CN109054928A - 用于轮轨中的纳米润滑减摩材料和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于轮轨中的纳米润滑减摩材料和制备方法。所述用于轮轨中的纳米润滑减摩材料由基材组份、润滑组份和润滑修复组份制备而成，按重量份数计，所述基材组份包括：30~40份树脂，25~35份橡胶，1~5份偶联剂、1~20份聚乙烯、1~3份十六烷、0.5~2份致孔剂；所述润滑组份包括：5~20份聚四氟乙烯，30~50份石墨，20~35份硫化物；所述润滑修复组份包括：30~55份的纳米金属颗粒、30~40份的纳米半导体颗粒和1~10份的稳定剂。本发明实施例的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料基于纳米技术，将润滑组份和润滑修复组份分散在聚合物网络（基材组份）中。这种设计结合固体润滑和液体润滑的优点，更适应铁路的发展需要,在复杂的轮轨关系中更好地保护轨道和车轮。

Description

用于轮轨中的纳米润滑减摩材料和制备方法
技术领域
本发明涉及固体润滑材料技术领域，更具体地，涉及一种用于轮轨中的纳米润滑减摩材料和制备方法。
背景技术
用固态减摩材料对机车轮缘进行润滑是指将原有的液态润滑剂更换为固态润滑材料，如减摩棒。使用相应的顶紧装置，使减摩棒顶在机车轮缘内侧，靠轮缘与润滑棒得摩擦使润滑棒得润滑组份均匀分布于轮缘，从而润滑轮缘与铁轨之间得接触面，减少磨损的效果。相对液体润滑剂而言，固体润滑材料的抗压性能更强，润滑效果更好。目前，现有的减摩棒减摩效果较差，轮缘表面磨损较严重。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于轮轨中的纳米润滑减摩材料和制备方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，由基材组份、润滑组份和润滑修复组份制备而成，按重量份数计，所述基材组份包括：30~40份树脂，25~35份橡胶，1~5份偶联剂、1~20份聚乙烯、1~3份十六烷、0.5~2份致孔剂；所述润滑组份包括：5~20份聚四氟乙烯，30~50份石墨，20~35份硫化物；所述润滑修复组份包括：30~55份的纳米金属颗粒、30~40份的纳米半导体颗粒和1~10份的稳定剂。
上述方案中，所述纳米金属颗粒和所述纳米半导体颗粒的粒径为5-50nm。
上述方案中，所述纳米金属颗粒为油溶性单分散纳米金属颗粒。
上述方案中，所述稳定剂为有机膦。
上述方案中，所述有机膦为三辛基磷或三苯基磷。
上述方案中，所述树脂为三聚氰氨改性酚醛树脂和硼化改性树脂的混合物。
上述方案中，所述橡胶为乳化丁腈橡胶和硫化丁苯橡胶的混合物。
上述方案中，所述硫化物为硫化铜或/和硫化锡。
本发明实施例还提供了制备上述用于轮轨中的纳米润滑减摩材料的方法，其特征在于，包括步骤：
S10、将所述润滑修复组份中的纳米金属颗粒、纳米半导体颗粒和稳定剂搅拌均匀；
S20、将所述基材组份和所述润滑修复组分在90~250℃下搅拌混合均匀；
S30、加入所述润滑组份，并在90~250℃下搅拌5~15/min，得复合材料；
S40、将所述复合材料注入模具中，加热成型。
本发明实施例的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料基于纳米技术，将润滑组份和润滑修复组份分散在聚合物网络（基材组份）中。这种设计结合固体润滑和液体润滑的优点，更适应铁路的发展需要,在复杂的轮轨关系中更好地保护轨道和车轮。具体地，本发明实施例的减摩材料能够与车轮接触，润滑组份和润滑修复组份构成的润滑成分能够与车轮的轮缘表面金属结合，并在金属表面形成一层粘附膜，该粘附膜经过车轮与轮轨碾压急剧升温，发生摩擦，产生化学反应，从而该粘附膜进一步形成稳定性更高的复合润滑膜，该复合润滑膜与轮缘的金属表面通过化学键结合，即使在高负荷条件下仍能保持低摩擦系数。