鐵路大功率機(jī)車合成閘瓦的閘瓦體制備材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鐵路機(jī)車合成閘瓦制備技術(shù)，具體為閘瓦體的制備材料，由如下重量份的組分構(gòu)成：丁腈橡膠9～10份，酚醛樹脂4～5份，海泡石8～10份，鐵粉21～23份，鋼棉纖維3～4份，鋁釩土0.3～0.8份，復(fù)合纖維11.5～12.5份，硫酸鋇15～17份，石墨14～15.5份，鉀長石5～6份，促進(jìn)劑0.2～0.7份，氧化鋅0.1～0.5份，硬脂酸0.1～0.5份，硫磺0.5～1份。本發(fā)明研制出適合中國鐵路的HXD2機(jī)車用摩擦材料，形成我國和諧機(jī)車用摩擦材料的制造技術(shù)，所研制的新型閘瓦能夠取代進(jìn)口產(chǎn)品，滿足我國鐵路大功率機(jī)車的制動要求。
【專利說明】鐵路大功率機(jī)車合成閘瓦的閘瓦體制備材料及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵路機(jī)車合成閘瓦制備技術(shù)，具體為閘瓦體的制備材料及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國和諧號大功率機(jī)車分別從美國GE、美國EMD、日本東芝、法國阿爾斯通、德國 西門子通過引進(jìn)、消化再創(chuàng)新而制造，機(jī)車上剎車系統(tǒng)所使用的摩擦材料主要是從國外進(jìn) 口，國內(nèi)廠家沒有形成批量供貨。由于生產(chǎn)廠家是北美、歐洲和日本等國家和地區(qū)，所以采 用的標(biāo)準(zhǔn)也不同，國內(nèi)沒有形成評價體系。目前針對HXD 2機(jī)車用閘瓦，國內(nèi)還沒有形成完 整的制造技術(shù)，在山西省科學(xué)技術(shù)情報研究所進(jìn)行科技查新，通過國內(nèi)數(shù)據(jù)庫檢索，未見對 HXD2型大功率機(jī)車閘瓦進(jìn)行制造研究的公開文獻(xiàn)報道。
[0003] 目前，我國和諧號大功率機(jī)車所使用的摩擦材料主要是從國外進(jìn)口，國內(nèi)廠家沒 有形成批量供貨。由于國外產(chǎn)品的價格昂貴，產(chǎn)品供應(yīng)周期長，增大了使用和維修成本。機(jī) 車配屬的鐵路局不同，造成了國外產(chǎn)品在我國無法廣泛適用，更無法進(jìn)行有效的質(zhì)量控制。 因此，有必要自主研發(fā)大功率機(jī)車所使用的摩擦材料，制造國產(chǎn)產(chǎn)品，降低成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 目前，我國鐵路和諧號大功率機(jī)車制動單元全部采用進(jìn)口閘瓦，價格昂貴，供貨不 及時。本發(fā)明的目的在于提供一種閘瓦體制備材料及制備方法，利用該閘瓦體制備的合成 閘瓦滿足了進(jìn)口機(jī)車配件國產(chǎn)化的要求，達(dá)到與國外產(chǎn)品等同的摩擦磨耗性能。
[0005] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種鐵路大功率機(jī)車合成閘瓦的閘瓦體制備材料，由如下重量份的組分構(gòu)成： 丁腈橡膠9?10份，酚醛樹脂4?5份，海泡石8?10份，鐵粉21?23份，鋼棉纖維 3?4份，錯f凡土 0. 3?0. 8份，復(fù)合纖維11. 5?12. 5份，硫酸鋇15?17份，石墨14? 15. 5份，鉀長石5?6份，促進(jìn)劑0. 2?0. 7份，氧化鋅0. 1?0. 5份，硬脂酸0. 1?0. 5 份，硫磺0. 5?1份。
[0006] 如圖2、3、4所示，鐵路和諧號大功率機(jī)車合成閘瓦包括鋼質(zhì)瓦背和由高分子材料 制備的閘瓦體，二者通過熱壓粘結(jié)組合而成。本發(fā)明所制備的合成閘瓦結(jié)構(gòu)同國外產(chǎn)品，其 中鋼制瓦背包含加強(qiáng)板、瓦背體、定位柱三個零件，加強(qiáng)板和瓦背體采用焊接固聯(lián)，定位柱 和瓦背體采用鉚接固聯(lián)。
