CN113524053A - 一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石及其制备方法，该磨石原料含有改性玄武岩纤维，玄武岩纤维改性方法为：将玄武岩纤维高温烘烤后，用NaOH溶液进行浸润刻蚀，浸润刻蚀后干燥，然后用含硅烷偶联剂KH550的酒精溶液进行浸泡，浸泡后干燥。将磨石原料经混料、成型、烧结三个步骤即可制得磨石。本发明制作的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，具有高强度、高韧性和出刃能力强的性能；磨石的磨削量大、磨耗量小以及打磨过程中火花量大且均匀，打磨温度低，打磨后钢轨表面质量好，不易烧伤钢轨。

Description

一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢轨打磨磨石制造技术领域，具体涉及一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石及其制备方法。
背景技术
由于列车的动力作用、自然环境影响和钢轨本身质量等原因，钢轨经常会有发生损伤的情况，如表面出现波磨、鱼鳞纹、掉块、肥边以及擦伤等现象，造成了钢轨寿命缩短、影响行车安全性及稳定性等问题。钢轨打磨技术是近年来在国内外兴起的一项重要的钢轨维修养护技术，通过磨石对钢轨表面进行打磨，以消除表面缺陷、表面病害，将钢轨轮廓恢复到原始设计要求，从而减缓钢轨表面缺陷的发展，提高钢轨表面平滑度，进一步可改善旅客乘车舒适度，降低噪音，钢轨打磨对保证路线质量、钢轨使用寿命具有重要的意义。钢轨打磨磨石的好坏决定了钢轨打磨的质量高低，目前，国产钢轨打磨磨石存在自锐性差、磨削能力弱、耐磨性差、易烧伤钢轨等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石及其制备方法，以解决现有钢轨打磨磨石存在自锐性差、磨削能力弱、耐磨性差、易烧伤钢轨的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，该磨石包括以下重量份的原料：锆刚玉80～120份，棕刚玉80～120份，黄铁矿粉4～10份，冰晶石4～10份，重晶石粉4～10份，碳酸钙4～10份，铜粉4～10份，液态环氧树脂10～25份，酚醛树脂粉10～25份和改性玄武岩纤维1～10份。
进一步，磨石包括以下重量份的原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份，酚醛树脂粉20份和改性玄武岩纤维5份。
进一步，改性玄武岩纤维由以下方法制得：将玄武岩纤维在200～500℃高温烘烤10～15h，然后用质量分数为20～55％的NaOH溶液浸润刻蚀0.5～2h，再于50～100℃干燥20～60min，最后在含有质量分数为4～5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡1～3h，再于50～100℃干燥20～60min，制得。
进一步，改性玄武岩纤维由以下方法制得：将玄武岩纤维在250℃高温烘烤12h，然后用质量分数为40％的NaOH溶液浸润刻蚀1h，再于80℃干燥30min，最后在含有质量分数为5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡2h，再于80℃干燥30min，制得。
进一步，改性的玄武岩纤维的形状为圆柱形，直径为10～25μm，长径比为4～13。
本发明还提供一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石的制备方法，包括以下步骤：将上述磨石原料按重量比例混合后，进行混料、成型、烧结，制得。
进一步，混料过程中用振动法处理原料10～50min，振动后球磨混合原料10～30min。
进一步，混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为30～75根/mm2。
进一步，成型过程中成型压力为20～40bar，成型保压时间为10-20min。
进一步，烧结过程中烧结温度为190～205℃，烧结时间为8-10h。
本发明的有益效果为：
玄武岩纤维本身具较强的力学性能，将其添加到树脂中，可以提高磨石强度及耐磨性，经过处理后的改性玄武岩纤维能够与树脂基体更加紧密的结合，可以起到钉扎的作用，阻断树脂中裂纹扩散的过程，从而更加增强磨石强度。高温烘烤能够去除玄武岩纤维表面的浸润剂层，保证玄武岩纤维基体与树脂的直接接触；NaOH溶液浸润能够刻蚀玄武岩纤维表面，使表面产生沟槽或者凹陷，增加了玄武岩纤维的比表面积，使树脂和硅烷偶联剂更容易渗入到纤维表面的沟槽和凹陷中，提高了纤维表面活性基团的含量，也起到了锚固的作用，从而提高了纤维与树脂的结合力；硅烷偶联剂在化学结构上有双官能团，具有活性官能团的一端与玄武岩纤维表面发生反应形成化学键，另一端与树脂基体发生化学反应或者物理缠绕，从而在两相之间起到“桥梁”的作用，将两者牢固的连在一起，有效提高了纤维与树脂的粘结性，用硅烷偶联剂处理的优点在于不损伤纤维本身的力学性能，且又有较好的界面改性效果。
改性玄武岩纤维通过提高树脂把持力，有利于磨料进行连续切削，提高磨削量；部分改性玄武岩纤维在打磨过程中破碎进入磨削界面，引起三体磨损，进而降低了摩擦系数，减轻磨削热效应，磨削热降低，表面温度变化较轻，钢轨表面烧伤减轻，表面质量提高。
本发明提供的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，具有高强度、高韧性，出刃能力强的性能，磨石的磨削量大、磨耗量小，打磨过程中火花量大且均匀，打磨温度低，打磨后钢轨表面质量好，不易烧伤钢轨。
附图说明
图1为玄武岩纤维形貌图；
图2为玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石形貌图。
具体实施方式
以下所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、将玄武岩纤维(直径为20μm、长度为260μm)在250℃高温烘烤12h，然后用质量分数40％的NaOH溶液浸润刻蚀1h，再于80℃干燥30min，最后在含有质量分数为5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡2h，再于80℃干燥30min，制得改性玄武岩纤维。
