专利名称：摩擦调节组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于处于滑动或滚动-滑动接触的表面的摩擦调节组合物。更具体地，本发明涉及长时间保持在所应用的表面上的摩擦调节组合物。
在车轮在轨道上滚动的动态系统中，存在不断运动的接触区域。为了讨论和分析，方便的是把接触区域处理为静止的，并且轨道和车轮通过接触区运动。当车轮通过接触区以与轨道精确相同的方向运动时，车轮处于在轨道上的滚动接触的最佳状态。在这样的情况下，在车轮与轨道之间不存在明显的摩擦。但是，由于车轮和轨道的轮廓常常不重合并且产生除了严格的滚动以外的运动，所以，车轮和轨道通过接触区运动的各自的速度并不总是相同的。当固定轮轴的机动有轨车通过弯曲处时，经常观察到这种情况，其中，如果内轮和外轮以不同的圆周速度旋转，才能在两个轨道上保持真正的滚动。对于大多数固定轮轴的机动有轨车，这是不可能的。因此，在这样的条件下，车轮相对于轨道进行滚动和滑动组合运动。当在斜面上失去牵引从而导致驱动轮打滑时，也可能产生滑动运动。
滑动运动的大小大致取决于在接触点处轨道和车轮速度之间的差异，表示为百分比。该差异百分比称为滑动率(creepage)。
当滑动率大于约1％时，由于滑动产生显著的摩擦力，并且这些摩擦力导致噪音和部件的磨损(H.Harrison，T.McCanney和J.Cotter(2000)，Recent Developments in COF Measurements at theRail/Wheel Interface，Proceedings The 5thInternationalConference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel SystemsCM 2000(SEIKEN Symposium No.27)，第30-34页，其并入本文作为参考)。噪音的发出是存在于车轮与轨道系统之间的负摩擦特性的结果。负摩擦特性是在滑动(creep)曲线被饱和的区域内车轮与轨道之间的摩擦一般随着系统的滑动率增大而减小的摩擦特性。理论上，通过使机械系统刚性非常强，使运动部件之间的摩擦力减小到非常低的水平或者使摩擦特性从负变正，即通过在滑动曲线被饱和的区域中增大轨道与车轮之间的摩擦，可以减小或消除车轮-轨道系统上的噪音和磨损水平。遗憾的是，赋予机械系统更大的刚度常常是不可能的，例如在大多数列车使用的车轮和轨道系统的情况下。另外，减小车轮和轨道之间的摩擦力可能大大妨碍附着力和刹车，并且不总是适合于轨道用途。在许多情况下，赋予车轮和轨道之间正摩擦特性在减小噪音水平和部件摩损方面是有效的。
还已知的是，由于能使列车在轨道上运动必须的间隙的存在产生的持续的往复运动可能加重列车车轮和轨道的磨损。这些作用可能在轨道表面上产生起伏的波形，并称为波纹。波纹使噪音水平增大超过光滑轨道-车轮界面的噪音水平，并且该问题最终只能通过研磨或机加工轨道和车轮表面来解决。这是耗时且昂贵的。
在本领域中有许多已知的润滑剂，其中一些涉及用于减少轨道和快速交通系统上的轨道和车轮磨损。例如，U.S.4,915,856公开了一种固体抗磨损抗摩擦润滑剂。该产品是悬浮在固体聚合物载体中的抗磨损和抗摩擦剂的组合，应用于轨道顶面。该载体与车轮的摩擦使抗磨损和抗摩擦剂起作用。但是，该产品不呈现正摩擦特性。而且该产品是保持性差的固体组合物。
使用现有技术的组合物，包括固体粘性组合物，存在若干相关的缺点。首先，如果仅在轨道的少数特定位置存在噪音问题，为机动有轨车供给摩擦改良剂粘性组合物并应用到大段轨道上是浪费的。其次，有些轨道具有持续120天的维护周期。目前还没有粘性技术可以使固体润滑剂或摩擦改性剂可以持续这样长的时间。第三，在北美的货运实践是货车在整个大陆上变成分离的，所以，在许多(如果不是全部)的机动有轨车上需要摩擦改良剂粘着物，这是昂贵且不实用的。类似地，使用固体粘着物的轨道顶面摩擦处理需要封闭系统，以实现在轨道上充分地积累摩擦改良剂产品。所谓封闭系统是其中所存在的基本是被控制的车队，而没有外部列车进入或离开该系统。虽然城市运输系统通常是封闭的，但是货运系统通常是开放的，并且车厢广泛交换。在这样的系统中，固体粘着物技术实用性较差。
U.S.5,308,516、U.S.5,173,204和WO 90/15123涉及具有高摩擦和正摩擦特性的固体摩擦改良剂组合物。这些组合物显示出作为滑动率的函数的增大的摩擦，并且包含赋予这些配方固体稠度的树脂。所用的树脂包括胺和聚酰胺环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯、聚酯、聚乙烯或聚丙烯树脂。然而，为了性能最佳，这些要求在封闭的环路系统中连续施用。
欧洲专利申请0 372 559涉及用于润滑的固体涂料组合物，其能够对施用它的位置提供最佳的摩擦系数，并且同时能够降低磨损损耗。但是，这些组合物不具有正摩擦特性。此外，没有表明这些组合物对于在施用它们的表面上的耐久性或保持性是优化的。
现有技术的许多润滑剂组合物或者配制成固体粘着物或者是粘性的液体(糊)，因此不能以自动喷涂方式施用到滑动和滚动-滑动系统中。在自动喷涂中的液体摩擦调节组合物的施用，在许多情况下，减少施用到轨道系统中的组合物的量并在需要的位置提供摩擦改良剂组合物的更均匀分布。此外，自动喷涂快速干燥，这可以导致使不希望的机车车轮打滑的可能性减至最小。
与使用应用于车轮的固体粘着物施用系统相比，向轨道顶面施用液体基组合物具有明显的优点。使用液体系统可以通过轨道上方(hirail)、路边或随车携带的系统进行特定位置的施用。对于连续向车轮施用产品的固体施用系统来说，这样的特定涂敷是不可能的。此外，直至轨道完全达到所要求的状态之后，固体粘着物施用方法的低传递速度才会产生益处。由于必须覆盖大量的轨道以及没有固体粘着物润滑剂的机动有轨车的存在，对于1类轨道，这是不大可能的情况。液体系统避免了这一问题，因为产品施用到轨道的顶面，使得列车的全部车轴与该产品接触并立即从该产品获益。但是，并不总是这样的情况，因为施用薄膜保持粘附在轨道上和提供摩擦调节的能力受到限制。在某些条件下，液体产品在一列列车通过之前已经被损耗。
WO98/13445描述了若干水基组合物，表现出许多摩擦组合物，具有在两个滚动-滑动接触的钢物体之间的正摩擦特性。虽然表现出若干与摩擦控制相关的希望的性能，但是这些组合物表现出较差的保持性，并且不会保持与轨道长时间结合，为了优化性能，需要重复施用。这些组合物可以用于特定的用途，但是，为了优化性能，需要反复的重新施用，并且伴随着成本增大。此外，由于这些液体组合物的若干特性，已经发现这些组合物不适合于自动喷涂的用途。
虽然现有技术中许多摩擦改良剂表现出正摩擦特性，但是，这些摩擦改良剂的局限性是它们不能保持在钢表面上并保持长时间有效。实际上，摩擦改良剂必须反复施用到轨顶或者轨底界面上以保证合适的摩擦调节，并且这样的反复施用可能导致相当大的成本。因此，对长时间表现出改善的保持性、耐久性和功能的摩擦改良剂组合物存在需求。这样的组合物可以有效地公开用于开放或封闭轨道系统中。这些组合物可以包括固体、糊状或液体配方。
本发明的目的是克服现有技术的缺点。
通过主要权利要求的特征的组合达到了以上目的。从属权利要求公开了本发明的进一步有益的实施方案。
发明概述本发明涉及液体摩擦调节组合物。更具体地，本发明涉及用于润滑处于滑动或滚动-滑动接触的表面的具有改善的保持性的摩擦调节组合物。
本发明涉及一种液体摩擦调节组合物，其包含成膜保持剂。优选地，该摩擦调节组合物选自中性摩擦特性(LCFO)，高正摩擦特性(HPF)和非常高正摩擦特性(VHPF)。
本发明还包括进一步包含流变调节剂的以上限定的摩擦调节组合物。
本发明提供一种如上所定义的摩擦调节组合物，其还包含摩擦改良剂。
根据本发明，还提供一种如上所定义的摩擦调节组合物，其还包含水。
如上所定义的摩擦调节组合物还可以包含润湿剂、杀菌剂、稠度改良剂、消泡剂或其组合。
此外，本发明涉及一种如上所定义的摩擦调节组合物，其中，保持剂选自丙烯酸类树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯、噁唑啉、环氧树脂、醇酸树脂、改性的醇酸树脂、丙烯酸胶乳、丙烯酸环氧树脂混合物、聚氨基甲酸乙酯、苯乙烯丙烯酸酯、和苯乙烯丁二烯基化合物。
本发明还包括如上所定义的摩擦调节组合物，其中，流变剂选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
