CN111454471A - 一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法 - Google Patents

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庾正伟
张越
车明
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曹佐权
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Abstract

本发明公开了一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，包括如下步骤：步骤一、采用0.1～1％氨基丙基三甲氧基硅烷和γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，与稀释剂乙酸乙酯制成的改性液对玻璃纤维丝进行表面改性处理；步骤二、按如下组成成分及含量制备缠丝固化液：质量份为30～40份的液态酚醛树脂、质量份为10～30份的液态环氧树脂，质量份为1～5份γ‑氨丙基三乙氧基硅烷，质量份为30～50份的乙醇；步骤三、制备玻璃纤维缠绕层。与现有技术相比，本发明方法制备的玻璃纤维缠绕层，强度更高，能够牢固的粘接砂轮、各玻璃纤维丝层间接触良好。

Description

一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法。
背景技术
钢轨打磨砂轮是去除钢轨病害专用砂轮，由于在磨削工作时，高转速、高压力，为防止砂轮在使用时出现破裂，常在砂轮外圆周面上增加一定厚度的玻璃纤维层，要使玻璃丝牢固缠绕在砂轮上，需要缠丝固化液均匀润湿玻璃纤维。现有技术中常采用将环氧树脂溶于丙酮或工业酒精制成缠丝液，然后在缠绕玻璃纤维丝时逐层涂抹，使得玻璃纤维与砂轮、玻璃纤维各层之间结合。
现有技术中对玻璃纤维层的制备重视程度不够，具有以下几个缺陷：所使用玻璃纤维为常规玻纤，玻璃纤维难以被均匀润湿，在高速旋转的使用条件下，砂轮上的玻璃纤维缠绕层会出现部分或整体脱落的现象，造成砂轮破裂，掉落的玻璃纤维丝会影响列车安全行驶；对玻璃纤维丝与浸润性、粘结性能考虑不充分，不能够保证玻璃纤维丝各层之间、砂轮与玻璃纤维粘结牢固。使用单一的环氧树脂液作为固化液，效果并不理想。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、采用0.1～1％氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，与稀释剂乙酸乙酯制成的改性液对玻璃纤维丝进行表面改性处理；
步骤二、按如下组成成分及含量制备缠丝固化液：质量份为30～40份的液态酚醛树脂、质量份为10～30份的液态环氧树脂，质量份为1～5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷，质量份为30～50份的乙醇；
步骤三、制备玻璃纤维缠绕层。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明提供了一种高强度钢轨打磨砂轮缠绕层的制备方法，包括改性玻璃纤维丝的制备，对玻璃纤维进行表面处理，消除了玻璃纤维表面的杂质；提高玻璃纤维对树脂的浸润性，在玻璃纤维表面引入能够参与化学反应性的官能团，玻璃纤维与基体树脂形成了化学键，提高了玻璃纤维层的强度。本发明提供的一种高效且具有较高粘结性能的固化液对能够很快的浸润玻璃纤维丝，包覆在玻璃纤维表面，均匀性很好，树脂可快速渗透入玻璃纤维内部，使得玻璃纤维相互粘结牢固，缠上的玻璃纤维形成紧密的整体，保证了砂轮的强度。具体优点如下：
1、对玻璃纤维进行表面处理，消除了玻璃纤维表面的杂质，提高了玻璃纤维对树脂的浸润性；玻璃纤维表面引入能够参与化学反应性的官能团，玻璃纤维与树脂形成了化学键，粘结会更更牢固。
2、缠丝液固化液为复配固化液，具有较高粘结性能，能够很快的浸润玻璃纤维丝，包覆在玻璃纤维表面均匀性很好，树脂可快速渗透入玻璃纤维内部，使得玻璃纤维相互粘结牢固，缠上的玻璃纤维形成紧密的整体，保证了砂轮的强度。
3、本发明方法制备的玻璃纤维缠绕层，强度更高，能够牢固的粘接砂轮、各玻璃纤维丝层间接触良好。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度钢轨打磨砂轮缠绕层的制备方法，其包括一种改性的玻璃纤维丝的制备和一种润湿性好、粘结性能高、安全无毒的钢轨打磨砂轮缠丝固化液的制备。所述改性玻璃纤维丝，是对玻璃纤维进行表面处理，消除了玻璃纤维表面的杂质，提高玻璃纤维对树脂的浸润性，在玻璃纤维表面引入能够参与化学反应性的官能团，玻璃纤维与基体树脂形成了化学键，因而具有超高强度。所述缠丝固化液为环氧树脂和酚醛树脂的复配液，具有较高的粘结性能，且对玻璃纤维的润湿性好。所述玻璃纤维层与砂轮本体粘结牢固，在高转速、高压力下也不会脱落，能增强砂轮强度，在砂轮的整个使用周期中对砂轮起到保护作用。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