2、按重量份称取磨石原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份，酚醛树脂粉20份和改性玄武岩纤维5份。
3、使用振动法处理原料15min，振动后球磨混合原料15min。混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为50根/mm2。
4、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为30bar，成型保压时间为15min。
5、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为200℃，烧结时间为9h。
实施例2：
一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、将玄武岩纤维(直径为10μm、长度为40μm)在200℃高温烘烤15h，然后用质量分数为20％的NaOH溶液浸润刻蚀2h，再于50℃干燥60min，最后在含有质量分数5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡1h，再于50℃干燥60min，制得改性玄武岩纤维。
2、按重量份称取磨石原料：锆刚玉80份，棕刚玉80份，黄铁矿粉4份，冰晶石4份，重晶石粉4份，碳酸钙4份，铜粉4份，液态环氧树脂10份，酚醛树脂粉10份和改性玄武岩纤维增1份。
3、使用振动法处理原料10min，振动后球磨混合原料30min。混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为30根/mm2。
4、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为20bar，成型保压时间为20min。
5、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为190℃，烧结时间为10h。
实施例3：
一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、将玄武岩纤维(直径为25μm、长度为325μm)在500℃高温烘烤10h，然后用质量分数为55％的NaOH溶液浸润刻蚀0.5h，再于100℃干燥20min，最后在含有质量分数为5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡3h，再于100℃干燥20min，制得改性玄武岩纤维。
2、按重量份称取磨石原料：锆刚玉120份，棕刚玉120份，黄铁矿粉10份，冰晶石10份，重晶石粉10份，碳酸钙10份，铜粉10份，液态环氧树脂25份，酚醛树脂粉25份和改性玄武岩纤维10份。
3、使用振动法处理原料50min，振动后球磨混合原料10min。混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为75根/mm2。
4、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为40bar，成型保压时间为10min。
5、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为205℃，烧结时间为8h。
对比例1：
一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、将玄武岩纤维(直径为10μm、长度为40μm)用质量分数40％的NaOH溶液浸润刻蚀1h，再于80℃干燥30min，然后在含有质量分数为5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡2h，再于80℃干燥30min，制得改性玄武岩纤维。
2、按重量份称取磨石原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份，酚醛树脂粉20份和改性玄武岩纤维5份。
3、使用振动法处理原料15min，振动后球磨混合原料15min。混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为50根/mm2。
4、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为30bar，成型保压时间为15min。
5、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为200℃，烧结时间为9h。
对比例2：
一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、将玄武岩纤维(直径为10μm、长度为40μm)在250℃高温烘烤12h，然后在含有质量分数为5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡2h，再于80℃干燥30min，制得改性玄武岩纤维。
2、按重量份称取磨石原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份，酚醛树脂粉20份和改性玄武岩纤维5份。
3、使用振动法处理原料15min，振动后球磨混合原料15min。混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为50根/mm2。
4、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为30bar，成型保压时间为15min。
5、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为200℃，烧结时间为9h。
对比例3：
一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、将玄武岩纤维(直径为10μm、长度为40μm)在250℃高温烘烤12h，然后用质量分数为40％的NaOH溶液浸润刻蚀1h，再于80℃干燥30min，制得改性玄武岩纤维。
