CN109594026B - 一种研磨子热压成型结合系统 - Google Patents

一种研磨子热压成型结合系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种研磨子热压成型结合系统，属于轨道交通装备制造领域。结合系统包括结合剂和溶剂两部分，其中所述结合剂是由有机结合剂和无机结合剂按比例4：1组成；所述溶剂由分散剂和环保型溶剂组成，分散剂和环保型溶剂的比值为1：(3～6)；结合剂加入总量为研磨子配料总量的5～10％，分散剂加入量为研磨子配料总量的1～2％，环保型溶剂加入量为研磨子配料总量的5～10％。该系统采用有机结合剂和无机结合剂的有效配合，并通过结合剂之间的相互协同作用，可以使得整个体系的结合强度达到一定的设计要求，满足研磨子的高温结合强度使用要求，研磨子不容易出现掉渣现象，使用寿命长。

Description

一种研磨子热压成型结合系统
技术领域
本发明属于轨道交通装备制造领域，更具体地说，涉及一种研磨子热压成型结合系统。
背景技术
踏面清扫器起着清扫车轮、增加轮轨粘着系数以保证行车制动安全的作用，踏面清扫器直接作用于车轮上的部件被称作研磨子。研磨子是高速列车行车中一个具有清扫、增粘、修形作用的结构部件，其生产主要是以金属粉末与纤维，并配入适当的结合系统混合后在压机上热压成形。该结合系统一般采用较为单一的热固性酚醛树脂，与金属粉末等混合后直接干法成形，该方法生产的研磨子粉尘量较大，在转移的过程中易分级，造成成分不均匀，以至于稳定性较差；此外由于酚醛树脂的高温热分解特性，研磨子在使用过程中会产生大量的热量，最高温度可以达到1000℃以上，在高温下即使采用改性之后的酚醛树脂，也还是会存在树脂分解的问题，导致研磨子的抗冲击性能差。
经检索，中国专利申请号：201710881380.8，申请日2017年9月26日，发明名称为：一种高速动车用研磨子，该研磨子由酚醛树脂、钢纤维、铜铝粉末、碳纤维、碳化钨、芳纶、氧化铁黑、丁腈橡胶、促进剂组成的复合材料制成，其中各组分的重量百分数范围为酚醛树脂26-28.5％、钢纤维9-10％、铜铝粉末13.5-15.5％、碳纤维10-12％、碳化钨1-2％、芳纶6.5-8.5％、氧化铁黑6-8.5％、丁腈橡胶7.5-8.5％、促进剂12-13.5％。其中研磨子的结合系统包括酚醛树脂等等，但是该研磨子的使用性能仍然受到酚醛树脂的影响，结合强度低，影响使用寿命，严重时影响使用安全。
再如中国专利申请号：201710444879.2，申请日2017年6月12日，发明名称为：一种动车踏面清扫器修形研磨子及其制备方法，首先按照重量百分比进行原料的配制：粘结剂10～35％，丁腈橡胶5～15％，碳纤维10～20％，芳纶纤维5～10％，修形助剂15～35％，石墨0～10％，粘结剂包括环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂或聚酰亚胺改性酚醛树脂。同样，该研磨子的使用性能仍然受到酚醛树脂的影响，结合强度低，影响使用寿命，严重时影响使用安全。