本发明涉及一种液体摩擦调节组合物(基础组合物)，其包含(a)约40-约95％的水；(b)约0.5-约50％的流变剂；(c)约0.5-约40％的保持剂；(d)约0-约40重量％的润滑剂；和(e)约0-约25重量％的摩擦改良剂，其中，如果所述润滑剂约为0重量％，则所述组合物包含至少约0.5重量％的摩擦改良剂，并且其中如果所述摩擦改良剂约为0重量％，则所述组合物至少包含约1重量％的润滑剂。
根据本发明，提供一种控制在处于滑动-滚动接触的两个钢表面之间的噪音的方法，其包括把如上所定义的液体摩擦调节组合物的任一种施用到所述两个钢表面的至少一个上。本发明还包括一种上述的方法，其中在施用步骤中，把液体控制组合物喷涂到所述两个钢表面的至少一个上。
本发明还提供一种液体摩擦调节组合物(组合物A；一种HPE)，其包含(a)约40-约95重量％的水；(b)约0.5-约30重量％的流变调节剂；(c)约0.5-约25重量％的摩擦改良剂；(d)约0.5-约40重量％的保持剂；和(e)约0.02-约25重量％的润滑剂。该液体摩擦调节组合物还可以包含稠度改良剂、杀菌剂、润湿剂或其组合。该液体调节组合物的保持剂可以选自丙烯酸类树脂、环氧树脂、和苯乙烯丁二烯基化合物，并且该摩擦调节组合物的流变剂可以选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
本发明还涉及一种液体摩擦调节组合物(组合物B；一种VHPF)，其包含(a)约40-约80重量％的水；(b)约0.5-约30重量％的流变调节剂；(c)约2-约20重量％的摩擦改良剂；(d)约0.5-约40重量％的保持剂。该液体摩擦调节组合物还可以包含稠度改良剂、杀菌剂、润湿剂或其组合。该液体调节组合物的保持剂可以选自丙烯酸类树脂、环氧树脂、和苯乙烯丁二烯基化合物，并且该摩擦调节组合物的流变剂可以选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
本发明还提供一种液体摩擦调节组合物(组合物C；一种LCF)，其包含(a)约40-约80重量％的水；(b)约0.5-约50重量％的流变调节剂；(c)约0.5-约40重量％的保持剂；(d)约1-约40重量％的润滑剂。该液体摩擦调节组合物还可以包含稠度改良剂、杀菌剂、润湿剂或其组合。该液体调节组合物的保持剂可以选自丙烯酸类树脂、环氧树脂、和苯乙烯丁二烯基化合物，并且该摩擦调节组合物的流变剂可以选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
本发明还涉及一种减小处于滑动-滚动接触的两个钢表面之间的横向力的方法，其包括把选自如上所定义的组合物A(HPF)和组合物C(LCF)的液体摩擦调节组合物施用到两个钢表面的至少之一上。
本发明包括一种减小两个或多个列车车厢之间的拉杆牵引力的方法，该方法包括把选自如上所定义的组合物A(HPF)和组合物C(LCF)的液体摩擦调节组合物施用到列车车厢的一个或多个车轮表面上，或者施用到列车车厢行进的轨道表面上。
本发明涉及控制处于滑动-滚动接触的两个钢物体之间的摩擦力的组合物。在与使用过程中容易从所施用的表面上擦掉或烧掉的现有技术化合物相比时，本发明的摩擦调节组合物的一个优点涉及改善两个表面之间的组合物保持性。此外，本发明的组合物表现出良好适合于减小必须施用的组合物量的各种施用技术的性质。此外，通过使用这些施用技术，可以施用准确量的组合物。例如，液体组合物适合于喷涂在表面上，从而保证表面的均匀涂敷和并优化施用的组合物量。组合物可以由路旁的涂布机涂敷，保证减小施用到表面上的摩擦调节组合物量。此外，通过组合施用技术，或者涂布机的位置，组合物的组合可以施用到处于滑动-滚动接触的不同表面上，以优化磨损，并减小噪音和减小诸如横向力和力的其它性质。
该概述不一定描述了本发明的所有必要特征，但是本发明还可以在于所述特征的子组合。
图2表示用干燥车轮-轨道系统和包含本发明的液体摩擦调节组合物的车轮-轨道系统描述货车噪音尖叫声的图解表示。
图3表示本发明的液体摩擦调节组合物的保持性的图解表示。图3A表示使用Amsle机器测定的保持性，其作为组合物中保持剂(Rhoplex AC 264)的重量百分比的函数。图3B表示在没有任何摩擦改良剂组合物的情况下列车反复通过6°弯曲处的横向力基线。图3C表示在施用实施例1的摩擦调节组合物(HPF)而没有提供任何固化时间后列车反复通过6°弯曲处的横向力减小。图3D表示在以0.150L/mile的比例施用实施例1的摩擦调节组合物(HPF)后列车反复通过6°弯曲处的横向力减小。在约5,000次车轴通过后并使摩擦改良剂组合物在任何列车通过之前固化，观察到横向力的增大。在没有保持剂的情况下，在约100-200次车轴通过(数据未给出)后，观察到横向力的增大。图3E表示表明随着摩擦调节组合物施用量增大而横向力减小的结果的总结。
图4表示本发明的液体摩擦调节组合物的保持性与组合物中流变调节剂的重量百分数的函数关系。
以下描述是仅作为实施例的优选实施方案，不限制使本发明付诸实施所必需的特征的组合。
本发明的摩擦调节组合物一般包含流变调节剂、摩擦改良剂和保持剂。如果希望是液体配方，则本发明的摩擦调节组合物还可以包含水或另一种与组合物相容的溶剂。本发明的摩擦调节组合物还可以包含一种或多种润滑剂。尽管本发明的组合物在包含水或其它相容性溶剂时可以有效地用在液体配方中，但是该组合物也可以配制成糊状或固体形式，并且这些组合物表现出本文所述的摩擦组合物的许多优点。本文所述的组合物还可以根据要求包含润湿剂、分散剂、杀菌剂等。
术语“正摩擦特性”是指在处于滑动或滚动-滑动接触的两个表面之间的摩擦系数随着这两个表面之间的滑动率增大而增大。术语“滑动率”是本领域中应用的普通术语并且其含义对本领域技术人员是显而易见的。例如，在铁路工业中，滑动率可以描述为在车轮与轨道之间的接触点处轨道的滑动速度大小相对于车轮的切向速度大小之间的差值百分数，假定静止的接触区以及动态的轨道和车轮。
本领域中的许多方法可以用来确定摩擦调节组合物是否表现出正摩擦特性。例如，但不希望是限制性的，在实验室中，正摩擦特性可以使用圆盘流变仪或Amsler机鉴别(H.Harrison，T.McCanney andJ.Cotter(2000)，Recent Developments in COF Measurements atthe Rail/Wheel Interface，Procedings The 5thInternationalConference on Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel SystemCM 2000(SEIKEN Symposium No.27)，pp.30-34，其并入本文作为参考)。Amsler机由两个相互运动的平行圆盘组成，并且对两个圆盘施加可变的载荷。该设备设计用于模拟处于滑动-滚动接触的两个钢表面。这两个圆盘用齿轮连接使得一个圆盘的轴转动比另一个圆盘的轴快约10％。通过改变圆盘的直径，可以获得不同的滑动水平。测量由于圆盘之间的摩擦产生的扭矩，并由扭矩测量结果计算摩擦系数。在确定摩擦改良剂组合物的摩擦特性过程中，优选的是摩擦调节组合物在进行摩擦特性测量之前是完全干燥的。但是，使用湿或半干摩擦调节组合物进行测定可以提供与摩擦调节组合物有关的附加信息。类似地，滑动特性可以使用具有特别设计的车厢(bogies)和车轮的列车来确定，其可以测量作用在轨道和车轮之间的接触区上的力并同时测定横向和纵向的滑动率。
正如本领域技术人员将会清楚的，其它两种辊子系统可以用来测定组合物的摩擦调节特性(例如，A.Matsumo，Y.Sato，H.One，Y.Wang，M.Yamamoto，M.Tanimoto和Y.Oka(2000)，在按比例的模型上在轨道与车轮之间的滑动力特性(Creep forcecharacteristics between rail and wheel on scaled model)，Proceedings The 5thInternational Conference on ContactMechanics and Wear of Rail/Wheel Systems CM 2000(SEIKENSymposium No.27)，第197-202页；其并入本文作为参考)。在本领域中的组合物的滑动摩擦特性例如但不限于使用推力摩擦计或TirboRailer测定(H.Harrison，T.McCanney and J.Cotter(2000)，Recent Developments in COF Measurements at the Rail/WheelInterface，Proceedings The 5thInternational Conference onContact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems CM 2000(SEIKENSymposium No.27)，第30-34页，其并入本文作为参考)。
