本發(fā)明屬于地鐵車(chē)輛零部件制造領(lǐng)域，特別涉及一種地鐵車(chē)輛用閘瓦。

背景技術(shù)：

近幾年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅速，截止2014年年底，全國(guó)城市軌道交通線(xiàn)路總里程達(dá)到了2886km，總投資達(dá)到了5000億元。城市軌道交通的蓬勃發(fā)展必然帶來(lái)地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的大量需求。合成閘瓦為易損易耗件，需要根據(jù)磨耗情況定期更換，年消耗量較大。城市軌道交通的公交化特點(diǎn)對(duì)摩擦制動(dòng)材料提出更高的要求：制動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)噪音、對(duì)車(chē)輪踏面損傷小等。由于目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的地鐵用閘瓦普遍存在裂紋、掉塊、磨耗量大、摩擦性能不穩(wěn)定、制動(dòng)噪聲大、金屬鑲嵌、車(chē)輪踏面熱裂及嚴(yán)重波浪犁溝狀磨耗等問(wèn)題，制動(dòng)性能不能滿(mǎn)足目前地鐵車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)需要，因而目前國(guó)內(nèi)絕大部分地鐵車(chē)輛采用進(jìn)口合成閘瓦(以克諾爾、霍尼韋爾為主)，而進(jìn)口閘瓦存在價(jià)格高昂，采購(gòu)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，在很大程度上影響車(chē)輛運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。因此，研制開(kāi)發(fā)出具有自主產(chǎn)權(quán)的滿(mǎn)足地鐵車(chē)輛制動(dòng)需要的合成閘瓦，打破國(guó)外產(chǎn)品壟斷，有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前應(yīng)用在國(guó)內(nèi)地鐵車(chē)輛上的國(guó)產(chǎn)合成閘瓦主要有橡膠基和樹(shù)脂基無(wú)石棉合成閘瓦。它們主要應(yīng)用在速度80km/h以下和軸重21t以下的地鐵車(chē)輛。這些合成閘瓦的性能較之前有了很大的提高，但與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，普遍存在裂紋、掉塊、磨耗量大、摩擦性能不穩(wěn)定、制動(dòng)噪聲大、金屬鑲嵌、車(chē)輪踏面熱裂及嚴(yán)重波浪犁溝狀磨耗等問(wèn)題。

公布號(hào)為cn103410893a的發(fā)明專(zhuān)利摩擦磨損性能優(yōu)異、制動(dòng)性能穩(wěn)定， 解決了城市軌道合成閘瓦金屬鑲嵌、熱裂紋、熱斑以及雨雪天氣條件下摩擦系數(shù)下降過(guò)快等問(wèn)題。但沖擊強(qiáng)度低，壓縮模量大，制動(dòng)過(guò)程中閘瓦易產(chǎn)生裂紋、掉塊、制動(dòng)噪聲大等問(wèn)題。

公布號(hào)為cn102588478b的發(fā)明專(zhuān)利制成的合成閘瓦具有強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好，吸熱散熱性好，耐磨損，摩擦系數(shù)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，能夠防止金屬鑲嵌、踏面熱裂等損傷。但該閘瓦制備過(guò)程中要用甲苯作為溶劑，這樣會(huì)損害操作人員健康，也不利于環(huán)保；且閘瓦硬度較高，制動(dòng)噪聲大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種地鐵車(chē)輛用合成閘瓦及其制備方法，所采用的技術(shù)方案為：

一種地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的摩擦體，其原料重量配比分為兩部分，第一部分為：酚醛樹(shù)脂10％-13％、氧化鋁1％-2％、還原鐵粉7％-10％、鋼纖維10％-13％、沉淀硫酸鋇10％-15％、碳酸鈣8％-12％、硅灰石2％-3％、鱗片石墨3％-4％、鉀長(zhǎng)石粉8％-11％、海泡石絨7％-11％、膨脹蛭石3％-6％、摩擦粉3％-5％；第二部分為：橡膠9％-11％、氧化鋅0.4％-0.6％、硬脂酸鋅0.3％-0.7％、工業(yè)硫磺粉0.3％-0.7％、高耐磨碳黑0.3％-0.7％、防老劑0.1％-0.2％、促進(jìn)劑0.1％-0.2％。

