CN1844204A - 高速列车制动用摩擦材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高速列车制动用摩擦材料及其制备方法，材料组份包括橡胶、橡胶配合剂、树脂、摩擦粉、纤维材料和无机填料，其特征在于：材料组份还包括三聚氰胺氰尿酸盐，无机填料还包括镨钕氧化稀土矿粉、富镧氯化稀土矿粉，各组份的重量份配比为：橡胶5～10份，纤维材料8～13份，橡胶配合剂0.2～0.6份，无机填料2～7份，树脂5～12份，三聚氰胺氰尿酸盐0.5～1份，摩擦粉40～50份。其制备方法包括模压料的制备、模压成型、后处理。本发明选用具有自润滑性且阻燃性好的三聚氰胺氰尿酸盐为添加剂，降低了摩擦材料的高温性能衰退性；添加了可稳定摩擦的稀土矿粉，提高了填料间的协同作用；采用橡胶炼制工艺制备模压料，具有工艺简单、适合于工业化生产的优点，且无环境污染、无噪音、无公害。

Description

高速列车制动用摩擦材料及其制备方法

一、技术领域：

本发明涉及一种摩擦材料，特别是公开一种摩擦系数适中、耐磨、耐温性好的高速列车制动用摩擦材料及其制备方法。该摩擦材料可广泛用于制造高速列车、城市轨道交通、地铁等制动***中的刹车片、闸片、闸瓦等。

二、背景技术：

火车制动闸片是整个制动装置的重要部件之一，它对火车的制动性能起着至关重要的作用，特别是高速列车的盘型制动闸片，不但要求其有稳定的高摩擦系数，而且在高速制动、高摩擦状态下具有良好的耐磨性、耐温性，且要求对制动盘无损伤，制动噪音低等。

1998年我国铁路运输速度提升到160km/h，今后我国高速列车的运行速度可高于200km/h，但我国自行生产的摩擦材料具有耐温性较差，在高速制动下性能衰退较严重等缺点。中国专利CN1690467A、CN1670113A披露了用于汽车等交通工具的摩擦材料，这类材料所使用的增强剂为各种有机纤维，基体为丁苯橡胶或酚醛树脂，并添加有各种增摩剂、减磨剂等无机填料，但材料的综合性能不太理想，耐磨性、耐温性不能满足高速高载的高速列车使用工况。中国专利CN1206080A、世界专利W08909889，DE4135389等所报道的火车用摩擦材料的增强剂也为各种纤维，其基体为热塑性/热固性酚醛树脂、橡胶或橡塑共混体系，并添加有硅酸盐等多种无机填料，但这类摩擦材料依然存在耐磨性较差、高温下摩擦性能衰退较严重等问题。

三、发明内容：

本发明的目的在于提供一种摩擦系数稳定、耐磨性好、耐高温的高速列车制动用摩擦材料及其制备方法，选用含有镨、钕、镧等稀土的矿粉、三聚氰胺氰尿酸盐等作为填料，利用各种填料间的协同作用，并采用表面改性包裹处理的摩擦粉为摩擦调整剂，提高了材料的摩擦系数稳定性、耐磨性、耐温性，获得了综合性能优异的摩擦材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高速列车制动用摩擦材料，材料组份包括橡胶、橡胶配合剂、树脂、摩擦粉、纤维材料和无机填料，所述无机填料包括三氧化二铁、炭黑、二氧化钛、二氧化锰、氟化钙，其特征在于：材料组份还包括三聚氰胺氰尿酸盐，无机填料还包括镨钕氧化稀土矿粉、富镧氯化稀土矿粉，各组份的重量份配比为：橡胶5～10份，纤维材料8～13份，橡胶配合剂0.2～0.6份，无机填料2～7份，树脂5～12份，三聚氰胺氰尿酸盐0.5～1份，摩擦粉40～50份；

所述的摩擦粉以橡塑共混体系为基体，含有氧化钙、硫化铜、二硫化钼、铬铁矿粉、石墨、云母、三氧化二铝、碳化硅、氧化亚铜、碳酸钙、陶土、氧化钡、硅石中选取5～8种等量加入的无机填料的混合摩擦调整剂。

所述的橡胶为丁腈橡胶或者丁苯橡胶。所述的橡胶配合剂在硬脂酸、氧化锌、防老剂、硫磺、过氧化二异丙苯、硫酸钡、促进剂、轻质氧化镁中选取5～8种。所述的树脂在热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂、改性酚醛树脂中选取一种。所述的纤维材料在钢纤维、芳纶纤维、铜纤维、陶瓷纤维、钛酸钾晶须中选取至少一种。

