CN109867487A - 研磨子材料及研磨子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研磨子材料及研磨子的制备方法，研磨子材料中各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为：粘结剂14%～20%，橡胶粉末3%～9%，增粘填料22%～34%，修形填料22%～34%，增强纤维5%～38%，石油焦1%～4%。由本发明的研磨子材料所制备的研磨子同时具有改善轮轨粘着系数，辅助车辆制动以及减少车轮裂纹和擦伤、降低车轮多边形的形成几率的作用；此外重量轻，容易安装；在与车轮接触过程中，噪音小，不会对车轮造成伤害；可以有效清除附着在车轮表面的异物；同时摩擦材料中不存在石棉以及有害重金属物质，环保无污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种研磨材料，具体涉及一种用于制备动车踏面清扫装置的研磨子的材料及研磨子的制备方法。
背景技术
由于动车组速度的提高和大功率盘形制动的应用，使得车轮与轨道之间有效利用黏着系数问题变得非常突出。为了提高制动性能，时速200km及以上的动车组装有研磨子。研磨子是动车车辆踏面清扫装置上的一个部件，固定在转向架的制动夹钳支持架上。在制动时，将研磨子压在踏面上进行清扫，保证了车轮踏面具有良好的表面状态，在车辆行驶过程中能清除附着在车轮踏面上的尘埃、锈迹、油脂等。同时，研磨子在雨雪天气等润湿状态下有增强轮轨之间黏着力的作用，通常使用研磨子时的黏着力是未使用研磨子时的150%，从而保证动车车辆在制动过程中避免空转和打滑。此外研磨子还具有修复车轮表面缺陷和不圆度的功能，能够及时消除车轮表面的疲劳毛细裂纹，避免车轮表面出现剥离现象，从而消除轮轨之间的高频振动。
研磨子的摩擦、磨损性能关系到研磨子实际功能，研磨子要求有适当的磨损率、合理的摩擦系数，同时研磨子材料既要有足够的硬度，又不能损伤车轮踏面。
现有的研磨子材料采用四元复合结构组成，即粘结剂、摩擦颗粒和增强材料、摩擦性能调节剂及填充料四部分组成。
中国专利文献CN 102432978A（申请号 201110235984.8）公开了一种用于动车踏面清扫器研磨子及其制造方法，该研磨子由复合材料制成，所述复合材料的各组分的重量百分比分别为：改性酚醛树脂6818：24.11％、还原铁粉：35.03 ％、铜纤维：13.62％、钢纤维：6.03％、海泡石：4.61％、钾长石：4.54％、 石墨：4.40％、冰晶石：3.90％、氧化铝：3.76％。在该申请中，进一步介绍了：采用了6818 改性树脂作为粘合剂，直接利用了丁腈橡胶改性酚醛树脂，降低了研磨子的压缩模量，减少对车轮的热损伤；采用6818改性树脂作为粘合剂，改善了研磨子的成型工艺，避免了使用橡胶时的双辊混炼(效率低)；同时改善了同样做法时所采用的胶粉起不到降低压缩模量的目的。采用了铜纤维作为增强材料，起到增强作用，同时具有传到摩擦热，提高了研磨子的整体热传导效率，避免了踏面温度过高。采用长纤维的海泡石，提高了研磨子的冲击强度，降低了研磨子“掉渣掉块”的可能。采用冰晶石为原料，对高温状态时，一部分改性树脂裂解后，冰晶石对各种填料能起到一定的粘合作用，使研磨子在高温状态有了新的粘合剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有增粘、修形功能的研磨子材料及研磨子的制备方法。
为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。
按照本发明的第一方面，提供一种研磨子材料，各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为：粘结剂14%～20%，橡胶粉末3%～9%，增粘填料22%～34%，修形填料22%～34%，增强纤维5%～38%，石油焦1%～4%。
按照本发明的第二方面，提供一种用上述研磨子材料制备而成的动车踏面清扫装置的研磨子。
按照本发明的第三方面，提供一种研磨子的制备方法，包括以下步骤：