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明第一方面实施例提供了一种用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，由基材组份、润滑组份和润滑修复组份制备而成，按重量份数计，所述基材组份包括：30~40份树脂，25~35份橡胶，1~5份偶联剂、1~20份聚乙烯、1~3份十六烷、0.5~2份致孔剂；所述润滑组份包括：5~20份聚四氟乙烯，30~50份石墨，20~35份硫化物；所述润滑修复组份包括：30~55份的纳米金属颗粒、30~40份的纳米半导体颗粒和1~10份的稳定剂。
在本发明一些优选地实施例中，所述纳米金属颗粒和所述纳米半导体颗粒的粒径为5-50nm。
在本发明一些优选地实施例中，所述纳米金属颗粒为油溶性单分散纳米金属颗粒。
具体地，纳米金属颗粒包括但不限于纳米锡、纳米铜、纳米银、纳米锌等，纳米半导体颗粒包括但不限于纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米硫化锌等。油溶性单分散纳米金属颗粒可以采用还原法生产，或者使用本领域所熟知的其他方法生产，如申请号为201110398091.5的中国专利中记载的方法生产。
致孔剂可以选择固体石蜡、丁醚、丁醇、戊醇、己醇、十二碳烷醇等。
在本发明一些优选地实施例中，所述稳定剂为有机膦。进一步地，所述有机膦包括但不限于三辛基磷或三苯基磷。
P配位的有机磷稳定剂能够控制和稳定纳米金属颗粒和纳米半导体颗粒的尺寸分布在较窄的范围，进一步提高产品性能。
根据本发明一些优选地实施例，所述树脂为三聚氰氨改性酚醛树脂和硼化改性树脂的混合物。
上述方案中，所述橡胶为乳化丁腈橡胶和硫化丁苯橡胶的混合物。
上述方案中，所述硫化物为硫化铜或/和硫化锡。
本发明第二方面实施例还提供了制备上述用于轮轨中的纳米润滑减摩材料的方法，其特征在于，包括步骤：
S10、将所述润滑修复组份中的纳米金属颗粒、纳米半导体颗粒和稳定剂搅拌均匀；
S20、将所述基材组份和所述润滑修复组分在90~250℃下搅拌混合均匀；
S30、加入所述润滑组份，并在90~250℃下搅拌5~15min，得复合材料；
S40、将所述复合材料注入模具中，加热成型。
本发明实施例中，润滑组份和润滑修复组份均为半固态，基材组份能够形成立体网络结构或多孔结构，聚乙烯能够增强立体网络结构或多孔结构，进而将润滑组分和润滑修复组份进行包覆，具有多元成分双相共存的特点。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，可以理解的是，本发明并不限于以下实施例：
实施例一
取31g树脂，27g橡胶，2g偶联剂、12g聚乙烯、1g十六烷、0.5g固体石蜡，在60℃下搅拌混合均匀，形成基材组份。取9g聚四氟乙烯，30g石墨，25g硫化物，在常温（20~30℃）下搅拌均匀，形成润滑组份。取35g的纳米金属颗粒、32g的纳米半导体颗粒和1g的三辛基磷，在不超过10℃的温度下搅拌均匀，形成润滑修复组份。将上述基材组份和润滑修复组分在100℃下搅拌混合均匀；然后加入润滑组份，在100℃下搅拌8min，得复合材料；最后将所述复合材料注入棒状模具中，加热成型，干燥冷却后形成减摩棒。
电镜结果显示，基材组份形成孔径大小为5~200nm的蜂窝状结构，润滑组份和润滑修复组份分散包裹在蜂窝结构中。
实施例二
取38g树脂，35g橡胶，3g偶联剂、20g聚乙烯、2g十六烷、1.5g丁醚，在60℃下搅拌混合均匀，形成基材组份。取18g聚四氟乙烯，46g石墨，29g硫化物，在常温（20~30℃）下搅拌均匀，形成润滑组份。取50g的纳米金属颗粒、38g的纳米半导体颗粒和4g的三辛基磷，在不超过10℃的温度下搅拌均匀，形成润滑修复组份。将上述基材组份和润滑修复组分在120℃下搅拌混合均匀；然后加入润滑组份，在120℃下搅拌10min，得复合材料；最后将所述复合材料注入棒状模具中，加热成型，干燥冷却后形成减摩棒。
实施例三
