專(zhuān)利名稱(chēng)：列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種列車(chē)制動(dòng)用摩擦材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)鐵路目前正朝著旅客運(yùn)輸高速化、快速化，貨物運(yùn)輸重載化、快捷化的技術(shù)方向發(fā)展，要保證列車(chē)提速，制動(dòng)系統(tǒng)必須具備高可靠性。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)采用的列車(chē)制動(dòng)材料主要有含磷鑄鐵材料、粉末冶金材料和有機(jī)合成材料等三大類(lèi)。其中鑄鐵材料的摩擦系數(shù)不受氣候的影響且價(jià)格低廉，但其瞬時(shí)摩擦系數(shù)較低且受制動(dòng)初速度影響較大，制造時(shí)的性能離散性也較大。粉末冶金材料具有瞬時(shí)摩擦系數(shù)不隨列車(chē)行進(jìn)速度和天氣狀況改變而變化的優(yōu)點(diǎn)，其耐磨性和導(dǎo)熱性都較好，但是粉末冶金材料對(duì)對(duì)摩制動(dòng)盤(pán)的攻擊性大，成本較高。有機(jī)合成材料具有化學(xué)結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易加工、成本低、密度小、制動(dòng)噪音低、對(duì)制動(dòng)盤(pán)攻擊性小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是性?xún)r(jià)比最為優(yōu)異的摩擦材料。中國(guó)專(zhuān)利CN1206080A披露了一種列車(chē)制動(dòng)用無(wú)石棉盤(pán)形閘片及其制造工藝，其組分為熱固性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂、無(wú)機(jī)粘合劑、鐵粉、金屬氧化物、有機(jī)填料、無(wú)機(jī)填料、金屬纖維等，上述組分通過(guò)混料機(jī)的混合、攪拌、然后經(jīng)干燥處理再模壓成型成制品。該摩擦材料具有摩擦系數(shù)高，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，在高速制動(dòng)下具有良好的耐熱性和耐磨性，且對(duì)偶材料沒(méi)有損傷現(xiàn)象。世界專(zhuān)利W08909889、DE4135389等所報(bào)道的列車(chē)用摩擦材料的增強(qiáng)劑也為各種纖維，其基體為熱塑性/熱固性酚醛樹(shù)脂、橡膠或橡塑共混體系，并添加有硅酸鹽等多種無(wú)機(jī)填料。上述摩擦材料的適用速度一般為時(shí)速160公里以?xún)?nèi)。張東方(《鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛》2004,24 64)報(bào)道了一種高速動(dòng)車(chē)輪盤(pán)制動(dòng)材料，這種材料的粘接劑為耐高溫改性樹(shù)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(shù)脂合成閘片的摩擦性能，并報(bào)道了一種可用于時(shí)速16(Γ200公里客車(chē)的高性能合成閘片(《鐵道車(chē)輛》， 2006,44 :9)，其組分主要有納米改性酚醛樹(shù)脂、鋼纖維和鐵粉等金屬材料、礦物增強(qiáng)纖維、石墨、重晶石、鋁礬土等。目前無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，列車(chē)制動(dòng)用合成閘片的有機(jī)粘結(jié)劑均采用酚醛樹(shù)脂或改性酚醛樹(shù)脂。眾所周知，酚醛樹(shù)脂的固化反應(yīng)為縮合反應(yīng)，加工過(guò)程中會(huì)放出很多揮發(fā)性物質(zhì)，制品中易于出現(xiàn)空洞，制動(dòng)過(guò)程中閘片易于產(chǎn)生熱衰退和熱裂紋，存在災(zāi)難性的危險(xiǎn)隱
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)Qi、O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種品質(zhì)優(yōu)良、可避免產(chǎn)生熱衰退和熱裂紋的列車(chē)制動(dòng)用摩擦材料及其制備方法。本發(fā)明提供的列車(chē)制動(dòng)用摩擦材料，由如下重量份數(shù)比例的原料制備而成 改性酚醛樹(shù)脂2014份；乳膠粒改性劑2 6份； 混雜纖維16 38份； 摩擦性能調(diào)整劑2(Γ39份。本發(fā)明中，所述的改性酚醛樹(shù)脂可為雙氰胺改性酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧改性酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰胺改性酚醛樹(shù)脂中的一種。本發(fā)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(fā)明中，所述的混雜纖維包括炭纖維、金屬纖維和無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(fā)明中，所述的摩擦性能調(diào)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(fā)明還提供上述列車(chē)制動(dòng)用摩擦材料的制備方法，具體步驟如下
1)按上述重量份數(shù)比例稱(chēng)取原材料；