①混料；按照各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为粘结剂14%～20%，橡胶粉末3%～9%，增粘填料22%～34%，修形填料22%～34%，增强纤维5%～38%，石油焦1%～4%的配方，将称取的各原料依次倒入混料机中，混料15～30min；
②将步骤①混合后得到的粉料装入模具中，启动热压机，热压温度控制在120℃～200℃，在压力100～300kg/cm2下加压10～40min；
③将步骤②热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行二次固化，在 120～160℃下固化4～8h，得到研磨子成品。
本发明具有积极的效果：
（1）本发明的研磨子材料中同时包括了增粘填料和修形填料。对于研磨子，其中含有的增粘填料越多，则耐磨性越差，寿命越低；而修形填料越多，则研磨子的耐磨性越好，使用寿命越高，但是增粘性能将会降低。本发明平衡了研磨子材料中增粘填料与修形填料各自的含量，使得研磨子的综合性能最佳。
（2）本发明的研磨子材料的增粘填料选用的组分，均具有很好的增粘和附着作用，在研磨子的作业过程中，研磨子上剥落的粉末中含有的增粘填料可以很好地附着在铁轨上；另外，增粘填料中的二氧化硅是列车撒砂的主要成分，具有很好的增粘效果，但是申请人考虑到过量的二氧化硅会擦伤车轮，因此本发明将材料中二氧化硅含量控制在1%～4%。
（3）本发明的研磨子材料中的修形填料，选用的碳化硅、刚玉、氧化锌，碳化硅及刚玉具有很高的硬度，一方面可以很好的改善车轮踏面粗糙度，另一方面可以很好的打磨车轮不圆部位，氧化锌的硬度与其他两种原料相比硬度较低，但是氧化锌具有一定的抛光效果，可以有效去除车轮在运行过程中的微观裂纹。
（4）本发明的研磨子材料中的粘合剂主要用于胶结原料中的纤维和填料，对研磨子的寿命及性能有很大的影响；橡胶粉末是改善研磨子的冲击韧性及低温脆性的重要成分；增强纤维中的碳纤维、铜纤维及芳纶纤维主要影响研磨子的拉伸及压缩强度，防止在使用过程中出现掉渣、掉块的现象，其中铜纤维还具有传递摩擦热的作用；石油焦是一种多孔减摩材料，一方面能够有效降低研磨子在使用过程中产生的噪声，另一方面能够提高研磨子的耐磨性能。
（5）本发明所制备的的研磨子的密度是2.1～3.2g•cm-3，硬度（HRR）可达109～118，摩擦系数为可达0.58～0.63，压缩强度可达187～215 MPa，压缩模量可达3.2～3.9GPa，冲击强度4.7以上。在试验过程中，研磨子没有出现破裂、碎裂、掉块、急剧磨耗等现象，使用本发明的研磨子时，车轮踏面没有出现擦伤、急剧磨耗、剥离等损伤，轮缘磨耗正常。
（6）本发明所制备的的研磨子同时具有改善轮轨粘着系数，辅助车辆制动以及减少车轮裂纹和擦伤、降低车轮多边形的形成几率的作用；此外重量轻，容易安装；在与车轮接触过程中，噪音小，不会对车轮造成伤害；可以有效清除附着在车轮表面的异物；同时摩擦材料中不存在石棉以及有害重金属物质，环保无污染。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
本申请提供以下技术方案：技术方案1，一种研磨子材料，各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为：粘结剂14%～20%，橡胶粉末3%～9%，增粘填料22%～34%，修形填料22%～34%，增强纤维5%～38%，石油焦1%～4%。
技术方案2，如技术方案1所述的研磨子材料，其中，相对于所述研磨子材料总重，橡胶粉末的重量百分比为7%～9%。
技术方案3，如技术方案1所述的研磨子材料，其中，相对于所述研磨子材料总重，增粘填料的重量百分比为22%～30%。
技术方案4，如技术方案1所述的研磨子材料，其中，相对于所述研磨子材料总重，修形填料的重量百分比为22%～30%。
技术方案5，如技术方案1所述的研磨子材料，其中，相对于所述研磨子材料总重，石油焦的重量百分比为2%～3%。
技术方案6，如技术方案1所述的研磨子材料，其中，相对于所述研磨子材料总重，增强纤维的重量百分比为16%～22%。
技术方案7，如技术方案1至6之一所述的研磨子材料，其中，粘结剂为未改性的酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。
