CN109723740A

CN109723740A - 一种耐高温的合成制动闸片及其制备方法

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Publication number: CN109723740A
Application number: CN201910047178.4A
Authority: CN
Inventors: 宋呈威; 黄福然
Original assignee: BEIJING PURAN RAILWAY TRANSPORTATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Pulan Rail Transit Technology Co ltd; Shandong Heze Detong New Material Technology Co ltd
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: CN109723740B

Abstract

本发明的目的是提供一种能够耐受温度超过700℃的合成制动闸片。组成包括摩擦体和钢背。按照质量百分含量计，各组分的含量依次可为：丁苯胶乳：10‑15％，丁腈橡胶粉：10‑15％、酚醛树脂：10‑15％，钢纤维：11‑18％，针状硅灰石：3‑7％，矿物纤维：2‑5％，云母粉：1‑3％，耐高温填料：18％‑25％，硫化促进剂：1％‑2％。本发明能够克服普通合成材料在使用过程中由于高温导致的摩擦系数热衰退，最终材料分解失效的问题，为合成材料的应用提供了更广阔的前景；本发明所使用的原材料属于环境友好型材料，在制备和使用过程中对环境不会造成损害，属于环保型摩擦材料。

Description

一种耐高温的合成制动闸片及其制备方法

技术领域

本发明涉及高速列车制动装置，具体涉及一种耐温超过700℃的合成制动闸片及其制备方法。

背景技术

目前高铁、地铁、机车等使用的摩擦材料主要分为粉末冶金材料和合成材料。由于制动时制动闸片与对偶摩擦生热，导致闸片温度急剧升高，闸片的耐温性决定了其应用。

通常粉末冶金材料适用于速度大于250km/h,温度超过400℃的应用工况，合成材料适用于速度低于250km/h，温度不超过400℃的应用工况。

随着城际铁路的开通以及速度的提升，制动的频次在增加，制动的时间间隔在减少，导致制动闸片的温度逐步攀升，最高可达700℃。

粉末冶金材料在制动时通常伴随较大噪音，不适用于短途的频繁制动，合成材料的舒适性虽然高于粉末冶金材料，但是目前广泛应用的合成材料当温度超过450℃时会出现基体材料分解，摩擦性能失效的问题，因此能耐受700℃的合成闸片在未来城际高速铁路的应用将更加广泛。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种能够耐受温度超过700℃的合成制动闸片。

本发明所提供的能够耐受温度超过700℃的合成制动闸片，其组成包括摩擦体和钢背。

所述摩擦体的原料包括如下组分：丁苯胶乳、丁腈橡胶粉、酚醛树脂、钢纤维、针状硅灰石、矿物纤维、云母粉、铁粉、氧化铝、石墨、碳酸钙、硫化促进剂。

按照质量百分含量计，各组分的含量依次可为：丁苯胶乳：10-15％，丁腈橡胶粉：10-15％、酚醛树脂：10-15％，钢纤维：13-18％，针状硅灰石：3-7％，矿物纤维：2-5％，云母粉：1-3％，石墨：10-12％，氧化铝：2-3％，铁粉：2-6％，碳酸钙：4-8％，硫化促进剂：1％-2％。

所述丁腈橡胶粉可为Baymod N 34.52。

所述矿物纤维可为硅酸铝纤维、玻璃纤维、石膏纤维、碳纤维，具体可为Lapinus牌号为RB210。

所述硫化促进剂可为DCP橡胶硫化剂。

所述钢背的材质为Q235钢，由厚度为1-3mm的冷轧板冲压折弯而成。

所述能够耐受温度超过700℃的合成制动闸片通过包括下述步骤的方法制备得到：

1)将丁苯乳胶、丁腈橡胶粉、酚醛树脂放入卧式螺带混合机混合，得到混合物1；

2)将钢纤维、针状硅灰石、矿物纤维放入卧式螺带混合机加入混合物1中继续混合，得到混合物2；

3)将云母粉、石墨、氧化铝、铁粉、碳酸钙、硫化促进剂放入卧式螺带混合机加入混合物2中，继续混合，得到混合料；

4)将所述混合料烘干，并破碎；

5)将破碎后的混合料与钢背一起压制成型，得到冷胚；

6)对所述冷胚进行热处理，使得橡胶与树脂充分发生反应，得到合成闸片。

所述方法步骤1)中，所述混合在卧式螺带混合机进行；

所述混合的时间可为4-7min。

所述方法步骤2)中，所述混合在卧式螺带混合机进行；

所述继续混合的时间可为7-11min。

所述方法步骤3)中，所述混合在卧式螺带混合机进行；

所述继续混合的时间可为8-20min，得到混合料A。

所述方法步骤4)中，所述烘干的操作可为：将所述混合料平铺在深度不大于10cm的容器中，放入烘箱，60-100℃烘1-4个小时，使用6mm筛网进行破碎。获得颗粒料B。

