CN109667865B - 一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片及其制造方法。防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片包括以下组分及重量百分含量：硼改性酚醛树脂20％‑40％、丁基橡胶10％‑18％、增强纤维6％‑10％、碳纤维10％‑18％、海泡石纤维1％‑5％、蛭石1％‑8％、萤石2％‑8％、氧化镁2％‑9％、陶土2％‑8％、分散剂0.2％‑3％。与现有技术相比，本发明的闸片密度较低，使用比较方便，可降低车辆质量。本发明闸片具有微孔结构，微孔起到散热的作用，可以有效降低摩擦温度，高温600℃摩擦系数不衰退，制动盘无热斑、龟裂现象，有效保护对偶。闸片的磨耗较低，使用寿命比同类产品长。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦材料，尤其是涉及一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片及其制造方法。
背景技术
货物运输是铁路运输的重要组成部分，铁路货车的运行速度也在逐步提高，快运货车向着重载、高速的方向发展，速度由原来的120km/h提高到目前的160km/h，将大大提升货运效率。160km/h的快速货车制动***主要特点：①控制阀采用无滑阀结构，并具有“快、普”转换功能，能适应不同编组、不同运行速度的列车制动需求。②采用间接作用方式，配用无级空重车调整装置的盘形制动。③增设机械式防滑器，能有效地防止车轮的擦伤，提高制动率。160km/h快运货车轴重为18t，最高运行速度为160km/h，普通客车的轴重为16.5t，最高运行速度也为160km/h；所以160km/h快运货车制动盘所承担的热负荷比客车大。160km/h快运货车对偶制动盘是蠕墨铸铁，蠕墨铸铁即具有优良的摩擦磨损性能，又具有稳定的摩擦系数，是160km/h列车理想的制动盘材料。列车在刹车过程中，由于制动会产生瞬时高温，产生大量的热，热量被制动盘和闸片这对摩擦副吸收，制动速度越高，产生的热量就越大。过高的温度将使闸片的摩擦系数降低，产生热衰退，磨耗严重，制动盘在热载荷的作用下可能会产生热裂纹，对行车安全形成一定的威胁，并造成较大的经济损失。25T型客车是为满足中国铁路第五次大提速160km/h时速等级而设计制造的，所用的制动盘也存在热龟裂问题。
中国专利CN107460362B公布了一种高速铁路列车用制动闸片材料及其制备方法，属于粉末冶金摩擦材料技术领域。该制动闸片材料是通过将原料粉干燥筛分后投入混料机，喷入粘结剂，混料后置于钢制模具中压制，然后在还原气氛下烧结，再在还原气氛下进行热处理制成的；其中，所述原料粉为铜粉、铁粉、Ti2AlC粉、铬粉、镍粉、锰粉、二氧化硅、石墨、氮化硼和二硫化钼。该发明通过Ti2AlC获得的原位TiC为主要摩擦组元，制备原位纳米TiC片层骨架的材料，进而以铜为基体，添加少量其他金属，调节石墨等润滑组元的含量，最终获得制动效果优良、磨损率低的材料。适用于作为高速铁路列车用制动闸片材料。
目前，国内现用160km/h快运货车闸片存在着高温磨耗严重、制动盘产生热龟裂等缺陷。基于此，本发明提出一种散热性好、磨耗低、防止制动盘产生热龟裂160km/h快运货车闸片及其制造方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片，包括以下组分及重量百分含量：
进一步地，所述增强纤维选自钢纤维或芳纶纤维。
进一步地，所述分散剂选自聚乙二醇。
聚乙二醇是非离子型的水溶性聚合物，与许多有机物组份有良好的相溶性。可以利用其物性发挥表面活性剂的功能，可以充当分散剂/助溶剂。
进一步地，所述闸片含有微孔结构。
进一步地，所述闸片密度为1.30-1.50g/cm3，摩擦系数0.39-0.41，体积磨损率0.03-0.06cm3/MJ，压缩强度70-100MPa，压缩模量360-600MPa，冲击强度3.5-5.5kJ/m2，硬度HRR65-80。
防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料的配制：
(2)原料混合：
将上述原料按比例进行配料，按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶混合，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维混合至均匀；
(3)成型
将步骤(2)得到的混合物料置于成型模具中成型，然后将成型的闸片在高温下烧结，进行固化，将烧结好的闸片冷却至室温后，进行机械加工，即可得到闸片。
进一步地，在原料混合时，按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶加入到高速犁耙式混料机中混合搅拌10-15min，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合搅拌8-10min，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维进行混合搅拌8-10min至均匀。
进一步地，步骤(3)中，成型模具中成型时，控制成型温度70-130℃，成型压力200-500kg/cm2，反应时间500-800秒。
进一步地，步骤(3)中，在高温下烧结时，烧结温度为140-200℃，烧结时间18-25小时。
本发明通过添加分散剂来调节闸片的孔径与气孔率，控制烧结温度改变孔径大小，控制压力改变气孔率大小，气孔率越高，材料强度就会降低，同时增加碳纤维含量来提高力学性能。
