本发明属于高速铁路制动装置，具体涉及一种时速300km/h高速铁路制动用合成闸片。
背景技术：
2008年，我国第一条高速铁路开通运营；2015年底，我国高铁运营里程超1.9万公里，居世界第一位。高速铁路改变了我国的运输格局，给人们的生活带来了更多的便捷与惊喜。目前，我国高速铁路采用的制动闸片基本使用的是金属烧结高速闸片，而且多为进口。
随着中国经济的发展，降低能耗，减少排放，提高安全性成为经济发展的主流，我国高铁技术的飞速发展，机车车辆的制动技术同样面临着重大的革新。为达到节能减排的目标，需要运用多种节能技术，其中轻量化设计是在工程实际中最为容易实现的。通过轻量化技术的运用实现经济效益的最大化。通过“轻量化”的设计，铁路车辆在提高动力和安全性、减少排放等方面将有突出表现，所以铝合金制作的制动盘今后几年将广泛用于机车车辆上。在以前，铝质虽轻,但硬度和熔点低,不能获得很好的制动性能,所以,以往一直被认为不适合作为制动材料。但是,随着技术的革新和发展，这一问题已经得到解决，在铝合金中掺加陶瓷颗粒使制动盘获得良好的耐磨性，且重量轻，其突出的优点是,与常规的灰口铸铁制动盘(用于速度至200 km/h)和球墨铸铁制动盘(用于较高的速度)相比重量减轻50％，很明显,铝合金轻型盘形制动器是以减轻对钢轨有恶劣影响的车辆簧下重量为目的；制动盘的轻量化能大幅度降低列车簧下质量，这对减轻轨道冲击、降低噪声、改善乘车舒适性都有显著效果。
为实现铁道车辆的高速化，减轻车辆的重量非常必要。其中，为了减少车辆对轨道、桥梁等地面设施的影响，减少轴重、车辆、车轴、轴箱、齿轮箱等转向架的簧下重量尤其重要。制动盘即为簧下重量的一部分，高速列车速度越高、制动时引起的摩擦所产生的热量就越大，所以开发与铝合金制动盘相配套的闸片是非常必要的。
因为铝合金制动盘将广泛应用于高速铁道车辆，所以新开发的合成闸片必需拥有更高的摩察系数，更小的磨耗，更优的散热性及热衰退性。我国现有的高速铁路列车的制动系统多使用金属烧结闸片，比重大，能耗大，硬度高，制动时容易产生噪音，还容易伤车轮；我国现有合成闸片生产厂家生产的闸片普遍适用铸铁制动盘，如用于安装铝合金制动盘的高速铁道车辆，摩察系数、磨损率、散热性、热衰退性等达不到技术指标要求，也存在严重的安全隐患，所以为了响应“轻量化”的设计概念，我公司开发了适用于铝合金制动盘的闸片。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种比重轻，硬度低，对车轮无热伤害的可用于时速300km/h的高速列车上合成闸瓦。
本发明采用的技术方案是：时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背，所述摩擦体材料组成包括顺丁橡胶，耐高温硼改性树脂、芳纶纤维、石墨、液体淬火剂、耐高温填料、碳碳纤维、硫磺、氧化锌、硫化促进剂、防老剂、炭黑、硬脂酸和氧化铁棕；各组分的重量百分比为：顺丁橡胶13-15%，耐高温硼改性树脂9%-11%，芳纶纤维8%-10%，石墨8%-12%，液体淬火剂5%-9%，耐高温填料14%-18%，碳碳纤维18%-23%，硫磺0.5%-1.0%，氧化锌0.5%-1.0%，硫化促进剂0.4%-1.0%，防老剂0.3%-0.8%，炭黑1.5%-2.5%，硬脂酸0.3%-0.8%，氧化铁棕4.0%-5.0%。
所述钢背材质为Q235，钢背由4.5mm厚的Q235钢板压制而成。
所述时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其制备方法为：