取35g树脂，25g橡胶，1.2g偶联剂、9g聚乙烯、1g十六烷、1.5g丁醚，在60℃下搅拌混合均匀，形成基材组份。取15g聚四氟乙烯，45g石墨，28g硫化物，在常温（20~30℃）下搅拌均匀，形成润滑组份。取45g的纳米金属颗粒、38g的纳米半导体颗粒和8g三苯基膦，在不超过10℃的温度下搅拌均匀，形成润滑修复组份。将上述基材组份和润滑修复组分在200℃下搅拌混合均匀；然后加入润滑组份，在200℃下搅拌5min，得复合材料；最后将所述复合材料注入棒状模具中，加热成型，干燥冷却后形成减摩棒。
实施例四
取40g树脂，32g橡胶，2g偶联剂、12g聚乙烯、2g十六烷、1.5g致孔剂，在60℃下搅拌混合均匀，形成基材组份。取15g聚四氟乙烯，45g石墨，31g硫化物，在常温（20~30℃）下搅拌均匀，形成润滑组份。取35g的纳米金属颗粒、38g的纳米半导体颗粒和6g三辛基磷，在不超过10℃的温度下搅拌均匀，形成润滑修复组份。将上述基材组份和润滑修复组分在95℃下搅拌混合均匀；然后加入润滑组份，在95℃下搅拌12min，得复合材料；最后将所述复合材料注入棒状模具中，加热成型，干燥冷却后形成减摩棒。
与沈阳铁路局科学技术研究院进行了联合实验测试，将现有产品和实施例一至实施例四的减摩棒分别应用在相同条件的列车上，每一种产品选取5量货运列车，经过一年的运行测试，实施例一至实施例四的减摩棒相铰现有产品，平均减摩效果提升了40%，见表1。
表1 减摩效果对比
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，由基材组份、润滑组份和润滑修复组份制备而成，按重量份数计，所述基材组份包括：30~40份树脂，25~35份橡胶，1~5份偶联剂、1~20份聚乙烯、1~3份十六烷、0.5~2份致孔剂；所述润滑组份包括：5~20份聚四氟乙烯，30~50份石墨，20~35份硫化物；所述润滑修复组份包括：30~55份的纳米金属颗粒、30~40份的纳米半导体颗粒和1~10份的稳定剂。
2.根据权利要求1所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，所述纳米金属颗粒和所述纳米半导体颗粒的粒径为5-50nm。
3.根据权利要求1所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，所述纳米金属颗粒为油溶性单分散纳米金属颗粒。
4.根据权利要求1所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，所述稳定剂为有机膦。
5.根据权利要求4所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，所述有机膦为三辛基磷或三苯基磷。
6.根据权利要求1所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，所述树脂为三聚氰氨改性酚醛树脂和硼化改性树脂的混合物。
7.根据权利要求1所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，所述橡胶为乳化丁腈橡胶和硫化丁苯橡胶的混合物。
8.根据权利要求1所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料，其特征在于，所述硫化物为硫化铜或/和硫化锡。
9.制备权利要求1至8任一项所述的用于轮轨中的纳米润滑减摩材料的方法，其特征在于，包括步骤：
S10、将所述润滑修复组份中的纳米金属颗粒、纳米半导体颗粒和稳定剂搅拌均匀；
S20、将所述基材组份和所述润滑修复组分在90~250℃下搅拌混合均匀；
S30、加入所述润滑组份，并在90~250℃下搅拌5~15min，得复合材料；
S40、将所述复合材料注入模具中，加热成型。
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