图1A表示，对于特征为具有中性摩擦特性(LCF)的组合物，使用Amsler机所测定的典型摩擦系数与滑动％的曲线关系图，其中，随着滑动率增大，摩擦系数低。如本文所述，LCF特征为当用推力摩擦计测定时具有小于约0.2的摩擦系数。优选地，在现场条件下，LCF表现出约为0.15或更小的摩擦系数。正摩擦特性是车轮和轨道系统之间的摩擦随着系统滑动率增大而增大的摩擦特性。图1B和图1C分别表示对于特征为高正摩擦(HPF)特性和非常高正摩擦(VHPF)特性的组合物，典型的摩擦系数与滑动％的曲线关系图。如本文所述，HPF在用推力摩擦计测定时可以表征为摩擦系数约0.28-约0.4。优选地，在现场条件下，HPF表现出约0.35的摩擦系数。VHPF在用推力摩擦计测定时可以表征为摩擦系数为约0.45-约0.55。优选地，在现场条件下，VHPF表现出0.5的摩擦系数。
伴随着弯曲的轨道产生的车轮尖叫可以由若干因素导致，包括轮缘与轨距面(rail gauge face)的接触，以及由于车轮沿轨顶横向打滑产生的粘滞滑动。不希望受限于任何理论，车轮沿轨顶横向滑动被认为是车轮尖叫最可能的原因，而轮缘与轨距面接触起着重要但第二位的作用。如本文所述，研究表明不同的摩擦调节组合物可以施用在轨道-车轮界面的不同表面上，以便有效地控制车轮尖叫。例如，具有正摩擦特性的组合物可以施用到轨道-车轮界面的顶面以减小车轮沿轨顶的横向粘滞滑动，低摩擦改良剂组合物可以施用到轨道-轮缘的侧面上，以减小列车车厢主轴的边缘效应(flanging effect)。
术语“流变调节剂”是指能吸收液体(例如但不限于水)并物理溶胀的化合物。流变调节剂也可以作为增稠剂并且帮助保持组合物的成分处于分散形式。这种试剂作用是以均匀的方式把活性成分悬浮在液相中，并控制组合物的流动性质和粘度。这种试剂还可以通过改良摩擦改良剂组合物的干燥特性来起作用。此外，流变调节剂可以提供能够保持固体润滑剂在不连续相基质中的连续相基质。流变调节剂包括但不限于粘土如膨润土(蒙脱石)，例如但不限于HectabriteTM；干酪素、羧甲基纤维素(CMC)、羧基羟甲基纤维素，例如但不限于METHOCELTM(Dow Chemical Company)；乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
术语“摩擦改良剂”是指为本发明的摩擦调节组合物赋予正摩擦特性的物质，或者在与没有摩擦改良剂的类似组合物相比时提高液体摩擦调节组合物的正摩擦特性的物质。摩擦改良剂优选包含粉末化的矿物并且具有约0.5微米-10微米的颗粒尺寸。此外，摩擦改良剂可以是可溶、不可溶或者部分可溶于水中的，并在该组合物沉积在表面上并且组合物的液体组分蒸发后，保持约0.5微米-10微米的颗粒尺寸。在U.S.5,173,204和WO98/13445中所述的摩擦改良剂(其并入本文作为参考)可以用在本文所述的组合物中。摩擦改良剂可以包括但不限于摩擦改良剂白粉(碳酸钙)碳酸镁滑石(硅酸镁)膨润土(天然粘土)煤屑(磨细的煤)钡白(硫酸钙)Asbestors(石棉的衍生物)瓷土；高岭土型粘土(硅酸铝)二氧化硅-无定形(合成的)天然出产的板岩粉硅藻土硬脂酸锌碳酸镁硬脂酸铝铅白(氧化铅)碱式碳酸铅氧化锌氧化锑白云石(MgCo CaCo)硫酸钙硫酸钡(例如重晶石)聚乙烯纤维氧化铝氧化铁红(Fe2O3)氧化铁黑(Fe3O4)氧化镁氧化锆或其组合。
术语“保持剂”是指提高在处于滑动-滚动接触的两个或多个表面之间的摩擦调节组合物的有效运行寿命或耐久性的化学物质、化合物或其组合。保持剂提供或提高薄膜强度和对基材的附着性。优选地，保持剂能够与摩擦组合物的成分联用并在涂敷它的表面上形成薄膜，从而提高组合物在暴露于滑动-滚动接触的表面上的耐久性。典型地，保持剂根据情况在该试剂聚结或聚合后表现出希望的性质(例如提高的薄膜强度和对基材的附着性)。在某些条件下，这是希望的。不希望受限于任何理论，在聚合物保持剂的情况下，该试剂的颗粒在固化过程中松弛并展开。一旦溶剂完全蒸发，就会形成重叠的带状聚合物衬垫，正是这种高度交织的衬垫决定了薄膜的性质。带状聚合物的化学性质改善带状聚合物相互之间以及与基材之间的结合方式。
优选的是保持剂具有结合润滑剂和摩擦改良剂组分的能力，使得这些组分形成薄膜并抵抗车轮-轨道接触区的位移。还优选的是保持剂在使用过程中保持物理完整性并且不会在使用过程中被烧掉。合适的保持剂表现出高固体承载能力、较低的粘度，并且如果希望，最低成膜温度低。保持剂的实例包括但不限于·丙烯酸类，例如但不限于RhoplexTMAC 264、RhoplexTMMV 23LO或Maincote HG56(Rohm & Haas)；·乙烯聚合物、聚乙烯醇、聚氯乙烯或其组合，例如但不限于AirflexTM728(Air Products and Chemicals)、EvanolTM(Dupont)、RovaceTM9100或RovaceTM0165(Rohm & Haas)；·噁唑啉，例如但不限于AquazolTM50 & 500(PolymerChemistry)；·苯乙烯丁二烯化合物，例如但不限于Dow Latex 226 & 240(Dow Chemical Co.)；·苯乙烯丙烯酸酯，例如但不限于AcronalTMS 760(BASF)、RhoplexTME-323LO RhoplexTMHG-74P(Rohm & Hass)、EmulsionTME-1630、E-3233(Rohm & Hass)；·环氧化物，包括树脂和固化剂的两部分体系。树脂的选择可以取决于摩擦改良剂组合物所用的溶剂。例如但不应认为是限制性的，在含水配方中，合适的树脂包括水性环氧树脂，如Ancares AR 550(是2，2’-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基氧基亚甲基)]双环氧乙烷均聚物；Air Products andChemicals)、EPOTUFTM37-147(双酚-A基环氧化物；Reichhold)。胺或酰胺固化剂例如但不限于Anquamine 419、456和Ancamine K54(Air Products and Chemicals)可以与含水环氧树脂配方一起使用。但是，当没有固化剂而单独使用环氧树脂时，观察到保持性提高。优选地，环氧树脂在使用过程中与固化剂混合。可以向该组合物中加入的其它组分包括提高组合物对污染表面的附着性的烃树脂，例如但不限于EPODIL-L(Air Products Ltd.)。如果使用有机基溶剂，则可以使用非水环氧树脂和固化剂；·醇酸树脂，改性的醇酸树脂；·丙烯酸胶乳；·丙烯酸环氧化物混合物；·尿烷丙烯酸类；·聚氨基甲酸乙酯分散体；·各种树胶和树脂；以及它们的组合。
在包含约0.5-约40重量％保持剂的组合物中，观察到包含保持剂的摩擦改良剂组合物的保持性提高。优选地，该组合物包含约1-约20重量％的保持剂。
由于环氧化物是两部分体系，所以该保持剂的性质可以通过改变环氧混合物内树脂或固化剂的量来调节。例如，在以下更详细描述的实施例中，在包含约1-约50重量％环氧树脂的组合物中，观察到包含环氧树脂和固化剂的摩擦改良剂组合物的保持性提高。优选地，该组合物包含约2-约20重量％的环氧树脂。此外，相对于树脂量，例如但不限于把固化剂的量提高到0.005-约0.08(树脂固化剂比例)也可以导致保持性提高。如下所述，没有固化剂的包含环氧树脂的摩擦改良剂组合物也表现出高的保持性。不希望受限于任何理论，没有固化剂时，所涂敷的环氧树脂薄膜可以保持一定的弹性使其能够承受处于滑动和滚动接触的钢表面产生的高压力。
使用Amsler机或其它合适的装置(见上文)并记录保持效果的循环次数，可以确定组合物的保持性(见图3A)。此外，在铁路工业中，可以把保持性作为保持希望效果的轴通过次数的函数测量，所述希望效果例如但不限于保持声音减小、联接装置拉力减小、横向力减小、或者摩擦水平(例如见图3B和3C)，或者使用推力摩擦计测定保持性。不希望受限于任何理论，可以认为，保持剂具有在处于滑动和滚动-滑动接触的表面(例如但不限于车轮-轨道界面)之间形成耐久性薄膜的能力。
