一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦及其制备方法与应用与流程

本发明涉及铁路车辆制动，具体而言，涉及一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦及其制备方法与应用。

背景技术：

1、合成闸瓦作为铁路货车基础制动装置的关键核心构件，其综合性能优劣直接决定列车行车安全水平与线路运营综合成本。现阶段主流合成闸瓦多采用酚醛树脂作为粘结基体，复配各类增强纤维、摩擦性能调节剂与功能性填料混炼成型。伴随我国铁路货运朝着重载、高速化方向持续升级，传统酚醛基合成闸瓦的固有缺陷逐步凸显，已难以适配新型货运工况需求。该类闸瓦服役寿命普遍较短，列车持续制动工况下摩擦界面大量聚热，易引发闸瓦基体树脂热分解、表层碳化，大幅加剧材料磨损，闸瓦更换频次显著提升，既增加车辆维保开支，又占用大量线路停运检修时长；同时产品高温热稳定与摩擦稳定性能不足，长时、高强度制动过程中闸瓦摩擦面温度骤升，极易产生热衰退效应，摩擦系数大幅衰减致使制动力不足，直接埋下行车安全隐患。此外传统配方中硬质粗颗粒磨料占比偏高，制动过程易出现硬质颗粒金属镶嵌、闸瓦本体开裂、块状脱落等问题，进而造成车轮踏面划痕、热灼伤、龟裂等损伤，进一步抬高轮对检修与更换成本。综上，研发一款兼具超长服役寿命、优异摩擦稳定性能、良好热衰退恢复能力，同时对车轮踏面低损伤的新型合成闸瓦，已是铁路制动材料领域亟需攻克的关键技术瓶颈。

2、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦及其制备方法与应用。该闸瓦通过在配方中引入多种高性能组分并进行优化组合，显著提高了闸瓦的耐热性、耐磨性和机械强度，从而实现了超长的使用寿命和整个生命周期内稳定的制动性能。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦，按重量百分比计包括以下组分：改性酚醛树脂粘结剂5% - 12%、丁苯橡胶2%-10%、顺丁橡胶2%-10%、钢纤维15% - 25%、复合增强纤维8% - 16%、硫酸钡7% - 14%、氧化镁6% - 12%、石油焦炭6% -12%、石墨6% - 12%、硅灰石2% - 5%、硫磺1%-3%、金属润滑材料5% - 10%、硫化锑1% - 3%和促进剂0.1% - 1%；

