在鐵路車輛用的三種類型閘瓦(鑄鐵閘瓦、粉末冶金閘瓦、合成閘瓦)中,合成閘瓦的生產(chǎn)工藝可分為干法和濕法兩大類。其中材料的組成部分包括基體、粘接劑、纖維和填料。
(一)基體
采用高分子化合物的多元共混并用體系作為高摩擦系數(shù)合成閘瓦的粘合基體,其作用是將纖維增強劑、摩擦系數(shù)調(diào)整劑、摩擦劑、潤滑劑等填料經(jīng)一定的工藝符合為一體。在配置合成閘瓦摩擦材料的原材料時,依其在配方中的性能和用途可分為粘接劑類、摩擦劑類、補強類、摩擦改性類、摩擦調(diào)節(jié)劑類、以及雨雪摩擦穩(wěn)定劑類等。
原材料 | 粘接劑 | 摩擦劑 | 粘著增強劑 | 補強劑 | 摩擦改性劑 | 摩擦調(diào)整劑 | 雨雪摩擦穩(wěn)定劑 |
配比% | 15~30 | 20~30 | 1~10 | 5~20 | 5~15 | 2~10 | 5~15 |
(二)粘接劑
1)各國粘結(jié)劑的選擇
我國目前多采用酚醛樹脂及其改性樹脂;如腰果殼油改性樹脂、橡膠改性及其它改性樹脂,也采用環(huán)氧樹脂和糠醛樹脂;
美國多采用耐高溫的酚醛樹脂、腰果殼油改性樹脂、呋喃樹脂和硼酸樹脂;
英國多采用腰果殼油改性樹脂;
俄羅斯采用松香改性的酚醛樹脂;
日本采用酚醛樹脂及其改性樹脂。
2) 粘接劑的改性
改性酚醛樹脂是合成閘瓦采用的主要粘接劑,作為基體材料將纖維和各種填料粘接在一起,其性質(zhì)和用量對閘瓦的壓縮強度、沖擊強度、彈性模量、制動摩擦、磨耗性能等有重要的影響,酚醛樹脂的化學(xué)成分見下表。一般選用丁腈膠粉和丁苯橡膠等進行樹脂改性,以達到共聚物共混。
項目 | 固體含量(150℃) | 固化時間(160℃) | 游離酚(%) | 游離醛(%) | 水分(%) |
指標(biāo) | 72%~78% | 80~120S | 10~15 | 0.2~0.6 | 2~8 |
(三)纖維
1)纖維種類
天然礦物類纖維:石棉纖維、海泡石、硅灰石等;
人造纖維:陶瓷纖維、硅酸鋁纖維、巖棉、復(fù)合礦物纖維、玻璃纖維等;
金屬纖維:鋼纖維、銅纖維、鋁纖維等;
有機纖維:芳綸纖維、炭纖維。
2)纖維增強劑
纖維作為摩擦材料的增強劑,在材料中作為合成閘瓦的骨架,起著提高強度、降低磨耗的作用。一般選用低碳鋼F 型纖維和礦物纖維。礦物纖維選用針狀氧化鋅和硅灰石,硅灰石具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和高熔點、無毒、無污染、無公害,價格低廉,是石棉的理想替代品。選用上述混雜纖維作為合成閘瓦的增強纖維,即鋼纖維與礦物纖維混雜使用,在材料中起到優(yōu)勢互補的作用,也降低了成本。
項目 | 硅灰石(%) | SiO2(%) | CaO(%) | Fe2O3(%) | 150℃揮發(fā)份含量(%) | 燒失量(%) |
指標(biāo) | ≥80 | 4.6~5.4 | 4.2~5.0 | 0.2~0.6 | ≤0.5 | ≤0.4 |
(四)填料
1)填料的作用
填料的主要作用是對摩擦材料的摩擦磨損性能進行多方面的調(diào)節(jié),使摩擦制品能更好的滿足各種工況條件下的制動和傳動功能的要求。
可以調(diào)節(jié)材料的硬度、密度、結(jié)構(gòu)密實度、制品外觀;改善制動噪音、降低制品成本等。
提高產(chǎn)品的加工性能和制造工藝性能。
控制制品的熱膨脹系數(shù)、收縮率、增加產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性能,改善導(dǎo)熱性。
2)填料的分類
按化學(xué)成分分類,可分為無機填料、金屬填料和有機填料。
無機填料:長石、重晶石、Fe2O3、Fe3O4、方解石、硅藻土、硅灰石、鉻鐵礦、硫化銻、石墨、鋁礬土、鋯英石、剛玉、螢石、沉淀硫酸鋇、氧化鋁、氧化鎂、碳化硅。
金屬填料:黃銅粉、紫銅粉、還原鐵粉、海綿鐵粉、鋁粉、鉛粉等;
無機填料:輪胎粉、瀝青、橡膠粉、腰果殼油摩擦粉以及其他改性摩擦粉等。
3)填料的分類—增摩填料
A、硫酸鋇(重晶石)
能使摩擦系數(shù)穩(wěn)定,磨耗小,特別是在高溫下,它能形成穩(wěn)定的摩擦界層,能防止對偶的表面擦傷,使對偶表面磨得更光潔;
B、硅灰石
具有較好的增摩效果,價格便宜,故目前使用較多。但加入量一般不超過14%;
C、氟化鈣(螢石)
具有良好的低溫和高溫增摩效果;
D、鉻鐵礦粉
具有低溫和高溫增摩效果。適宜的加入量一般不超過7%,粒度在200目以上。
E、長石
硬度高,增摩效果顯著。但用量過大,制動噪音大。
F、氧化鋁
最有效的填料之一。特別有助于提高高溫摩擦系數(shù),要求粒度在325以上,用量小于3%。
G、鋯英石(正硅酸鋯)
增摩顯著,粒度在325以上。
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