1）顺丁橡胶分两段开炼，第一段辊温40℃-45℃，辊距2mm-3mm，先加生胶，再加入氧化锌、防老剂、炭黑，出片停放；第二段辊温35℃-40℃，辊距3mm-4mm,先加一段胶，割刀混均，加硫磺，待全部混入后割刀薄通；
2）将1）得到的胶和摩擦体其余组分都加入密炼机加压混合，温度控制在140℃-50℃，强力混合，停放降温至室温，得到混合料；
3）将2）制得的混合料用模具压制在钢背上，压机压力为18MPa，冷压，不加温，得到成型半成品；
4）将3）制得的压制成型半成品在烘箱中采用热风循环电加热热处理48H，前20H温度逐渐升高，直至最高热处理温度达到350℃,后28H保持热处理温度350℃,如表1所示，让所有原材料充分反应，保证彻底熟透，制得合成闸瓦。热处理采用分段热处理的方式，温度逐渐升高，保证闸片表面与其内部温度一致，力保合成材料熟成度一致，采用热风循环电加热既能保证热处理的有效进行。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、我公司开发的有机合成闸片比重轻，硬度低，对车轮无热伤害；从节能环保方面有了重大提高；
2、本发明摩擦体的主要由高分子材料构成，在满足制动要求的基础上，也减轻了机车车辆重量，正迎合了国家“轻量化”的设计概念；
3、 本发明摩擦体材料组成中采用耐高温硼改性酚醛树脂，硼改性酚醛树脂具有更好的耐高温性能，避免了传统工艺中以纯酚醛树脂为基体的摩擦材料所引起的模量过高、强度过低、噪音大、热分解温度低、摩擦层的分解残物性能不稳定的问题，因此硼改性树脂是适用该合成闸片的工艺要求的最优选择；
4、本发明摩擦体材料组成中采用顺丁橡胶，顺丁橡胶与天然橡胶和丁苯橡胶相比，具有弹性高、耐磨性好、耐寒性好、生热低、耐曲挠性和动态性能好等特点，硫化后其耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性尚好，易与天然橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶并用。且顺丁橡胶良好耐候性，耐寒性可以很好地适应中国的铁路的实际情况。
具体实施方式
实施例一：
本发明采用的技术方案是：时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背，所述摩擦体材料组成包括顺丁橡胶，耐高温硼改性树脂、芳纶纤维、石墨、液体淬火剂、耐高温填料、碳碳纤维、硫磺、氧化锌、硫化促进剂、防老剂、炭黑、硬脂酸和氧化铁棕；各组分的重量百分比为：顺丁橡胶14%，耐高温硼改性树脂10%，芳纶纤维9%，石墨11%，液体淬火剂8%，耐高温填料16%，碳碳纤维22%，硫磺0.8%，氧化锌0.8%，硫化促进剂0.8%，防老剂0.5%，炭黑2.0%，硬脂酸0.5%，氧化铁棕4.6%。
所述钢背材质为Q235，钢背由4.5mm厚的Q235钢板压制而成。
所述时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其制备方法为：
1）顺丁橡胶分两段开炼，第一段辊温40℃，辊距2.5mm，先加生胶，再加入氧化锌、防老剂、炭黑，出片停放；第二段辊温38℃，辊距3.5mm,先加一段胶，割刀混均，加硫磺，待全部混入后割刀薄通；
2）将1）得到的胶和摩擦体其余组分都加入密炼机加压混合，温度控制在140℃-150℃，强力混合，停放降温至室温，得到混合料；
3）将2）制得的混合料用模具压制在钢背上，压机压力为18MPa，冷压，不加温，得到成型半成品；
4）将3）制得的压制成型半成品在烘箱中采用热风循环电加热热处理48H，前20H温度逐渐升高，直至最高热处理温度达到350℃,后28H保持热处理温度350℃,让所有原材料充分反应，保证彻底熟透，制得合成闸瓦。热处理采用分段热处理的方式，温度逐渐升高，保证闸片表面与其内部温度一致，力保合成材料熟成度一致，采用热风循环电加热既能保证热处理的有效进行。