[0007] HXD2型大功率機(jī)車合成閘瓦的外形及配合尺寸確定后，太原機(jī)車車輛配件廠根據(jù) 多年生產(chǎn)高摩擦系數(shù)合成閘瓦的成熟經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了生產(chǎn)HXD 2大功率 機(jī)車合成閘瓦的工藝路線如圖1所示，其中，鋼制瓦背體可以采用現(xiàn)有方法制備而成，由于 瓦背結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了簡化模具結(jié)構(gòu)，瓦背成型模具采用了單工步結(jié)構(gòu)型式，確保了瓦背 的成型。具體步驟依次為：瓦背下料、瓦背落料、瓦背沖孔打字、瓦鼻成型、瓦背切舌、瓦背 翻邊、瓦鼻圓弧成型，然后在瓦背體上焊接加強(qiáng)版和鉚接定位柱裝配構(gòu)成瓦背，經(jīng)拋丸除銹 后，經(jīng)過瓦背質(zhì)量檢驗(yàn)合格即可。
[0008] 閘瓦體制備方法如下：稱取規(guī)定重量的丁腈橡膠，進(jìn)行破膠后，依次加入規(guī)定重 量的其他配料：酚醛樹脂、海泡石、鐵粉、鋼棉纖維、鋁釩土、復(fù)合纖維、硫酸鋇、石墨、鉀長 石、促進(jìn)劑、氧化鋅、硬脂酸、硫磺，進(jìn)行混煉，混煉是用煉膠機(jī)將生膠或塑煉生膠與配合劑 煉成混煉膠的工藝，破碎，最后熱壓成型即可，閘瓦體熱壓成型的技術(shù)參數(shù)：壓制溫度為 160±5°C、保壓時間為30min、壓制壓力控制在不低于14. 5MPa。其中，閘瓦體的優(yōu)選配方 為：丁腈橡膠9. 6份，酚醛樹脂4. 3份，海泡石9份，鐵粉22. 3份，鋼棉纖維3. 7份，鋁釩土 〇. 5份，復(fù)合纖維12. 2份，硫酸鋇16份，石墨14. 9份，鉀長石5. 8份，促進(jìn)劑0. 4份，氧化鋅 〇. 3份，硬脂酸0. 2份，硫磺0. 8份。
[0009] 配方中，丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經(jīng)乳液聚合法制得的，丁腈橡膠主要采用 低溫乳液聚合法生產(chǎn)，耐油性極好，耐磨性較高，耐熱性較好，粘接力強(qiáng)。
[0010] 促進(jìn)劑一是作為補(bǔ)強(qiáng)樹脂的固化劑，提高橡膠制品的硬度；二是與甲苯二酚等助 劑一起構(gòu)成粘合體系，對橡膠與纖維的粘合起著重要作用，本發(fā)明具體選用硫磺作硫化劑， 促進(jìn)劑CZ作硫化促進(jìn)劑，氧化鋅作為防氧化劑。
[0011] 復(fù)合纖維是指由兩種或兩種以上聚合物，或具有不同性質(zhì)的同一聚合物，經(jīng)復(fù)合 紡絲法制成的化學(xué)纖維，本發(fā)明具體選用礦物復(fù)合纖維和鋼棉纖維作為復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)體系。
[0012] 之后，在鋼制瓦背上涂刷粘結(jié)劑，經(jīng)熱壓粘結(jié)閘瓦體，構(gòu)成合成閘瓦，最后經(jīng)清除 飛邊余量、固然化處理后，檢驗(yàn)、油漆、包裝、入庫。
[0013] 該合成閘瓦可用在鐵路重載貨車的大功率牽引機(jī)車中，使用時安裝在機(jī)車制動單 元的閘瓦托上，通過閘瓦釬使之固聯(lián)。工作時依靠制動缸帶動一系列杠桿將力傳遞到合成 閘瓦上，合成閘瓦前行對車輪踏面產(chǎn)生摩擦，從而實(shí)現(xiàn)制動。