優(yōu)選的，所述酚醛樹(shù)脂為腰果殼油改性酚醛樹(shù)脂，其流動(dòng)度為25-40mm，200目全通過(guò)。酚醛樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，是摩擦體的組成核心，但酚醛樹(shù)脂性脆而硬，造成摩擦體也材質(zhì)脆硬，彈性模量高，抗沖擊性能差，易裂紋掉塊。經(jīng)腰果殼油改性的酚醛樹(shù)脂韌性有明顯的改善，這是因?yàn)檠麣び头肿又械娜嵝灾炬溒鸬搅藘?nèi)增塑的作用，該樹(shù)脂分子量分布窄，柔韌性好，所得產(chǎn)品壓縮模量適中，能與踏面完全貼合，不產(chǎn)生熱裂紋、制動(dòng)噪聲。

優(yōu)選的，所述橡膠采用丁腈橡膠。橡膠含量對(duì)閘瓦的制動(dòng)性能影響極大， 含量過(guò)低，容易造成材料脫落，磨損增大；含量過(guò)高，制得閘瓦硬度過(guò)低，極易產(chǎn)生金屬鑲嵌，車(chē)輪“抱死”問(wèn)題，造成行車(chē)安全隱患。本發(fā)明經(jīng)過(guò)優(yōu)選，選用9％-11％的丁腈橡膠制得閘瓦壓縮模量適中，沖擊強(qiáng)度高，無(wú)裂紋、掉塊現(xiàn)象，無(wú)金屬鑲嵌，能與踏面完全貼合，不產(chǎn)生制動(dòng)噪聲。

特別的，所述碳酸鈣采用經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑kh-550進(jìn)行表面處理的碳酸鈣晶須。用經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑kh-550表面處理的碳酸鈣晶須代替?zhèn)鹘y(tǒng)的重質(zhì)碳酸鈣后，閘瓦的減振、防滑、降噪、耐磨、耐熱性能都有了很大能高，摩擦性能穩(wěn)定，熱衰退與熱恢復(fù)性能較好，高溫摩擦磨損性能優(yōu)越；而且其原料來(lái)源豐富，價(jià)格低，能減少鋼纖維、硅灰石等高價(jià)值材料的用量，使摩擦材料成本大大降低。

優(yōu)選的，所述膨脹蛭石吸聲系數(shù)為0.53-0.63，莫氏硬度為1.0-1.5。膨脹蛭石是蛭石精礦在800～1000℃體積迅速膨脹6～15倍而得，內(nèi)部具有很多細(xì)小的空氣隔層，故具有很強(qiáng)的吸聲性能，一般在0.53～0.63之間；其次膨脹蛭石莫氏硬度為1～1.5，硬度低。所以利用膨脹蛭石可以調(diào)節(jié)閘瓦的硬度和吸聲系數(shù)，從而可以保護(hù)制動(dòng)對(duì)偶，減少或避免噪聲的產(chǎn)生；另外，膨脹蛭石具有可松懈性和分散性，內(nèi)外表面很大，可以和基體緊密連接，具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，抗剪切、抗拉、抗壓應(yīng)力，可作為增強(qiáng)材料使用。