首先对玻璃纤维进行表面改性处理，表面改性液体由0.1～1％氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，其稀释剂为乙酸乙酯，其挥发性高，能在20min内完成表面改性。一种钢轨打磨砂轮缠丝固化液，其组成成分及含量如下：质量份为30～40份的液态酚醛树脂、质量份为10～30份的液态环氧树脂，质量份为1～5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷，质量份为30～50份的乙醇。
乙酸乙酯能够与氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷很好的互溶，乙酸乙酯能够很好的润湿玻璃纤维丝，其具有的高挥发性，能够在20min内，将玻璃纤维表面改性工作完成。
乙醇作为稀释剂，降低酚醛树脂、环氧树脂的粘度，保证酚醛树脂、环氧树脂能够均匀包覆在玻璃纤维丝上。
液态酚醛树脂是一种低聚合度的预聚体树脂，其亲水性高，能很好的润湿玻璃纤维，玻璃纤维丝能够紧密固化收缩在砂轮上。
环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，有助于提高粘附强度。
γ-氨丙基三乙氧基硅烷的加入能够提高树脂对改性玻璃纤维的粘结能力，使得相邻层的玻璃纤维能够形成一个整体，从而保证玻璃纤维丝不会从砂轮表面脱离。
以下结合具体实例对本发明的具体实施方法作进一步详细地说明。
实施例1
一种高强度钢轨打磨砂轮缠绕层的制备方法
制备步骤如下：
一、玻璃纤维丝改性处理
1、其组成成分及含量如下：质量份为0.2的氨基丙基三甲氧基硅烷、质量份为0.2的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，以及质量份为99.6的乙酸乙酯。
2、将配置好的材料加入到水浴温度为40℃的搅拌器中，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间为10min即可得到改性液。
3、将玻璃纤维丝通过改性液，浸润10s，玻璃纤维丝完全浸润。
4、玻璃纤维丝室温干燥，干燥时间20min，完成表面改性，待用。
二、玻璃纤维缠丝固化液制备
1、其组成成分及含量如下：质量份为30份的液态酚醛树脂、质量份为20份的环氧树脂液，质量份为3.5份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，质量份为46.5份的乙醇。
2、将配置好的材料加入到水浴温度为50℃的搅拌器中，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间为30分钟即可得到缠丝固化液。
三、玻璃纤维缠绕层制备
1、将缠丝固化液转移至缠丝机专用储液设备，设定水浴锅温度，保证固化液温度恒定。
2、将改性后的玻璃纤维丝通过固化液，时间1.5秒，完全浸润改性玻璃纤维丝，然后缠绕在砂轮上，来回缠绕4层，刮去玻璃纤维丝上多余的缠丝固化液，室温下干燥24h。
3、玻璃纤维层随砂轮进炉，进行固化，最终形成高强度的玻璃纤维层。
实施例2
一种高强度钢轨打磨砂轮缠绕层的制备方法
制备步骤如下：
一、玻璃纤维丝改性处理
1、其组成成分及含量如下：质量份为0.3的氨基丙基三甲氧基硅烷、质量份为0.3的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，以及质量份为99.4的乙酸乙酯。
2、将配置好的材料加入到水浴温度为40℃的搅拌器中，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间为10min即可得到改性液。
3、将玻璃纤维丝通过改性液，浸润10s，玻璃纤维丝完全浸润。
4、玻璃纤维丝室温干燥，干燥时间20min，完成表面改性，待用。
二、玻璃纤维缠丝固化液制备
1、其组成成分及含量如下：质量份为35份的液态酚醛树脂、质量份为15份的环氧树脂液，质量份为2.9份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，质量份为47.1份的乙醇。
2、将配置好的材料加入到水浴温度为50℃的搅拌器中，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间为30分钟即可得到缠丝固化液。
三、玻璃纤维缠绕层制备
1、将缠丝固化液转移至缠丝机专用储液设备，设定水浴锅温度，保证固化液温度恒定。
2、将改性后的玻璃纤维丝以0.3～1m/s的速度通过固化液，时间1.5秒，完全浸润改性玻璃纤维丝，然后缠绕在砂轮上，来回缠绕6层，刮去玻璃纤维丝上多余的缠丝固化液，室温下干燥24h。
3、玻璃纤维层随砂轮进炉，进行固化，最终形成高强度的玻璃纤维层。
按本发明所述方法制备的缠丝固化液经试验可达到的技术性能指标如下：
(1)改性玻璃纤维0.3～1m/s的速度通过本发明所制成的复配缠丝固化液，完全渗透润湿到玻璃纤维的时间不超过2秒，玻璃纤维被完全润湿。玻璃纤维包覆固化液，以每秒1～2转的转速被均匀缠绕在各类需要缠丝处理的钢轨打磨砂轮上，缠绕宽度根据砂轮技术要求进行调节来回缠绕4～6层，刮去玻璃纤维丝上多余的缠丝固化液。然后在室温下放置16～32小时，随砂轮固化曲线进行固化处理。
(2)砂轮在50m/s的速度下进行回转实验和现场试用，玻璃纤维层与砂轮本体粘结牢固，不松散，不脱落。