2)濕法混料將稱(chēng)量好的乳膠粒改性劑加入改性酚醛樹(shù)脂制備出復(fù)合改性酚醛樹(shù)脂乳膠液，再將稱(chēng)量好的混雜纖維和摩擦性能調(diào)整劑加入復(fù)合改性酚醛樹(shù)脂中，采用混料機(jī)，混合2(T30min，得粉狀混合物，在100士5°C下干燥廣2小時(shí)，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(jìn)行熱處理4(Tl20min，即得到混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料制品。上述制備方法得到的制品可應(yīng)用于客貨運(yùn)列車(chē)、城市軌道交通或地鐵制動(dòng)系統(tǒng)中的剎車(chē)片、閘片、閘瓦中。本發(fā)明克服現(xiàn)有酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的不足，采用含反應(yīng)性基團(tuán)的聚合物和乳膠粒復(fù)合改性的酚醛樹(shù)脂為粘結(jié)劑，大分子鏈中的乳膠?？商岣叻尤?shù)脂的韌性，含反應(yīng)性基團(tuán)聚合物使酚醛樹(shù)脂的固化反應(yīng)從縮合反應(yīng)變成加成反應(yīng)，可有效降低材料制備過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)的放出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用反應(yīng)性聚合物和乳膠粒復(fù)合改性酚醛樹(shù)脂為粘結(jié)劑，選用包括炭纖維、金屬纖維、無(wú)機(jī)礦物纖維等的混雜纖維作為增強(qiáng)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(wú)空洞，制動(dòng)試驗(yàn)后工作表面無(wú)掉渣和龜裂現(xiàn)象。摩擦材料在不同制動(dòng)速度下摩擦性能穩(wěn)定，高速下無(wú)明顯摩擦性能衰退現(xiàn)象，高溫摩擦性能優(yōu)異，對(duì)制動(dòng)盤(pán)損傷小，制動(dòng)盤(pán)表面無(wú)熱裂紋。另外，該摩擦材料基體一復(fù)合改性酚醛樹(shù)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(guò)程中無(wú)粉塵污染，干燥過(guò)程中無(wú)有害揮發(fā)物產(chǎn)生，生產(chǎn)工藝為綠色環(huán)保工藝。


圖1.瞬時(shí)摩擦系數(shù)一速度曲線(xiàn)(干燥條件，閘片壓力21 kNX2)。圖2.瞬時(shí)摩擦系數(shù)一速度曲線(xiàn)(干，閘片壓力10. 5 kNX2)。圖3.瞬時(shí)摩擦系數(shù)一速度曲線(xiàn)(加水試驗(yàn)，閘片壓力21 kNX2)。
圖4. (a)瞬時(shí)摩擦系數(shù)一速度曲線(xiàn)(平均速度60 km/h，閘片壓力6.0 kNX2)， (b)瞬時(shí)摩擦系數(shù)一速度曲線(xiàn)(平均速度60 km/h，閘片壓力10.5 kNX 2)，(c)靜摩擦系數(shù)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1
1、稱(chēng)取原料，原料的重量份數(shù)比為
權(quán)利要求
1.一種列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于由如下重量份數(shù)的原料制備而成改性酚醛樹(shù)脂2014份；乳膠粒改性劑2飛份；混雜纖維16 38份；摩擦性能調(diào)整劑20 39份。
2.如權(quán)利要求1所述的列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于所述的改性酚醛樹(shù)脂為雙氰胺改性酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧改性酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰胺改性酚醛樹(shù)脂中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)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(quán)利要求1所述的列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)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(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(quán)利要求1所述的列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料，其特征在于所述的摩擦性能調(diào)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(quán)利要求1所述的列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下1)按權(quán)利要求1中所述重量份數(shù)稱(chēng)量原材料；2)濕法混料將稱(chēng)量好的乳膠粒改性劑加入改性酚醛樹(shù)脂制備出復(fù)合改性酚醛樹(shù)脂乳膠液，再將稱(chēng)量好的混雜纖維和摩擦性能調(diào)整劑加入復(fù)合改性酚醛樹(shù)脂中，采用混料機(jī)，混合2(T30min，得粉狀混合物，在100士5°C下干燥廣2小時(shí)，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(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為是一種列車(chē)制動(dòng)用混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料及其制備方法。本發(fā)明采用復(fù)合改性酚醛樹(shù)脂為粘結(jié)劑，選用包括炭纖維、金屬纖維、無(wú)機(jī)礦物纖維等的混雜纖維作為增強(qiáng)纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改善了列車(chē)制動(dòng)用有機(jī)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(dòng)速度下摩擦性能穩(wěn)定，高速下無(wú)明顯摩擦性能衰退現(xiàn)象，制動(dòng)試驗(yàn)后工作表面無(wú)掉渣和龜裂現(xiàn)象。本發(fā)明摩擦材料可廣泛用于制造客貨運(yùn)列車(chē)、城市軌道交通、地鐵等制動(dòng)系統(tǒng)中的剎車(chē)片、閘片、閘瓦等。
文檔編號(hào)F16D69/02GK102191015SQ201110087789
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者叢培紅, 劉旭軍, 呂仁國(guó), 李同生 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)