实施例二：
本发明采用的技术方案是：时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背，所述摩擦体材料组成包括顺丁橡胶，耐高温硼改性树脂、芳纶纤维、石墨、液体淬火剂、耐高温填料、碳碳纤维、硫磺、氧化锌、硫化促进剂、防老剂、炭黑、硬脂酸和氧化铁棕；各组分的重量百分比为：顺丁橡胶15%，耐高温硼改性树脂11%，芳纶纤维10%，石墨9%，液体淬火剂5%，耐高温填料18%，碳碳纤维23%，硫磺0.5%，氧化锌0.5%，硫化促进剂0.4%，防老剂0.3%，炭黑1.5%，硬脂酸0.8%，氧化铁棕5.0%。
所述钢背材质为Q235，钢背由4.5mm厚的Q235钢板压制而成。
所述时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其制备方法为：
1）顺丁橡胶分两段开炼，第一段辊温42℃，辊距2mm，先加生胶，再加入氧化锌、防老剂、炭黑，出片停放；第二段辊温35℃，辊距3mm,先加一段胶，割刀混均，加硫磺，待全部混入后割刀薄通；
2）将1）得到的胶和摩擦体其余组分都加入密炼机加压混合，温度控制在140℃-50℃，强力混合，停放降温至室温，得到混合料；
3）将2）制得的混合料用模具压制在钢背上，压机压力为18MPa，冷压，不加温，得到成型半成品；
4）将3）制得的压制成型半成品在烘箱中采用热风循环电加热热处理48H，前20H温度逐渐升高，直至最高热处理温度达到350℃,后28H保持热处理温度350℃,让所有原材料充分反应，保证彻底熟透，制得合成闸瓦。热处理采用分段热处理的方式，温度逐渐升高，保证闸片表面与其内部温度一致，力保合成材料熟成度一致，采用热风循环电加热既能保证热处理的有效进行。
实施例三：
本发明采用的技术方案是：时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背，所述摩擦体材料组成包括顺丁橡胶，耐高温硼改性树脂、芳纶纤维、石墨、液体淬火剂、耐高温填料、碳纤维、硫磺、氧化锌、硫化促进剂、防老剂、炭黑、硬脂酸和氧化铁棕；各组分的重量百分比为：顺丁橡胶13%，耐高温硼改性树脂11%，芳纶纤维8%，石墨12%，液体淬火剂9%，耐高温填料18%，碳碳纤维18%，硫磺1.0%，氧化锌1.0%，硫化促进剂1.0%，防老剂0.8%，炭黑2.5%，硬脂酸0.7%，氧化铁棕4.0%。
所述钢背材质为Q235，钢背由4.5mm厚的Q235钢板压制而成。
所述时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其制备方法为：
1）顺丁橡胶分两段开炼，第一段辊温45℃，辊距3mm，先加生胶，再加入氧化锌、防老剂、炭黑，出片停放；第二段辊温40℃，辊距4mm,先加一段胶，割刀混均，加硫磺，待全部混入后割刀薄通；
2）将1）得到的胶和摩擦体其余组分都加入密炼机加压混合，温度控制在140℃-50℃，强力混合，停放降温至室温，得到混合料；
3）将2）制得的混合料用模具压制在钢背上，压机压力为18MPa，冷压，不加温，得到成型半成品；
4）将3）制得的压制成型半成品在烘箱中采用热风循环电加热热处理48H，前20H温度逐渐升高，直至最高热处理温度达到350℃,后28H保持热处理温度350℃,让所有原材料充分反应，保证彻底熟透，制得合成闸瓦。热处理采用分段热处理的方式，温度逐渐升高，保证闸片表面与其内部温度一致，力保合成材料熟成度一致，采用热风循环电加热既能保证热处理的有效进行。
