專利名稱：列車制動用混雜纖維增強摩擦材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種列車制動用摩擦材料及其制備方法。
背景技術：
我國鐵路目前正朝著旅客運輸高速化、快速化，貨物運輸重載化、快捷化的技術方向發展，要保證列車提速，制動系統必須具備高可靠性。長期以來，我國采用的列車制動材料主要有含磷鑄鐵材料、粉末冶金材料和有機合成材料等三大類。其中鑄鐵材料的摩擦系數不受氣候的影響且價格低廉，但其瞬時摩擦系數較低且受制動初速度影響較大，制造時的性能離散性也較大。粉末冶金材料具有瞬時摩擦系數不隨列車行進速度和天氣狀況改變而變化的優點，其耐磨性和導熱性都較好，但是粉末冶金材料對對摩制動盤的攻擊性大，成本較高。有機合成材料具有化學結構可設計性強、易加工、成本低、密度小、制動噪音低、對制動盤攻擊性小等諸多優點，是性價比最為優異的摩擦材料。中國專利CN1206080A披露了一種列車制動用無石棉盤形閘片及其制造工藝，其組分為熱固性樹脂、熱塑性樹脂、無機粘合劑、鐵粉、金屬氧化物、有機填料、無機填料、金屬纖維等，上述組分通過混料機的混合、攪拌、然后經干燥處理再模壓成型成制品。該摩擦材料具有摩擦系數高，性能穩定等特點，在高速制動下具有良好的耐熱性和耐磨性，且對偶材料沒有損傷現象。世界專利W08909889、DE4135389等所報道的列車用摩擦材料的增強劑也為各種纖維，其基體為熱塑性/熱固性酚醛樹脂、橡膠或橡塑共混體系，并添加有硅酸鹽等多種無機填料。上述摩擦材料的適用速度一般為時速160公里以內。張東方(《鐵道機車車輛》2004,24 64)報道了一種高速動車輪盤制動材料，這種材料的粘接劑為耐高溫改性樹脂和橡膠，含有合成銅粉、還原鐵粉、三氧化二鋁、碳化硅、石墨和鋼纖維等；孫振亞(《非金屬礦》2004,27 :51)研究了納米材料改性酚醛樹脂合成閘片的摩擦性能，并報道了一種可用于時速16(Γ200公里客車的高性能合成閘片(《鐵道車輛》， 2006,44 :9)，其組分主要有納米改性酚醛樹脂、鋼纖維和鐵粉等金屬材料、礦物增強纖維、石墨、重晶石、鋁礬土等。目前無論國內還是國外，列車制動用合成閘片的有機粘結劑均采用酚醛樹脂或改性酚醛樹脂。眾所周知，酚醛樹脂的固化反應為縮合反應，加工過程中會放出很多揮發性物質，制品中易于出現空洞，制動過程中閘片易于產生熱衰退和熱裂紋，存在災難性的危險隱
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發明內容
本發明的目的在于提供一種品質優良、可避免產生熱衰退和熱裂紋的列車制動用摩擦材料及其制備方法。本發明提供的列車制動用摩擦材料，由如下重量份數比例的原料制備而成 改性酚醛樹脂2014份；乳膠粒改性劑2 6份； 混雜纖維16 38份； 摩擦性能調整劑2(Γ39份。本發明中，所述的改性酚醛樹脂可為雙氰胺改性酚醛樹脂、環氧改性酚醛樹脂、聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂、雙馬來酰胺改性酚醛樹脂中的一種。本發明中，所述的乳膠粒改性劑可為氯丁膠乳、丁苯膠乳、羧基丁腈膠乳、丁腈乳膠中的一種。本發明中，所述的混雜纖維包括炭纖維、金屬纖維和無機礦物纖維。其中金屬纖維為綱纖維、銅纖維、紫銅纖維中的至少一種；無機礦物纖維為硅灰石纖維、海泡石纖維、巖棉、硅酸鋁纖維中的至少一種。本發明中，所述的摩擦性能調整劑由石墨、云母、炭黑、三氧化二鋁、碳化硅、氧化亞銅、氧化鋇、硅灰石、二氧化硅、氧化鈣、硫化銅、二氧化錳、氟化鈣中、硫酸鋇、碳酸鈣、鉻鐵礦粉、陶土、三氧化二鐵、二氧化鈦、還原鐵粉、稀土礦粉、膨脹蛭石中的5、種組成。本發明還提供上述列車制動用摩擦材料的制備方法，具體步驟如下
1)按上述重量份數比例稱取原材料；
2)濕法混料將稱量好的乳膠粒改性劑加入改性酚醛樹脂制備出復合改性酚醛樹脂乳膠液，再將稱量好的混雜纖維和摩擦性能調整劑加入復合改性酚醛樹脂中，采用混料機，混合2(T30min，得粉狀混合物，在100士5°C下干燥廣2小時，得模壓料；
3)模壓成型將上述模壓料和金屬附件(如鋼背)放入模具中，在155士5°C溫度和 2(Γ50ΜΙ^壓力下保溫保壓2lmin/mm，模壓成型，并趁熱出模；
