键，而且这种键能还随碳原子氟化程度的提高而提高，同时分子中氟原子的存在，既增加了碳碳键(C-C)的能量，也使氟化碳原子与别的元素结合的键能提高，这就使得氟橡胶具有很高的耐热、耐氧和耐化学药品性。生产工艺一般采用间歇或连续悬浮聚合工艺，以水为介质，以过硫酸盐为引发剂、全氟羟酸盐为分散剂，氟代烯烃混合单体在75-120度、2.0-10.6Mpa压力下共聚，共聚后制得分散液再经过凝聚、水洗、干燥等工序后制得。
进一步地，所述人造石墨为高温条件下人工合成的石墨。
一种轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：按份数称取原料，把所有原料放入转速为2400～2500rpm/s(优选2460rpm/s)的高速混料机中，搅拌5～8分钟，优选6分钟，制成摩擦材料混拌料；
(2)热压：将所述摩擦材料混拌料放入模具中，模具温度控制在150±5℃、压制压力380～420kgf/cm2、排气次数至少8次，保温保压450～550s，自然空冷；
优选地，将所述摩擦材料混拌料放入模具中，模具温度控制在150±5℃、压制压力400kgf/cm2、排气次数10次，保温保压500s；
(3)热处理：接着从室温等速升温至130～150℃，时间在1小时之内，保温1.5～2.5小时后等速升温至160～170℃，保温0.5～1.5小时后等速升温至180～190℃，保温0.5～1.5小时后等速升温至200～210℃，再保温(优选0.5～1.5小时)后冷却；
优选地，所述热处理过程为：接着从室温等速升温至140℃，时间在1小时之内，保温1.5～2.5小时后从140℃等速升温至160℃，保温0.5～1.5小时后从160℃等速升温至185℃，保温0.5～1.5小时后等速升温至200℃再保温后冷却；
进一步优选地，所述热处理过程为：接着从室温等速升温至140℃，时间在1小时之内，保温2小时后从140℃等速升温至160℃，保温1小时后从160℃等速升温至185℃，保温1小时后等速升温至200℃再保温一定时间(优选0.5～1.5小时)后冷却；
(4)尺寸加工：采用圆盘磨床加工，控制摩擦片平面度为0.20以内。
轨道交通制动衬片材料具体为腰果酚改性树脂粘接剂、超细硅酸锆、改性轮胎粉、人造石墨、高纯硫化锑等的用量与混合搭配，经过压制、热固化、表面磨削和包装等工序完成。
本发明产品应用于中、低速城市轨道交通车辆，例如地铁、轻轨等。
本发明提供的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料是一种中、低摩擦系数的摩擦材料，针对国内现有技术的不足，严格控制配方组份中有机物和磨料的用量与搭配，通过不同的用量与材料选择，来保证摩擦性能的稳定。经过配方研发、性能测试及装车路试，所得产品的摩擦系数适当且产品质量稳定，并针对行业中存在问题进行了改善：
1、通过优化和使用改性树脂，在压制中增强树脂的流动性，提高固化程度，有效杜绝制动衬片在使用过程产生裂纹；
2、通过使用金属纤维和固体润滑剂，提高制动衬片的热传导和高温下的润滑性能，降低制动过程中制动盘表面温度，有效减少制动盘表面热斑产生；
3、按《QC/T 479-1999货车、客车制动器台架试验方法》和用户评价方法，结合台架试验数据，制动衬片的厚度磨损中本发明产品比国外原装片低39％，重量磨损比国外原装片低25％；
4、按《QC/T 479-1999货车、客车制动器台架试验方法》和用户评价方法，结合台架试验数据，制动的速度稳定性评价指标中，本发明产品比国外原装片高44％；
5、按《QC/T 479-1999货车、客车制动器台架试验方法》和用户评价方法，结合台架试验数据，本发明产品比进口制动衬片在制动末段时温度高5.4％，从制动盘面导热效果比国外原装片好。
6、对比国外原装片，所得产品的摩擦系数适当而稳定、磨损率小，冲击强度、压缩强度高、压缩模量低、材料比重小、硬度适中。摩擦性能、磨损率、制动效果均能达到进口制动衬片的质量水准，能完全替代装车使用。
制动衬片：安装在刹车片背板上的摩擦制动材料；制动盘：用金属制造并固定在车轮上并随车轮转动的金属圆盘，也叫刹车盘；摩擦系数(μ)：摩擦力(f)与加在试片或对偶件上的法向力(F)的比值；指定摩擦系数(μ)：由供需双方共同确认商定的摩擦系数数值；热传导：热传导是指制动衬片在加热板温度为400℃±5℃，施加一定载荷保持10分钟时从摩擦表面传到背板上的温度；热斑：因摩擦制动中的不均匀受热，导致制动盘表面产生斑点状的变质部分；龟裂：在制动盘表面上，因摩擦引起的加热、冷却反复循环所致的不规则的龟壳状裂纹。
本发明的有益效果：
(1)本发明的产品可以有效杜绝制动衬片在使用过程产生裂纹，确保车辆行驶安全；
(2)本发明的产品可以降低制动过程中制动盘表面的温度，有效减少制动盘表面热斑产生，优化制动平顺性以及提高制动衬片的使用寿命；
(3)本发明的产品可以显著降低制动衬片的磨损量；
(4)本发明的产品可以提高车辆制动稳定性，提高乘客舒适度；
(5)本发明的制动衬片摩擦材料的生产成本低于国外进口制动块，可以降低企业的经营成本；
(6)本发明的制动衬片摩擦材料性能优异，可以代替进口制动块，解除国外厂家对我国的技术封锁。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，现结合以下具体实施例作进一步说明，但是本发明不限于具体实施例。
实施例1
一种轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，按重量份数计，由以下组分制成：
所述增强纤维由以下组分制成：
Lapinus矿物纤维 20份，
杜邦芳纶纤维 2份，
紫铜纤维 18份。
所述调摩材料由以下组分制成：
所述轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：按份数称取原料，把所有原料放入转速为2460rpm/s的高速混料机中，搅拌6分钟，制成摩擦材料混拌料；
(2)热压：将所述摩擦材料混拌料放入模具中，模具温度控制在150±5℃、压制压力400kgf/cm2、排气次数10次，保温保压500s；
