專利名稱：地鐵車輛用高摩合成閘瓦及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無石棉高摩合成閘瓦及其制造方法，尤其涉及一種用于地鐵車輛的高摩合成閘瓦及其制造方法。
高摩合成閘瓦摩擦系數(shù)高，閘瓦壓力小，故制動缸尺寸減小，基礎(chǔ)制動裝置重量輕，可減少制動機的用風(fēng)量，尤其是對輪軌粘著的影響較小，故提高了制動效能，使各閘瓦壓力達到均勻一致，從而達到能量的均衡分配。迄今，國內(nèi)高摩合成閘瓦都以石棉作為增強纖維，盡管石棉具有良好的綜合性能，但石棉粉塵對人體具有致癌作用，根據(jù)環(huán)境保護的有關(guān)規(guī)定，歐美各國在二十世紀(jì)九十年代初已頒布禁令，石棉及其制品的生產(chǎn)和使用已受到限制。
目前，軌道交通運輸正朝著高速、重載的方向發(fā)展，基于對安全的考慮，對閘瓦的要求也越來越高。但高摩合成閘瓦始終存在一些問題，盡管歐州專利EP0055205A發(fā)明了一種解決合成閘瓦浸濕后摩擦系數(shù)減小，導(dǎo)致雨天車輛制動距離延長問題的方法，但是合成閘瓦的龜裂和金屬鑲嵌物這兩個問題一直無法得到解決。如上海地鐵運行的車輛由德國ADtranz和SIEMENS公司制造，而閘瓦由德國JURID公司制造，該閘瓦在使用過程中普遍存在龜裂、金屬鑲嵌物和損傷輪對的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)地鐵車輛用高摩合成閘瓦，它以混雜纖維為增強材料，改性酚醛樹脂為基體材料，再填充摩擦性能調(diào)節(jié)劑，采用熱壓工藝制成，該閘瓦包括以下組份及重量百分含量鋼纖維 5～25％芳綸漿粕 0.5～5％改性酚醛樹脂 5～20％丁腈粉末 1～10％氧化鋅 1～10％剛玉 0.1～1％陶土 10～40％石墨 5～20％重晶石粉 20～40％所述的鋼纖維是經(jīng)拉絲刮削切斷的金屬材料，其容積率為0.9～1.20cc/g，直徑小于200μm，長度0.1～5mm，熔點1530℃。
所述的芳倫漿粕選用美國杜邦公司生產(chǎn)的979型。
所述的改性酚醛樹脂為腰果殼油和雜環(huán)化合物共同改性的酚醛樹脂CM-15，樹脂的沖擊強度0.185J/cm2，彎曲強度48.6MPa，彎曲模量2.78GPa，分解溫度420.1℃，分解速率最快時的溫度為467.8℃，分解殘留物達40.87％。
地鐵車輛用高摩合成閘瓦的制造方法，包括以下工藝步驟首先將各原材料按重量比為鋼纖維5～25％、芳綸漿粕0.5～5％、改性酚醛樹脂5～20％、丁腈粉末1～10％、氧化鋅1～10％、剛玉0.1～1％、陶土10～40％、石墨5～20％、重晶石粉20～40％投入高速混料機內(nèi)進行混合，轉(zhuǎn)速為1500rpm，時間3～5分鐘；然后將混好的壓塑料放入干燥房中，使壓塑料的揮發(fā)份含量小于1％重量；再將壓塑料放入模具內(nèi)熱壓成型，其工藝參數(shù)為溫度135～145℃，壓力5～15MPa，時間0.2～0.5min/mm；最后將成型物放入烘箱中在150～200℃條件下熱處理8～12小時得到產(chǎn)品。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高摩合成閘瓦采用混雜纖維作為增強纖維，由于鋼的密度大，過量添加會導(dǎo)致高摩合成閘瓦的密度增加，尤其當(dāng)載荷大、制動頻繁時產(chǎn)生熔融，影響摩擦表面。而芳綸漿粕979(Kevlar Pulp 979)屬于有機纖維，盡管在常溫時Kevlar Pulp 979具優(yōu)良的力學(xué)性能，強度是鋼的5倍、鋁的10倍以上、E玻璃纖維的2.4倍，比表面積達到7～10m2/g，而密度僅為1.44，但它的分解溫度僅為470℃左右。因此必須將兩者有機地結(jié)合，才能保證高摩合成閘瓦不僅有優(yōu)良的常溫性能，而且具有良好的高溫性能。