通过分析上述专利的内容，由于树脂在升到定温度后会进行缩合反应，同时放出气体，树脂多虽然能增加产品的强度但同时也会放出大量的气体，增加了排气的难度；此外热压成型过程中，温度同样影响研磨子的性能，例如研磨子表面会迅速固化，内部气体就不利于排出，容易产生气泡和裂纹。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有研磨子采用单一的热固性酚醛树脂与金属粉末混合干法成型，以及高温下树脂易发生分解，造成研磨子热稳定性较差的问题，本发明提供一种研磨子热压成型结合系统，提高研磨子的高温结合强度，性能稳定，使用安全可靠。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供一种研磨子热压成型结合系统，结合系统包括结合剂和溶剂两部分，其中所述结合剂是由有机结合剂和无机结合剂按比例4：1组成；所述溶剂由分散剂和环保型溶剂组成；结合剂加入总量为研磨子配料总量的5～10％，分散剂加入量为研磨子配料总量的1～2％，环保型溶剂加入量为研磨子配料总量的5～10％，分散剂和溶剂的比值为1：(3～6)。
作为本发明的进一步改进，所述有机结合剂由热塑型酚醛树脂和热固型酚醛树脂按比例1：7组成。热塑型树脂利用其热塑性的特点，使研磨子与车轮踏面更具贴合性，以达到较好清扫的效果。
作为本发明的进一步改进，所述无机结合剂为无水硼砂和硼玻璃粉中的一种或两种的混合物。无机结合剂的加入可以弥补高温状态下的树脂热分解造成的热衰退，保证整个结合体系的稳定性。
作为本发明的进一步改进，所述分散剂为乙二醇或格莱道碳润湿分散剂。分解剂与溶剂的加入可以使得在混合的过程中达到一种造粒的效果，可以造出如米粒般大小的颗粒，这些颗粒相对均匀，不会在放料地、加料等转移的过程中发生分级，进而保证研磨子的稳定性。
作为本发明的进一步改进，所述环保型溶剂为碳酸二甲酯或混合二元酸二甲酯。环保型溶剂是一种高沸点的溶剂，在混料的过程中不易挥发，对工人以及环境的影响较小，且可以保持混合料的挥发份在一定的范围内，容易控制。
作为本发明的进一步改进，所述结合剂加入总量为研磨子配料总量的6～8％。
作为本发明的进一步改进，所述分散剂加入量为研磨子配料总量的1.2～1.8％。
作为本发明的进一步改进，所述环保型溶剂加入量为研磨子配料总量的6～8％。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的研磨子热压成型结合系统，该系统采用有机结合剂和无机结合剂的有效配合，并通过结合剂之间的相互协同作用，可以使得整个体系的结合强度达到一定的设计要求，满足研磨子的高温结合强度使用要求，研磨子不容易出现掉渣现象，使用寿命长；
(2)本发明的研磨子热压成型结合系统，无机结合剂的加入可以弥补高温状态下的树脂热分解造成的热衰退，保证整个结合体系的稳定性；
(3)本发明的研磨子热压成型结合系统，分解剂与溶剂的加入可以使得在混合的过程中达到一种造粒的效果，可以造出如米粒般大小的颗粒，这些颗粒相对均匀，不会在放料地、加料等转移的过程中发生分级，进而保证研磨子的稳定性；
(4)本发明的研磨子热压成型结合系统，环保型溶剂是一种高沸点的溶剂，在混料的过程中不易挥发，对工人以及环境的影响较小，且可以保持混合料的挥发份在一定的范围内，容易控制。
具体实施方式
下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
本发明提供了一种研磨子热压成型结合系统，结合系统包括结合剂和溶剂两部分，其中结合剂是由有机结合剂和无机结合剂按比例4：1组成；溶剂由分散剂和环保型溶剂组成；结合剂加入总量为研磨子配料总量的5～10％，分散剂加入量为研磨子配料总量的1～2％，环保型溶剂加入量为研磨子配料总量的5～10％，分散剂和溶剂的比值为1：(3～6)。