2、按重量份称取磨石原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份，酚醛树脂粉20份和改性玄武岩纤维5份。
3、使用振动法处理原料15min，振动后球磨混合原料15min。混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为50根/mm2。
4、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为30bar，成型保压时间为15min。
5、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为200℃，烧结时间为9h。
对比例4：
一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、按重量份称取磨石原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份，酚醛树脂粉20份和未改性玄武岩纤维5份。其中，未改性玄武岩纤维直径为10μm、长度为40μm。
2、使用振动法处理原料15min，振动后球磨混合原料15min。混料过程中保证普通玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为50根/mm2。
3、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为30bar，成型保压时间为15min。
4、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为200℃，烧结时间为9h。
对比例5：
一种高速钢轨打磨磨石，其制备方法包括以下步骤：
1、按重量份称取磨石原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份和酚醛树脂粉20份。
2、将原料倒入磨具中，压成磨石坯件，成型过程中成型压力为30bar，成型保压时间为15min。
3、将磨石坯件进行高温烧结，烧结过程中烧结温度为200℃，烧结时间为9h。
将上述实施例1-3和对比例1-5得到的钢轨打磨磨石进行性能检测。检测结果见表1。
表1钢轨打磨磨石性能检测结果
Figure BDA0003179637510000081
由表1可知，经过本发明制得的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石抗压强度大,具有高强度、高韧性和出刃能力强的性能,磨石的磨削量大、磨耗量小,打磨温度低、打磨过程中火花量大且均匀,打磨后钢轨白层厚度小,打磨后钢轨表面质量好，不易烧伤钢轨。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其特征在于，所述磨石包括以下重量份的原料：锆刚玉80～120份，棕刚玉80～120份，黄铁矿粉4～10份，冰晶石4～10份，重晶石粉4～10份，碳酸钙4～10份，铜粉4～10份，液态环氧树脂10～25份，酚醛树脂粉10～25份和改性玄武岩纤维1～10份。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其特征在于，所述磨石包括以下重量份的原料：锆刚玉100份，棕刚玉100份，黄铁矿粉6份，冰晶石6份，重晶石粉6份，碳酸钙6份，铜粉6份，液态环氧树脂20份，酚醛树脂粉20份和改性玄武岩纤维5份。
3.根据权利要求1或2所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其特征在于，所述的改性玄武岩纤维由以下方法制得：将玄武岩纤维在200～500℃高温烘烤10～15h，然后用质量分数为20～55％的NaOH溶液浸润刻蚀0.5～2h，再于50～100℃干燥20～60min，最后在含有质量分数为4～5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡1～3h，再于50～100℃干燥20～60min，制得。
4.根据权利要求3所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其特征在于，所述的改性玄武岩纤维由以下方法制得：将玄武岩纤维在250℃高温烘烤12h，然后用质量分数为40％的NaOH溶液浸润刻蚀1h，再于80℃干燥30min，最后在含有质量分数为5％的硅烷偶联剂KH550的酒精溶液中浸泡2h，再于80℃干燥30min，制得。
5.根据权利要求4所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的形状为圆柱形，直径为10～25μm，长径比为4～13。
6.权利要求1-5任一项所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述磨石原料按重量比例混合后，进行混料、成型、烧结，制得。
7.根据权利要求6所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石的制备方法，其特征在于，混料过程中用振动法处理原料10～50min，振动后球磨混合原料10～30min。
8.根据权利要求6所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石的制备方法，其特征在于，混料过程中保证改性玄武岩纤维在磨石原料中均匀分布，分布密度为30～75根/mm2。
9.根据权利要求6所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石的制备方法，其特征在于，成型过程中成型压力为20～40bar，成型保压时间为10-20min。
10.根据权利要求6所述的玄武岩纤维增强高速钢轨打磨磨石的制备方法，其特征在于，烧结过程中烧结温度为190～205℃，烧结时间为8-10h。
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