新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦及其制备方法和用途，其中，以重量百分数计，所述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦包含：丙烯酸酯橡胶20‑30％；碳化硅纤维25‑35％；氧化铝纤维5‑15％；聚苯硫醚纤维5‑15％；石墨15‑25％；酚醛树脂2‑8％。

【技术实现步骤摘要】
新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦及其制备方法和用途
本专利技术属于交通运输领域，具体涉及一种新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦及其制备方法和用途。
技术介绍
闸瓦是指火车运行制动时直接摩擦车轮使火车停车的制动零件。合成闸瓦是使用橡胶和酚醛树脂作为基体，使用纤维增强、其他填料改性制成的瓦状制动块，在制动时抱紧车轮踏面，通过摩擦使车轮停止转动。2003年以前，我国传统的铁路用合成摩擦材料中多采用石棉作为纤维增强材料，然而，随着人们研究发现石棉具有致癌作用，因此欧美等发达国家都在逐步减少甚至禁止石棉的使用。从2003年开始，我国也全面禁止使用石棉刹车片。新标准TB/T3104.1-2020《机车车辆闸瓦第1部分：合成闸瓦》中规定：合成闸瓦中不应含有石棉成分。因此现有的铁路货车合成闸瓦配方中普遍使用海泡石代替石棉，作为纤维增强材料。然而，在现有的铁路货车高摩擦系数合成闸瓦中使用海泡石代替石棉作为纤维增强材料具有以下缺点：(1)海泡石容易吸潮，其原料在储存和混料过程中吸潮后，在高温高压下模制使水分受热挥发，若排气不及时，易使模制成的半成品内部出现气泡，并在热处理后形成产品内部裂纹，影响产品的使用强度；(2)原料中的海泡石还会增加产品吸水率，造成合成闸瓦在潮湿天气下制动时形成水膜，加重闸瓦表面对摩擦产生的金属粒子的附着，导致金属镶嵌现象；(3)由于海泡石与石棉共生造成提纯困难，因此工业用海泡石中都不可避免地掺杂了石棉，导致合成闸瓦产品中经常能检出微量的对环境及人体有害的石棉。此外，在现有技术中，申请号为CN202011589207.9的中国专利申请公开了代替铸铁闸瓦的合成闸瓦，其组成及含量为：丁腈橡胶8-10％、橡胶促进剂0.5-1％、橡胶硫化剂0.5-1％、防老剂0.4-0.8％、酚醛树脂8-10％、丁腈橡胶粉4-6％、棕刚玉3-5％、鳞片石墨8-10％、硫酸钡5-8％、陶土2-4％、还原铁粉3-5％、煅烧石油焦炭3-5％、硅藻土3-5％、海泡石10-15％、麻纤维8-12％、钛酸钾纤维8-10％、钢纤维3-5％、玻璃纤维3-5％。申请号为CN202010326238.9的中国专利申请公开了一种环保合成闸瓦材料，其采用的配方为：以重量份计，改性酚醛树脂15-30份；丁腈橡胶10-20份；碳纤维5-10份；石墨烯3-6份；钢纤维5-15份；蛭石5-15份；陶瓷纤维5-15份，沉淀硫酸钡1-10份；二硫化钼2-6份，炭黑1-3份，硫磺1-3份，促进剂0.1-1份，氧化锌0.1-1份。申请号为CN201911424221.0的中国专利申请公开了一种摩擦材料，包括如下重量份数的原料：钢纤维25-30份、硼改性酚醛树脂5-8份、酚醛树脂10-15份、丁腈橡胶3-5份、石墨10-15份、玻璃纤维5-10份、玄武岩纤维5-10份、重晶石2-5份、芳纶1-2份、氢氧化钙15-20份、碳化硅1-2份、三氧化二铝2-5份。申请号为CN201911229057.8的中国专利申请公开了铁道货车用合成闸瓦材料配方，其特征在于，由如下组分组成，各组分含量按质量百分比计算为：纳米铝酚醛树脂5％-11％、钢棉纤维15％-25％、石墨5％-10％、碳化硅1％-5％、硫磺0.1％-1％、石油焦5％-10％、硫酸钡10％-25％、石英砂1％-5％、丁腈橡胶5％-10％、丁苯橡胶2％-5％、氧化镁5％-10％、炭黑1％-5％、高温增强纤维2％-5％、矿物纤维5％-20％，组分含量百分数之和为100％。申请号为CN201910047027.9的中国专利申请公开了一种摩擦体，其特征在于：按照质量百分含量计，所述摩擦体各组分的含量依次为：顺丁橡胶：4％-8％，钢纤维4％-10％，腈纶纤维：1.5％-3％，芳纶纤维：1.5％-3％，液体顺丁橡胶：4-8％，酚醛树脂：18％-25％，石墨：20％-30％，云母粉：2-6％，硫酸钡：2％-5％，氧化铝：0.5％-2％，铁粉：1％-3％，碳酸钙：3％-6％，硫化促进剂：1％-2％，硅灰石：3％-8％，硬脂酸钙2％-7％，其中，液体顺丁橡胶与酚醛树脂的质量比为：1：8-2：3。申请号为CN201911206838.5的中国专利申请公开了一种增加轮轨粘着系数的闸瓦材料，其特征在于，包括以下组分及重量百分含量：纳米二氧化硅改性酚醛树脂20％、顺丁橡胶11％、碳纤维10％、芳纶浆粕15％、纳米陶瓷颗粒10％、滑石粉7％、叶蛇纹石9％、硅藻土8％、铝矾土10％。然而，在上述公开的技术方案中，普遍采用酚醛树脂+丁腈橡胶的组合作为闸瓦摩擦体粘合剂。