CN1282572C - 地铁车辆用高摩合成闸瓦及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
地铁车辆用高摩合成闸瓦及其制造方法，它以混杂纤维为增强材料，改性酚醛树脂为基体材料，再填充摩擦性能调节剂，采用热压工艺制成，该闸瓦包括以下组份及重量百分含量：钢纤维5～25%、芳纶浆粕0.5～5%、改性酚醛树脂5～20%、丁腈粉末1～10%、氧化锌1～10%、刚玉0.1～1%、陶土10～40%、石墨5～20%、重晶石粉20～40%。本发明产品经小样试验、台架试验和装车营运试验证明，各项指标均符合设计要求，并克服了进口闸瓦存在的龟裂、金属镶嵌物等缺陷，提高了湿态制动性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种无石棉高摩合成闸瓦及其制造方法，尤其涉及一种用于地铁车辆的高摩合成闸瓦及其制造方法。
背景技术
轨道车辆用闸瓦大多使用铸铁闸瓦，由于铸铁闸瓦的摩擦系数与轮轨粘着系数不匹配，制动效能大大降低，尤其是在高负荷的频繁制动时，易发生熔化而造成咬死和烧车事故。
高摩合成闸瓦摩擦系数高，闸瓦压力小，故制动缸尺寸减小，基础制动装置重量轻，可减少制动机的用风量，尤其是对轮轨粘着的影响较小，故提高了制动效能，使各闸瓦压力达到均匀一致，从而达到能量的均衡分配。迄今，国内高摩合成闸瓦都以石棉作为增强纤维，尽管石棉具有良好的综合性能，但石棉粉尘对人体具有致癌作用，根据环境保护的有关规定，欧美各国在二十世纪九十年代初已颁布禁令，石棉及其制品的生产和使用已受到限制。
目前，轨道交通运输正朝着高速、重载的方向发展，基于对安全的考虑，对闸瓦的要求也越来越高。但高摩合成闸瓦始终存在一些问题，尽管欧州专利EP0055205A发明了一种解决合成闸瓦浸湿后摩擦系数减小，导致雨天车辆制动距离延长问题的方法，但是合成闸瓦的龟裂和金属镶嵌物这两个问题一直无法得到解决。如上海地铁运行的车辆由德国ADtranz和SIEMENS公司制造，而闸瓦由德国JURID公司制造，该闸瓦在使用过程中普遍存在龟裂、金属镶嵌物和损伤轮对的现象。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可提高制动效能，使各闸瓦压力达到均匀一致的地铁车辆用高摩合成闸瓦及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
地铁车辆用高摩合成闸瓦，它以混杂纤维为增强材料，改性酚醛树脂为基体材料，再填充摩擦性能调节剂，采用热压工艺制成，该闸瓦包括以下组份及重量百分含量：
钢纤维 5～25％
芳纶浆粕 0.5～5％
改性酚醛树脂 5～20％
丁腈粉末 1～10％
氧化锌 1～10％
刚玉 0.1～1％
陶土 10～40％
石墨 5～20％
重晶石粉 20～40％
所述的钢纤维是经拉丝刮削切断的金属材料，其容积率为0.9～1.20cc/g，直径小于200μm，长度0.1～5mm，熔点1530℃。
所述的芳伦浆粕选用美国杜邦公司生产的979型。
所述的改性酚醛树脂为腰果壳油和杂环化合物共同改性的酚醛树脂CM-15，树脂的冲击强度0.185J/cm2，弯曲强度48.6MPa，弯曲模量2.78GPa，分解温度420.1℃，分解速率最快时的温度为467.8℃，分解残留物达40.87％。
地铁车辆用高摩合成闸瓦的制造方法，包括以下工艺步骤：首先将各原材料按重量比为钢纤维5～25％、芳纶浆粕0.5～5％、改性酚醛树脂5～20％、丁腈粉末1～10％、氧化锌1～10％、刚玉0.1～1％、陶土10～40％、石墨5～20％、重晶石粉20～40％投入高速混料机内进行混合，转速为1500rpm，时间3～5分钟；然后将混好的压塑料放入干燥房中，使压塑料的挥发份含量小于1％重量；再将压塑料放入模具内热压成型，其工艺参数为温度135～145℃，压力5～15MPa，时间0.2～0.5min/mm；最后将成型物放入烘箱中在150～200℃条件下热处理8～12小时得到产品。