还需要一种溶剂使得本发明的摩擦改良组合物可以混合并施用到基材上。根据施用要求，例如组合物的成本，要求的干燥速度、环境因素等等，该溶剂可以是有机的或水的。有机溶剂可以包括但不限于甲醇，但是，其它溶剂可以用来缩短所施用的组合物的干燥时间，提高组合物与污染基材的相容性，或者同时减少干燥时间和提高与污染基材的相容性。优选地，该溶剂是水。通常在水性体系中，保持剂事实上不是在用该溶剂的溶液中，而是一种分散体。
术语“润滑剂”是指能够降低处于滑动或滚动-滑动接触的两个表面之间的摩擦系数的化学物质、化合物或其混合物。润滑剂包括但不限于二硫化钼、石墨、硬脂酸铝、硬脂酸锌和碳化合物，例如但不限于煤屑和碳纤维，优选地，如果使用，在本发明的组合物中的润滑剂是二硫化钼、石墨和TEFLONTM。
本发明的摩擦调节组合物还可以单独或组合包含其它组分，例如但不限于防腐剂、润湿剂、稠度调节剂和流变调节剂。
防腐剂的实例包括但不限于氨、醇或杀虫剂，例如但不限于OXABANATM。消泡剂的实例是Colloids 648。
可以包含在本发明组合物中的润湿剂包括但不限于壬基苯氧基多元醇或Co-630TM(Union Carbide)。润湿剂可以促进在流变调节剂、摩擦改良剂和润滑剂的基质内的润滑剂和摩擦改良剂颗粒周围的水层形成。本领域内众所周知，润湿剂降低水的表面张力并且着可以促进摩擦调节组合物渗入处于滑动或滚动-滑动接触的表面的裂纹中。此外，润湿剂有助于保持剂在液体摩擦调节组合物中的分散。润湿剂还可以是能够乳化油脂的，这些油脂可以存在于处于滑动和滚动-滑动接触的表面之间，例如但不希望是限制性的，诸如钢轮和钢轨的表面。润湿剂还可以通过控制分散和减少组合物内固体颗粒的团聚而起作用。
可以包含在本发明的摩擦调节组合物中的稠度调节剂可以包含但不限于甘油、醇、二元醇如丙二醇或其组合。稠度调节剂的加入可以是使本发明的摩擦调节组合物以希望的稠度配制。此外，稠度调节剂可以改变摩擦调节组合物的其它性质，例如组合物的低温性质，从而使本发明的摩擦调节组合物可以为了在不同的温度下工作而配制。
本发明的单一组分还可以具有多种功能。例如但不希望是限制性的，醇可以用作防腐剂并且它还可以用作稠度调节剂以调节本发明的摩擦改良剂组合物的粘度。另外，醇还可以用来降低本发明的摩擦改良剂组合物的凝固点。
使用本发明的摩擦调节组合物的另一个益处是减小与货运和公共交通系统的钢轨和钢轮系统相关的横向力。横向力的减小可以减小轨道磨损(规矩变宽)并减小轨道更换成本。横向力可以使用装有合适的应变仪的弯曲或切向轨道测定。现在参见图2，其中表示了在有或没有根据本发明的液体摩擦调节组合物存在下，对于许多不同类型的车厢，在钢轮和钢轨系统上的横向力大小。如图2所示，当与在干燥的轨道和车轮系统上测定的横向力相比较时，根据本发明的摩擦调节组合物(在这种情况下为HPF)的使用使最大和平均横向力减小至少约50％。
使用本发明的摩擦调节组合物的另一个益处是与货运和公共交通系统的钢轨和钢轮系统相关的能量消耗减少，如通过例如但不限于联接装置拉力所测定的。能量消耗的减少具有运行成本的相关减少。当与在干燥的轨道和车轮系统上测量的联接装置拉力相比较时，根据本发明的摩擦调节组合物(在这种情况下为HPF)的使用随着HPF施加比例的增大使联接装置拉力减小至少约13-约30％。
存在若干把水基产品施加到轨道顶面上的方法。例如但不应当认为是限制性的，这样的方法包括随车携带的、路边的或在轨道上方的(hirail)系统。随车携带的系统从罐(通常位于最后的驱动机车后面)中把液体喷洒在轨道上。在路边的方法是一种位于轨道侧面的装置，其在由驶近的列车触发后把产品泵送到轨道上。在轨道上方的方法是一种改良的轻运货车，其具有沿着轨道行驶的能力。该货车装有储存罐(或多个罐)、泵和可以向轨道上涂敷薄膜的空气喷洒系统。轨道上方的方法可以在需要的时间和地点施用组合物，与静止的自动路边方法不同。只需要少数的在轨道上的交通工具来覆盖大的区域，而随车携带的系统需要装备每列列车至少一个机车来施加该产品。
现在参见图3，其中表示保持剂，例如但不限于丙烯酸类，对于在处于滑动-滚动接触的两个钢表面之间的液体摩擦调节组合物的耐久性的影响。通过按要求施用的摩擦改良剂组合物起作用(例如但不限于保持摩擦系数小于约0.4或其它合适的水平)的循环次数来确定在这种情况下的Amsler保持性。组合物的保持性近似线性地依赖于组合物中保持剂的重量百分比，例如但不限于约1重量/重量(w/w)％-约15w/w％的保持剂。在该范围内，保持性从约5000次循环增大到约13000次循环，如使用Amsler机所测定的，表明在组合物的有效耐久性和使用方面约增大2.5倍。在现场条件下还观察到保持性的类似增大，其中，对于至少约5,000次轴通过观察到横向力的减小(图3B、3C)。对于与施用本发明组合物相关的其它性质，包括噪音减小和联接装置拉力减小，观察到包含保持剂的本文所述的摩擦改良剂组合物的类似的延长作用。在没有保持剂的情况下，在约数百次轴的通过后观察到横向力增大、噪音水平增大、或者联接装置拉力增大。
如果使摩擦改良剂组合物在其使用前尽可能长时间地固化，保持剂在延长本发明的组合物的效力方面的作用最大化。但是，该时间长短在现场条件下可以变化。在如本文所述把摩擦改良剂组合物施加到轨道上并在施加期间和施加之后在通过所处理轨道的车厢上测定横向力的现场研究中，在约1,200次轴通过后，观察到在横向力初始减小之后，横向力增大。但是，如果在施用前使该组合物固化，对于约5,000-约6,000次轴通过，观察到横向力减小。所以，为了缩短本文所述的液体摩擦组合物的固化时间，在本发明的液体组合物中可以使用能够均匀施加该组合物并容易干燥的任何相容的溶剂，包括但不限于水。此外，本发明预期使用快速干燥或快速固化的成膜保持剂，例如环氧化物基成膜保持剂，来缩短该组合物所需的固化时间。还发现这样的环氧化物基组合物增大薄膜强度。
与用丙烯酸类获得的结果相反，膨润土(一种流变剂)的含量不影响保持性，如图4所示。
所以，根据本发明的一个方面，提供一种表现出高正摩擦(HPF)特性的液体摩擦调节组合物，其包含(a)约40-约95重量％的水；(b)约0.5-约30重量％的流变调节剂；(c)约0.5-约25重量％的摩擦改良剂；
(d)约0.5-约40重量％的保持剂；和(e)约0.02-约25重量％的润滑剂。任选地，该组合物还可以包含稠度调节剂、杀菌剂和润湿剂。优选地，该组合物包含(a)约50-约80重量％的水；(b)约1-约10重量％的流变调节剂；(c)约1-约5重量％的摩擦改良剂；(d)约1-约16重量％的保持剂；和(e)约1-约13重量％的润滑剂。
根据本发明的另一个方面，提供一种特征为非常高正摩擦(VHPF)特性的液体摩擦调节组合物。该组合物包含(a)约40-约80重量％的水；(b)约0.5-约30重量％的流变调节剂；(c)约2-约20重量％的摩擦改良剂；和(d)约0.5-约40重量％的保持剂。任选地，该组合物还可以包含稠度调节剂、杀菌剂和润湿剂。优选地，该组合物包含(a)约55-约75重量％的水；(b)约1-约9重量％的流变调节剂；(c)约5-约9重量％的摩擦改良剂；和(d)约2-约11重量％的保持剂。
根据本发明的另一个方面，提供了一种特征在于具有低摩擦系数(LCF)特性的液体摩擦调节组合物。该组合物包含(a)约40-约80重量％的水；(b)约0.5-约50重量％的流变调节剂；(c)约0.5-约40重量％的保持剂；和(d)约1-约40重量％的润滑剂。任选地，该组合物还可以包含稠度调节剂、杀菌剂和润湿剂。优选地，该组合物包含(a)约45-约65重量％的水；(b)约4-约9重量％的流变调节剂；(c)约10-约20重量％的保持剂；和
(d)约3-约13重量％的润滑剂。
所以，本发明的摩擦调节组合物可以用于改进处于滑动或滚动-滑动接触的表面上的摩擦，如铁路轮缘和轨距面。但是，还可以预期本发明的摩擦调节组合物可以用来改进处于滑动或滚动-滑动接触的其它金属、非金属或部分金属的表面上的摩擦。
本发明的组合物可以通过本领域已知的任何方法施加到金属表面上如轨道表面或连接器(coupling)。例如但不希望是限制性的，本发明的组合物可以以固体组合物形式或者以任何合适直径的小球形式(例如直径约为1/8英寸)施用。但是，在一些情况下，使用刷子或以精细雾化喷涂的方式施用液体摩擦调节组合物可能是优选的。小球的方法可能具有潜在的缺点，即在某些情况下它导致车轮滑动，这可能是由于小球没有完全干燥。精细雾化喷洒可以提供组合物的快速干燥、物质在轨道顶面上的更均匀分布，并可以提供横向力减小和保持性的改善。对于随车携带交通系统施加、随车携带的机车施加和在轨道上的车辆施加而言，本发明的液体摩擦调节组合物的雾化喷洒施加可能是优选的，但是雾化喷洒的使用不限于这些系统。但是，本领域技术人员将会理解，本发明的某些组合物可能不会理想地适合于通过雾化喷洒施加，如本发明预期的高粘性液体摩擦调节组合物。