4、其中，所述改性酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂或硼改性酚醛树脂中的至少一种；

5、所述金属润滑材料包括质量比为1：（2.5-3.5）的高钙铁粉和固体润滑剂。

6、在可选的实施方式中，所述复合增强纤维包含硅酸铝纤维和碳纤维，其中，所述复合增强纤维中二氧化硅和氧化铝的总含量为45wt%-60wt%。

7、在可选的实施方式中，所述硅灰石的长径比为18:1，且所述硅灰石中二氧化硅的含量为20wt%-30wt%，氧化钙的含量为40wt%-50wt%。

8、在可选的实施方式中，所述高钙铁粉包含以下质量分数的成分：全铁20%-30%、氧化钙40%-50%以及二氧化硅20%-30%；

9、和/或，所述固体润滑剂包括质量比为（2.5-3.5）：1的石墨和二硫化钼。

10、第二方面，本发明提供了一种高性能合成闸瓦的制备方法，包括以下步骤：

11、按配比称取各组分原料，将改性酚醛树脂粘结剂、丁苯橡胶和顺丁橡胶置于密炼机中，进行第一次混炼；再加入其余组分原料，进行第二次混炼，获得混炼胶料；

12、将所述混炼胶料破碎后静置，将静置后的混炼胶料颗粒和钢背置于模具中进行压制，得到半成品；

13、将所述半成品进行阶梯升温热处理，再冷却至室温，得到高性能合成闸瓦。

14、在可选的实施方式中，所述第一次混炼的温度为40℃-80℃，时间为3min -5min；

15、和/或，所述第二次混炼的温度为90℃-120℃，时间为8min -10min。

16、在可选的实施方式中，所述混炼胶料通过破碎机进行破碎，混炼胶料颗粒的粒径≤10mm；所述静置时间≥12h。

17、在可选的实施方式中，所述压制的压力为15mpa -18mpa，时间为2 min -3min。

18、在可选的实施方式中，所述阶梯升温热处理包括：依次在90℃保温1h、100℃保温2h、120℃保温2h、140℃保温2h、160℃保温2h、180℃保温2h、200℃保温1h、220℃保温1h；再冷却8h-10h至室温。

19、第三方面，本发明提供了一种高性能合成闸瓦在铁路重载货车、城轨车辆或高速列车中的应用。

20、本发明具有以下有益效果：

21、（1）本发明采用改性酚醛树脂粘接体系，复配金属润滑材料与硅灰石，大幅提升了闸瓦的耐磨性能，实测使用寿命较传统闸瓦延长一倍以上，有效减少了更换频次，降低了设备全寿命周期使用成本。同时，改性酚醛树脂基体、高温稳定填料与固体润滑剂形成多元协同体系，能够有效缓冲高强度制动产生的瞬时高温对摩擦界面的损伤；在反复循环制动及长时持续高温等严苛工况下，闸瓦摩擦系数变化率可控制在25%以内，展现出优异的抗热衰退能力，充分保障了列车的制动安全性。

22、（2）本发明选用硬度适中的摩擦调节剂，并搭配固体润滑组分，在保证制动效能的前提下，可有效抑制金属镶嵌问题，减少车轮踏面异常磨耗，对车轮更为友好。

23、（3）本发明采用的原材料均便宜易得，整套制备工艺与现有闸瓦生产线兼容性高，仅调整配方比例及固化工艺参数即可实现大批量生产，显著降低了工业化制备成本。

1.一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦，其特征在于，按重量百分比计包括以下组分：改性酚醛树脂粘结剂5% - 12%、丁苯橡胶2%-10%、顺丁橡胶2%-10%、钢纤维15% - 25%、复合增强纤维8% - 16%、硫酸钡7% - 14%、氧化镁6% - 12%、石油焦炭6% - 12%、石墨6% - 12%、硅灰石2% - 5%、硫磺1%-3%、金属润滑材料5% - 10%、硫化锑1% - 3%和促进剂0.1% - 1%；

2.根据权利要求1所述的一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦，其特征在于，所述复合增强纤维包含硅酸铝纤维和碳纤维，其中，所述复合增强纤维中二氧化硅和氧化铝的总含量为45wt%-60wt%。

3.根据权利要求1所述的一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦，其特征在于，所述硅灰石的长径比为18:1，且所述硅灰石中二氧化硅的含量为20wt%-30wt%，氧化钙的含量为40wt%-50wt%。

4.根据权利要求1所述的一种用于铁道货车的高性能合成闸瓦，其特征在于，所述高钙铁粉包含以下质量分数的成分：全铁20%-30%、氧化钙40%-50%以及二氧化硅20%-30%；

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的高性能合成闸瓦的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一次混炼的温度为40℃-80℃，时间为3-5min；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混炼胶料通过破碎机进行破碎，混炼胶料颗粒的粒径≤10mm；所述静置时间≥12h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述压制的压力为15 mpa -18mpa，时间为2min -3min。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述阶梯升温热处理包括：依次在90℃保温1h、100℃保温2h、120℃保温2h、140℃保温2h、160℃保温2h、180℃保温2h、200℃保温1h、220℃保温1h；再冷却8h-10h至室温。

10.一种如权利要求1-4中任一项所述的高性能合成闸瓦在铁路重载货车、城轨车辆或高速列车中的应用。