相关研究表明，在坡道10‰、轴重23t、列车制动换算率为0.3、进坡制动初速为90km/h条件下，铁路货车合成闸瓦制动时轮-瓦间温度最高可达136℃左右。而广泛使用的丁腈橡胶长期使用温度不超过120℃，传统丁腈橡胶粘合剂闸瓦在连续多次制动过程或长大坡道持续制动过程中可能会出现热衰退现象，导致摩擦系数降低、制动力不足、制动距离过长的问题。因此传统的采用丁腈橡胶作为粘合剂制备的闸瓦的耐热性能可能无法满足使用要求。现有技术中已知在丁腈橡胶中加入丁苯橡胶可改善其耐疲劳性并降低成本，但对耐热性没有改善。另外，传统铁路货车合成闸瓦的配方中主要采用金属纤维、无机矿物纤维作为纤维增强材料，新型闸瓦的配方中加入了合成纤维来改善摩擦体脆性，如芳纶、腈纶等。然而，芳纶纤维具有吸水性，添加到闸瓦中后会出现与海泡石同样的吸水问题，容易造成产品内部裂纹，并在使用过程中易产生金属镶嵌现象。且芳纶纤维分子链刚性大，界面分子排列有序，导致纤维摩擦因数小，这可能会影响增强纤维与基体和填料的黏着力。此外，芳纶纤维的价格较高(≥16万元/吨)，合成闸瓦作为铁路易耗品，这无疑会增加其制造和使用成本。再次，丁腈、丁苯、顺丁等橡胶均属于高不饱和橡胶，即分子内含有大量的双键。因此，采用了丁腈橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶的配方，在加工过程中容易出现焦烧现象，并且混炼好的胶料在夏天的存储期一般不超过3天，更长时间的存储会使胶料的流动性急剧变差，导致模压闸瓦时物料不容易充满模具，产品易出现裂纹、缺料等外观缺陷。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本申请的专利技术人通过改变合成闸瓦的粘合剂体系以改善传统合成闸瓦热衰退问题，在省略海泡石的基础上通过调整各组分的含量来保证合成闸瓦的力学强度和摩擦性能不受影响，加入有机物纤维在改善闸瓦摩擦体脆性的同时不增加材料吸水性，且有效控制了成本，从而提供了一种新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦。因此，本专利技术的目的在于提供一种新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦。本专利技术的另一目的在于提供上述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦的制备方法。本专利技术的又一目的在于提供上述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦在铁路运输中的用途。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案实现的。一方面，本专利技术提供一种新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦，其中，以重量百分数计，所述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦包含：在优选的实施方案中，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦，其中，以重量百分数计，所述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦包含：/n

【技术特征摘要】
1.一种新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦，其中，以重量百分数计，所述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦包含：





2.根据权利要求1所述的闸瓦，其中，以重量百分数计，所述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦包含：





3.根据权利要求1或2所述的闸瓦，其中，以重量百分数计，所述新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦包含：





4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的新型零石棉丙烯酸酯橡胶基合成闸瓦的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(a)称取配方量的原料，置于双辊炼胶机上，依次进行塑炼、混炼；
(b)将步骤(a)得到的经混炼的物料置于高速混合机上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴顶峰，吉媛，党佳，贺春江，韩欢热，谢晓，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京中铁科新材料技术有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11