雾化喷洒施加还适用于施加本发明的液体摩擦改良剂组合物的组合到轨道的不同区域，以优化在轨道-车轮界面之间的相互作用。例如，一套涂布机系统和喷嘴施加摩擦改良剂(例如但不限于HPF组合物)到两个轨道的顶面上，以减小在轨道顶面上的车轮面的横向粘滞滑动，而另一套涂布机和喷嘴系统可以施加低摩擦组合物(例如但不限于LCF)到外侧轨道的轨距面上，以减小机动有轨车的主轴车轮的边缘作用。还可以以雾化喷洒形式施加本发明的一种摩擦改良剂，例如到轨道的轨距面上，以小球或固体粘着物形式施加第二种摩擦改良剂到轨顶上。
预期以雾化喷洒形式施加的本发明的液体摩擦调节组合物优选表现出以下特性例如但不限于减少可能导致分布装置的喷嘴堵塞的过程污染物，降低粘度以保证通过分布装置的喷洒系统的合适的流动并减少颗粒的团聚。诸如但不限于膨润土的物质可能包含堵塞小直径喷嘴的粗颗粒。但是，对于喷洒施加，可以使用例如但不限于小于约50微米的受控颗粒尺寸的物质。
另外但是不能认为是限制性的，本发明的液体摩擦调节组合物可以通过路边的(轨道边的)施加方法来施加，其中，车轮计数器可以触发一个泵通过窄口来喷出本发明的组合物到轨顶上。在这样的实施方案中，该单元优选位于到弯道的入口之前，并且通过进入弯道的车轮来分布所述物质，其中，本发明的组合物可以减小噪音、横向力、沟纹的产生或其组合。
本发明的液体摩擦调节组合物的具体组合物可以更好地适合于在路边的施加方法。例如，优选的是用于路边的施加方法的组合物通过在表面上形成薄的表皮来干燥而不彻底干燥。干燥“完全”的组合物可能堵塞路边施加器的喷嘴口并且难以去除。优选地，用于路边施加方法的液体摩擦调节组合物包含一种形式的羧甲基纤维素(CMC)代替膨润土作为粘合剂。
本发明的液体摩擦改良剂组合物可以使用高速混合机来制备，以分散各种组分。把适量的水放在混合槽中，缓慢加入流变调节剂直至所有的流变调节剂被浸湿。然后少量加入摩擦改良剂，并且使其每次加入在进行摩擦改良剂的后续加入之前可以完全分散。如果该混合物包含润滑剂，则缓慢加入该组分并且使每次加入在进行后续加入之前可以完全分散。随后，与其余的水一起加入保持剂和其它组分如润湿剂、杀菌剂，并且充分混合该组合物。
虽然以上公开了本发明的摩擦改良剂组合物的制备方法，但是本领域技术人员将会注意到，可以存在制备该组合物的若干变化形式，而不脱离本发明的实质和范围。
本发明的液体摩擦调节组合物优选在施加到表面上后并在作为摩擦调节组合物起作用之前脱水。例如但不希望是限制性的，本发明的组合物可以在轨道表面接合列车车轮之前涂敷在轨道表面上。在本发明的组合物中的水和任何其它液体组分可以在接合列车车轮之前蒸发。在脱水时，本发明的液体摩擦调节组合物优选形成提高该组合物的其它组分的附着性的固体薄膜，所述其它组分如摩擦改良剂和润滑剂，如果它们存在的话。此外，在脱水后，流变调节剂也可以减少水的重新吸收并防止其被雨水或其它作用从表面上去除。因此，本发明的液体摩擦调节组合物具体预期在作为摩擦调节组合物之前进行脱水。但是，在本发明预期的一些应用中，本发明的液体摩擦调节组合物可以通过位于列车上的泵直接喷涂在轨道上，或者该组合物可以在感觉到驶近的列车后泵送到轨道上。本领域技术人员将会理解，与在钢轨上行驶的钢轮相关的摩擦力和高温可能产生足够的热量使该组合物快速脱水。
本领域技术人员将会认识到，本发明的摩擦改良剂组合物包含的组分可以被代替或变化而不脱离本发明的范围和实质。此外，可以充分预期本发明的摩擦改良剂组合物可以与其它润滑剂或摩擦调节组合物联合使用。例如但不希望是限制性的，本发明的组合物可以与其它摩擦调节组合物(例如但不限于在U.S.5,308,516和U.S.5,173,204中所公开的那些)一起使用。在这样的实施方案中，可以充分预期本发明的摩擦调节组合物可以施加到轨顶上，而减小摩擦系数的组合物可以施加到轨距面或轮缘上。
以上说明书不以任何方式限制申请专利的本发明，此外，所讨论的特征组合对于本发明的方案可能不是绝对必需的。
所有的参考文献并入本文作为参考。
在以下实施例中进一步说明本发明。但是，应该清楚，这些实施例仅用于说明，并且不应当用来以任何方式限制本发明的范围。实施例1液体摩擦调节组合物的表征Amsler方案以受控的方式把组合物涂敷到清洁的圆盘上，以便在该圆盘上产生希望的涂层厚度。对于本文中公开的分析，使用细漆刷涂敷这些组合物，以保证圆盘表面的完全涂布。涂敷的组合物量通过在组合物涂敷前后称重所述圆盘来确定。组合物涂布量为2～12mg/盘。使组合物在测试前完全干燥。典型地，使所涂敷的圆盘干燥至少8小时。把这些圆盘装在Amsler机上，使它们接触并施加约680-745N的载荷，以获得在由于使用不同直径圆盘组合产生的不同滑动水平上的类似的Hertzian Pressure(赫兹压力；MPa)。除非另外说明，以3％的滑动水平(圆盘直径为53毫米和49.5毫米；见表1)进行测试。对于所有的圆盘尺寸组合(和3-30％的滑动水平)，下圆盘的转速比上圆盘高10％。由Amsler机测定的扭矩用计算机求出摩擦系数。进行测试直至摩擦系数达到0.4，对于每种测试的组合物均确定循环次数或秒数。
表1不同滑动水平的圆盘直径滑动水平(％) D1(mm) D2(mm)353 49.510 50 50.115 40.3 42.424 42.2 48.4LCF、HPF或VHPF的标准制备方法1)向约一半的水中，加入全部量的流变剂并使该混合物分散约5分钟；2)加入Co-630并使其分散约5分钟；3)如果存在摩擦改良剂的话，则向该混合物中加入少量摩擦改良剂，在进行后续加入之前，使每次加入完全分散；4)如果存在润滑剂的话，则少量加入润滑剂，在进行后续加入之前，使每次加入完全分散；5)使该混合物分散5分钟；6)从槽中取出样品，并且如果希望，进行粘度、比重和过滤测试并调节成分以满足希望的具体要求；7)降低分配器的速度并加入保持剂、稠度剂、防腐剂、润湿剂和消泡剂；8)加入余下的水并充分混合。样品LCF、HPF和VHPF组合物的实例在下表2、3和4中给出。对于这些组合物的每一种，由Amsler测试获得的结果表示在图1A、1B和1C中。
表2样品LCF组合物
如上所述制备表2的LCF组合物，并使用Amsler机测试。LCF组合物的Amsler测试结果表示在图1A中。这些结果表明，LCF组合物特征为随着滑动水平增大具有低摩擦系数。
表3样品HPF组合物
表3中所列的HPF组合物的不同滑动水平的Amsler结果表示在图1B中。HPF组合物特征在于随着滑动水平增大，摩擦系数增大。通过加入保持剂使施加到与另一个钢表面处于滑动-滚动接触的钢表面上的HPF组合物的作用延长。
改变表3的组合物，以获得0％、3％、7％和10％的丙烯酸类保持剂(Rhoplex 284)含量。加入增大量的保持剂来代替水，按重量％计。这些不同的组合物然后使用Amsler机(3％滑动水平)测试，以确定该组合物保持低且稳定的摩擦系数的时间长短。当摩擦系数达到0.4时停止分析。结果在图3A中给出，这些结果表明保持剂的加入延长了HPF组合物的作用(减小摩擦系数)的持续时间。用没有任何保持剂的HPF组合物，在约3000次循环后达到0.4的摩擦系数。用含有3％保持剂的HPF组合物，循环次数提高到4,000次。用包含7％丙烯酸类保持剂的HPF，摩擦系数在0.4以下循环次数为6200次，含有10％丙烯酸类保持剂的HPF，达到8,200次循环。
改变表3的组合物，以获得按16％在组合物中包含的若干不同保持剂的水平。加入保持剂以代替水，按重量％计。然后使用Amsler机(滑动水平为3％)测试这些不同的组合物，以确定该组合物保持小于0.4的摩擦系数的循环次数。结果在表3A中给出。
表3A在HPF组合物内的各种保持剂对处于滚动-滑动接触的钢表面上的组合物保持性的影响。
这些结果表明，一些成膜保持剂改善本发明的摩擦调节组合物的保持性。
环氧树脂保持剂的作用改变表3的组合物，以获得0％、8.9％、15％和30％的环氧树脂保持剂(Ancarez AR 550)含量。加入增大量的保持剂来代替水，按重量％计。这些不同的组合物然后使用Amsler机(3％滑动水平)测试，以确定该组合物保持小于0.4的摩擦系数的循环次数。结果表明环氧树脂保持剂的加入延长了HPF组合物的作用(减小摩擦系数)的持续时间。用没有任何保持剂的HPF组合物，在约3200次循环后摩擦系数增大。用含有8.9％环氧化物保持剂的HPF组合物，循环次数提高到约7957次。用包含15％环氧化物保持剂的HPF，摩擦系数保持在低水平的循环次数为约15983次，含有30％环氧化物保持剂的HPF，摩擦系数被减少达到约16750次循环。
