CN102134397B - 城轨车辆用合成闸瓦及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种城轨车辆用合成闸瓦及其制备方法，它以针状硅灰石为增强材料，聚双马来酰亚胺树脂为基体材料，填充摩擦性能调节剂，采用热压工艺制成，其各组分配比如下：聚双马来酰亚胺树脂8-16％，丁腈橡胶6-14％，石墨12-24％，铁粉4-16％，硅灰石4-12％，摩擦粉6-14％，重晶石21-39％，偶联剂0-6％；本发明所述的城轨车辆用合成闸瓦，其摩擦系数稳定、耐磨损、低磨耗、无龟裂和金属镶嵌、不伤害车轮，具有较好的耐候性，低噪声，对城市不产生污染；能够满足城轨列车的使用要求。

Description

城轨车辆用合成闸瓦及其制造方法

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆配件领域，尤其涉及一种城轨车辆用合成闸瓦及其制造方法。

背景技术

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。在城轨车辆刹车制动的情况下，闸瓦表面工作温度可达500℃，甚至更高。这就需要高耐温性和高耐磨性的闸瓦材料来维持城轨车辆制动性能的稳定，保证行车安全。在铁道部门广泛应用的制动材料，主要有高磷铸铁闸瓦、聚合物基合成闸瓦和铜基粉末冶金闸瓦。早期高磷铸铁闸瓦应用于普通非提速列车；铜基粉末冶金闸瓦应用于高速动车组；聚合物基合成闸瓦应用于铁路货车和城市轨道客车。聚合物基合成闸瓦由树脂、橡胶、金属粉末和润滑材料混合加热压制而成，有着优越的常温性能，比重轻，在城市轨道车辆上得到普遍使用。

聚合物基合成闸瓦目前通常采用价格便宜的酚醛树脂为粘结剂。酚醛树脂本身是应用最广泛的合成材料之一，经固化后具有耐热性好、力学强度高、坚硬耐磨、常温性能稳定等优点。例如发明专利“地铁车辆用高摩合成闸瓦及其制造方法”(专利号：01126440.3)，以改性酚醛树脂为粘结剂，钢纤维和芳纶浆粕为增强材料，再填充摩擦性能调节剂压制闸瓦。但酚醛树脂在高温下易分解，使其在使用过程中出现力学性能下降的现象。同时，钢纤维的加入会导致噪音，而芳纶浆粕在混料过程中易团聚从而引起闸瓦制动性能下降和不稳定，也为大家所公认的技术问题。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明旨在公开一种具有更好的耐热、耐磨性能，并且噪音低、性能稳定的城轨车辆用合成闸瓦及其制造方法。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种城轨车辆用合成闸瓦，其特征在于：它以针状硅灰石为增强材料，聚双马来酰亚胺树脂为基体材料，填充摩擦性能调节剂，采用热压工艺制成，所述闸瓦的各组分重量比如下：

聚双马来酰亚胺树脂  8-16％

丁腈橡胶            6-14％

石墨          12-24％

铁粉          4-16％

硅灰石        4-12％

摩擦粉        6-14％

重晶石        21-39％

偶联剂        0-6％

其中，丁腈橡胶作为增韧组元，采用交联型粉末丁腈橡胶，为白色弹性粉状物，密度为0.96g/cm³；

石墨、铁粉和摩擦粉作为摩擦性能调节剂，所述铁粉为树枝状铁粉，密度为7.5g/cm³，Fe含量≥95％。

所述城轨车辆用合成闸瓦的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)原料混合：将重量比为聚双马来酰亚胺树脂8-16％、丁腈橡胶6-14％、石墨12-24％、铁粉4-16％硅灰石4-12％、摩擦粉6-14％、重晶石21-39％、偶联剂0-6％的原料均匀混合20分钟；

(2)热压成型：将前述混好的原料放入模具中热压成型，在此过程中，温度为215-225℃，压力30-50MPa，热压时间为1.0-2.0min/mm；

(3)热处理：将热压的成形物放入热处理炉中，最终在180-240℃条件下热处理7-15小时得到所述闸瓦。

由此可见，本发明提供的城轨车辆用合成闸瓦以聚双马来酰亚胺树脂和丁腈橡胶为粘合剂，以石墨、摩擦粉、铁粉为摩擦性能调节剂，以针状硅灰石纤维为增强材料、以重晶石为辅助填料，并加入偶联剂使无机组分和有机组分更好的结合。其原理在于聚双马来酰亚胺属于加聚型聚酰亚胺，具有比酚醛树脂更突出的热稳定性、机械性能、抗辐射和耐溶剂性能，并且在高温和高速等极端环境下有很好的摩擦磨损性能，是一类有潜力应用于摩擦学领域中的基体材料。它在成型过程中无低分子副产物放出，且容易控制，固化物结构致密，缺陷少，具有较高的强度和模量。这些特性保证了由聚双马来酰亚胺制备的合成闸瓦的基本性能高于目前使用酚醛树脂作为基体材料制备的闸瓦。

在保证耐磨性和力学性能的基础上，采用针状硅灰石代替钢纤维和芳纶浆粕作为合成闸瓦的增强材料，既能消除钢纤维的加入导致的噪音，也避免了芳纶浆粕在混料过程中易团聚引起闸瓦制动性能下降和不稳定的问题。