实施例四：
本发明采用的技术方案是：时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背，所述摩擦体材料组成包括顺丁橡胶，耐高温硼改性树脂、芳纶纤维、石墨、液体淬火剂、耐高温填料、碳碳纤维、硫磺、氧化锌、硫化促进剂、防老剂、炭黑、硬脂酸和氧化铁棕；各组分的重量百分比为：顺丁橡胶15%，耐高温硼改性树脂9%，芳纶纤维10%，石墨8.4%，液体淬火剂9%，耐高温填料14%，碳纤维23%，硫磺1.0%，氧化锌1.0%，硫化促进剂1.0%，防老剂0.8%，炭黑2.5%，硬脂酸0.3%，氧化铁棕5.0%。
所述钢背材质为Q235，钢背由4.5mm厚的Q235钢板压制而成。
所述时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其制备方法为：
1）顺丁橡胶分两段开炼，第一段辊温45℃，辊距3mm，先加生胶，再加入氧化锌、防老剂、炭黑，出片停放；第二段辊温40℃，辊距4mm,先加一段胶，割刀混均，加硫磺，待全部混入后割刀薄通；
2）将1）得到的胶和摩擦体其余组分都加入密炼机加压混合，温度控制在140℃-50℃，强力混合，停放降温至室温，得到混合料；
3）将2）制得的混合料用模具压制在钢背上，压机压力为18MPa，冷压，不加温，得到成型半成品；
4）将3）制得的压制成型半成品在烘箱中采用热风循环电加热热处理48H，前20H温度逐渐升高，直至最高热处理温度达到350℃,后28H保持热处理温度350℃,让所有原材料充分反应，保证彻底熟透，制得合成闸瓦。热处理采用分段热处理的方式，温度逐渐升高，保证闸片表面与其内部温度一致，力保合成材料熟成度一致，采用热风循环电加热既能保证热处理的有效进行。
实施例五：
本发明采用的技术方案是：时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其组成包括摩擦体和钢背，所述摩擦体材料组成包括顺丁橡胶，耐高温硼改性树脂、芳纶纤维、石墨、液体淬火剂、耐高温填料、碳碳纤维、硫磺、氧化锌、硫化促进剂、防老剂、炭黑、硬脂酸和氧化铁棕；各组分的重量百分比为：顺丁橡胶15%，耐高温硼改性树脂9.4%，芳纶纤维10%，石墨8%，液体淬火剂9%，耐高温填料14%，碳纤维23%，硫磺1.0%，氧化锌1.0%，硫化促进剂1.0%，防老剂0.8%，炭黑2.5%，硬脂酸0.3%，氧化铁棕5.0%。
所述钢背材质为Q235，钢背由4.5mm厚的Q235钢板压制而成。
所述时速300km/h高速铁路制动用合成闸瓦，其制备方法为：
1）顺丁橡胶分两段开炼，第一段辊温45℃，辊距3mm，先加生胶，再加入氧化锌、防老剂、炭黑，出片停放；第二段辊温40℃，辊距4mm,先加一段胶，割刀混均，加硫磺，待全部混入后割刀薄通；
2）将1）得到的胶和摩擦体其余组分都加入密炼机加压混合，温度控制在140℃-50℃，强力混合，停放降温至室温，得到混合料；
3）将2）制得的混合料用模具压制在钢背上，压机压力为18MPa，冷压，不加温，得到成型半成品；
4）将3）制得的压制成型半成品在烘箱中采用热风循环电加热热处理48H，前20H温度逐渐升高，直至最高热处理温度达到350℃,后28H保持热处理温度350℃,让所有原材料充分反应，保证彻底熟透，制得合成闸瓦。热处理采用分段热处理的方式，温度逐渐升高，保证闸片表面与其内部温度一致，力保合成材料熟成度一致，采用热风循环电加热既能保证热处理的有效进行。
表1 热处理过程中温度与时间
注：升温过程累计为20H,之后350℃恒温保持28小时，整个热处理过程48H.