當(dāng)然，高摩合成閘瓦的高溫性能主要取決于粘合劑，即酚醛樹脂，常用的純酚醛樹脂如2123樹脂，2124樹脂等具有硬、脆等缺點，從而使得產(chǎn)品易龜裂、產(chǎn)生噪音，因此酚醛樹脂必須加以改性。本發(fā)明所采用的改性酚醛樹脂是由腰果殼油和雜環(huán)化合物共同改性的酚醛樹脂CM-15，該CM-15樹脂不僅具有良好的物理機械性能，如樹脂的沖擊強度0.185J/cm2，彎曲強度48.6MPa，彎曲模量2.78GPa，而且具有良好的耐高溫性能，如樹脂的分解溫度420.1℃，分解速率最快時的溫度為467.8℃，尤其是725℃的分解殘留物達40.87％，而未改性酚醛樹脂的分解殘留物僅為3.02％。本發(fā)明產(chǎn)品經(jīng)小樣試驗、臺架試驗和裝車營運試驗證明，各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，并克服了進口閘瓦存在的龜裂、金屬鑲嵌物等缺陷，提高了濕態(tài)制動性能。
此外，本發(fā)明的熱壓成型工藝不同于現(xiàn)有的摩擦材料生產(chǎn)工藝，兩者比較如下參數(shù) 本發(fā)明熱壓成型工藝現(xiàn)有熱壓成型工藝成型溫度 135～145℃ 150～160℃成型壓力 5～15MPa 20～30MPa成型時間 0.2～0.5min/mm1min/mm由此可見，本發(fā)明的熱壓成型工藝與現(xiàn)有的工藝相比具有快速、高效、低能耗的優(yōu)點。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1地鐵車輛用高摩合成閘瓦的組份及含量如下組份 重量百分含量鋼纖維 20Kevlar Pulp 9792CM-15樹脂 18氧化鋅 3剛玉 0.5陶土 20石墨 5.5重晶石粉 28丁腈粉 3將原材料按比例投入GRH-50型高速加熱混料機內(nèi)進行混合，轉(zhuǎn)速為1500rpm，時間3分鐘，將混好的壓塑料放入干燥房中，使壓塑料的揮發(fā)份含量小于1％。將壓塑料放入模具內(nèi)熱壓成型，其工藝參數(shù)為溫度145℃，壓力7MPa，時間0.3min/mm。然后將閘瓦放入烘箱中在180℃條件下熱處理10小時。
制得的地鐵車輛用高摩合成閘瓦摩擦性能，按GB5763-96標(biāo)準(zhǔn)測試，測試結(jié)果如下溫度℃100 150200250300350摩擦系數(shù)μ 升溫 0.440.43 0.41 0.41 0.38 0.38降溫 0.440.45 0.45 0.45 0.41磨耗率 ΔW(×10-7cm3/N.m)0.190.29 0.29 0.27 0.20 0.22洛氏硬度 .HRM78.82
制得的地鐵車輛用高摩合成閘瓦采用美國Greening公司的1∶1臺架試驗臺進行對比試驗，試驗結(jié)果如下性能 實施例1 原裝進口閘瓦常規(guī)制動摩擦系數(shù) 0.256-0.318 0.201-0.324平均值 0.282 0.267超載(71.47)常規(guī)制動摩擦系數(shù) 0.276-0.3120.236-0.291平均值0.295 0.25680KM/h緊急制動摩擦系數(shù)0.297 0.26860KM/h緊急制動摩擦系數(shù) 0.316 0.265濕態(tài)制動時摩擦系數(shù)50KM/h 0.349 0.27180KM/h 0.295 0.285靜摩擦系數(shù) 0.474 0.485磨損 215克 240克從臺架試驗結(jié)果可以看出，實施例1的摩擦系數(shù)波動范圍小，超載和緊急制動時摩擦系數(shù)明顯提高，濕態(tài)制動時摩擦系數(shù)較高，如果作曲線圖，可見濕態(tài)制動的制動曲線和常規(guī)制動時的制動曲線相吻合，且動、靜摩擦系數(shù)相差較小，因此使得列車的安全性和舒適性都有所提高，同時使用壽命更長。