4)后處理將模壓成型制品在170士10°C下進行熱處理4(Tl20min，即得到混雜纖維增強摩擦材料制品。上述制備方法得到的制品可應用于客貨運列車、城市軌道交通或地鐵制動系統中的剎車片、閘片、閘瓦中。本發明克服現有酚醛樹脂粘結劑的不足，采用含反應性基團的聚合物和乳膠粒復合改性的酚醛樹脂為粘結劑，大分子鏈中的乳膠粒可提高酚醛樹脂的韌性，含反應性基團聚合物使酚醛樹脂的固化反應從縮合反應變成加成反應，可有效降低材料制備過程中揮發性物質的放出。本發明與現有技術相比，采用反應性聚合物和乳膠粒復合改性酚醛樹脂為粘結劑，選用包括炭纖維、金屬纖維、無機礦物纖維等的混雜纖維作為增強纖維，改善了閘片材料的成型加工性能，材料的成品率高，制品中無空洞，制動試驗后工作表面無掉渣和龜裂現象。摩擦材料在不同制動速度下摩擦性能穩定，高速下無明顯摩擦性能衰退現象，高溫摩擦性能優異，對制動盤損傷小，制動盤表面無熱裂紋。另外，該摩擦材料基體一復合改性酚醛樹脂為水溶性乳液，采用濕法共混工藝混料制備模壓料，混料過程中無粉塵污染，干燥過程中無有害揮發物產生，生產工藝為綠色環保工藝。
圖1.瞬時摩擦系數一速度曲線(干燥條件，閘片壓力21 kNX2)。圖2.瞬時摩擦系數一速度曲線(干，閘片壓力10. 5 kNX2)。圖3.瞬時摩擦系數一速度曲線(加水試驗，閘片壓力21 kNX2)。
圖4. (a)瞬時摩擦系數一速度曲線(平均速度60 km/h，閘片壓力6.0 kNX2)， (b)瞬時摩擦系數一速度曲線(平均速度60 km/h，閘片壓力10.5 kNX 2)，(c)靜摩擦系數。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明。實施例1
1、稱取原料，原料的重量份數比為
權利要求
1.一種列車制動用混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于由如下重量份數的原料制備而成改性酚醛樹脂2014份；乳膠粒改性劑2飛份；混雜纖維16 38份；摩擦性能調整劑20 39份。
2.如權利要求1所述的列車制動用混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所述的改性酚醛樹脂為雙氰胺改性酚醛樹脂、環氧改性酚醛樹脂、聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂、雙馬來酰胺改性酚醛樹脂中的一種。
3.如權利要求1所述的列車制動用混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所述的乳膠粒改性劑為氯丁膠乳、丁苯膠乳、丁腈乳膠、羧基丁腈膠乳中的一種。
4.如權利要求1所述的列車制動用混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所述的混雜纖維包括炭纖維、金屬纖維和無機礦物纖維，所述金屬纖維為綱纖維、銅纖維、紫銅纖維中的至少一種，無機礦物纖維為硅灰石纖維、海泡石纖維、巖棉、硅酸鋁纖維中的至少一種。
5.如權利要求1所述的列車制動用混雜纖維增強摩擦材料，其特征在于所述的摩擦性能調整劑由石墨、云母、炭黑、三氧化二鋁、碳化硅、氧化亞銅、氧化鋇、硅灰石、二氧化硅、 氧化鈣、硫化銅、二氧化錳、氟化鈣中、硫酸鋇、碳酸鈣、鉻鐵礦粉、陶土、三氧化二鐵、二氧化鈦、還原鐵粉、稀土礦粉、膨脹蛭石中的5、種組成。
6.如權利要求1所述的列車制動用混雜纖維增強摩擦材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下1)按權利要求1中所述重量份數稱量原材料；2)濕法混料將稱量好的乳膠粒改性劑加入改性酚醛樹脂制備出復合改性酚醛樹脂乳膠液，再將稱量好的混雜纖維和摩擦性能調整劑加入復合改性酚醛樹脂中，采用混料機，混合2(T30min，得粉狀混合物，在100士5°C下干燥廣2小時，得模壓料；3)模壓成型將上述模壓料和金屬附件放入模具中，在155士5°C溫度和2(Γ50ΜΙ^壓力下保溫保壓2lmin/mm，模壓成型，并趁熱出模；4)后處理將模壓成型制品在170士10°C下熱處理4(Tl20min。
全文摘要
本發明屬于材料技術領域，具體為是一種列車制動用混雜纖維增強摩擦材料及其制備方法。本發明采用復合改性酚醛樹脂為粘結劑，選用包括炭纖維、金屬纖維、無機礦物纖維等的混雜纖維作為增強纖維。與現有技術相比，本發明改善了列車制動用有機合成閘片的成型加工性能，材料的成品率高；閘片在不同制動速度下摩擦性能穩定，高速下無明顯摩擦性能衰退現象，制動試驗后工作表面無掉渣和龜裂現象。本發明摩擦材料可廣泛用于制造客貨運列車、城市軌道交通、地鐵等制動系統中的剎車片、閘片、閘瓦等。
文檔編號F16D69/02GK102191015SQ201110087789
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者叢培紅, 劉旭軍, 呂仁國, 李同生 申請人:復旦大學