技术方案8，如技术方案1至6之一所述的研磨子材料，其中，橡胶粉末为丁腈橡胶粉末，粒度为60目。
技术方案9，如技术方案1至6之一所述的研磨子材料，其中，增粘填料为二氧化硅粉末与铝合金粉末、铜粉、还原铁粉中的一种或一种以上的混合物。
技术方案10，如技术方案9所述的研磨子材料，其中，二氧化硅粉末的含量为研磨子材料总重的1%～4%。
技术方案11，如技术方案9所述的研磨子材料，其中，增粘填料的粒度有50～100目、100～200目两种范围，不同粒度范围的粉末搭配使用，粒度为50～100目的增粘填料与粒度为100～200目的增粘填料的重量比为1∶4～5。
技术方案12，如技术方案11所述的研磨子材料，其中，粒度为50～100目的增粘填料与粒度为100～200目的增粘填料的重量比为1∶5。
技术方案13，如技术方案1至6之一所述的研磨子材料，其中，修形填料为碳化硅、刚玉、氧化锌中的两种或三种。
技术方案14，如技术方案13所述的研磨子材料，其中，修形填料的粒度有100～200目、200～300目两种范围，不同粒度范围的粉末搭配使用，粒度为100～200目的修形填料与粒度为200～300目的修形填料的重量比为2∶2～3。
技术方案15，如技术方案14所述的研磨子材料，其中，粒度为100～200目的修形填料与粒度为200～300目的修形填料的重量比为2∶3。
技术方案16，如技术方案1至6中任一所述的研磨子材料，其中，增强纤维为碳纤维、铜纤维、芳纶纤维的中的一种或一种以上的混合物。
技术方案17，如技术方案1至6中任一所述的研磨子材料，其中，增粘填料与修形填料的重量比为1∶0.5～1.6。
技术方案18，一种用技术方案1的研磨子材料制备而成的动车踏面清扫装置的研磨子。
技术方案19，一种研磨子的制备方法，包括以下步骤：
①混料；按照各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为粘结剂14%～20%，橡胶粉末3%～9%，增粘填料22%～34%，修形填料22%～34%，增强纤维5%～38%，石油焦1%～4%的配方，将称取的各原料依次倒入混料机中，混料15～30min。
②将步骤①混合后得到的粉料装入模具中，启动热压机，热压温度控制在120℃～200℃，在压力100～300kg/cm2下加压10～40min。
③将步骤②热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行二次固化，在120～160℃下固化4～8h，得到研磨子成品。
（实施例1）
本实施例的研磨子材料中各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为：粘结剂14%，橡胶粉末7%，增粘填料30%，修形填料30%，增强纤维16%，石油焦3%。
粘结剂为酚醛树脂（未改性的酚醛树脂）、环氧改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。本实施例中的粘结剂为未改性的酚醛树脂。
橡胶粉末为丁腈橡胶粉末，粒度为60目。
增粘填料为二氧化硅粉末与铝合金粉末、铜粉、还原铁粉中的一种或一种以上的混合物。增粘填料的粒度有50～100目、100～200目两种范围，不同粒度范围的粉末搭配使用，粒度为50～100目的增粘填料与粒度为100～200目的增粘填料的重量比为1∶4～5，本实施例中为1∶5（100目粉末与200目粉末重量比为1∶5）。本实施例所用的增粘填料由二氧化硅与铝合金粉末组成，且二氧化硅的含量为研磨子材料总重的2%。
修形填料为碳化硅、刚玉、氧化锌中的两种或三种，修形填料的粒度包括100～200目、200～300目两种范围，不同粒度范围的粉末搭配使用，粒度为100～200目的修形填料与粒度为200～300目的修形填料的重量比为2∶2～3，本实施例中为200目的修形填料与300目的修形填料的重量比为2∶3。本实施例所用的修形填料由碳化硅和氧化锌组成，碳化硅和氧化锌的重量比为1∶5。
增强纤维为碳纤维、铜纤维、芳纶纤维中的一种或一种以上的混合物。本实例的增强纤维为碳纤维、铜纤维和芳纶纤维的混合物，相对于所述研磨子材料总重，各纤维的重量百分比为碳纤维7%、铜纤维7%、芳纶纤维2%。
按照上述配比，制备研磨子包括以下步骤：