本發(fā)明中，在原料中加入了摩擦粉。摩擦粉是一種由熱固性樹(shù)脂、石墨和金屬氧化物混合制成的疏松的顆粒，疏松物的存在可以減小振動(dòng)，吸收一定波長(zhǎng)的噪聲，減少制動(dòng)噪聲。另外，摩擦粉是一種有機(jī)和無(wú)機(jī)的共生物，可以使閘瓦在工作時(shí)與車(chē)輪踏面較好地貼合，使閘瓦與制動(dòng)對(duì)偶作用為黏著摩擦與切削犁刨摩擦兩者相結(jié)合，從而減少車(chē)輪踏面的損傷。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的摩擦體制備方法，包括如下步驟：

1)配料，按照原材料配比，根據(jù)材料種類(lèi)和所需料量選用合適的電子秤型準(zhǔn)確稱(chēng)重，要求單種料稱(chēng)重誤差≤1％；不同的原材料放在不同標(biāo)識(shí)的料盒內(nèi)并做好記錄；

2)混料，分兩步進(jìn)行，先用立式混料機(jī)混合第一部分原料，用密煉機(jī)混合第二部分原料，然后將混好的第一部分原料加入到密煉機(jī)中與第二部分原料共混；

3)靜置，混料完畢后將膠料放置12小時(shí)備用。剛煉好的膠料可能出現(xiàn)假可塑度現(xiàn)象，分子處于緊張狀態(tài)，須一定的時(shí)間將分子內(nèi)應(yīng)力卸去，以降低膠料的變形，提高產(chǎn)品性能穩(wěn)定性；靜置使配合劑在停放過(guò)程中繼續(xù)擴(kuò)散，以促進(jìn)均勻分散；靜置使橡膠與碳黑之間進(jìn)一步生成結(jié)合橡膠，提高補(bǔ)強(qiáng)效果。

4)粉碎，將混煉后靜置12個(gè)小時(shí)后的膠料，進(jìn)行粉碎，并用篩網(wǎng)篩選。混煉放置12個(gè)小時(shí)后的膠料，由于橡膠的粘結(jié)作用，會(huì)出現(xiàn)較大的塊狀膠料，影響熱壓成型，閘瓦會(huì)出現(xiàn)裂紋、起泡、分層等缺陷，故需要事先粉碎。

5)熱壓成型，壓制前將上下模放在模具上預(yù)熱；預(yù)熱到設(shè)定溫度后，模具內(nèi)腔、上下模均勻噴上脫模劑，將下模小心放入模具腔中，再倒入稱(chēng)量準(zhǔn)確的膠料，然后放入經(jīng)表面拋丸處理、噴膠晾干后的瓦背，將上模輕放在瓦背上，啟動(dòng)程序，開(kāi)始?jí)褐?，壓制?jīng)保壓-排氣循環(huán)后保壓固化，直至程序完成。閘瓦壓制采用315噸四柱液壓機(jī)，壓制參數(shù)具體如下：壓制溫度160±5℃；壓機(jī)壓力：4±1mpa。

膠料中的樹(shù)脂在一定壓制溫度下，大分子的活性官能團(tuán)在固化劑作用下相互作用，進(jìn)行縮聚反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變成不熔不溶的具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的固化產(chǎn)物，此過(guò)程是不可逆的。若壓制溫度過(guò)，高樹(shù)脂固化過(guò)快，膠料流動(dòng)性降低，來(lái)不及均勻填滿(mǎn)模腔就可以固化，造成產(chǎn)品邊角缺損或疏松不均，機(jī)械強(qiáng)度受到影 響；溫度過(guò)低，固化速度過(guò)慢，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品發(fā)軟，在內(nèi)部水分及揮發(fā)物總蒸汽壓的作用下，出現(xiàn)氣泡缺陷，所以溫度的控制非常重要。

壓制壓力和成型溫度同樣重要，壓力過(guò)低，產(chǎn)品密實(shí)性差，質(zhì)地疏松，厚薄不均，邊角缺損；壓力過(guò)高不但會(huì)使產(chǎn)品硬度過(guò)高，壓縮模量過(guò)大，影響使用性能，而且會(huì)增大能耗，造成模具及壓機(jī)損壞及產(chǎn)品邊緣破損而報(bào)廢。