本发明摩擦材料的制备工艺包括模压料的制备、模压成型、后处理，具体步骤如下：

A)按配比称量原材料；

B)模压料制备：采用开炼机炼制上述比例的橡胶及橡胶配合剂，然后加入上述比例的树脂混炼；最后加入上述比例的摩擦粉、纤维材料和无机填料混炼，混合均匀后下辊薄通，用高速粉碎机将模压片粉碎至颗粒直径小于1mm，再在80～100℃下干燥处理；

C)模压成型：将经干燥处理的模压料和金属附件放入模具中，在140～170℃和压力2～10MPa下保温保压1.5～2.2min/mm，趁热出模；

D)后处理：将模压成型制品在160～180℃下处理4～9小时，即可制成所需摩擦材料。

经D-MS定速试验(依据GB5763-1998)、1∶1制动动力试验检测(铁道部产品质量监督检验中心)，本产品在高温、高速下摩擦性能稳定，且在高温阶段无明显摩擦性能衰退现象，高温下摩擦后产品外观状态良好，无破碎现象，耐磨性优于德国进口产品，对制动盘没有擦伤，适用于高速列车的盘形制动闸片。

同现有技术相比，本发明的主要特点在于：

1)选用具有自润滑性且阻燃性好的三聚氰胺氰尿酸盐为添加剂，降低了摩擦材料的高温性能衰退性；

2)添加了可稳定摩擦的稀土矿粉，提高了填料间的协同作用；

3)采用橡胶炼制工艺制备模压料，具有工艺简单、适合于工业化生产的优点，且无环境污染、无噪音、无公害。

四、具体实施方式：

实施例1，其组份及重量份配比为：

丁苯橡胶          7份；          三氧化二铁          1份

橡胶配合剂        0.2份；        二氧化钛            0.3份

热固性酚醛树脂    8份；          镨钕氧化稀土        0.3份

摩擦粉            40份；         氟化钙              0.3份

钢纤维            10份；         三聚氰胺氰尿酸盐    1.0份

具体制备工艺步骤如下：

1)按配方称取原料；

2)模压料的制备：采用开炼机进行丁苯橡胶的素炼，炼好后加入橡胶配合剂，然后加入热固性酚醛树脂混炼；混炼均匀后加入摩擦粉、钢纤维、三氧化二铁、二氧化钛、镨钕氧化稀土矿粉、氟化钙、三聚氰胺氰尿酸盐，混合均匀后薄通下辊，模压片的厚度约为1mm；用高速粉碎机将模压片粉碎至颗粒直径小于1mm，再在90±5℃下干燥处理；

3)模压成型：将经干燥处理的模压料和金属附件放入模具中，在160℃和压力6MPa下保温保压2.0min/mm，趁热出模；

4)后处理：将模压成型制品在170℃下处理9小时后即可生产出高速列车用摩擦材料。

实施例2，其组份及重量份配比为：

丁腈橡胶          8份；          铜纤维        5份

橡胶配合剂        0.2份；        芳纶纤维      4份

热塑性酚醛树脂    12份；         三氧化二铁    0.5份

摩擦粉            46份；         炭黑          2份

氧化铝            0.3份；        二氧化锰      0.5份

三聚氰胺氰尿酸盐  0.5            份氟化钙      3份

钢纤维            4份            富镧氯化稀土  0.2份

具体制备工艺步骤如下：

1)按配方称取原料；

2)模压料的制备：采用开炼机进行丁腈橡胶的素炼，炼好后加入橡胶配合剂，然后加入热塑性酚醛树脂混炼；混炼均匀后加入摩擦粉、氧化铝、三聚氰胺氰尿酸盐、铜纤维、芳纶纤维、三氧化二铁、炭黑，二氧化锰、氟化钙、富镧氯化稀土，混合均匀后薄通下辊，模压片的厚度约为1mm；用高速粉碎机将模压片粉碎至颗粒直径小于1mm，再在90±5℃下干燥处理；

3)模压成型：将经干燥处理的模压料和金属附件放入模具中，在165℃和压力2MPa下保温保压1.6min/mm，趁热出模；

4)后处理：将模压成型制品在180℃下处理5小时后即可生产出高速列车用摩擦材料。

实施例3，其组份及重量份配比为：

丁苯橡胶          9份；        钛酸钾晶须          7份

橡胶配合剂        0.3份；      石墨                1份

热固性酚醛树脂    9份；        三氧化二铁          2份

摩擦粉            45份；       氟化钙              0.3份

铜纤维            5份；        三聚氰胺氰尿酸盐    0.3份

氧化锌            1份；        镨钕氧化稀土        0.3份

氧化镁            0.3份        富镧氯化稀土        0.3份

具体制备工艺步骤如下：

1)按配方称取原料；

2)模压料的制备：采用开炼机进行丁苯橡胶的素炼，炼好后加入橡胶配合剂，然后加入热固性酚醛树脂混炼；混炼均匀后加入摩擦粉、铜纤维、氧化锌、氧化镁、钛酸钾晶须、石墨、三氧化二铁、氟化钙、三聚氰胺氰尿酸盐、镨钕氧化稀土、富镧氯化稀土，混合均匀后薄通下辊，模压片的厚度约为1mm；用高速粉碎机将模压片粉碎至颗粒直径小于1mm，再在90±5℃下干燥处理；

