CN109737157B

CN109737157B - 一种欧洲货车用超低摩合成闸瓦

Info

Publication number: CN109737157B
Application number: CN201910047027.9A
Authority: CN
Inventors: 宋呈威; 黄福然
Original assignee: Shandong Heze Detong New Material Technology Co ltd; Beijing Pulan Rail Transit 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: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: CN109737157A

Abstract

本发明的目的是提供一种能够替代铸铁闸瓦的超低摩擦系数的合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背。按照质量百分含量计，所述摩擦体各组分的含量依次为：顺丁橡胶：4％‑8％，钢纤维4％‑10％，腈纶纤维：1.5％‑3％，芳纶纤维：1.5％‑3％，液体顺丁橡胶：4‑8％，改性酚醛树脂：18％‑25％，石墨：20％‑30％，云母粉：2‑6％，硫酸钡：2％‑5％，氧化铝：0.5％‑2％，铁粉：1％‑3％，碳酸钙：3％‑6％，硫化促进剂：1％‑2％，其他填料：5％‑15％。本发明合成闸瓦具有超低摩擦系数，能够在不改变制动单元的情况下，替代铸铁闸瓦完成制动功能；减少由于磨屑中的化学成分导致对环境的污染。

Description

一种欧洲货车用超低摩合成闸瓦

技术领域

本发明涉及一种欧洲货车用制动装置，具体涉及一种欧洲货车用摩擦系数为0.08-0.12的超低摩擦系数合成闸瓦。

背景技术

欧洲大部分国家使用欧洲铁路联盟发布的UIC标准，所使用货车载重量一节车厢最高为90t，运营速度最高120km/h，目前使用的闸瓦绝大部分是铸铁闸瓦。

铸铁闸瓦的特点如下：

1、铸铁闸瓦中含有大量的磷元素，在使用过程中对环境造成了很大危害。

2、铸铁闸瓦重量较大，安装不方便。

3、其采用的铸造工艺消耗能源高，环境污染大。

4、铸铁闸瓦使用过程中极易产生车轮擦伤，对车轮和铁轨造成损伤。

5、铸铁闸瓦制动过程中易产生火花和噪音。

为了克服铸铁闸瓦对环境的影响和使用过程中对车辆的影响，需要一种能够在不改变制动单元的情况下，满足制动需要的合成闸瓦将其替代。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种能够替代铸铁闸瓦的超低摩擦系数的合成闸瓦。

本发明所提供的超低摩擦系数的合成闸瓦，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：顺丁橡胶、钢纤维、腈纶纤维、芳纶纤维、液体顺丁橡胶、酚醛树脂、石墨、云母粉、硫酸钡、氧化铝、铁粉、碳酸钙、硫化促进剂、硅灰石、硬脂酸钙。

按照质量百分含量计，各组分的含量依次可为：顺丁橡胶：4％-8％，钢纤维4％-10％，腈纶纤维：1.5％-3％，芳纶纤维：1.5％-3％，液体顺丁橡胶：4-8％，酚醛树脂：18％-25％，石墨：20％-30％，云母粉：2-6％，硫酸钡：2％-5％，氧化铝：0.5％-2％，铁粉：1％-3％，碳酸钙：3％-6％，硫化促进剂：1％-2％，硅灰石：3％-8％，硬脂酸钙2％-7％。

其中，液体顺丁橡胶与酚醛树脂的质量比可为：1：8-2：3。

具体地，按照质量百分含量计，各组分的含量依次可为：顺丁橡胶：4％，钢纤维6％，腈纶纤维：1.5％，芳纶纤维：2.5％，液体顺丁橡胶：6％，酚醛树脂：24％，石墨：29％，云母粉：6％，硫酸钡：5％，氧化铝：2％，铁粉：2％，碳酸钙：4％，硫化促进剂：1.5％，硅灰石：3.5％，硬脂酸钙3％。