本发明采用的硼改性酚醛树脂，是摩擦材料的核心成分，在摩擦材料中起到粘结作用，但纯酚醛树脂的使用会造成摩擦材料硬度过高、脆性大、耐热极限温度仅约为250℃。当超过300℃时，热分解现象相当严重，会导致摩擦材料的性能显著下降。需要对其进行改性。硼改性酚醛树脂是指在酚醛树脂的分子结构中引入了无机的硼元素，硼改性酚醛树脂比普通酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性能和力学性能更为优良。
本发明采用的丁基橡胶，是合成橡胶的一种，由异丁烯和少量异戊二烯合成。丁基橡胶能提高产品的摩擦系数和抗冲击能力，促进树脂的固化，降低弹性模量，增大摩擦副之间的贴合性，保护对偶。丁基橡胶与硼改性酚醛树脂一起作为粘结剂。
本发明采用的纤维在摩擦材料中起到增强的作用，不同纤维混合使用起到混杂增强，互补作用。碳纤维增强的摩擦材料在高温下有较高的摩擦系数，磨损率低。本发明采用的海泡石纤维，具有多孔性，表面积大，降低材料密度，降低噪音，热稳定性较好。采用的增强纤维有提高强度的作用。
本发明采用的萤石为摩擦材料的增磨剂，起到摩擦、抗磨、耐热、耐蚀等作用，提高摩擦系数，弥补润滑剂造成的摩擦系数过低。其低温、高温时增摩效果较好。
本发明采用的氧化镁、陶土，是摩擦材料中的填料，主要起到改善材料的物理与机械性能、调节摩擦性能及降低成本的作用。
本发明采用的蛭石为摩擦性能调节剂，是具有层状结构含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，具有大量孔隙，吸附能力强，硬度低，有效降低摩擦材料的制动噪音。与改性树脂粘结剂共用，可使摩擦材料与对偶的贴合性变好，具有高且稳定的摩擦系数。
本发明采用的分散剂是聚乙二醇，聚乙二醇是非离子型的水溶性聚合物，与许多有机物组份有良好的相溶性，提高摩擦材料均匀性。可以利用其物性发挥表面活性剂的功能，可以充当分散剂/助溶剂。
本发明的闸片技术领域属于有机合成材料，与现有技术中粉末冶金摩擦材料是不同领域，并且生产工艺，反应机理不同。
与现有技术相比，本发明主要发明目的在于改善国内现用160km/h快运货车闸片存在着高温磨耗严重、制动盘产生热龟裂等缺陷。基于此，本发明通过配方与成型工艺的创新，使得闸片密度仅为1.30-1.50g/cm3，摩擦系数0.39-0.41，体积磨损率0.03-0.06cm3/MJ，压缩强度70-100MPa，压缩模量360-600MPa，冲击强度3.5-5.5kJ/m2，硬度HRR65-80。本发明的闸片密度较低，使用比较方便，可降低车辆质量。本发明闸片具有微孔结构，微孔起到散热的作用，可以有效降低摩擦温度，高温600℃摩擦系数不衰退，制动盘无热斑、龟裂现象，有效保护对偶。闸片的磨耗较低，使用寿命比同类产品长。
附图说明
图1为实施例1所得闸片的SEM电镜图。
图2为传统闸片的SEM电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种防止制动盘产生热龟裂的最高时速为160km/h快运货车闸片的制造方法，包括以下步骤：
(1)原料的配制：
(2)制备：
将上述原料按比例进行配料。按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶加入到高速犁耙式混料机中混合搅拌10min，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合搅拌8min，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维进行混合搅拌8min至均匀。
在成型模具中先放入底板，再将得到的混合物料置于成型模具中，控制成型温度70℃，成型压力200kg/cm2，反应时间500秒。然后将成型的闸片在高温下烧结，进行固化，烧结温度为140℃，烧结时间18小时，将烧结好的闸片冷却至室温后，进行机械加工，即可得到防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片。
本实施例所制得的闸片密度仅为1.30g/cm3，摩擦系数0.41(MM-1000)，体积磨损率0.03cm3/MJ，压缩强度70MPa，压缩模量360MPa，冲击强度3.5kJ/m2，硬度HRR65。
本实施例所得闸片的SEM电镜图如图1所示，图1显示所得闸片含有微孔结构。而传统闸片的SEM电镜图如图2所示，图2显示所得闸片没有微孔结构。
根据快运货车运行速度及制动工况，进行了国产快运货车闸片与本实施例快运货车闸片的MM-1000试验测试，数据对比如下表：
表1国产快运货车闸片与本发明快运货车闸片的MM-1000试验数据对比
可以看出，本发明闸片的摩擦系数与国产闸片相近，摩擦性能稳定性更高，本发明闸片属于微孔材料，散热性较好，试验结束后闸片温度低，对偶制动盘温度更低，可以有效防止制动盘产生热龟裂现象。闸片的磨耗较低，使用寿命比同类产品长。
实施例2
一种防止制动盘产生热龟裂的最高时速为160km/h快运货车闸片的制造方法，包括以下步骤：
(1)原料的配制：
(2)制备：
将上述原料按比例进行配料。按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶加入到高速犁耙式混料机中混合搅拌12min，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合搅拌10min，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维进行混合搅拌10min至均匀。