与现有技术相比，本发明的高摩合成闸瓦采用混杂纤维作为增强纤维，由于钢的密度大，过量添加会导致高摩合成闸瓦的密度增加，尤其当载荷大、制动频繁时产生熔融，影响摩擦表面。而芳纶浆粕979(Kevlar Pulp 979)属于有机纤维，尽管在常温时Kevlar Pulp 979具优良的力学性能，强度是钢的5倍、铝的10倍以上、E玻璃纤维的2.4倍，比表面积达到7～10m2/g，而密度仅为1.44，但它的分解温度仅为470℃左右。因此必须将两者有机地结合，才能保证高摩合成闸瓦不仅有优良的常温性能，而且具有良好的高温性能。当然，高摩合成闸瓦的高温性能主要取决于粘合剂，即酚醛树脂，常用的纯酚醛树脂如2123树脂，2124树脂等具有硬、脆等缺点，从而使得产品易龟裂、产生噪音，因此酚醛树脂必须加以改性。本发明所采用的改性酚醛树脂是由腰果壳油和杂环化合物共同改性的酚醛树脂CM-15，该CM-15树脂不仅具有良好的物理机械性能，如树脂的冲击强度0.185J/cm2，弯曲强度48.6MPa，弯曲模量2.78GPa，而且具有良好的耐高温性能，如树脂的分解温度420.1℃，分解速率最快时的温度为467.8℃，尤其是725℃的分解残留物达40.87％，而未改性酚醛树脂的分解残留物仅为3.02％。本发明产品经小样试验、台架试验和装车营运试验证明，各项指标均符合设计要求，并克服了进口闸瓦存在的龟裂、金属镶嵌物等缺陷，提高了湿态制动性能。
此外，本发明的热压成型工艺不同于现有的摩擦材料生产工艺，两者比较如下：
参数 本发明热压成型工艺 现有热压成型工艺
成型温度 135～145℃ 150～160℃
成型压力 5～15MPa 20～30MPa
成型时间 0.2～0.5min/mm 1min/mm
由此可见，本发明的热压成型工艺与现有的工艺相比具有快速、高效、低能耗的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
地铁车辆用高摩合成闸瓦的组份及含量如下：
组份 重量百分含量
钢纤维 20
Kevlar Pulp 979 2
CM-15树脂 18
氧化锌 3
刚玉 0.5
陶土 20
石墨 5.5
重晶石粉 28
丁腈粉 3
将原材料按比例投入GRH-50型高速加热混料机内进行混合，转速为1500rpm，时间3分钟，将混好的压塑料放入干燥房中，使压塑料的挥发份含量小于1％。将压塑料放入模具内热压成型，其工艺参数为：温度145℃，压力7MPa，时间0.3min/mm。然后将闸瓦放入烘箱中在180℃条件下热处理10小时。
制得的地铁车辆用高摩合成闸瓦摩擦性能，按GB5763-96标准测试，测试结果如下：
温度 ℃ 100 150 200 250 300 350
摩擦系数μ 升温 0.44 0.43 0.41 0.41 0.38 0.38
降温 0.44 0.45 0.45 0.45 0.41
磨耗率 ΔW(×10-7cm3/N.m) 0.19 0.29 0.29 0.27 0.20 0.22
洛氏硬度 HRM78.82
制得的地铁车辆用高摩合成闸瓦采用美国Greening公司的1∶1台架试验台进行对比试验，试验结果如下：
性能 实施例1 原装进口闸瓦
常规制动摩擦系数 0.256-0.318 0.201-0.324
平均值 0.282 0.267
超载(71.47)常规制动摩擦系数 0.276-0.312 0.236-0.291
平均值 0.295 0.256
80KM/h紧急制动摩擦系数 0.297 0.268
60KM/h紧急制动摩擦系数 0.316 0.265
湿态制动时摩擦系数50KM/h 0.349 0.271
80KM/h 0.295 0.285
静摩擦系数 0.474 0.485
磨损 215克 240克