所述液体顺丁橡胶具体可为：LBR液体丁二烯橡胶。

所述酚醛树脂具体可为FB8027购自南通住友电木有限公司。

所述硫化促进剂可为:PERGAN DC-40。

所述钢背的材质具体可为Q235钢，由厚度为4-5mm的冷轧板冲压折弯而成。

所述超低摩擦系数的合成闸瓦通过包括下述步骤的方法制备得到：

1)将顺丁橡胶、钢纤维投入到密炼机中混合；

2)将腈纶纤维、芳纶纤维投入到密炼机中继续混合；

3)将酚醛树脂、石墨、云母粉、硫酸钡、液体顺丁橡胶、氧化铝、铁粉、碳酸钙、硅灰石、硬脂酸钙投入到密炼机中继续混合；

4)将硫化促进剂投入到密炼机继续混合，得到混合料A；

5)将混合料A破碎，得到混合料B；

6)将混合料B与钢背一起压制成型，得到压胚；

7)对压制好的压胚进行热处理，让橡胶与树脂充分发生反应，得到合成闸瓦。

上述方法步骤1)中，所述混合的时间可为2-3min，混合过程中温度控制在室温-40℃。

上述方法步骤2)中，所述混合的时间可为2-3min，混合过程中温度控制在30℃-50℃。

上述方法步骤3)中，所述混合的时间可为3-5min，混合过程中温度控制在60-80℃。

上述方法步骤4)中，所述混合的时间可为2-3min，混合过程中温度控制在90-100℃。

上述方法步骤5)中，使得混合料A通过6mm的筛网进行破碎，获得粒度均匀的混合料B。

上述方法步骤6)中，所述压制成型的操作为：先将模具预热至120℃-180℃，使用压机压力12MPa-20MPa，保压10min-30min，得到压胚。

上述方法步骤7)中，所述热处理在烘箱中采用热风循环加电热系统进行，所述热处理总时长为8-22个小时，最高温度160-220℃，最高温度保持2-8个小时。

所述热处理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的固化。

所述分段式升温的具体工艺参数为：从室温到110℃，升温时间为1h，保温时间为1.5h；从110℃到160℃，升温时间为1h，保温时间为2h；从160℃到200℃，升温时间为1h，保温时间为4h。

由上述方法制备得到的合成闸瓦也属于本发明的保护范围。

所述合成闸瓦的摩擦系数如下：

速度(km/h)	制动压力(kN)	轴重(t)	摩擦系数(μ)
				100	16	5	0.17-0.19
100	60	5	0.09-0.11
				100	100	5	0.08-0.1
120	16	22.5	0.16-0.18
				120	60	22.5	0.08-0.1
120	100	22.5	0.07-0.09

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、本发明能够在不改变制动单元(不改变制动单元指在不调整转向架及制动器的情况下，依然沿用当前车辆所使用的制动单元)的情况下，替代铸铁闸瓦完成制动功能。

2、本发明能够有效减少由于磨屑中的化学成分导致对环境的污染。

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。铸铁闸瓦当与车轮进行制动时，会产生金属摩擦的噪音，而本发明是合成材料，质地较软，能降低噪音的产生。制动系统在制动时闸瓦与车轮之间的摩擦振动引起闸瓦、闸瓦瓦托以及车轮等产生自激震动形成噪音，铸铁闸瓦在运行过程中，由于自重较大，震动幅度较高，经现场车辆制动时使用手持分贝测量仪距离车辆10m处测得制动噪音在90-110dB，而本发明在车辆制动时使用手持分贝测量仪距离车辆10m处测得制动噪音在60-80dB。

4、本发明能够大量减少目前欧洲货运路段中的车轮擦伤，铁轨划伤，金属镶嵌等问题。

5、本发明能够降低制动闸瓦的更换周期，降低人员劳动成本，和铁路运营成本。

附图说明

图1a表示制成的超低摩合成闸瓦在干燥状态下，5t轴重,制动压力16kN时的平均摩擦系数。

图1b表示制成的超低摩合成闸瓦在潮湿状态下，5t轴重,制动压力6kN时的平均摩擦系数。

图1c表示制成的超低摩合成闸瓦在干燥状态下，22.5t轴重，制动压力60kN时的平均摩擦系数。

图1d表示制成的超低摩合成闸瓦在干燥状态下，22.5t轴重，制动压力100kN时的平均摩擦系数。

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液体顺丁橡胶为LBR液体丁二烯橡胶；酚醛树脂为FB8027购自南通住友电木有限公司；所述硫化促进剂为:PERGAN DC-40。

实施例1

配方：

各组分的含量依次可为：顺丁橡胶：4％，钢纤维6％，腈纶纤维：1.5％，芳纶纤维：2.5％，液体顺丁橡胶：6％，酚醛树脂：24％，石墨：29％，云母粉：6％，硫酸钡：5％，氧化铝：2％，铁粉：2％，碳酸钙：4％，硫化促进剂：1.5％，硅灰石：3.5％，硬脂酸钙3％。