①混料。按照上述配方比例，将称取的各原料依次倒入犁刀式混料机中，混料时间20min。各原料称取前需确保干燥无变质。
②将步骤①混合后得到的粉料装入模具中，启动热压机，热压温度控制在140℃，在压力150kg/cm2下加压20min。
③将步骤②热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行二次固化，在120℃下固化6h。待自然冷却到60℃以下后打开固化炉门，从固化炉中取出研磨子成品。
对本实施例制得的研磨子的性能进行测试，测试方法和结果如下。
按照TB/T 3196-2015《机车用合成闸瓦》的试验方法进行试验，测得本实施例的研磨子密度是2.8g•cm-3，硬度（HRR）118，摩擦系数为0. 6，压缩强度187 MPa，压缩模量3.2GPa，冲击强度4.7KJ/m2。
（实施例2）
本实施例的研磨子材料中各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为：粘结剂20%，橡胶粉末9%，增粘填料30%，修形填料22%，增强纤维17%，石油焦2%。
本实施例中的粘结剂为腰果壳油改性酚醛树脂。
本实施例所用的增粘填料由二氧化硅与还原铁粉组成，且二氧化硅的含量为研磨子材料总重的4%。
本实施例所用的修形填料由刚玉和氧化锌组成，刚玉和氧化锌的重量比为1∶4。
增强纤维为碳纤维、铜纤维和芳纶纤维的混合物，相对于所述研磨子材料总重，各纤维的重量百分比为碳纤维7%、铜纤维7%、芳纶纤维3%。
本实施例的研磨子的制备方法其余与实施例1相同，不同之处在于：
步骤①中混料时间为25min。
步骤②中，将步骤①混合后得到的粉料装入模具中后，在130℃、压力100kg/cm2下加压15min。
步骤③中，进行二次固化时，在 130℃下固化8h。
按照实施例1的检测方法对本实施例的研磨子进行检测，测得结果如下：研磨子密度是2.9g•cm-3，硬度（HRR）109，摩擦系数为0. 58，压缩强度201 MPa，压缩模量3.5 GPa，冲击强度5.1KJ/m2。
（实施例3）
本实施例的研磨子材料中各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为：粘结剂18%，橡胶粉末9%，增粘填料22%，修形填料26%，增强纤维22%，石油焦3%。
本实施例中的粘结剂为酚醛树脂和环氧改性酚醛树脂的混合物，酚醛树脂和环氧改性酚醛树脂的重量比为1∶1。
本实施例所用的增粘填料由二氧化硅与铝合金粉末、铜粉组成，且二氧化硅的含量为研磨子材料总重的2%，铝合金粉末与铜粉的重量比为1∶1。
本实施例所用的修形填料由碳化硅、刚玉和氧化锌组成，碳化硅、刚玉和氧化锌的重量比为1∶1∶4。
增强纤维为碳纤维、铜纤维和芳纶纤维的混合物，相对于所述研磨子材料总重，各纤维的重量百分比为碳纤维8%、铜纤维11%、芳纶纤维3%。
按照实施例1的检测方法对本实施例制备的研磨子进行检测，测得结果如下：研磨子密度是3.1g•cm-3，硬度（HRR）113，摩擦系数0. 61，压缩强度215MPa，压缩模量3.4 GPa，冲击强度5.4KJ/m2。
（实施例4至实施例16）
实施例4至实施例16的研磨子材料的各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比见下表1。
表1 研磨子材料的组分及重量百分比（wt%）
实施例4至实施例6的研磨子材料的各组分与实施例1相同；其中实施例4的增强纤维中，相对于所述研磨子材料总重，各纤维的重量百分比为碳纤维17%、铜纤维17%、芳纶纤维4%；实施例5的增强纤维中，相对于所述研磨子材料总重，各纤维的重量百分比为碳纤维12%、铜纤维12%、芳纶纤维3%；实施例6的增强纤维中，相对于所述研磨子材料总重，各纤维的重量百分比为碳纤维2%、铜纤维2%、芳纶纤维1%。
实施例7至实施例10的研磨子材料的各组分其余与实施例1相同，不同之处在于增强纤维由碳纤维、铜纤维组成，碳纤维、铜纤维的重量比为1:1。
实施例11至实施例13的研磨子材料的各组分其余与实施例3相同，不同之处在于增强纤维为碳纤维。
实施例14至实施例16的研磨子材料的各组分其余与实施例2相同，不同之处在于粘结剂为环氧改性酚醛树脂。