还考查了不同固化剂以确定是否对处于滑动-滚动接触的两个钢表面之间的组合物保持性有任何改善。加入约0.075-约0.18(树脂固化剂，按重量％计)的Anquamine 419或Anquamine 456保持HPF的保持性在高水平，如前所观察的，在所测试的固化剂范围内，约3,000-约4,000秒(15480次循环)。在提高或降低用这两种固化剂的任一种的包含环氧化物脂保持剂(Ancarez AR 550；在HPF组合物内为28重量％)的组合物的保持性方面没有影响。但是，使Ancamine K54的量从0.07增大到约0.67(按重量％计的树脂固化剂)使HPF组合物的保持性从在0.07(树脂固化剂的重量％；与所测试的其它固化剂相当)的约4,000秒(15500次循环)增大到在0.28(树脂固化剂，重量％)的约5000秒(19350次循环)，在0.48(树脂二固化剂，重量％)的约7,000秒(27,000次循环)，和在0.67(树脂固化剂，重量％)的约9,300秒(35990次循环)。
在没有任何固化剂的情况下，相对于包含环氧化物和固化剂的HPF组合物(约4,000秒，15500次循环)，用28重量％的环氧化物量，通过Amsler测定的HPF组合物的保持性被改善到约6900秒(26700次循环)。随着摩擦调节组合物内的环氧化物量增大，还观察到更高的保持性，例如在包含78％树脂的组合物内的8,000秒(如通过Amsler测试所确定的)。但是，可以向组合物中加入的树脂量不能使得摩擦改良剂的作用被排除。没有任何固化剂的配方，在限制使用分开储存的罐来储存摩擦调节组合物和固化剂的条件下或者如果要求简化摩擦调节组合物的施加时，可能证明是有用的。
这些结果表明，环氧树脂改善本发明的摩擦调节组合物的保持性。
表4样品VHPF组合物*
*可以加入Mapico黑(氧化铁黑)使该组合物着色。表4中列出的组合物的Amler结果表示在图1C中。VHPF组合物特征在于随着滑动水平提高摩擦系数增大。实施例2液体摩擦调节组合物-样品组合物1本实施例描述另一种液体摩擦调节组合物的制备，其特征在于表现出高正摩擦系数。该组合物的组分在表5中列出。
表5高正摩擦系数(HPF)组合物
丙二醇可以增大到约20％，以提高低温性能。该组合物按实施例1中所述的进行制备。
使用包含把液体组合物从储存器通过一套计量泵送入的一次泵的自动喷洒系统，将表6的组合物施加在轨顶上。该组合物被计量加入到空气-液体喷嘴中，其中，初始液流用100psi的空气雾化。用这样的方式，受控量的组合物被施加到轨顶上。使用0.05升/英里、0.1升/英里、0.094升/英里和0.15升/英里的施加率。把该组合物施加在测试轨道上，该轨道是由在通常条件下遇到的一些轨道零部件组成的2.7英里长的高吨位环路。测试列车累积1.0百万英吨(gross ton)(MTG)的日交通密度，使用39吨的重轴负荷。列车速度设定为40mph最大值。在试验中，使用标准方法测定联接装置拉力和横向力。
在未涂敷的轨道(没有轨顶处理，但是使用路边润滑，通常是油)上，横向力从约9变化到约13千磅(kips)(见图3B)。向轨顶上施加HPF(表5的组合物)在约0.05升/英里导致横向力从约10kips(对照样，没有施加HPF)降低到约7.8kips，在约0.1升/英里降低到约6kips，在约0.094升/英里降低到约5kips，在0.15升/英里的施加率降低到约4kips(高轨道测量；图3D)。在保持剂存在或不存在下，用表5的HPF组合物观察到类似的结果。
为了考查HPF组合物的保持性，把HPF(表5中的，包含保持剂)施加到轨顶上并使其在列车通过之前固化16小时。对于约5000次轴通过观察到横向力减小(图3C)。在没有任何保持剂的情况下，在100-200次轴通过后观察到横向力的增大(数据未给出)。当在列车通过轨道时把表5的HPF组合物施加到轨顶上并且不允许其经任何时间固化时，观察到中等的保持性水平。在这些条件下，当HPF的施加停止时，在约1200次轴通过后观察到横向力的增大(图3D)。
使用表5的液体摩擦调节组合物还观察到噪音的减小。使用B&K噪声计记录在HPF施加存在或不存在情况下的分贝水平。在不存在任何轨顶处理的情况下，噪声水平为约85-95分贝，而用0.047升/英里的施加率施加HPF时，噪声水平减小到约80分贝。
在向轨顶上施加HPF后，还观察到联接装置拉力(kw/hr)的减小。在没有HPF施加的情况下，在存在路边的润滑的情况下的联接装置拉力为约307kw/hr，在没有任何处理的情况下观察到为约332kw/hr的联接装置拉力。在施加HPF(表5的组合物)后，用0.15升/英里的施加率，观察到约130-约228的联接装置拉力。
所以，表5的HPF组合物降低了轨道弯曲处的横向力、噪声，减少了能量消耗和轻轨系统中波纹的产生。这种液体摩擦调节组合物可以按雾化喷洒的方式施加到轨道上，但是不应当认为限于按雾化喷洒方式施加，而且该组合物也不应当认为限于仅用在轨道上。此外，随着加入保持剂，观察到HPF组合物的保持性增大，这支持使用Amsler机观察到的结果。
实施例3液体摩擦调节组合物-样品HPF组合物2本实施例描述特征在于表现出高的正摩擦系数的液体组合物。该组合物的组分列在表6中。
表6高的正摩擦系数(HPF)组合物
该液体摩擦调节组合物按照实施例1所述进行制备，并且可以按雾化喷洒方式施加到轨道上，但是不应当认为限制于按雾化喷洒方式的施加，并且该组合物也不应当认为限制于仅用在轨道上。
该液体摩擦调节组合物降低轨道弯曲处的横向力、噪声、波纹的产生并减少能量消耗，并且适合于在轨道系统内使用。
实施例4液体摩擦调节组合物-样品组合物3本实施例描述了特征在于表现出高正摩擦系数的数种路边液体摩擦调节组合物的制备。这些组合物的组分列在表7中。
表7高正摩擦系数(HPF)组合物-路边
丙二醇可以增大到约20％，以提高低温性能。MethocelTMF4M可以增大约3％，以提高产品粘度。MethocelTM可以用膨润土/甘油组合代替。
以上公开的液体摩擦调节组合物可以用作路边的摩擦调节组合物，但是不应该认为限于这样的用途。
实施例5液体摩擦调节组合物-样品组合物4本实施例描述特征在于表现出高正摩擦系数的若干其它液体摩擦调节组合物的制备。这些组合物的组分列在表8中。
表8高正摩擦系数(HPF)组合物
丙二醇可以增大到约20％，以提高低温性能。
该液体摩擦调节组合物及其一些变化可以按雾化喷涂方式施加到轨道上，但是不应当认为限制于雾化喷涂施加，并且该组合物也不应当认为限制于仅用在轨道上。
本发明的液体摩擦调节组合物降低轨道弯曲处的横向力、噪声、波纹的产生并减少能量消耗。
实施例6液体摩擦调节组合物-样品组合物5本实施例描述特征在于表现出非常高的正摩擦系数的液体摩擦调节组合物的制备。该组合物的组分列在表9中。
表9非常高的正摩擦(VHPF)组合物
丙二醇可以增加到约20％，以提高低温性能。
该液体摩擦调节组合物及其一些变化可以按雾化喷涂方式施加到轨道上，但是不应当认为限制于雾化喷涂施加，并且该组合物也不应当认为限制于仅用在轨道上。
本发明的液体摩擦调节组合物降低轨道弯曲处的横向力、噪声、波纹的产生并减少能量消耗。
实施例7液体摩擦调节组合物-样品组合物6本实施例描述特征在于表现出低摩擦系数的液体摩擦调节组合物的制备。该组合物的组分列在表10中。
表10低摩擦系数(LCF)组合物
实施例7液体摩擦调节组合物-样品组合物7本实施例描述特征在于表现出低摩擦系数的液体摩擦调节组合物的制备，并且该组合物包含或不包含保持剂Rhoplex AC 264。这些组合物的组分列在表11中。
表11低摩擦系数(LCF)组合物
如实施例1中所述的，使用Amsler机测定这些组合物的保持性。在摩擦系数达到0.4时，测定按30％的滑动水平的每种组合物的循环次数。在没有保持剂的情况下，在达到0.4的摩擦系数之前的LCF的循环次数为300-1100次循环。在存在保持剂的情况下，循环次数从20,000增大到52,000次循环。
权利要求
1.一种液体摩擦调节组合物，其包含(a)约40-约95％的水；(b)约0.5-约50％的流变剂；(c)约0.5-约40％的保持剂；(d)约0-约40重量％的润滑剂；和(e)约0-约25重量％的摩擦改良剂，其中，如果所述润滑剂为约0重量％，则所述组合物包含至少约0.5重量％的摩擦改良剂，并且其中如果所述摩擦改良剂为约0重量％，则所述组合物包含至少约1重量％的润滑剂。
2.权利要求1的摩擦调节组合物，其还包含润湿剂、杀菌剂、稠度调节剂、消泡剂或其组合。
3.权利要求1的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂选自丙烯酸类、聚乙烯醇、聚氯乙烯、噁唑啉、环氧化物、醇酸树脂、尿烷丙烯酸类、改性的醇酸树脂、丙烯酸胶乳、丙烯酸环氧化物混合物、聚氨基甲酸乙酯、苯乙烯丙烯酸酯、和苯乙烯丁二烯基化合物。