所述方法步骤5)中，所述压制成型的操作可为：将破碎后的颗粒料B在温度10-40℃下使用闸片模具，压机压力为14-18MPa，保压20-120s与钢背一起压制成型，得到冷胚。

所述方法步骤6)中，所述热处理在烘箱中采用热风循环加电热系统进行。

所述热处理的总时长可为7-15个小时，最高温度可为180-240℃，最高温度保持2-6个小时。

所述热处理的升温过程采用分段式，保证闸片表面与内部能够充分并均匀地固化。

分段式升温工艺参数如下：

由上述方法制备得到的合成闸片也属于本发明的保护范围。

所述合成闸片的摩擦系数和制动时温度如下：

速度(km/h)	制动压力(kN)	盘重(t)	摩擦系数	温度(℃)
					50	28	9	0.38-0.45	70-90
80	28	9	0.35-0.40	100-140
					120	28	9	0.35-0.40	140-180
140	28	9	0.3-0.38	200-280
					50	14	9	0.38-0.45	70-90
80	14	9	0.35-0.40	100-140
					120	14	9	0.35-0.40	140-180
140	14	9	0.3-0.38	200-280
					50	42	9	0.38-0.45	70-90
80	42	9	0.35-0.40	100-140
					120	42	9	0.35-0.40	140-180
140	42	9	0.3-0.38	200-280

在55kw连续制动10min的拖拽试验中，摩擦系数保持0.3以上，温度在420-550℃之间。

与目前广泛应用的合成材料相比，本发明具有的有益效果为：

1、本发明能够在高频率制动无降温过程的情况下，提供稳定、平稳的制动性能。使用由德国ZF公司制造的1：1惯性摩擦试验台测试在速度50km/h、80km/h、120km/h、140km/h,制动压力分别为28kN、14kN、42kN情况下连续制动200次，每次制动间隔30s，摩擦系数始终保持在0.3-0.4之间，温度逐渐升高至580℃；

2、本发明能够有效减少由于粉末冶金产品在制动过程中由于铜的消耗造成的环境污染，符合我国目前提倡的环保概念；

3、本发明能够有效降低客运时产生的制动噪音，提供更加舒适的制动体验。使用手持分贝测试仪，距离制动盘5-10m的范围内测得制动时噪音为60-80分贝；

4、本发明能够克服普通合成材料在使用过程中由于高温导致的摩擦系数热衰退，最终材料分解失效的问题，为合成材料的应用提供了更广阔的前景；

5、本发明所使用的原材料属于环境友好型材料，在制备和使用过程中对环境不会造成损害，属于环保型摩擦材料。

附图说明

图1为在德国ZF公司1：1惯性制动台上，使用速度分别为50km/h、80km/h、120km/h、140km/h，在三种不同制动压力28kN、14kN、42kN，制动盘负载9t情况下连续44次制动，每次制动间隔30s的摩擦系数曲线，以及55kW连续10min制动摩擦系数曲线。

图2为在德国ZF公司1：1惯性制动台上，使用速度分别为50km/h、80km/h、120km/h、140km/h，在三种不同制动压力28kN、14kN、42kN，制动盘负载9t情况下连续44次制动，每次制动间隔30s的温度曲线，以及55kW连续10min制动温度曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所使用的丁腈橡胶粉为Baymod N 34.52，矿物纤维为Lapinus牌号为RB210，硫化促进剂为PERGAN DC-40。所述钢背的材质为Q235钢，由厚度为1.5mm的冷轧板冲压折弯而成。

实施例1、合成制动闸片的制备

配方：

各组分的含量依次可为：丁苯胶乳：14％，丁腈橡胶粉：15％、酚醛树脂：15％，钢纤维：18％，针状硅灰石：6％，矿物纤维：5％，云母粉：2.5％，石墨：12％，氧化铝：3％，铁粉：3％，碳酸钙：5％，硫化促进剂：1.5％。