通过反复制动实验，结果显示：本发明所述的城轨车辆用合成闸瓦，其摩擦系数稳定、耐磨损、低磨耗、无龟裂和金属镶嵌、不伤害车轮，具有较好的耐候性，对城市不产生污染；因而能满足城轨列车的使用要求。

具体实施方式

实施例1

城轨车辆用合成闸瓦的组分(重量百分比)如下：

组分                       重量百分含量

聚双马来酰亚胺树脂         12％

丁腈橡胶                   10％

石墨                       18％

铁粉                       10％

硅灰石                     8％

摩擦粉                     10％

重晶石                     30％

偶联剂(市售南大-42)        2％

将原材料按比例混合均匀20min，将混好的压塑料放入模具内热压成型，其工艺参数为：温度220℃，压力40MPa，时间1.2min/mm。最后将成形物放入热处理炉中，并最终在220℃条件下热处理10小时得到产品。

摩擦磨损试验在GF150D型定速摩擦机上进行，摩擦压力为0.57MPa，摩擦盘材料为H13，摩擦半径为150mm，转速可调控范围为0-3000r/min。实验分两步进行，一是由高速度开始定速摩擦，实验速度梯度降低，按转速120km/h、100km/h、/80km/h、/60km/h、40km/h、20km/h顺序操作实验；二是由低速度开始定速摩擦，实验速度梯度升高，按转速20km/h、40km/h、/60km/h、/80km/h、100km/h、120km/h顺序操作实验。在每一速度条件下，摩擦时间为30s，测试试样实验前后的质量损失以确定累计磨损率。

制得的城轨车辆用合成闸瓦采用GF150D型定速摩擦机进行试验，试验结果如下：

表1实施例1的摩擦磨损数据

而与此相同条件下试验得到国内目前正在使用的以酚醛树脂为粘合剂的城市轨道车辆用合成闸瓦的累计磨损率ΔW为2.45×10^-8g/N·m。

实施例2

城轨车辆用合成闸瓦的组分(重量百分比)如下：

组分                      重量百分含量

聚双马来酰亚胺树脂        14％

丁腈橡胶              14％

石墨                  18％

铁粉                  4％

硅灰石                8％

摩擦粉                10％

重晶石                30％

偶联剂(市售南大-42)   2％

制备方法同实施例1，其中热压成型的工艺参数为：温度220℃，压力40MPa，时间1.5min/mm。最后将成形物放入热处理炉中，最终在220℃条件下热处理10小时得到产品。

制得的城轨车辆用合成闸瓦采用GF150D型定速摩擦机进行试验，具体试验操作同实施例1，试验结果如下：

表2实施例2的摩擦磨损数据

实施例3

城轨车辆用合成闸瓦的组分(重量百分比)如下：

组分                   重量百分含量

聚双马来酰亚胺树脂     10％

丁腈橡胶               14％

石墨                   12％

铁粉                   7％

硅灰石                 8％

摩擦粉                 10％

重晶石                 37％

偶联剂(市售南大-42)    2％

制备方法同实施例1，其中热压成型的工艺参数为：温度220℃，压力40MPa，时间1.5min/mm。最后将成形物放入热处理炉中，最终在220℃条件下热处理10小时得到产品。

制得的城轨车辆用合成闸瓦采用GF150D型定速摩擦机进行试验，具体试验操作同实施例1，试验结果如下：

表3实施例3的摩擦磨损数据

上述试验证明，上述实施例所生产的合成闸瓦具有摩擦系数稳定、耐磨损、低磨耗、无龟裂和金属镶嵌、不伤害车轮，具有较好的耐候性，对城市不产生污染的优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种城轨车辆用合成闸瓦，其特征在于：它以针状硅灰石为增强材料，聚双马来酰亚胺树脂为基体材料，填充摩擦性能调节剂，采用热压工艺制成，所述闸瓦的各组分的重量比如下：

聚双马来酰亚胺树脂      8-16％

丁腈橡胶                6-14％

石墨                    12-24％

铁粉                    4-16％

硅灰石                  4-12％

摩擦粉                  6-14％

重晶石                  21-39％

偶联剂                  0-6％

其中，丁腈橡胶作为增韧组元，采用交联型粉末丁腈橡胶，为白色弹性粉状物，密度为0.96g/cm³；

石墨、铁粉和摩擦粉作为摩擦性能调节剂，所述铁粉为树枝状铁粉，密度为7.5g/cm³，Fe含量≥95％。

2.一种城轨车辆用合成闸瓦的制造方法，包括以下工艺步骤：

(1)原料混合：将重量比为聚双马来酰亚胺树脂8-16％、丁腈橡胶6-14％、石墨12-24％、铁粉4-16％硅灰石4-12％、摩擦粉6-14％、重晶石21-39％、偶联剂0-6％的原料均匀混合20分钟；

(2)热压成型：将前述混好的原料放入模具中热压成型，在此过程中，温度为215-225℃，压力30-50MPa，热压时间为1.0-2.0min/mm；

(3)热处理：将热压的成形物放入热处理炉中，最终在180-240℃条件下热处理7-15小时得到所述闸瓦。