1.本发明涉及一种高速列车用研磨子及其制备方法，属于轨道车辆制动材料技术领域。
背景技术：
2.在高速列车不断发展的今天，对列车可靠性及舒适性的要求不断提高。踏面清扫装置具有清扫踏面车轮、提高轮轨粘着系数、抑制车轮不圆的作用，能够有效提高列车的制动性能及舒适性能。研磨子是实现踏面清扫装置各项功能的关键零部件之一，其成型方法主要由金属钢背和摩擦体经过压制烧结而成。在现车使用过程中，研磨子与车轮踏面不断接触，研磨子磨耗不断增加，摩擦体厚度不断降低。虽然研磨子在出厂过程中设置了磨耗线，规定当研磨子磨耗到限时，必须更换新研磨子。然后在实际使用过程中，由于车底环境恶劣，研磨子表面往往被泥浆覆盖，磨耗线难以识别，因此在现车使用过程中，难以及时更换磨耗到限研磨子，观察更换下来到限研磨子，部分已经磨损到金属背板材料，如果继续磨损可能会磨穿背板，磨到闸瓦托，由于闸瓦托硬度高，存在划伤车轮的风险。为了能够及时更换磨耗到极限的研磨子，必须提高研磨子磨耗到限时的识别度，同时考虑到现车研磨子更换有一定的周期，必须在研磨子磨耗到限时，降低研磨子的磨耗速率。
技术实现要素：
3.本发明的目的是针对现有技术存在的研磨子损耗速率大以及磨耗至极限时识别度低的缺陷，提出一种高速列车用研磨子及其制备方法，提高研磨子的耐磨性及磨耗辨识度。
4.本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种高速列车用研磨子，所述研磨子采用双摩擦体，所述双摩擦体由表面的黑色摩擦体和里面的彩色摩擦体压制组成,所述黑色摩擦体的厚度为27mm-29mm；所述彩色摩擦体的厚度为13mm-15mm,所述彩色摩擦体的颜色包括ral3009氧化红色、ral1001淡黄色和ral9002灰白色。。当研磨子磨耗到限时，摩擦面由原本的黑色变成其他颜色，观察摩擦面颜色便可判断研磨子磨耗到限状态。
5.本发明通过以下技术方案进一步解决技术问题，所述黑色摩擦体包括按重量百分比计的粘结剂8％～32％，增粘填料21％～28％，修形填料21％～28％，增强纤维22％～43％，性能调节剂1％～6％；所述彩色摩擦体包括按重量百分比计的粘结剂24～37％，增粘填料36％～47％，修形填料6％～10％，增强纤维14％～20％，性能调节剂5％～10％。
6.具体是：所述黑色摩擦体的粘结剂为改性酚醛树脂，粒度为100目。所述黑色摩擦体的增粘填料为硅砂和长石粉，粒度为325目。所述黑色摩擦体的修形填料为重晶石粉和刚玉，粒度为325目。所述黑色摩擦体的增强材料为碳纤维和芳纶纤维。所述黑色摩擦体的性能调节剂为石油焦炭，粒度为80目。
7.所述彩色摩擦体的粘结剂为环氧树脂与酚醛树脂两种，粒度为200目。所述彩色摩擦体的增粘填料为氧化铁红、三氧化二锑、氧化锌、二氧化钛、氧化铁黄中的至少一种，粒度
为325目。所述彩色摩擦体的修形填料为硫酸钡和氧化铝两种，粒度为325目。所述彩色摩擦体的增强纤维为玻璃纤维和芳纶纤维。所述彩色摩擦体的性能调节剂为聚四氟乙烯微粉，粒度为200目。
8.本发明进一步提供一种高速列车用研磨子的制备方法，包括以下步骤：分别将所述黑色摩擦体包括按重量百分比计的粘结剂8％～32％，增粘填料21％～28％，修形填料21％～28％，增强纤维22％～43％，性能调节剂1％～6％；所述彩色摩擦体包括按重量百分比计的粘结剂24～37％，增粘填料36％～47％，修形填料6％～10％，增强纤维14％～20％，性能调节剂5％～10％，分别加入犁刀型混料机中，混料20min后，得到两种摩擦体的预压料，将黑色摩擦体预压料与彩色摩擦体预压料按3～5:1～2分层放入模腔中压制，热压温度控制在140℃～205℃，加压20～40min，压力4～25mpa，热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行二次固化，得到双摩擦体研磨子成品。
9.其中，所述二次固化在160～180℃下固化10～15h。