混料：

将丁苯乳胶、丁腈橡胶粉、酚醛树脂放入卧式螺带混合机，室温混合5min。

将钢纤维、针状硅灰石、矿物纤维放入卧式螺带混合机，室温混合8min。

将云母粉、石墨、氧化铝、铁粉、碳酸钙、硫化促进剂放入卧式螺带混合机，室温混合12min，得到混合料A。

烘料：将混合料A平摊至料盘中，在烘箱中使用80℃烘干3小时，后用6mm筛网破碎，得到颗粒料B。

压制：

室温下使用闸片模具将厚度为1.5mm钢背与颗粒料B，设置压力为14MPa，保压1min，得到冷胚C。

固化：

使用如下工艺对冷胚C进行固化，得到合成闸片。

温度(℃)	升温时间(h)	保温时间(h)
			室温-130	1	2
130-160	1	2.5
			160-200	1	4

制成的合成闸片使用德国ZF公司制造的1：1惯性试验台进行摩擦系数和温度测试，测试时使用手持分贝测试仪距离制动盘5m位置进行噪音测量，测试数据如图1、图2所示。

由图1和2可知：在速度50km/h、80km/h、120km/h、140km/h,制动压力分别为28kN、14kN、42kN情况下连续制动44次，每次制动间隔30s，摩擦系数始终保持在0.3-0.45之间，温度逐渐升高至580℃，制动过程中最高分贝为78dB。

与现有技术相比，本发明耐高温合成闸片的各组分中对于其耐高温性能最关键的原料为丁腈橡胶粉以及硫化促进剂。本发明中使用的硫化促进剂为DCP硫化促进剂，不同的硫化体系会对丁腈橡胶的门尼粘度、硫化特性以及硫化橡胶力学性能、动态粘弹性能、耐热空气老化、高温疲劳性能等性能产生影响。常温状态下，橡胶的拉伸强度大小排列依次为DCP体系硫化胶>CV体系硫化胶>EV体系硫化胶>SEV体系硫化胶；断裂伸长率大小依次为DVP体系硫化胶>CV体系硫化胶>EV体系硫化胶>SEV体系硫化胶；随着温度的升高，DCP体系硫化的闸片在高温环境下依然能保持较高的储能模量，DCP硫化体系能保持其较高的保持率，保证闸片基体的强度，从而能保证闸片在高温情况下的摩擦性能，不产生明显的热衰退，不会再高温环境下出现掉渣掉块的情况。

Claims

1.一种用于合成制动闸片的摩擦体，其特征在于：所述摩擦体的原料包括如下组分：丁苯胶乳、丁腈橡胶粉、酚醛树脂、钢纤维、针状硅灰石、矿物纤维、云母粉、铁粉、氧化铝、石墨、碳酸钙、硫化促进剂。

2.根据权利要求1所述的摩擦体，其特征在于：所述摩擦体的原料，按照质量百分含量计，各组分的含量依次为：丁苯胶乳：10-15％，丁腈橡胶粉：10-15％、酚醛树脂：10-15％，钢纤维：13-18％，针状硅灰石：3-7％，矿物纤维：2-5％，云母粉：1-3％，石墨：10-12％，氧化铝：2-3％，铁粉：2-6％，碳酸钙：4-8％，硫化促进剂：1％-2％。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦体，其特征在于：所述丁腈橡胶粉为BaymodN 34.52；

所述矿物纤维为硅酸铝纤维、玻璃纤维、石膏纤维、碳纤维，具体可为Lapinus牌号为RB210；

所述硫化促进剂为DCP橡胶硫化剂。

4.一种合成制动闸片，其组成包括权利要求1-3中任一项所述的摩擦体和钢背。

5.根据权利要求4所述的合成制动闸片，其特征在于：所述钢背的材质为Q235钢，由厚度为1-3mm的冷轧板冲压折弯而成。

6.制备权利要求4或5所述的合成制动闸片的方法，包括：

4)将所述混合料烘干，并破碎；

5)将破碎后的混合料与钢背一起压制成型，得到冷胚；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤5)中，所述压制成型的操作为：将破碎后的颗粒料B在温度10-40℃下使用闸片模具，压机压力为14-18MPa，保压20-120s与钢背一起压制成型，得到冷胚。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤6)中，所述热处理在烘箱中采用热风循环加电热系统进行；

所述热处理的总时长为7-15个小时，最高温度为180-240℃，最高温度保持2-6个小时。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述热处理的升温过程采用分段式；

工艺参数为：从室温到130℃，升温时间为1h，保温时间为2h；从130℃到160℃，升温时间为1h，保温时间为2.5h；从160℃到200℃，升温时间为1h，保温时间为4h。