[0014] 由于和諧號大功率機(jī)車合成閘瓦的原生產(chǎn)廠家是北美、歐洲和日本等國家和地 區(qū)，所以采用的標(biāo)準(zhǔn)也不同，依據(jù)中國的TB/T3196,檢測方法和測試程序同國外有許多不 同，國內(nèi)沒有形成完整的制造技術(shù)和評價體系。為了達(dá)到和國外產(chǎn)品等同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同 時滿足我國鐵路行業(yè)的特點(diǎn)，需對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計，太原機(jī)車車輛配件廠技術(shù)人員首 先對HXD 2產(chǎn)品系統(tǒng)分析，之后進(jìn)行選材、配方和工藝系統(tǒng)研究，在參考了國內(nèi)外《國外機(jī)車 車輛用合成材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》、《大功率機(jī)車上的金屬陶瓷制動閘瓦》和《機(jī)車車 輛制動閘瓦材料的發(fā)展》等大量先進(jìn)技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以丁腈橡膠、改性酚醛樹脂為粘結(jié) 齊?，石墨、鋁礬土、鉀長石粉、還原鐵粉和沉淀硫酸鋇等為填料，鋼棉纖維、復(fù)合纖維和海泡 石纖維為增強(qiáng)纖維，多種成分混合構(gòu)成了 HXD2型大功率機(jī)車合成閘瓦的閘瓦體摩擦材料。 通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化配方及工藝，研究結(jié)果雖在摩擦磨耗性能方面達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的 水平，但產(chǎn)品重量卻比國外少了近0.5kg，又經(jīng)過大量試驗(yàn)，最終確定了工藝配方，產(chǎn)品重量 基本接近了國外產(chǎn)品，經(jīng)過物理及力學(xué)性能和1 :3摩擦磨耗性能試驗(yàn)，研制閘瓦的各項性 能指標(biāo)達(dá)到了進(jìn)口原裝閘瓦。在此基礎(chǔ)上，將試制的樣品送鐵科院機(jī)輛所進(jìn)行了 1 :1摩擦 磨耗性能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明具有穩(wěn)定的摩擦性能和較好的耐磨性，摩擦磨耗性能達(dá)到了 使用性能；可有效抑制金屬鑲嵌、裂紋、掉塊等現(xiàn)象，減少對車輪踏面的損傷。
[0015] 具體研究時，通過對國外產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)分析、室內(nèi)配方研究、工廠放大生產(chǎn)、現(xiàn)場 行車運(yùn)用考察試驗(yàn)，形成制造技術(shù)。1、系統(tǒng)分析國外樣品和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵、充分研究機(jī)車配屬 局的線路、氣候和運(yùn)輸特點(diǎn)；2、室內(nèi)配方系統(tǒng)研究，根據(jù)使用條件、滿足使用要求下，圍繞 減少金屬鑲嵌、對對偶件的熱損傷、異常磨耗、本身長壽命的原則，精選原材料、優(yōu)化配方和 工藝；3、工廠放大生產(chǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行放大生產(chǎn)并進(jìn)一步優(yōu)化成型工藝參數(shù)，形成系 統(tǒng)的和諧號大功率機(jī)車用摩擦材料（閘瓦體）的制造技術(shù)；4、現(xiàn)場行車運(yùn)用考察試驗(yàn)，優(yōu)選 2?3個配方，在現(xiàn)場進(jìn)行為期一年或運(yùn)行里程10萬公里的行車試驗(yàn)，測試摩擦材料的使用 狀況、實(shí)際壽命、對對偶件的磨耗、氣候?qū)Ω黜椥阅艿挠绊懙?，確定摩擦材料在實(shí)際行車中 的各種性能，確定能否滿足和諧號大功率機(jī)車的制動要求，形成完整的制造技術(shù)。
