本发明涉及摩擦材料
技术领域：
，尤其涉及一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂及其制备方法。
背景技术：
：伴随着我国铁路建设的发展，线路钢轨的磨损程度也随之急剧上升，轮轨磨损现象一直是铁路工业的难题。重载运输中15％～20％的运营成本耗费于轮轨磨损，我国铁路每年因轮轨磨耗造成的经济损失达数十亿人民币。如大秦线轴重从23t增加到25t后，车轮踏面圆周磨耗量增加了70％左右，而轮轨突发性破坏导致列车脱轨造成的损失，则无法统计。为了减少钢轨的磨损，提高铁路系统运行的安全品质，创造更大的经济效益，实施顶面摩擦管理技术是很有必要的。理论上，在车辆运行的过程中，车轮和轨道材质接触面之间会产生一层介质层，被称为“第三介质”。轮轨间微小的相对运动正是通过此第三介质来完成，同时第三介质对由轮轨相对运动产生的剪切力响应特征，也决定了蠕滑率与摩擦力之间的关系。摩擦控制剂便是添加合适的摩擦管理材料来改善第三介质层的摩擦环境。根据相关研究结果，实施钢轨顶面摩擦控制可起到有效降低噪音、大程度减少轮轨磨损以及大程度降低列车脱轨概率等作用，因而研究钢轨顶面摩擦控制剂有很重要的现实意义。技术实现要素：本发明为解决上述技术问题提供一种有效控制钢轨磨损的用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂及其制备方法。本发明主要是通过以下技术方案实现的：一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂，所述摩擦控制剂由水40％-70％，流变剂1％-2％，固体润滑材料2％-10％，摩擦改性剂2％-10％，保持剂10％-30％，防冻剂10％-20％，表面活性剂0％-1％按重量百分数配成，所述保持剂为环氧树脂或聚氨酯或丙烯酸树脂。上述方案中，所述保持剂是水性聚氨酯并选自脂肪族HK718型号，为市售商品。所述保持剂成膜后抗张强度5000-5500psi，伸长率400-500％。保持剂是指提高处于滑动-滚动接触的两个或多个表面之间的摩擦控制剂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或对基材的附着性。且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。上述方案中，所述流变剂为羧甲基纤维素钠或聚丙烯酸酯类增稠剂。流变剂是指能吸收液体并物理溶胀的化合物，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。上述方案中，所述固体润滑材料为石墨或二硫化钼。固体润滑材料是指能够降低处于滑动或滚动-滑动状态的两个表面摩擦系数的化学物质，化合物或其混合物。上述方案中，所述摩擦改性剂为滑石粉或碳酸钙或氧化硅。摩擦改性剂是指为摩擦控制剂赋予正摩擦特性的物质。上述方案中，所述防冻剂为乙醇或丙二醇或甲醇。摩擦改性剂是指为摩擦控制剂赋予正摩擦特性的物质，摩擦改性剂包含滑石粉，碳酸钙或氧化硅等。上述方案中，所述表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯烷基酚醚。表面活性剂可以促进摩擦改性剂，流变剂颗粒周围水层的形成，还有助于保持剂在组合物中的分散，同时可以降低水的表面张力促进摩擦控制剂渗入处于滑动-滚动表面的裂纹中。所述的用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂的制备方法，包括以下步骤：1)按照摩擦控制剂的各组分配比进行称量取样；2)向一半的水中，加入流变剂，分散；3)加入表面活性剂，分散；4)加入摩擦改性剂，分散；5)加入固体润滑材料，使加入的物质完全分散；6)加入保持剂、防冻剂，并使之完全分散；7)加入余下的水并充分混合；8)将混合物加入锥形磨中充分研磨，得到所述用于钢轨顶面的摩擦控制剂。