6)熱處理，將壓制成型后的合成閘瓦踏面朝上平整排放在固化爐料架中，每塊最少間隔10mm，確保熱空氣流動(dòng)順暢，爐內(nèi)各處溫度均勻。關(guān)閉爐門(mén)，依次開(kāi)啟總電源，鼓風(fēng)、加熱電源，按照設(shè)定的熱處理曲線(xiàn)程序運(yùn)行。程序運(yùn)行結(jié)束，依次關(guān)閉關(guān)閉鼓風(fēng)、加熱電源，總電源，隨爐自然冷卻至50℃以下后打開(kāi)爐門(mén)，取出產(chǎn)品。熱處理后檢查閘瓦外觀(guān)不應(yīng)有起泡、裂紋、分層、疏松、翹曲等缺陷；摩擦體與瓦背應(yīng)緊密結(jié)合。

熱處理使產(chǎn)品中樹(shù)脂徹底固化，從而使其摩擦性能穩(wěn)定；消除熱壓成型后產(chǎn)品的熱應(yīng)力，防止產(chǎn)品出現(xiàn)翹曲變形；減少產(chǎn)品的熱膨脹。

特別的，所述步驟2)混料又包括如下步驟：

a、由立式混料機(jī)進(jìn)料口投入海泡石絨，關(guān)閉進(jìn)料口預(yù)混120秒；停止運(yùn)行60秒后開(kāi)啟進(jìn)料口再加入第一部分原料剩下的物料，關(guān)閉進(jìn)料口，混合180秒后停止運(yùn)行；檢查混料質(zhì)量后將混好的第一部分原料倒入料盒；

b、橡膠塑煉：將丁腈橡膠切成20cm×20cm×20cm的方塊，按配比稱(chēng)好后放入密煉機(jī)的混料槽內(nèi)，關(guān)閉槽門(mén)；設(shè)定塑煉時(shí)間30分鐘，開(kāi)機(jī)塑煉，控制槽內(nèi)溫度≤120℃，煉好后將橡膠放置12小時(shí)備用；

c、橡膠混煉：將塑煉好后放置12小時(shí)后的橡膠放入密煉機(jī)混料槽內(nèi)再煉10分鐘，控制溫度≤120℃；然后將第二部分原料中的其他物料倒入混料槽內(nèi)，煉10分鐘后，倒入混好的第一部分原料，進(jìn)行混煉，混煉時(shí)間為40分鐘，控 制槽內(nèi)溫度≤80℃；混煉結(jié)束后，取樣目測(cè)混料的均勻度，然后將混料槽傾轉(zhuǎn)，將混煉好的料倒入料盒中放置12小時(shí)備用。

特別的，在步驟c中，在倒入混好的第一部分原料混煉的同時(shí)加入混料總重0.5％～1％的工業(yè)酒精。由于原料大多為粉體，橡膠配比較少的情況下，短時(shí)間內(nèi)粉料不能與橡膠充分混合，還容易引起粉塵飛揚(yáng)，污染環(huán)境。加入一定比例的工業(yè)酒精后，一方面酒精對(duì)粉料起到了浸漬、濕潤(rùn)作用，減少粉塵飛揚(yáng)；另一方面對(duì)橡膠起到了外增塑劑的作用，與橡膠發(fā)生溶脹作用，增加了橡膠的可塑性，可以快速與粉料充分均勻混合。既優(yōu)化了工作環(huán)境，又提高了工作效率和混煉質(zhì)量。經(jīng)驗(yàn)證，加入的酒精在混煉產(chǎn)生的溫度下及經(jīng)過(guò)12個(gè)小時(shí)的放置后，會(huì)完全揮發(fā)，不會(huì)對(duì)混煉好的膠料的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