Claims (10)

1.一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、采用0.1～1％氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，与稀释剂乙酸乙酯制成的改性液对玻璃纤维丝进行表面改性处理；
步骤二、按如下组成成分及含量制备缠丝固化液：质量份为30～40份的液态酚醛树脂、质量份为10～30份的液态环氧树脂，质量份为1～5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷，质量份为30～50份的乙醇；
步骤三、制备玻璃纤维缠绕层。
2.根据权利要求1所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：步骤一所述改性液的制备方法为：
(1)按质量份数配置好氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和乙酸乙酯；
(2)将第(1)步配置好的材料加入到搅拌器中搅拌均匀即得到改性液。
3.根据权利要求2所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：所述搅拌器的水浴温度为40～60℃，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间为10～20min。
4.根据权利要求1所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：步骤一所述表面改性处理的方法为：首先将玻璃纤维丝通过改性液进行浸润，然后将玻璃纤维丝在室温下干燥，完成表面改性。
5.根据权利要求4所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：所述浸润时间为5～10s，所述干燥时间为10～20min。
6.根据权利要求1所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：步骤二所述缠丝固化液的制备方法为：
(1)按质量份数配置好液态酚醛树脂、液态环氧树脂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇；
(2)将第(1)步配置好的材料加入到搅拌器中搅拌均匀即得到缠丝固化液。
7.根据权利要求6所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：所述搅拌器的水浴温度为30℃～60℃，搅拌速度为100～300r/min，搅拌时间为20～30min。
8.根据权利要求1所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：步骤三所述制备玻璃纤维缠绕层的方法为：
(1)将经过表面改性处理的玻璃纤维丝通过缠丝固化液进行完全润湿；
(2)将完全润湿后包覆有固化液的玻璃纤维丝以每秒1～2转的转速均匀缠绕在钢轨打磨砂轮上；
(3)然后在室温下放置16～32小时，随砂轮固化曲线进行固化处理。
9.根据权利要求8所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：所述经过表面改性处理的玻璃纤维丝通过缠丝固化液的速度为0.3～1m/s，润湿时间不超过2秒。
10.根据权利要求8所述的一种高强度钢轨打磨砂轮玻璃纤维层的制备方法，其特征在于：在缠绕时按砂轮所需的缠绕宽度来回缠绕4～6层，缠绕完成后刮去玻璃纤维丝上多余的缠丝固化液。
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