實施例2地鐵車輛用高摩合成閘瓦的組份及含量如下組份 重量百分含量鋼纖維8Kevlar Pulp 979 5CM-15樹脂 20氧化鋅3剛玉 0.5陶土 27
石墨 5.5重晶石粉30丁腈粉 1制造方法與實施例1基本相同，其中熱壓成型的工藝參數(shù)為溫度140℃，壓力10MPa，時間0.4min/mm。
制得的地鐵車輛用高摩合成閘瓦的性能及臺架試驗結(jié)果與實施例1相同。
實施例3地鐵車輛用高摩合成閘瓦的組份及含量如下組份 重量百分含量鋼纖維 24Kevlar Pulp 979 0.7CM-15樹脂 8氧化鋅 3剛玉1陶土10石墨 10.3重晶石粉 37丁腈粉 6制造方法與實施例1基本相同，其中熱壓成型的工藝參數(shù)為溫度135℃，壓力12MPa，時間0.5min/mm。
制得的地鐵車輛用高摩合成閘瓦的性能及臺架試驗結(jié)果與實施例1相同。
權(quán)利要求
1.地鐵車輛用高摩合成閘瓦，其特征在于，它以混雜纖維為增強材料，改性酚醛樹脂為基體材料，再填充摩擦性能調(diào)節(jié)劑，采用熱壓工藝制成，該閘瓦包括以下組份及重量百分含量鋼纖維 5～25％芳綸漿粕0.5～5％改性酚醛樹脂5～20％丁腈粉末1～10％氧化鋅 1～10％剛玉0.1～1％陶土10～40％石墨5～20％重晶石粉20～40％
2.如權(quán)利要求1所述的地鐵車輛用高摩合成閘瓦，其特征在于，所述的鋼纖維是經(jīng)拉絲刮削切斷的金屬材料，其容積率為0.9～1.20cc/g，直徑小于200μm，長度0.1～5mm，熔點1530℃。
3.如權(quán)利要求1所述的地鐵車輛用高摩合成閘瓦，其特征在于，所述的芳倫漿粕選用美國杜邦公司生產(chǎn)的979型。
4.如權(quán)利要求1所述的地鐵車輛用高摩合成閘瓦，其特征在于，所述的改性酚醛樹脂為腰果殼油和雜環(huán)化合物共同改性的酚醛樹脂CM-15，樹脂的沖擊強度0.185J/cm2，彎曲強度48.6MPa，彎曲模量2.78GPa，分解溫度420.1℃，分解速率最快時的溫度為467.8℃，分解殘留物達40.87％。
5.權(quán)利要求1所述的地鐵車輛用高摩合成閘瓦的制造方法，其特征在于，包括以下工藝步驟首先將各原材料按重量比為鋼纖維5～25％、芳綸漿粕0.5～5％、改性酚醛樹脂5～20％、丁腈粉末1～10％、氧化鋅1～10％、剛玉0.1～1％、陶土10～40％、石墨5～20％、重晶石粉20～40％投入高速混料機內(nèi)進行混合，轉(zhuǎn)速為1500rpm，時間3～5分鐘；然后將混好的壓塑料放入干燥房中，使壓塑料的揮發(fā)份含量小于1％重量；再將壓塑料放入模具內(nèi)熱壓成型，其工藝參數(shù)為溫度135～145℃，壓力5～15MPa，時間0.2～0.5min/mm；最后將成型物放入烘箱中在150～200℃條件下熱處理8～12小時得到產(chǎn)品。
全文摘要
地鐵車輛用高摩合成閘瓦及其制造方法，它以混雜纖維為增強材料，改性酚醛樹脂為基體材料，再填充摩擦性能調(diào)節(jié)劑，采用熱壓工藝制成，該閘瓦包括以下組份及重量百分含量鋼纖維5～25％、芳綸漿粕0.5～5％、改性酚醛樹脂5～20％、丁腈粉末1～10％、氧化鋅1～10％、剛玉0.1～1％、陶土10～40％、石墨5～20％、重晶石粉20～40％。本發(fā)明產(chǎn)品經(jīng)小樣試驗、臺架試驗和裝車營運試驗證明，各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，并克服了進口閘瓦存在的龜裂、金屬鑲嵌物等缺陷，提高了濕態(tài)制動性能。
文檔編號C08L61/04GK1405044SQ01126440
公開日2003年3月26日 申請日期2001年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者張定權(quán), 沈偉爭 申請人:張定權(quán)