需要说明的是：针对目前的研磨子均采用热固性酚醛树脂作为结合剂，本发明的发明人通过大量的试验和分析，对结合剂进行了改进，采用有机结合剂和无机结合剂混合使用，其中有机结合剂由热塑型酚醛树脂和热固型酚醛树脂按比例1：7组成，一方面热塑型酚醛树脂利用其热塑性的特点，使研磨子与车轮踏面更具贴合性，以达到较好清扫的效果；另一方面在混料过程中，研磨子的主要组分会发生偏析现象，造成研磨子的致密度一致性较差，而热塑型酚醛树脂可以减少偏析现象，可能的原因是对主要组分进行均匀化，从而使得整个体系的均匀性较好。
此外，考虑到研磨子在使用过程中会产生大量的热量，温度可以达到1000℃以上，酚醛树脂高温分解，发明人采用无机结合剂为无水硼砂和硼玻璃粉中的一种或两种的混合物，无机结合剂的加入可以弥补高温状态下的树脂热分解造成的热衰退，保证整个结合体系的稳定性，究其原因可能是：硼砂中的硼元素生成B2O3这一低熔点产物，而低熔点产物可以吸收大量的热量，并包围在树脂的周围，这些低熔点产物具有很好的隔热效果，可以保证树脂的完整性，以保证整体研磨子强度不降低。
进一步的，分散剂为乙二醇或格莱道碳润湿分散剂，分解剂与溶剂的加入可以使得在混合的过程中达到一种造粒的效果，可以造出如米粒般大小的颗粒，这些颗粒相对均匀，不会在放料地、加料等转移的过程中发生分级，进而保证研磨子的稳定性。
除此之外，环保型溶剂为碳酸二甲酯或混合二元酸二甲酯。环保型溶剂是一种高沸点的溶剂，在混料的过程中不易挥发，对工人以及环境的影响较小，且可以保持混合料的挥发份在一定的范围内，容易控制。
相对比，中国专利CN103936438A公开了一种连铸三大件低压成型用结合体系，结合体系包括结合剂和溶剂；结合剂由酚醛树脂粉和CarboresP构成，酚醛树脂粉的加入量为连铸三大件原料总重量的4～6wt％；CarboresP的加入量为连铸三大件原料总重量的1.5～3wt％；溶剂包括酒精和混二元酸二甲酯；酒精的加入量为连铸三大件原料总重量的2～3wt％，混二元酸二甲酯加入量为连铸三大件原料总重量的1.5～2.5wt％。该发明通过控制高沸点溶剂的加入量来调控坯料低压成型所需的高挥发份，引入高残碳率的结合剂，保证制品的致密化，同时可以改善材料的高温强度，这与本发明有着本质的区别。
实施例1
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
以金属铁粉和碳纤维为主原料，其中铁粉含量73％，碳纤维含量15％，热塑性酚醛树脂0.5％，热固性树脂3.5％，无水硼砂1％，乙二醇1％，碳酸二甲脂6％，经犁耙式混料机混炼造粒，热压成型。
成型后切样检测，产品经摩擦试验机检测性能如下：常温扭矩：8.1，300℃扭矩：8.26，500℃扭矩：8.20。
实施例2
以金属铁粉和芳纶纤维为主原料，其中铁粉含量72％，芳纶纤维含量12％，热塑性酚醛树脂0.7％，热固性树脂4.9％，无水硼砂1.4％，乙二醇2％，碳酸二甲脂7％，经犁耙式混料机混炼造粒，热压成型。
成型后切样检测，产品经摩擦试验机检测性能如下：常温扭矩：8.18，300℃扭矩：8.22，500℃扭矩：8.19。
实施例3
以金属铁粉和铜纤维为主原料，其中铁粉含量75％，芳纶纤维含量10％，热塑性酚醛树脂0.7％，热固性树脂4.9％，硼玻璃粉1.4％，乙二醇1.5％，混合二元酸二甲酯6.5％，经犁耙式混料机混炼造粒，热压成型。
成型后切样检测，产品经摩擦试验机检测性能如下：常温扭矩：8.23，300℃扭矩：8.25，500℃扭矩：8.47。
实施例4
以金属铁粉和铜纤维为主原料，其中铁粉含量74％，芳纶纤维含量10％，热塑性酚醛树脂1％，热固性树脂7％，硼玻璃粉2％，乙二醇1％，混合二元酸二甲酯5％，经犁耙式混料机混炼造粒，热压成型。