4.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述流变剂选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
5.权利要求4的摩擦调节组合物，其中，所述流变剂是羧甲基纤维素。
6.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类并选自RhoplexTMAC 264、RhoplexTMMV-23LO和MaincoteTMHG56。
7.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是乙烯聚合物并且选自AirflexTM728、EvanolTM、RovaceTM9100和RovaceTM0165。
8.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是噁唑啉并选自AquazolTM50和AquazolTM500。
9.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丁二烯并选自DowTMLatex 226和DowTMLaytex 240。
10.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丙烯酸酯并选自AcronalTMS 760、RhoplexTME-323LO、RhoplexTMHG-74P、EmulsionTME-1630和EmulsionTME-3233。
11.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并选自AncaresTMAR 550、2，2’-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基氧基亚甲基)]双环氧乙烷均聚物、EPOTUFTM37-147和EPODILTM-L。
12.权利要求3的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并且还包含选自胺或酰胺的固化剂。
13.权利要求12的摩擦调节组合物，其中，所述固化剂选自AnquamineTM419、AnquamineTM456和AncamineTMK54。
14.权利要求1的液体摩擦调节组合物，其包含(a)约40-约95重量％的水；(b)约0.5-约30重量％的流变调节剂；(c)约0.5-约25重量％的摩擦改良剂；(d)约0.5-约40重量％的保持剂；和(e)约0.02-约25重量％的润滑剂。
15.权利要求14的液体摩擦调节组合物，其还包含稠度调节剂、杀菌剂、润湿剂、消泡剂或其组合。
16.权利要求14的液体摩擦调节组合物，其中，所述保持剂选自丙烯酸类、聚乙烯醇、聚氯乙烯、噁唑啉、环氧化物、苯乙烯丙烯酸酯、和苯乙烯丁二烯基化合物。
17.权利要求16的摩擦调节组合物，其中，所述流变剂选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
18.权利要求17的摩擦调节组合物，其包含(a)约50-约80重量％的水；(b)约1-约10重量％的流变调节剂；(c)约1-约5重量％的摩擦改良剂；(d)约1-约16重量％的保持剂；和(e)约1-约13重量％的润滑剂。
19.权利要求17的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类，并且所述流变剂是羧甲基纤维素。
20.权利要求14的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类并选自RhoplexTMAC 264、RhoplexTMMV-23L0和MaincoteTMHG56。
21.权利要求14的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是乙烯聚合物并且选自AirflexTM728、EvanolTM、RovaceTM9100和RovaceTM0165。
22.权利要求14的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是噁唑啉并选自AquazolTM50和AquazolTM500。
23.权利要求14的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丁二烯并选自DowTMLatex 226和DowTMLaytex 240。
24.权利要求14的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丙烯酸酯并选自AcronalTMS 760、RhoplexTME-323LO、RhoplexTMHG-74P、EmulsionTME-1630和EmulsionTME-3233。
25.权利要求14的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并选自AncaresTMAR 550、2，2’-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基氧基亚甲基)]双环氧乙烷均聚物、EPOTUFTM37-147和EPODILTM-L。
26.权利要求14的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并且还包含选自胺或酰胺的固化剂。
27.权利要求26的摩擦调节组合物，其中，所述固化剂选自AnquamineTM419、AnquamineTM456和AncamineTMK54。
28.权利要求1的液体摩擦调节组合物，其包含(a)约40-约80重量％的水；(b)约0.5-约30重量％的流变调节剂；(c)约2-约20重量％的摩擦改良剂；和(d)约0.5-约40重量％的保持剂。
29.权利要求28的液体摩擦调节组合物，其还包含稠度调节剂、杀菌剂、润湿剂、消泡剂或其组合。
30.权利要求28的液体摩擦调节组合物，其中，所述保持剂选自丙烯酸类、聚乙烯醇、聚氯乙烯、噁唑啉、环氧化物、苯乙烯丙烯酸酯和苯乙烯丁二烯基化合物。
31.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述流变剂选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
32.权利要求31的摩擦调节组合物，其包含(a)约55-约75重重％的水；(b)约1-约9重量％的流变调节剂；(c)约5-约9重量％的摩擦改良剂；和(d)约2-约11重量％的保持剂。
33.权利要求31的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类，并且所述流变剂是羧甲基纤维素。
34.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类并选自RhoplexTMAC 264、RhoplexTMMV-23LO和MaincoteTMHG56。
35.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是乙烯聚合物并且选自AirflexTM728、EvanoTM、RovaceTM9100和RovaceTM0165。
36.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是噁唑啉并选自AquazolTM50和AquazolTM500。
37.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丁二烯并选自DowTMLatex 226和DowTMLaytex 240。
38.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丙烯酸酯并选自AcronalTMS 760、RhoplexTME-323LO、RhoplexTMHG-74P、EmulsionTME-1630和EmulsionTME-3233。