本发明的有益效果如下：(1)与国内外现有的钢轨轨顶摩擦控制剂相比，本发明选用水性聚氨酯作为保持剂，制备的钢轨轨顶摩擦控制剂具有耐磨性好，软硬段可控，粘接性能优的特点；(2)不同于传统的液体润滑，摩擦控制剂形成的固体润滑膜具有很强的承载能力，可消除油楔作用产生的轮轨表面剥离掉块；(3)本发明主要以水作为溶剂，水分挥发有一定的过程，在此过程中摩擦控制剂可以有效的在车轮和钢轨之间进行传递，也就是说只要在钢轨部分部位涂覆摩擦控制剂，即可实现全路段的车轮踏面/钢轨顶面保护，克服了固体润滑难以涂覆、转移效果差的缺点；(4)本发明添加的摩擦改性剂可不考虑污染物的摩擦特性，赋予摩擦控制剂正摩擦特性，从而有效抑制轮轨之间的磨损和减少噪音的产生；(5)本发明所述用于钢轨顶面的摩擦控制剂可以在不影响牵引、制动效果的前提下，尽可能的减少摩擦系数，从而有效降低机车能耗，减少轮轨磨损，创造经济效益；(6)本发明原材料无毒无害，制备方法工艺简单，成本低。具体实施方式为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。实施例1本实施例提供一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂的配方用量见下表1。本实施例的一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂，通过如下方法制备得到：(1)向一半的水中，加入羧甲基纤维素钠，分散5分钟；(2)加入壬基酚聚氧乙烯醚，分散约5分钟；(3)向该混合物中加入滑石粉，分散5分钟；(4)加入石墨，使加入的物质完全分散；(5)加入水性聚氨酯、丙二醇，并使之完全分散；(6)加入余下的水并充分混合。(7)将混合物加入锥形磨中充分研磨，得到成品。表1组分质量百分数(wt％)水63.5羧甲基纤维素钠1.5石墨4.0滑石粉6.0水性聚氨酯HK71810.2丙二醇14.7壬基酚聚氧乙烯醚0.1制备的摩擦控制剂凝固点低于-20℃，使用温度范围-20℃-200℃；在载荷20N，摩擦速度1.2m/s下进行摩擦试验，平均摩擦系数为0.39；在载荷2Kg，转数500转下进行耐磨性实验，磨损率为3.5％；在离心沉淀器中于3000r/min离心沉淀15min，未有沉淀产生，说明机械稳定性能好。实施例2本实施例提供一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂的配方用量见下表2。本实施例的一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂，通过如下方法制备得到：(1)向约一半的水中，加入全部量的羧甲基纤维素钠，分散5分钟；(2)加入壬基酚聚氧乙烯醚，分散约5分钟；(3)向该混合物中加入少量滑石粉，分散5分钟；(4)加入少量石墨，使加入的物质完全分散；(5)加入水性聚氨酯、丙二醇，并使之完全分散；(6)加入余下的水并充分混合。(7)将混合物加入锥形磨中充分研磨，得到成品。表2组分质量百分数(wt％)水56.4羧甲基纤维素钠1.4石墨6.0滑石粉4.0水性聚氨酯HK71817.4丙二醇14.7壬基酚聚氧乙烯醚0.1制备的摩擦控制剂凝固点低于-20℃，使用温度范围-20℃-200℃；在载荷20N，摩擦速度1.2m/s下进行摩擦试验，平均摩擦系数为0.35；在载荷2Kg，转数500转下进行耐磨性实验，磨损率为3.4％；在离心沉淀器中于3000r/min离心沉淀15min，未有沉淀产生，说明机械稳定性能好。实施例3本实施例提供一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂的配方用量见下表3。