成型后切样检测，产品经摩擦试验机检测性能如下：常温扭矩：8.29，300℃扭矩：8.32，500℃扭矩：8.32。
实施例5
以金属铁粉和铜纤维为主原料，其中铁粉含量72％，芳纶纤维含量12.5％，热塑性酚醛树脂0.75％，热固性树脂5.25％，硼玻璃粉1.5％，乙二醇1.5％，混合二元酸二甲酯6.5％，经犁耙式混料机混炼造粒，热压成型。
成型后切样检测，产品经摩擦试验机检测性能如下：常温扭矩：8.25，300℃扭矩：8.40，500℃扭矩：8.36。
实施例6
以金属铁粉和铜纤维为主原料，其中铁粉含量75％，芳纶纤维含量10.8％，热塑性酚醛树脂0.7％，热固性树脂4.9％，硼玻璃粉1.4％，格莱道碳润湿分散剂1.2％，碳酸二甲酯6％，经犁耙式混料机混炼造粒，热压成型。
成型后切样检测，产品经摩擦试验机检测性能如下：常温扭矩：8.27，300℃扭矩：8.29，500℃扭矩：8.25。
实施例7
以金属铁粉和铜纤维为主原料，其中铁粉含量70％，芳纶纤维含量10％，热塑性酚醛树脂1％，热固性树脂7％，硼玻璃粉2％，格莱道碳润湿分散剂2％，混合二元酸二甲酯8％，经犁耙式混料机混炼造粒，热压成型。
成型后切样检测，产品经摩擦试验机检测性能如下：常温扭矩：8.32，300℃扭矩：8.17，500℃扭矩：8.41。
此外，将上述实施例1-7得到的研磨子进行力学性能检测，具体项目如下，研磨子力学性能测试样品的尺寸为20mm(长)×10mm(宽)×10mm(高)，按照如下标准对其进行测试：
(1)压缩强度：采用标准GB/T1041-2008，测试速度0.5mm·min-1；
(2)弹性模量：采用标准GB/T1041-2008，测试速度0.5mm·min-1，采集最大强度值的5％～20％的弹性模量；
(3)冲击强度：采用标准GB/T 1043.1-2008；
(4)洛氏硬度：采用标准GB/T 3398.2-2008；
(5)强制磨耗性测试：采用1：1制动动力试验台，拖磨时间20min，正压力2MPa，车轮速度250km·h-1，CRH2动车车轮。
表1研磨子的力学性能
Figure BDA0001897857500000061
由上述的力学性能数据分析得到，本发明的研磨子具有较高的强度以及较好的耐高温性能。

Claims (4)

1.一种研磨子热压成型结合系统，其特征在于，结合系统包括结合剂和溶剂两部分，其中所述结合剂是由有机结合剂和无机结合剂按比例4：1组成；所述溶剂由分散剂和环保型溶剂组成，分散剂和环保型溶剂的比值为1：(3～6)；结合剂加入总量为研磨子配料总量的5～10％，分散剂加入量为研磨子配料总量的1～2％，环保型溶剂加入量为研磨子配料总量的5～10％；
所述有机结合剂由热塑型酚醛树脂和热固型酚醛树脂按比例1：7组成；所述无机结合剂为无水硼砂和硼玻璃粉中的一种或两种的混合物；
所述分散剂为乙二醇或格莱道碳润湿分散剂；所述环保型溶剂为碳酸二甲酯和混合二元酸二甲酯中的一种或两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种研磨子热压成型结合系统，其特征在于，所述结合剂加入总量为研磨子配料总量的6～8％。
3.根据权利要求1所述的一种研磨子热压成型结合系统，其特征在于，所述分散剂加入量为研磨子配料总量的1.2～1.8％。
4.根据权利要求1所述的一种研磨子热压成型结合系统，其特征在于，所述环保型溶剂加入量为研磨子配料总量的6～8％。
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