合成闸瓦及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种合成闸瓦及其制备方法，属于交通运输领域。该闸瓦包括以下原料组分及重量百分比：微晶石墨15%‑20%，酚醛树脂20%‑22%，N型树脂增韧剂5%‑8%，硫酸钡23%‑28%，碳纤维10%‑15%，玄武岩纤维3%‑7%，丁腈橡胶4%‑6%，氧化锌0.8%‑1.1%，蛭石2%‑5%，乌洛托品2%‑4%，促进剂1%‑3%，芳纶纤维5‑7%。本发明专利技术的合成闸瓦提高了摩擦系数，增强耐磨性能，改善闸瓦的脆性、耐热性，同时降低了摩擦噪音，有效防止了对环境的污染；减少了裂纹、断裂、崩缺等机械损伤的出现，延长使用寿命；采用本发明专利技术的制备方法制备的合成闸瓦背铁与摩擦体结合非常牢固，有效提高了闸瓦的抗剪切力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交通运输领域，具体涉及一种合成闸瓦及其制备方法。
技术介绍
火车、地铁、高铁等机车在运行过程中都需要制动，其中直接摩擦车轮使机车停车的制动零件就是闸瓦。在机车制动过程中，制动装置需要将巨大的动能转变为热能消散于大气之中。这种制动效果的优劣在于摩擦热能的消散能力。由于闸瓦的摩擦面积较小，大部分热负荷由车轮来承担。因此，列车速度越高，制动车轮的热负荷越大。如果机车采用铸铁闸瓦，则该温度可使闸瓦熔化；即使使用较先进的合成闸瓦，温度也会高达400℃以上。当车轮踏面温度增高到一定程度时，就会使踏面磨耗、裂纹或剥离，既影响使用寿命也影响行车安全。所以传统的闸瓦适应不了现代机车的需要。目前，现有的闸瓦主要有两类：铸铁闸瓦和合成闸瓦。铸铁闸瓦中又有灰铸铁闸瓦、中磷闸瓦、高磷闸瓦和合金铸铁闸瓦等。合成闸瓦中则有合成树脂闸瓦和橡胶基闸瓦等；按摩擦系数高低，又分为高摩擦系数合成闸瓦和低摩擦系数合成闸瓦。一般来说，灰铸铁闸瓦、中磷铸铁闸瓦、高磷铸铁闸瓦和低摩擦系数合成闸瓦都属于通用闸瓦。对于现有的合成闸瓦，主要存在下列缺点：(1)由于闸瓦与车轮接触时产生局部过热，形成热斑点进而产生热龟裂。(2)在频繁使用闸瓦制动时会使车轮温度升高，由于合成摩擦材料局部摩擦过热膨胀，车轮踏面呈现沟状磨耗，温度越高，车轮踏面外侧磨耗越严重，沟状磨耗是闸瓦横向摩擦造成的。(3)冬季积雪地区使用合成闸瓦，由于水介入闸瓦摩擦表面会引起车轮的凹形磨耗。(4)而且，现有的合成闸瓦背铁与摩擦体的连接面为简式几何面，抗剪切力较弱，易产生摩擦体破裂或与背铁脱离。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了地铁用合成闸瓦，解决了现有技术中存在的闸瓦容易龟裂、磨损严重、使用寿命短、抗剪切力弱等问题。本专利技术的具体方案为：一种合成闸瓦，以所述闸瓦的原料组分的总质量为基准计，所述闸瓦包括以下原料组分及重量百分含量：微晶石墨15％-20％，酚醛树脂20％-22％，N型树脂增韧剂5％-8％，硫酸钡23％-28％，碳纤维10％-15％，玄武岩纤维3％-7％，丁腈橡胶4％-6％，氧化锌0.8％-1.1％，蛭石2％-5％，乌洛托品2％-4％，促进剂1％-3％，芳纶纤维5-7％。优选地，所述微晶石墨的规格为WT75-3型，粒度<45μm。优选地，所述硫酸钡的规格为C-60型，粒度<50μm。优选地，所述蛭石的粒度为<50μm。优选地，所述芳纶纤维的型号为1F538。优选地，所述酚醛树脂规格为PF-6130型，粒径不小于180目。优选地，所述N型树脂增韧剂规格为N-ES型，粒径不小于150目。优选地，所述丁腈橡胶规格为HLN40-1型，粒度不小于45μm，丙烯腈含量为36-40％，易挥发物≤1％。优选地，所述玄武岩纤维的长度为7mm±1％，直径为10-20μm。优选地，所述碳纤维的规格为HTC451型，短切长度为6mm。优选地，所述氧化锌为直接法氧化锌，氧化锌含量为98-99％。优选地，所述促进剂为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(别名：促进剂CBS或CZ)。本专利技术还提供了一种制备合成闸瓦的方法，具体步骤为：(1)按重量百分比称取各原料组分，将碳纤维、玄武岩纤维、微晶石墨、硫酸钡、芳纶纤维置于犁耙式混料机中，常温下混炼；(2)向步骤(1)中加入N型树脂增韧剂、丁腈橡胶、氧化锌、蛭石、乌洛托品、促进剂，常温下混炼；(3)混炼结束后，出料、装袋或箱待用；(4)将背铁放入模具形腔中，模具温度恒至135℃～150℃，在一定压力下，投入步骤(3)所得的混合料，固化，放气，固化；(5)将步骤(4)所得产品，放入程控干燥箱中进行固化热处理，温度为室温～180℃，固化热处理结束后出料，制得成品。进一步地，步骤(1)中混炼时间为15min。进一步地，步骤(2)中混炼时间为30min。进一步地，步骤(4)中压力设定为22Mpa。投入混合料后，固化30min，放气6次。进一步地，步骤(5)中固化热处理时采用程序的阶梯升温方法，具体方法为：分别在60℃、75℃、100℃、130℃下保温2h、3h、4h、5.5h，分别在150℃、160℃、180℃下保温6h、7h、10h，其中每两个区间温度的升温时间为30min，提高了合成闸瓦的成品率，避免了后处理出现热裂纹和应力收缩裂纹。