本实施例的一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂，通过如下方法制备得到：(1)向约一半的水中，加入全部量的羧甲基纤维素钠，分散5分钟；(2)加入壬基酚聚氧乙烯醚，分散约5分钟；(3)向该混合物中加入少量滑石粉，分散5分钟；(4)加入少量石墨，使加入的物质完全分散；(5)加入水性聚氨酯、丙二醇，并使之完全分散；(6)加入余下的水并充分混合。(7)将混合物加入锥形磨中充分研磨，得到成品。表3组分质量百分数(wt％)水48.3羧甲基纤维素钠1.3石墨8.0滑石粉6.0水性聚氨酯HK71821.6丙二醇14.7壬基酚聚氧乙烯醚0.1制备的摩擦控制剂凝固点低于-20℃，使用温度范围-20℃-200℃；在载荷20N，摩擦速度1.2m/s下进行摩擦试验，平均摩擦系数为0.32；在载荷2Kg，转数500转下进行耐磨性实验，磨损率为4.2％；在离心沉淀器中于3000r/min离心沉淀15min，未有沉淀产生，说明机械稳定性能好。实施例4本实施例提供一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂的配方用量见下表4。本实施例的一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂，通过如下方法制备得到：(1)向约一半的水中，加入全部量的羧甲基纤维素钠，分散5分钟；(2)加入壬基酚聚氧乙烯醚，分散约5分钟；(3)向该混合物中加入少量滑石粉，分散5分钟；(4)加入少量石墨，使加入的物质完全分散；(5)加入水性聚氨酯、丙二醇，并使之完全分散；(6)加入余下的水并充分混合。(7)将混合物加入锥形磨中充分研磨，得到成品。表4制备的摩擦控制剂凝固点低于-20℃，使用温度范围-20℃-200℃；在载荷20N，摩擦速度1.2m/s下进行摩擦试验，平均摩擦系数为0.27；在载荷2Kg，转数500转下进行耐磨性实验，磨损率为5.2％；在离心沉淀器中于3000r/min离心沉淀15min，未有沉淀产生，说明机械稳定性能好。本发明的水性摩擦控制剂使用时可使用道旁涂覆装置或车载喷涂装置将液体摩擦控制剂涂于钢轨轨顶，经过车轮碾压后，水分蒸发，残留物在轨顶面即可形成一层稳定的固体薄膜。比较例国内外多使用水性丙烯酸作为保持剂，膨润土作为流变剂。现使用水性丙烯酸和膨润土作为比较例，对实施例进行比较。本比较例提供一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂的配方用量，见下表5。本比较例的一种用于钢轨顶面的水性摩擦控制剂，通过如下方法制备得到：(1)向约一半的水中，加入全部量的膨润土，分散5分钟；(2)加入壬基酚聚氧乙烯醚，分散约5分钟；(3)向该混合物中加入少量滑石粉，分散5分钟；(4)加入少量石墨，使加入的物质完全分散；(5)加入水性丙烯酸、丙二醇，并使之完全分散；(6)加入余下的水并充分混合。(7)将混合物加入锥形磨中充分研磨，得到成品。表5组分质量百分数(wt％)水49.7膨润土13.3石墨6.0滑石粉6.0水性丙烯酸(R-20B)10.2丙二醇14.7壬基酚聚氧乙烯醚0.1制备的摩擦控制剂凝固点低于-20℃，使用温度范围-20℃-200℃；在载荷20N，摩擦速度1.2m/s下进行摩擦试验，平均摩擦系数为0.27；在载荷2Kg，转数500转下进行耐磨性实验，磨损率为11.3％；在离心沉淀器中于3000r/min离心沉淀15min，产生较明显分层现象，说明机械稳定性能一般。比较可知，当使用水性丙烯酸作为保持剂，膨润土作为流变剂时，表现为更大的磨损率，以及较差的机械稳定性。这主要由于水性丙烯酸的耐磨性能较水性聚氨酯差，且膨润土作为流变剂时，它在水中的分散稳定性没羧甲基纤维素钠的分散稳定性好。同时，由于要控制产品的粘度为合理范围，流变剂的加入量(13.3wt％)较大，对产品耐磨性能、摩擦性能、机械稳定性都有一定的影响。当前第1页1 2 3