[0016] 本申請主要針對國外進(jìn)口原裝閘瓦與研制閘瓦進(jìn)行對比性試驗(yàn)，參照 TB3196-2008《機(jī)車用合成閘瓦》制訂出企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由于目前大功率機(jī)車用合成閘瓦仍采 用進(jìn)口原裝閘瓦，國產(chǎn)化還沒有普及，還沒有形成固定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，太原機(jī)車車輛配件廠 結(jié)合原鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心1 :1摩擦磨耗性能試驗(yàn)結(jié)果和鐵科院金化所1 :3 摩擦磨耗性能試驗(yàn)以及物理及力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果，組織工程技術(shù)人員起草了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/ TT59-J83-2013《HXD2型大功率機(jī)車合成閘瓦技術(shù)條件》用于指導(dǎo)現(xiàn)場的生產(chǎn)。所研制的閘 瓦通過在中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所物理及力學(xué)性能試驗(yàn)和1 :3試驗(yàn)臺的制 動摩擦磨耗性能測試，結(jié)果表明，各項性能拭指標(biāo)基本達(dá)到了國外原裝閘瓦的要求。具體見 表1、表2所不。
[0017] 表1 :原裝閘瓦和研制閘瓦物理力學(xué)性能測試結(jié)果與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的比較

【權(quán)利要求】
1. 一種鐵路大功率機(jī)車合成閘瓦的閘瓦體制備材料，其特征在于：由如下重量份的組 分構(gòu)成： 丁腈橡膠9?10份，酚醛樹脂4?5份，海泡石8?10份，鐵粉21?23份，鋼棉纖維 3?4份，錯f凡土 0. 3?0. 8份，復(fù)合纖維11. 5?12. 5份，硫酸鋇15?17份，石墨14? 15. 5份，鉀長石5?6份，促進(jìn)劑0. 2?0. 7份，氧化鋅0. 1?0. 5份，硬脂酸0. 1?0. 5 份，硫磺0. 5?1份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路大功率機(jī)車合成閘瓦的閘瓦體制備材料，其特征在于： 由如下重量份的組分構(gòu)成：丁腈橡膠9. 6份，酚醛樹脂4. 3份，海泡石9份，鐵粉22. 3份， 鋼棉纖維3. 7份，鋁釩土 0. 5份，復(fù)合纖維12. 2份，硫酸鋇16份，石墨14. 9份，鉀長石5. 8 份，促進(jìn)劑〇. 4份，氧化鋅0. 3份，硬脂酸0. 2份，硫磺0. 8份。
3. -種鐵路大功率機(jī)車合成閘瓦的閘瓦體制備方法，其特征在于：包括如下步驟：稱 取規(guī)定重量的丁腈橡膠，進(jìn)行破膠后，依次加入規(guī)定重量的其他配料：酚醛樹脂、海泡石、鐵 粉、鋼棉纖維、鋁釩土、復(fù)合纖維、硫酸鋇、石墨、鉀長石、促進(jìn)劑、氧化鋅、硬脂酸、硫磺，進(jìn)行 混煉、破碎，最后熱壓成型即可，閘瓦體熱壓成型的技術(shù)參數(shù)：壓制溫度160±5°C、保壓時 間30min、控制壓制壓力不低于14. 5MPa。
【文檔編號】C08K13/02GK104086832SQ201410325067
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】張宗安, 裴頂峰, 田天順, 張劍, 趙弟武, 田建忠, 陳強(qiáng) 申請人:北京鐵路局太原機(jī)車車輛配件廠