密炼：

将顺丁橡胶、钢纤维投入到密炼机中混合2min，温度为22℃；

将腈纶纤维、芳纶纤维投入到密炼机中继续混合2min，温度为23℃；

将酚醛树脂、石墨、云母粉、硫酸钡、液体顺丁橡胶、氧化铝、铁粉、碳酸钙、硅灰石、硬脂酸钙投入到密炼机中继续混合4min，温度为65℃；

将硫化促进剂投入到密炼机继续混合2min，温度为80℃，得到混合料A。

压制：

先将模具预热至140℃，使用压机压力18MPa，保压20min，得到压胚B。

固化：

使用如下固化工艺固化产品，得到成品C：

制成的超低摩合成闸瓦，其硬度为90-100HRR，使用洛式硬度计测得。

使用捷克斯洛伐克兹林纳大学惯性台架KDMT(ZSSK)，依据UIC 541-4标准中A2_b试验大纲测试，测试结果如图1所示，符合设计标准。

与现有技术相比，本发明合成闸瓦的各组分中对于性能其关键作用的是液体顺丁橡胶、酚醛树脂及石墨。

液体顺丁橡胶与酚醛树脂在促进剂的作用下可以调节产品的压缩强度，将硬度与压缩强度控制在合理的范围内，能够保证产品在空载(轴重低于5t)时的摩擦系数保持在0.17-0.19，在重载(轴重大于18t)时的摩擦系数保持在0.08-0.1。液体顺丁橡胶与酚醛树脂的质量比可为：1：8至2：3。如增加液体顺丁橡胶的含量并降低酚醛树脂的含量，其硬度降低，如液体顺丁橡胶与酚醛树脂的质量比为1：6时，其硬度在90HRR以上，摩擦系数在0.08-0.1之间，如将其质量比调整为2：5时，其硬度则在60-90HRR之间，其摩擦系数在0.1-0.14之间。

同时液体顺丁橡胶和酚醛树脂可调节产品的硬度，通过控制硬度以降低产品在制动过程中的噪音。

如不加入以上两种物质，产品基体强度将受到影响，制动过程中由于基体强度交底，可能导致闸瓦的摩擦系数较高或者制动噪音很大。

石墨的含量是调节闸瓦摩擦系数的关键原材料，石墨在制动过程中起到重要的润滑作用，能够在闸瓦与车轮之间形成润滑层，润滑层既能降低摩擦系数，也能减少闸瓦和车轮的磨耗，延长其使用寿命。当石墨含量低于20％时，在轴重大于15t情况下进行紧急制动，其摩擦系数约为0.12，当石墨含量高于20％时，在轴重大于15t情况下，其摩擦系数约为0.09。

Claims

1.一种合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背；

所述摩擦体的原料为如下组分：顺丁橡胶、钢纤维、腈纶纤维、芳纶纤维、液体顺丁橡胶、酚醛树脂、石墨、云母粉、硫酸钡、氧化铝、铁粉、碳酸钙、硫化促进剂、硅灰石、硬脂酸钙；

按照质量百分含量计，所述摩擦体各组分的含量依次为：顺丁橡胶：4％-8％，钢纤维4％-10％，腈纶纤维：1.5％-3％，芳纶纤维：1.5％-3％，液体顺丁橡胶：4-8％，酚醛树脂：18％-25％，石墨：20％-30％，云母粉：2-6％，硫酸钡：2％-5％，氧化铝：0.5％-2％，铁粉：1％-3％，碳酸钙：3％-6％，硫化促进剂：1％-2％，硅灰石：3％-8％，硬脂酸钙2％-7％，其中，液体顺丁橡胶与酚醛树脂的质量比为：1：8-2：3；

所述液体顺丁橡胶为LBR液体丁二烯橡胶；

所述的合成闸瓦是由包括如下步骤的方法制备得到的：

1)将顺丁橡胶、钢纤维投入到密炼机中混合；

2)将腈纶纤维、芳纶纤维投入到密炼机中继续混合；

4)将硫化促进剂投入到密炼机继续混合，得到混合料A；

5)将混合料A破碎，得到混合料B；

6)将混合料B与钢背一起压制成型，得到压胚；

2.根据权利要求1所述的合成闸瓦，其特征在于：所述硫化促进剂为PERGAN DC-40。

3.根据权利要求1或2所述的合成闸瓦，其特征在于：所述钢背的材质为Q235钢，由厚度为4-5mm的冷轧板冲压折弯而成。

4.一种制备权利要求1-3中任一项所述的合成闸瓦的方法，包括：

1)将顺丁橡胶、钢纤维投入到密炼机中混合；

2)将腈纶纤维、芳纶纤维投入到密炼机中继续混合；

4)将硫化促进剂投入到密炼机继续混合，得到混合料A；

5)将混合料A破碎，得到混合料B；

6)将混合料B与钢背一起压制成型，得到压胚；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤6)中，所述压制成型的操作为：先将模具预热至120℃-180℃，使用压机压力12MPa-20MPa，保压10min-30min，得到压胚。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：步骤7)中，所述热处理总时长为8-22个小时，最高温度160-220℃，最高温度保持2-8个小时。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述热处理升温过程采用分段式，工艺参数为：从室温到110℃，升温时间为1h，保温时间为1.5h；从110℃到160℃，升温时间为1h，保温时间为2h；从160℃到200℃，升温时间为1h，保温时间为4h。