从台架试验结果可以看出，实施例1的摩擦系数波动范围小，超载和紧急制动时摩擦系数明显提高，湿态制动时摩擦系数较高，如果作曲线图，可见湿态制动的制动曲线和常规制动时的制动曲线相吻合，且动、静摩擦系数相差较小，因此使得列车的安全性和舒适性都有所提高，同时使用寿命更长。
实施例2
地铁车辆用高摩合成闸瓦的组份及含量如下：
组份 重量百分含量
钢纤维 8
Kevlar Pulp 979 5
CM-15树脂 20
氧化锌 3
刚玉 0.5
陶土 27
石墨 5.5
重晶石粉 30
丁腈粉 1
制造方法与实施例1基本相同，其中热压成型的工艺参数为：温度140℃，压力10MPa，时间0.4min/mm。
制得的地铁车辆用高摩合成闸瓦的性能及台架试验结果与实施例1相同。
实施例3
地铁车辆用高摩合成闸瓦的组份及含量如下：
组份 重量百分含量
钢纤维 24
Kevlar Pulp 979 0.7
CM-15树脂 8
氧化锌 3
刚玉 1
陶土 10
石墨 10.3
重晶石粉 37
丁腈粉 6
制造方法与实施例1基本相同，其中热压成型的工艺参数为：温度135℃，压力12MPa，时间0.5min/mm。
制得的地铁车辆用高摩合成闸瓦的性能及台架试验结果与实施例1相同。
Claims (6)
1.地铁车辆用高摩合成闸瓦，其特征在于，它以混杂纤维为增强材料，改性酚醛树脂为基体材料，再填充摩擦性能调节剂，采用热压工艺制成，该闸瓦包括以下组份及重量百分含量：
钢纤维 5～25％
芳纶浆粕 0.5～5％
改性酚醛树脂 5～20％
丁腈粉末 1～10％
氧化锌 1～10％
刚玉 0.1～1％
陶土 10～40％
石墨 5～20％
重晶石粉 20～40％
2.如权利要求1所述的地铁车辆用高摩合成闸瓦，其特征在于，所述的钢纤维是经拉丝刮削切断的金属材料，其容积率为0.9～1.20cc/g，直径小于200μm，长度0.1～5mm，熔点1530℃。
3.如权利要求1所述的地铁车辆用高摩合成闸瓦，其特征在于，所述的芳伦浆粕选用美国杜邦公司生产的979型。
4.如权利要求1所述的地铁车辆用高摩合成闸瓦，其特征在于，所述的改性酚醛树脂为腰果壳油和杂环化合物共同改性的酚醛树脂CM-15，树脂的冲击强度0.185J/cm2，弯曲强度48.6MPa，弯曲模量2.78GPa，分解温度420.1℃，分解速率最快时的温度为467.8℃，分解残留物达40.87％。
5.权利要求1所述的地铁车辆用高摩合成闸瓦的制造方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：首先将各原材料按重量比为钢纤维5～25％、芳纶浆粕0.5～5％、改性酚醛树脂5～20％、丁腈粉末1～10％、氧化锌1～10％、刚玉0.1～1％、陶土10～40％、石墨5～20％、重晶石粉20～40％投入高速混料机内进行混合，转速为1500rpm，时间3～5分钟；然后将混好的压塑料放入干燥房中，使压塑料的挥发份含量小于1％重量；再将压塑料放入模具内热压成型，其工艺参数为温度135～145℃，压力5～15MPa，时间0.2～0.5min/mm；最后将成型物放入烘箱中在150～200℃条件下热处理8～12小时得到产品。
6.如权利要求1所述的地铁车辆用高摩合成闸瓦，其特征在于，其由包括以下工艺步骤的方法制备而成：首先将各原材料按重量比为钢纤维5～25％、芳纶浆粕0.5～5％、改性酚醛树脂5～20％、丁腈粉末1～10％、氧化锌1～10％、刚玉0.1～1％、陶土10～40％、石墨5～20％、重晶石粉20～40％投入高速混料机内进行混合，转速为1500rpm，时间3～5分钟；然后将混好的压塑料放入干燥房中，使压塑料的挥发份含量小于1％重量；再将压塑料放入模具内热压成型，其工艺参数为温度135～145℃，压力5～15MPa，时间0.2～0.5min/mm；最后将成型物放入烘箱中在150～200℃条件下热处理8～12小时得到产品。
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