按照实施例1的方法将实施例4至实施例16的研磨子材料制作成研磨子，按照TB/T3196-2015《机车用合成闸瓦》的试验方法进行试验，由各实施例的研磨子材料制备的研磨子的性能见下表2：
表2
各研磨子试样在试验过程中，研磨子没有出现破裂、碎裂、掉块、急剧磨耗等现象，使用本发明的研磨子时，车轮踏面没有出现擦伤、急剧磨耗、剥离等损伤，轮缘磨耗正常。
试验发现，本发明所制备的的研磨子同时具有改善轮轨粘着系数，辅助车辆制动以及减少车轮裂纹和擦伤、降低车轮多边形的形成几率的作用；此外重量轻，容易安装；在与车轮接触过程中，噪音小，不会对车轮造成伤害；可以有效清除附着在车轮表面的异物；同时摩擦材料中不存在石棉以及重金属物质，环保无污染。
Claims (17)
1.一种研磨子材料，其特征在于，各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为：粘结剂14%～20%，橡胶粉末3%～9%，增粘填料22%～34%，修形填料22%～34%，增强纤维5%～38%，石油焦1%～4%。
2.根据权利要求1所述的研磨子材料，其特征在于：相对于所述研磨子材料总重，橡胶粉末的重量百分比为7%～9%。
3.根据权利要求1所述的研磨子材料，其特征在于：相对于所述研磨子材料总重，增粘填料的重量百分比为22%～30%。
4.根据权利要求1所述的研磨子材料，其特征在于：相对于所述研磨子材料总重，修形填料的重量百分比为22%～30%。
5.根据权利要求1所述的研磨子材料，其特征在于：相对于所述研磨子材料总重，石油焦的重量百分比为2%～3%。
6.根据权利要求1所述的研磨子材料，其特征在于：相对于所述研磨子材料总重，增强纤维的重量百分比为16%～22%。
7.根据权利要求1至6之一所述的研磨子材料，其特征在于：所述粘结剂为未改性的酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。
8.根据权利要求1至6之一所述的研磨子材料，其特征在于：橡胶粉末为丁腈橡胶粉末。
9.根据权利要求1至6之一所述的研磨子材料，其特征在于：增粘填料为二氧化硅粉末与铝合金粉末、铜粉、还原铁粉中的一种或一种以上的混合物。
10.根据权利要求9所述的研磨子材料， 其特征在于：二氧化硅粉末的含量为研磨子材料总重的1%～4%。
11.根据权利要求9所述的研磨子材料，其特征在于：增粘填料的粒度有50～100目、100～200目两种范围，不同粒度范围的粉末搭配使用，粒度为50～100目的增粘填料与粒度为100～200目的增粘填料的重量比为1∶4～5。
12.根据权利要求1至6之一所述的研磨子材料，其特征在于：修形填料为碳化硅、刚玉、氧化锌中的两种或三种。
13.根据权利要求12所述的研磨子材料，其特征在于：修形填料的粒度有100～200目、200～300目两种范围，不同粒度范围的粉末搭配使用，粒度为100～200目的修形填料与粒度为200～300目的修形填料的重量比为2∶2～3。
14.根据权利要求1至6之一所述的研磨子材料，其特征在于：增强纤维为碳纤维、铜纤维、芳纶纤维的中的一种或一种以上的混合物。
15.根据权利要求1至6之一所述的研磨子材料，其特征在于：增粘填料与修形填料的质量比为1∶0.5～1.6。
16.一种用权利要求1的研磨子材料制备而成的动车组踏面清扫装置的研磨子。
17.一种研磨子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①混料；按照各组分及其相对于所述研磨子材料总重的重量百分比为粘结剂14%～20%，橡胶粉末3%～9%，增粘填料22%～34%，修形填料22%～34%，增强纤维5%～38%，石油焦1%～4%的配方，将称取的各原料依次倒入混料机中，混料15～30min；
②将步骤①混合后得到的粉料装入模具中，启动热压机，热压温度控制在120℃～200℃，在压力100～300kg/cm2下加压10～40min；
③将步骤②热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行二次固化，在 120～160℃下固化4～8h，得到研磨子成品。
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