碳纤维复合摩擦材料.pdf

本发明属于碳纤维复合的摩擦材料，广泛用于制摩擦体，尤其是用来制造铁轨制动用的闸瓦。
    五十年代的初期，用铸铁作为摩擦材料，国内外在铁路和矿山运输上普遍使用第一代产品-铸铁闸瓦。铸铁闸瓦在制造时需在高温下熔炼，能量消耗大，不经济;成型后很粗糙，体大笨重，不便于加工处理;铸铁闸瓦承受的制动功率低，在坡道连续制动的情况下，易产生高温而加速磨损和熔化，降低了寿命，使列检人员多忙于换瓦、调行程、铲托等工作，影响运输的正常运行。如果稍不注意，换瓦不及时，还会严重影响机车车辆在坡道运行时的安全性。所以铸铁闸瓦存在不耐磨、寿命低;体大笨重，不便于加工;劳动强度大，不安全;成本高，不经济等缺点。所以亟待开发新型摩擦材料。

    于是出现了塑料材质的摩擦材料，如苏联专利（SU1030393A）介绍的用于制造摩擦体的复合摩擦材料，是以金刚石粉、碳化硼和铜粉为骨料，聚乙烯醇缩醛为结合剂，二氧化锆、碱性硫酸锆和氯化钠的混合物为耐摩性添加剂。用此复合摩擦材料制造第二代产品-塑料闸瓦时，由于金刚石和二氧化锆的导热性比较差，所以自动摩擦温度高，而所采用的聚乙烯醇缩醛结合剂不耐高温，在高温下使材料发粘打滑，摩擦系数变小，这样就限制了使用范围;在矿山大坡道使用时容易引起车轮迟缓。另外原材料如铜粉、金刚石砂、二氧化锆等的成本很高，不经济。

    鉴于上述存在的问题，本发明的目的在于寻求一种既经济又耐磨地摩擦材料配方，用此种配方的摩擦材料制成的碳纤维橡胶闸瓦为第三代产品。

    为实现此目的，本发明采取的措施和产生的积极效果是选择石棉和平炉渣灰为骨料，石棉成本低又耐磨，平炉渣灰是废料利用，其成本低，导热性又好，而且有利于环境美;添加沥青碳纤维、碳化硅碳纤维、高耐磨碳黑作为补强剂，提高其耐磨性，从而提高了寿命，而且沥青碳纤维和碳化硅碳纤维的导热性、导电性和热稳定性很高，降低了自动摩擦温度，不使摩擦体打滑，从而扩大了使用范围，碳黑还起到着色作用;另外以天然胶为结合剂，其自粘性好，耐磨性又高，再加入少量固化促进剂和防老剂，促进了固化和防止了老化，提高了使用寿命。

    碳纤维复合摩擦材料的配方如下（wt.%）

    平炉渣灰  18～21%

    石棉  30～33%

    天然胶  23～26%

    沥青碳纤维  4～7%

    碳化硅碳纤维  4～7%

    高耐磨碳黑  1.5%

    硫磺粉  5～8%

    固化促进剂  3.5%

    防老剂  2%

    实施例：

    用碳纤维复合摩擦材料制造铁轨制动用闸瓦的配方如下（Wt%）：

    平炉渣灰  18.5～20.5%

    石棉  30.5～32.5%

    天然胶  23.5～25.5%

    沥青碳纤维  5～7%

    碳化硅碳纤维  5～7%

    硫磺粉  5.5～7.5%

    高耐磨碳黑  1.5%

    固化促进剂  3.5%

    防老剂  2%

    按上述配方和特定的工艺参数生产出的闸瓦，经测试其技术指标如下：

    摩擦系数  0.21～0.38

    磨耗量  2.9～8（g/分）

    制动距离  200～400（m）

    制动摩擦温度  170～300（℃）

    密度 1.9～2.1（g/cm3）

    冲击强度  1.47～1.96（Mpa）

    压缩强度  45（Mpa）

    邵氏硬度  1.4～1.6（Mpa）

    吸水率  0.035～0.2%

    吸油率  0.05～0.67%

    于1990年初将此闸瓦在鞍钢矿山、厂区内的机车上试用，机车行驶在大坡道上时，使用效果很好，制动力强，耐磨耗，稳定性好，寿命高（是铸铁闸瓦寿命的七倍以上），成本低，既经济又实用。