3)模压成型：将经干燥处理的模压料和金属附件放入模具中，在157℃和压力5MPa下保温保压1.8min/mm，趁热出模；

4)后处理：将模压成型制品在170℃下处理9小时后即可生产出高速列车用摩擦材料。

表1、表2给出了本发明的产品与国外同类产品的性能测试结果。

                        表1、D-MS定速摩擦试验测试结果(GB5763-1998)

样品	德国产品		实施例1		实施例2		实施例3
									温度，℃	摩擦系数
升温	降温	升温	降温	升温	降温	升温	降温
								100		0.31	0.22	0.37	0.35	0.38	0.36	0.38	0.36
150	0.46	0.40	0.35	0.34	0.35	0.35	0.35		0.34
								200		0.52	0.35	0.35	0.33	0.33	0.32	0.33	0.33
250	0.29	0.25	0.33	0.33	0.32	0.31	0.33		0.33
								300		0.19	0.18	0.28	0.27	0.29	0.28	0.30	0.28
350	0.15		0.25		0.23		0.23
										磨损率，10-7cm3/N.m
100	0.32		0.13		0.19		0.11
									150	0.49		0.09		0.11		0.06
200	0.25		0.11		0.10		0.08
									250	0.42		0.23		0.20		0.10
300	0.37		0.25		0.19		0.25
									350	0.66		0.60		0.41		0.27

                    表2、物理机械性能比较

样品	德国产品	实施例1	实施例2	实施例3
					密度，g/cm3	2.58	2.53	2.56	2.57
洛氏硬度	58.8	62.5	64.4	63.7
					冲击强度，kJ/cm2	3.1	3.4	3.2	3.2

Claims (6)

1.一种高速列车制动用摩擦材料，材料组份包括橡胶、橡胶配合剂、树脂、摩擦粉、纤维材料和无机填料，所述无机填料包括三氧化二铁、炭黑、二氧化钛、二氧化锰、氟化钙，其特征在于：材料组份还包括三聚氰胺氰尿酸盐，无机填料还包括镨钕氧化稀土矿粉、富镧氯化稀土矿粉，各组份的重量份配比为：

橡胶5～10份，纤维材料8～13份，橡胶配合剂0.2～0.6份，无机填料2～7份，

树脂5～12份，三聚氰胺氰尿酸盐0.5～1份，摩擦粉40～50份；

所述的摩擦粉以橡塑共混体系为基体，含有氧化钙、硫化铜、二硫化钼、铬铁矿粉、石墨、云母、三氧化二铝、碳化硅、氧化亚铜、碳酸钙、陶土、氧化钡、硅石中选取5～8种等量加入的无机填料的混合摩擦调整剂。

2.根据权利要求1所述的高速列车制动用摩擦材料，其特征在于：所述的橡胶为丁腈橡胶或者丁苯橡胶。

3.根据权利要求1所述的高速列车制动用摩擦材料，其特征在于：所述的橡胶配合剂在硬脂酸、氧化锌、防老剂、硫磺、过氧化二异丙苯、硫酸钡、促进剂、轻质氧化镁中选取5～8种。

4.根据权利要求1所述的高速列车制动用摩擦材料，其特征在于：所述的树脂在热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂、改性酚醛树脂中选取一种。

5.根据权利要求1所述的高速列车制动用摩擦材料，其特征在于：所述的纤维材料在钢纤维、芳纶纤维、铜纤维、陶瓷纤维、钛酸钾晶须中选取至少一种。

6.一种如权利要求1所述的高速列车制动用摩擦材料的制备方法，包括模压料的制备、模压成型、后处理，其特征在于具体步骤如下：

A)按配比称量原材料；

B)模压料的制备：采用开炼机炼制上述比例的橡胶及橡胶配合剂，然后加入上述比例的树脂混炼；最后加入上述比例的摩擦粉、纤维材料和无机填料混炼，混合均匀后下辊薄通，用高速粉碎机将模压片粉碎至颗粒直径小于1mm，再在80～100℃下干燥处理；

C)模压成型：将经干燥处理的模压料和金属附件放入模具中，在140～170℃和压力2～10MPa下保温保压1.5～2.2min/mm，趁热出模；

D)后处理：将模压成型制品在160～180℃下处理4～9小时，即可制成所需摩擦材料。