39.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并选自AncaresTMAR 550、2，2’-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基氧基亚甲基)]双环氧乙烷均聚物、EPOTUFTM37-147和EPODILTM-L。
40.权利要求30的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并且还包含选自胺或酰胺的固化剂。
41.权利要求40的摩擦调节组合物，其中，所述固化剂选自AnquamineTM419、AnquamineTM456和AncamineTMK54。
42.权利要求1的液体摩擦调节组合物，其包含(a)约40-约80重量％的水；(b)约0.5-约50重量％的流变调节剂；(c)约0.5-约40重量％的保持剂；和(d)约1-约40重量％的润滑剂。
43.权利要求42的液体摩擦调节组合物，其还包含稠度调节剂、杀菌剂、润湿剂、消泡剂或其组合。
44.权利要求42的液体摩擦调节组合物，其中，所述保持剂选自丙烯酸类、聚乙烯醇、聚氯乙烯、噁唑啉、环氧化物、苯乙烯丙烯酸酯、和苯乙烯丁二烯基化合物。
45.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述流变剂选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
46.权利要求45的摩擦调节组合物，其包含(a)约45-约65重量％的水；(b)约4-约9重量％的流变调节剂；(c)约10-约20重量％的保持剂；和(d)约3-约13重量％的润滑剂。
47.权利要求45的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类，并且所述流变剂是羧甲基纤维素。
48.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类并选自RhoplexTMAC 264、RhoplexTMMV-23LO和MaincoteTMHG56。
49.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是乙烯聚合物并且选自AirflexTM728、EvanolTM、RovaceTM9100和RovaceTM0165。
50.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是噁唑啉并选自AquazolTM50和AquazolTM500。
51.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丁二烯并选自DowTMLatex 226和DowTMLaytex 240。
52.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丙烯酸酯并选自AcronalTMS 760、RhoplexTME-323LO、RhoplexTMHG-74P、EmulsionTME-1630和EmulsionTME-3233。
53.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并选自AncaresTMAR 550、2，2’-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基氧基亚甲基)]双环氧乙烷均聚物、EPOTUFTM37-147和EPODILTM-L。
54.权利要求44的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并且还包含选自胺或酰胺的固化剂。
55.权利要求54的摩擦调节组合物，其中，所述固化剂选自AnquamineTM419、AnquamineTM456和AncamineTMK54。
56.一种控制处于滑动-滚动接触的两个钢表面之间的噪声的方法，其包括把权利要求1的所述液体摩擦调节组合物施加到所述两个钢表面的至少一个上。
57.权利要求56的方法，其中，在所述施加步骤中，所述液体控制组合物喷涂在所述两个钢表面的至少一个上。
58.权利要求56的方法，其中，在所述施加步骤中，所述液体控制组合物涂敷在所述两个钢表面的至少一个上。
59.一种减小在处于滑动-滚动接触的两个钢表面之间的横向力的方法，其包括把权利要求1的所述液体摩擦调节组合物施加到所述两个钢表面的至少一个上。
60.一种减小在两个或多个列车车厢之间的联接装置拉力的方法，其包括把权利要求1的所述液体摩擦调节组合物施加到所述列车车厢的一个或多个车轮的表面上，或者所述列车车厢行驶的轨道表面上。
61.一种包含成膜保持剂的摩擦调节组合物，所述摩擦调节组合物选自中性摩擦特性(LCF)、高正摩擦特性(HPF)和非常高正摩擦特性(VHPF)。
62.权利要求61的摩擦调节组合物，其还包含流变调节剂。
63.权利要求62的摩擦调节组合物，其还包含摩擦改良剂。
64.权利要求63的摩擦调节组合物，其还包含润湿剂、杀菌剂、稠度改良剂、消泡剂或其组合。
65.权利要求61的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂选自丙烯酸类、聚乙烯醇、聚氯乙烯、噁唑啉、环氧化物、醇酸树脂、尿烷丙烯类、改性的醇酸树脂、丙烯酸胶乳、丙烯酸环氧化物混合物、聚氨基甲酸乙酯、苯乙烯丙烯酸酯、和苯乙烯丁二烯基化合物。
66.权利要求65的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是丙烯酸类并选自RhoplexTMAC 264、RhoplexTMMV-23LO和MaincoteTMHG56。
67.权利要求65的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是乙烯聚合物并且选自AirflexTM728、EvanolTM、RovaceTM9100和RovaceTM0165。
68.权利要求65的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是噁唑啉并选自AquazolTM50和AquazolTM500。
69.权利要求65的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丁二烯并选自DowTMLatex 226和DowTMLaytex 240(Dow ChemicalCo.)。
70.权利要求65的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是苯乙烯丙烯酸酯并选自AcronalTMS 760、RhoplexTME-323LO、RhoplexTMHG-74P、EmulsionTME-1630和EmulsionTME-3233。
71.权利要求65的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并选自AncaresTMAR 550(2，2’-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基氧基亚甲基)]双环氧乙烷均聚物)、EPOTUFTM37-147和EPODILTM-L。
72.权利要求71的摩擦调节组合物，其中，所述保持剂是环氧化物并且还包含选自胺或酰胺的固化剂。
73.权利要求72的摩擦调节组合物，其中，所述固化剂选自AnquamineTM419、AnquamineTM456和AncamineTMK54。
74.权利要求62的摩擦调节组合物，其中，所述流变剂选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
75.权利要求65的摩擦调节组合物，其中，所述流变剂选自粘土、膨润土、蒙脱石、干酪素、羧甲基纤维素、羧基羟甲基纤维素、乙氧基甲基纤维素、脱乙酰壳多糖和淀粉。
全文摘要
根据本发明，提供一种液体摩擦调节组合物，其特征在于或者具有高的正摩擦特性或者具有低的中性摩擦特性，该组合物包含保持剂。该液体摩擦调节组合物还可以包含其它组分，如固体润滑剂、润湿剂、稠度调节剂和防腐剂。该液体摩擦调节组合物可以用来改进处于滑动和滚动－滑动接触的界面摩擦特性，如钢车轮－轨道系统，包括公共交通和货运系统。
文档编号C10N10/12GK1478140SQ01819806
公开日2004年2月25日 申请日期2001年9月28日 优先权日2000年9月29日
发明者J·科特尔, D·T·埃迪, K·S·基迪克, J 科特尔, 埃迪, 基迪克 申请人:凯尔桑技术公司