(3)热处理：从室温等速升温至140℃，保温后从140℃等速升温160℃，保温后从160℃等速升温185℃，保温后等速升温200℃再保温一定时间后冷却；
(4)尺寸加工：采用圆盘磨床加工，控制摩擦片平面度为0.20以内。
实施例2
一种轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，按重量份数计，由以下组分制成：
所述增强纤维由以下组分制成：
Lapinus矿物纤维 25份，
杜邦芳纶纤维 3份，
紫铜纤维 17份。
所述调摩材料由以下组分制成：
所述轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：按份数称取原料，把所有原料放入转速为2460rpm/s的高速混料机中，搅拌6分钟，制成摩擦材料混拌料；
(2)热压：将所述摩擦材料混拌料放入模具中，模具温度控制在150±5℃、压制压力400kgf/cm2、排气次数10次，保温保压500s；
(3)热处理：从室温等速升温至140℃，保温后从140℃等速升温160℃，保温后从160℃等速升温185℃，保温后等速升温200℃再保温一定时间后冷却；
(4)尺寸加工：采用圆盘磨床加工，控制摩擦片平面度为0.20以内。
实施例3
一种轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，按重量份数计，由以下组分制成：
所述增强纤维由以下组分制成：
Lapinus矿物纤维 25份，
杜邦芳纶纤维 4份，
紫铜纤维 16份。
所述调摩材料由以下组分制成：
所述轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：按份数称取原料，把所有原料放入转速为2460rpm/s的高速混料机中，搅拌6分钟，制成摩擦材料混拌料；
(2)热压：将所述摩擦材料混拌料放入模具中，模具温度控制在150±5℃、压制压力400kgf/cm2、排气次数10次，保温保压500s；
(3)热处理：从室温等速升温至140℃，保温后从140℃等速升温160℃，保温后从160℃等速升温185℃，保温后等速升温200℃再保温一定时间后冷却；
(4)尺寸加工：采用圆盘磨床加工，控制摩擦片平面度为0.20以内。
表1：成品的物理性能和综合性能检测，并与目前国外原装件对比。
硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度；密度：制动衬片单位体积的质量；吸水率：制动衬片在正常大气压下吸水程度的物理量；显气孔率：制动衬片中气孔体积占总体积的百分数表示；冲击强度：试样断裂所消耗的冲击能量与试样断裂处横截面积的比值；压缩强度：压缩试验中试样直至破裂(脆性材料)或产生屈服(非脆性材料)时所承受的最大压缩应力；压缩模量：制动衬片在受单向或单轴压缩时应力与应变的比值；磨损率：制动衬片在规定的条件下体积磨损量与摩擦功的比值；减速度：制动后速度变化量与发生这一变化所用时间的比值。
表2：综合性能指标测试结果。
本发明制成的成品的磨损量显著低于国外原装件，强度明显高于国外原装件，摩擦性能优于国外原装件。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。
Claims (10)
1.轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，按重量份数计，由以下组分制成：
2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，所述增强纤维由以下组分制成：
Lapinus矿物纤维 20-30份，
杜邦芳纶纤维 2-4份，
紫铜纤维 16-18份。
3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，所述调摩材料由以下组分制成：
4.根据权利要求1所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，所述超细硅酸锆的粒度≤1.5μm。
5.根据权利要求1所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，所述腰果酚改性树脂粘接剂由腰果酚、苯酚、甲醛反应制得。
6.根据权利要求1所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，所述改性轮胎粉为氟改性轮胎粉。
7.根据权利要求1所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，所述改性轮胎粉由湿法粉碎制得。
8.根据权利要求3所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料，其特征在于，所述沉淀硫酸钡由硫酸钡经过煅烧和提纯制得。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混料：按份数称取原料，把所有原料放入转速为2400～2500rpm/s的高速混料机中，搅拌5～8分钟，制成摩擦材料混拌料；
(2)热压：将所述摩擦材料混拌料放入模具中，模具温度控制在150±5℃、压制压力380～420kgf/cm2、排气次数至少8次，保温保压450～550s，然后自然空气冷却；
(3)热处理：接着从室温等速升温至130～150℃，保温1.5～2.5小时后等速升温至160～170℃，保温0.5～1.5小时后等速升温至180～190℃，保温0.5～1.5小时后等速升温至200～210℃，再保温后冷却；
(4)尺寸加工：采用圆盘磨床加工，控制摩擦片平面度为0.20以内。
10.根据权利要求9所述的轨道交通车辆高效能制动衬片摩擦材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中热处理为：从室温等速升温至140℃，保温1.5～2.5小时后从140℃等速升温至160℃，保温0.5～1.5小时后从160℃等速升温至185℃，保温0.5～1.5小时后等速升温至200℃，再保温后冷却。
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