在成型模具中先放入底板，再将得到的混合物料置于成型模具中，控制成型温度100℃，成型压力300kg/cm2，反应时间600秒。然后将成型的闸片在高温下烧结，进行固化，烧结温度为160℃，烧结时间20小时，将烧结好的闸片冷却至室温后，进行机械加工，即可得到防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片。
本实施例所制得的闸片密度仅为1.38g/cm3，摩擦系数0.40(MM-1000)，体积磨损率0.05cm3/MJ，压缩强度75MPa，压缩模量450MPa，冲击强度5kJ/m2，硬度HRR70。
实施例3
一种防止制动盘产生热龟裂的最高时速为160km/h快运货车闸片的制造方法，包括以下步骤：
(1)原料的配制：
(2)制备：
将上述原料按比例进行配料。按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶加入到高速犁耙式混料机中混合搅拌15min，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合搅拌10min，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维进行混合搅拌10min至均匀。
在成型模具中先放入底板，再将得到的混合物料置于成型模具中，控制成型温度130℃，成型压力500kg/cm2，反应时间800秒。然后将成型的闸片在高温下烧结，进行固化，烧结温度为200℃，烧结时间20小时，将烧结好的闸片冷却至室温后，进行机械加工，即可得到防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片。
本实施例所制得的闸片密度仅为1.50g/cm3，摩擦系数0.39(MM-1000)，体积磨损率0.06cm3/MJ，压缩强度100MPa，压缩模量600MPa，冲击强度4.5kJ/m2，硬度HRR80。
实施例4
一种防止制动盘产生热龟裂的最高时速为160km/h快运货车闸片的制造方法，包括以下步骤：
(1)原料的配制：
(2)制备：
将上述原料按比例进行配料。按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶加入到高速犁耙式混料机中混合搅拌13min，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合搅拌9min，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维进行混合搅拌9min至均匀。
在成型模具中先放入底板，再将得到的混合物料置于成型模具中，控制成型温度130℃，成型压力450kg/cm2，反应时间650秒。然后将成型的闸片在高温下烧结，进行固化，烧结温度为180℃，烧结时间25小时，将烧结好的闸片冷却至室温后，进行机械加工，即可得到防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片。
本实施例所制得的闸片密度仅为1.43g/cm3，摩擦系数0.40(MM-1000)，体积磨损率0.04cm3/MJ，压缩强度87MPa，压缩模量520MPa，冲击强度5.5kJ/m2，硬度HRR70。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料的配制：
所述分散剂选自聚乙二醇；
(2)原料混合：
将上述原料按比例进行配料，按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶混合，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维混合至均匀；
(3)成型
将步骤(2)得到的混合物料置于成型模具中成型，然后将成型的闸片在高温下烧结，进行固化，将烧结好的闸片冷却至室温后，进行机械加工，即可得到防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片；
步骤(3)中，成型模具中成型时，控制成型温度70-130℃，成型压力200-500kg/cm2，反应时间500-800秒，在高温下烧结时，烧结温度为140-200℃，烧结时间18-25小时；
通过添加分散剂来调节闸片的孔径与气孔率，控制烧结温度改变孔径大小，控制压力改变气孔率大小，所得闸片含有微孔结构。
2.根据权利要求1所述一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片的制备方法，其特征在于，所述增强纤维选自钢纤维或芳纶纤维。
3.根据权利要求1所述一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片的制备方法，其特征在于，所述闸片密度为1.30-1.50g/cm3，摩擦系数0.39-0.41，体积磨损率0.03-0.06cm3/MJ，压缩强度70-100MPa，压缩模量360-600MPa，冲击强度3.5-5.5kJ/m2，硬度HRR65-80。
4.根据权利要求1所述一种防止制动盘产生热龟裂的160km/h快运货车闸片的制备方法，其特征在于，在原料混合时，按比例先把硼改性酚醛树脂、丁基橡胶加入到高速犁耙式混料机中混合搅拌10-15min，再按比例加入蛭石、萤石、氧化镁、陶土和分散剂进行混合搅拌8-10min，最后按比例加入增强纤维、碳纤维、海泡石纤维进行混合搅拌8-10min至均匀。
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