更进一步地，步骤(5)中固化热处理结束后自然冷却到50℃以下出料。本专利技术第三方面还提供了上述闸瓦在地铁车辆制动系统的用途。本专利技术所提供的合成闸瓦，参照《TB/T2403-2010铁道货车用高摩擦系数合成闸瓦》进行制动摩擦磨耗性能的测试，参照《GB/T1041-2008塑料压缩性能的测定》和《GB/T1043.1-2008塑料简支梁冲击性能的测定第一部分：非仪器化冲击试验》进行压缩强度和冲击强度的测试，参照《TB/T2403-2010铁道货车用合成闸瓦》进行剪切强度测试，测试结果显示，本专利技术的合成闸瓦的各项性能指标满足：(1)摩擦系数：≥0.36；(2)冲击强度：≥3.5kJ/m2；(3)压缩强度：≥30MPa；(4)摩擦体与瓦背粘结剪切强度：≥1.5MPa；(5)闸瓦磨耗量：≤0.06cm3/MJ。本专利技术所提供的合成闸瓦，具有以下有益效果：(1)与现有的合成闸瓦相比，对材料配方进行改进，提高了摩擦系数，增强耐磨性能，改善闸瓦的脆性、耐热性，同时降低了摩擦噪音，有效防止了对环境的污染；(2)本专利技术的合成闸瓦在结构上得到改进，通过使用配方材料，均匀增加了微孔，使孔隙率达到20％，提高闸瓦的散热性能，提高材料压缩强度和韧性，减少合成闸瓦的金属镶嵌，确保在承受冲击、剪切、拉伸等强力作用下不至于出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤，延长使用寿命；(3)本专利技术在制备过程中将背铁(列车制动机构与摩擦体连接的结构件，是闸瓦的部件)仰置于模具中，使突出片向上，把构成摩擦体的原料混合物倒入模具，将突出片植入摩擦体内进行固化，固化完成后，突出片嵌入摩擦体，背铁与摩擦体结合非常牢固，有效提高了闸瓦的抗剪切力。附图说明图1为本专利技术实施例1中合成闸瓦在制动初速度80km/h、闸瓦推力20.0kN条件下的瞬时摩擦系数-速度曲线图；图2为本专利技术实施例1中合成闸瓦在制动初速度105km/h、闸瓦推力20.0kN条件下的瞬时摩擦系数-速度曲线图；图3为本专利技术实施例1中合成闸瓦在闸瓦推力10.0kN时，不同制动初速度下的瞬时摩擦系数-速度曲线图；图4为本专利技术实施例2中合成闸瓦在闸瓦推力10.0kN时，不同制动初速度下的瞬时摩擦系数-速度曲线图；图5为本专利技术实施例1中合成闸瓦在闸瓦推力20.0kN时，不同制动初速度下的瞬时摩擦系数-速度曲线图；图6为本专利技术实施例2中合成闸瓦在闸瓦推力20.0kN时，不同制动初速度下的瞬时摩擦系数-速度曲线图；图7为本专利技术实施例1中合成闸瓦在闸瓦推力5.0kN、平均速度40km/h时的瞬时摩擦系数-速度曲线图(t＝0～20min)；图8为本专利技术实施例1中合成闸瓦在闸瓦推力5.0kN、平均速度40km/h时的瞬时摩擦系数-速度曲线图(t＝20～40min)；图9为本专利技术实施例1中合成闸瓦在闸瓦推力5.0kN、平均速度60km/h时的瞬时摩擦系数-速度曲线图(t＝0～10min)；图10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成闸瓦，其特征在于，以所述闸瓦的原料组分的总质量为基准计，所述闸瓦包括以下原料组分及重量百分含量：微晶石墨15％‑20％，酚醛树脂20％‑22％，N型树脂增韧剂5％‑8％，硫酸钡23％‑28％，碳纤维10％‑15％，玄武岩纤维3％‑7％，丁腈橡胶4％‑6％，氧化锌0.8％‑1.1％，蛭石2％‑5％，乌洛托品2％‑4％，促进剂1％‑3％，芳纶纤维5‑7％。

【技术特征摘要】
1.一种合成闸瓦，其特征在于，以所述闸瓦的原料组分的总质量为基准计，所述闸瓦包括以下原料组分及重量百分含量：微晶石墨15％-20％，酚醛树脂20％-22％，N型树脂增韧剂5％-8％，硫酸钡23％-28％，碳纤维10％-15％，玄武岩纤维3％-7％，丁腈橡胶4％-6％，氧化锌0.8％-1.1％，蛭石2％-5％，乌洛托品2％-4％，促进剂1％-3％，芳纶纤维5-7％。2.根据权利要求1所述的合成闸瓦，其特征在于，所述微晶石墨的粒度<45μm。3.根据权利要求1所述的合成闸瓦，其特征在于，所述促进剂为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺。4.根据权利要求1所述的合成闸瓦，其特征在于，所述玄武岩纤维的长度为7mm±1％，直径为10-20μm。5.一种制备权利要求1至4任一项所述合成闸瓦的方法，其特征在于，具体步骤为：(1)按重量百分比称取各原料组分，将碳纤维、玄武岩纤维、微晶石墨、硫酸钡、芳纶纤维置于犁耙式混料机中，常温下混炼；(2)向步骤(1)中加入N型树脂增韧剂、丁腈橡胶、氧化锌、蛭石、乌洛...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建东，
申请(专利权)人：上海国由复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31