優(yōu)選的，所述海泡石絨在步驟2)混料前經(jīng)過(guò)烘干處理，在80℃～90℃烘箱中烘1.5～2小時(shí)，檢測(cè)含水率≤1％。

特別的，在步驟5)熱壓成型中，保壓-排氣循環(huán)次數(shù)為8次，保壓20s，排氣10s，所述保壓固化的時(shí)間為1200s。首次加壓后需要解除壓力，將膠料中及固化過(guò)程中產(chǎn)生的水分、游離甲醛、氨等揮發(fā)物排出模外，以免在巨大的蒸汽壓作用下引起產(chǎn)品起泡、鼓脹、裂紋等缺陷，此操作稱(chēng)為排氣。首次排氣應(yīng)在閉模20-60s內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)膠料尚處于可塑狀態(tài)，排氣過(guò)遲，因樹(shù)脂已固化，高壓氣體不易排出，造成內(nèi)部鼓脹、開(kāi)裂。排氣后保壓固化時(shí)間需根據(jù)產(chǎn)品厚度計(jì)算得出，產(chǎn)品越厚，內(nèi)部受熱越慢，達(dá)到充分固化的時(shí)間也越長(zhǎng)，通常每毫米厚度為40-90s。

本發(fā)明提供了一種地鐵車(chē)輛用合成閘瓦及其制備方法，依照提供的制備方法制備的合成閘瓦克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，產(chǎn)品制動(dòng)性能優(yōu)良，閘瓦硬度、壓縮模量、磨耗量低，壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度高。硬度、壓縮模量稍低，既保證閘 瓦制動(dòng)過(guò)程不產(chǎn)生金屬鑲嵌，又能與踏面完全貼合，不產(chǎn)生熱裂紋、嚴(yán)重波浪犁溝狀磨耗、制動(dòng)噪聲等；磨耗量低可以延長(zhǎng)閘瓦更換周期，節(jié)省使用成本；壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度稍高，能保證閘瓦力學(xué)強(qiáng)度，摩擦制動(dòng)性能穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中合成閘瓦的示意圖

1、瓦背2、摩擦體3、與車(chē)輪踏面貼合處

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的摩擦體，其原料重量配比分為兩部分，各部分原料配比和技術(shù)指標(biāo)為：

所述地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的制備方法如下：

1)稱(chēng)料：

a)按照原材料配比，根據(jù)材料種類(lèi)和所需料量選用合適的電子秤型準(zhǔn)確稱(chēng)重，要求單種料稱(chēng)重誤差≤1％；不同的原材料放在不同標(biāo)識(shí)的料盒內(nèi)并做好記錄。

b)稱(chēng)好后，清點(diǎn)配方種類(lèi)，然后稱(chēng)取所有原料及料盒的總重量，減去所用料盒的總重量，復(fù)查所稱(chēng)取的原材料總重誤差應(yīng)≤1％；若不符，所有原材料逐一復(fù)稱(chēng)，查明稱(chēng)量失誤所在，增減原料。

2)混料：

a)原料中的海泡石絨極易吸潮，故混料前應(yīng)預(yù)先將其在80℃～90℃烘箱中烘1.5～2小時(shí)，檢測(cè)含水率≤1％；

b)混料分兩步進(jìn)行，先用立式混料機(jī)混合原料a，用密煉機(jī)混合原料b，然后將混好的原料a加入到密煉機(jī)中與原料b共混。分步混料的目的在于各種原料可以混合更均勻。

混料分兩步進(jìn)行，具體如下：

c)由立式混料機(jī)進(jìn)料口投入已烘干合格的海泡石絨，關(guān)閉進(jìn)料口預(yù)混(將海泡石絨纖維打散，以利于接下來(lái)與其他原料混合)120秒；停止運(yùn)行60秒后開(kāi)啟進(jìn)料口再加入原料a剩下的物料，關(guān)閉進(jìn)料口，混合180秒后停止運(yùn)行；檢查混料質(zhì)量后將混好的原料a料倒入料盒，做好記錄。

d)橡膠塑煉：將丁腈橡膠切成20cm×20cm×20cm的方塊，按配比稱(chēng)好后放入密煉機(jī)的混料槽內(nèi)，關(guān)閉槽門(mén)；設(shè)定塑煉時(shí)間30分鐘，開(kāi)機(jī)塑煉，控制槽內(nèi)溫度≤120℃；煉好后橡膠放置12小時(shí)備用。

e)橡膠混煉：將塑煉好后放置24小時(shí)后的橡膠放入密煉機(jī)混料槽內(nèi)再煉10分鐘，控制溫度≤120℃；然后將原料b中其他物料倒入混料槽內(nèi)，煉10分鐘后，倒入混好的原料a，同時(shí)加入混料總重0.5％～1％的工業(yè)酒精，進(jìn)行混煉，混煉時(shí)間為40分鐘，控制槽內(nèi)溫度≤80℃；混煉結(jié)束后，取樣目測(cè)混料的均勻度，然后將混料槽傾轉(zhuǎn)，將混煉好的料倒入料盒中，并做好記錄?；炝虾煤竽z料放置12小時(shí)備用。

3)粉碎：

混煉放置12個(gè)小時(shí)后的膠料，由于橡膠的粘結(jié)作用，會(huì)出現(xiàn)較大的塊狀膠料，影響熱壓成型，閘瓦會(huì)出現(xiàn)裂紋、起泡、分層等缺陷，故需要事先粉碎。膠料用爪刀型強(qiáng)力塑料粉碎機(jī)粉碎，篩網(wǎng)直徑選5mm。

4)熱壓成型：

壓制前將上下模放在模具上預(yù)熱；預(yù)熱到設(shè)定溫度后，模具內(nèi)腔、上下模均勻噴上脫模劑，將下模小心放入模具腔中，再倒入稱(chēng)量準(zhǔn)確的膠料，然后放入經(jīng)表面拋丸處理、噴膠晾干后的瓦背，將上模輕放在瓦背上，啟動(dòng)程序，開(kāi)始?jí)褐?，壓制?jīng)保壓-排氣循環(huán)8次后保壓固化，直至程序完成。

閘瓦壓制采用315噸四柱液壓機(jī)，壓制參數(shù)具體如下：壓制溫度160±5℃；壓機(jī)壓力：4±1mpa(經(jīng)換算，閘瓦受力為17mpa左右)；保壓-排氣參數(shù)：保壓時(shí)間20秒，排氣時(shí)間10秒，排氣8次；保壓固化時(shí)間：1200秒。

5)熱處理：

將壓制成型后的合成閘瓦踏面朝上平整排放在固化爐料架中，每塊最少間隔10mm，確保熱空氣流動(dòng)順暢，爐內(nèi)各處溫度均勻。關(guān)閉爐門(mén)，依次開(kāi)啟總電源，鼓風(fēng)、加熱電源，按照設(shè)定的熱處理曲線(xiàn)程序運(yùn)行。程序運(yùn)行結(jié)束，依次關(guān)閉關(guān)閉鼓風(fēng)、加熱電源，總電源，隨爐自然冷卻至50℃以下后打開(kāi)爐門(mén)，取 出產(chǎn)品。熱處理后檢查閘瓦外觀(guān)不應(yīng)有起泡、裂紋、分層、疏松、翹曲等缺陷；摩擦體與瓦背應(yīng)緊密結(jié)合。

實(shí)施例2

一種地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的摩擦體，其原料重量配比分為兩部分，各部分原料配比和技術(shù)指標(biāo)為：

所述地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的制備方法如實(shí)施例1。

實(shí)施例3

一種地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的摩擦體，其原料重量配比分為兩部分，各部分原料配比和技術(shù)指標(biāo)為：

所述地鐵車(chē)輛用合成閘瓦的制備方法如實(shí)施例1。