10.本发明的研磨子分为黑色摩擦体及彩色摩擦体两部分,其中黑色摩擦体的厚度为27mm-29mm，其主要作用是实现踏面清扫装置的清扫、增粘、修形等正常功能。彩色摩擦体的厚度为13mm-15mm，其主要作用是当研磨子磨耗到限时，研磨子磨耗速率降低，防止未能及时更换研磨子而造成背板磨损的情况出现,彩色摩擦体有ral3009氧化红色、ral1001淡黄色、ral9002灰白色三种配色，当研磨子磨耗到限时，摩擦面由原本的黑色变成其他颜色，观察摩擦面颜色便可判断研磨子磨耗到限状态。黑色摩擦体使用的粘结剂改性酚醛树脂，增粘填料为硅砂和长石粉，修形填料为重晶石粉和刚玉，增强纤维为碳纤维和芳纶纤维，性能调节剂为石油焦炭，该摩擦体配方具有优异增粘性能和修形性能。彩色摩擦体使用的粘结剂为环氧树脂和酚醛树脂两种，增粘填料为氧化铁红、三氧化二锑、氧化锌、二氧化钛、氧化铁黄中的一种或两种，修形填料为硫酸钡和氧化铝中的两种，增强纤维为玻璃纤维和芳纶纤维，减摩填料为聚四氟乙烯粉。该摩擦体具有一定的增粘性能和修形性能但是低于黑色体，极大地提高了耐磨性能，给研磨子更换预留足够时间。彩色摩擦体以环氧树脂和酚醛树脂为粘接剂，并对金属背板又与复合材料摩擦体具有良好的亲和性，可以有效提高研磨子背板粘接强度。
11.在使用过程中，双摩擦体的黑色摩擦体部分作为研磨子的主体材料，用于实现研磨子的清扫、增粘、修形功能，当黑色摩擦体部分磨损耗尽露出彩色部分时，表示研磨子需要更换新研磨子。
12.本发明的优点是:研磨子到限时，彩色摩擦面范围大，容易观测到研磨子的到限状态，同时彩色摩擦体的耐磨性能可以确保未及时更换的研磨子继续使用一段时间，不会因研磨子摩擦材料完全磨损而造成研磨子背板的磨损。
具体实施方式
13.下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
14.实施例1
15.本实施例提供的双摩擦体研磨子，其中黑色摩擦体中各组分其按重量百分比包含：改性酚醛树脂8％，增粘填料28％，修形填料28％，增强材料30％，焦炭6％。黑色摩擦体的增粘填料为硅砂和长石粉，其中硅砂和长石粉的含量分别为黑色摩擦体粉末总重的4％和24％，修形填料为重晶石和刚玉，其中重晶石和刚玉的含量分别为24％和4％，增强纤维为碳纤维和芳纶纤维，其中碳纤维和芳纶纤维的含量分别为25％和5％。其中，彩色摩擦体中各组分其按重量百分比包含：粘结剂24％，增粘填料47％，修形填料10％，增强材料14％，聚四氟乙烯微粉5％。彩色摩擦体的粘接剂为环氧树脂和酚醛树脂，其中环氧树脂和酚醛树脂的含量分别为彩色摩擦体总重的10％和14％，增粘填料为氧化铁红，修形填料为硫酸钡和氧化铝，其中硫酸钡和氧化铝的含量分别为8％和2％，增强纤维为玻璃纤维和芳纶纤维，其中玻璃纤维和芳纶纤维的含量分别为10％和4％。
16.本实施例的研磨子的制备方法包括：
17.(1)按重量百分比计，将改性酚醛树脂8％，增粘填料28％，修形填料28％，增强材料30％，焦炭6％倒入混料机中，混料15min，得到黑色摩擦体预压料。
18.(2)按重量百分比计，将粘结剂24％，增粘填料47％，修形填料10％，增强材料14％，聚四氟乙烯微粉5％倒入混料机中，混料15min，得到彩色摩擦体预压料。
19.(3)将步骤(1)黑色摩擦体预压料和(2)彩色摩擦体预压料按3：1的重量比先后放入模具中，放入黑色摩擦体预压料时需要将粉料刮平，并用铁块轻轻压平，启动热压机，热压温度控制在140℃，在压力4mpa下加压20min。
20.(4)将步骤(3)热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行固化，在160℃下固化10h，得到双摩擦体研磨子成品。对本实施例制得的研磨子的性能进行测试，测试方法和结果如下：
21.按照tb/t 3196-2015《机车用合成闸瓦》的试验方法进行试验，测得本实施例的研磨子密度是1.5g
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cm-3
，硬度(hrr)117，摩擦系数为0.52，压缩强度180mpa，压缩模量3.3gpa，冲击强度4.7kj/m2。研磨子1：1台架试验，车轮转速250km/h，研磨子持续研磨，磨耗到限后，彩色摩擦体磨耗是黑色的3倍。该彩色摩擦体层为氧化红色。
22.实施例2
23.本实施例提供的双摩擦体研磨子，其中黑色摩擦体中各组分其按重量百分比包含：改性酚醛树脂32％，增粘填料21％，修形填料21％，增强材料22％，焦炭4％。黑色摩擦体的增粘填料为硅砂和长石粉，其中硅砂和长石粉的含量分别为黑色摩擦体粉末总重的2％和19％，修形填料为重晶石和刚玉，其中重晶石和刚玉的含量分别为18％和3％，增强纤维为碳纤维和芳纶纤维，其中碳纤维和芳纶纤维的含量分别为19％和3％。其中彩色摩擦体中各组分其按重量百分比包含：粘结剂37％，增粘填料36％，修形填料6％，增强材料15％，聚四氟乙烯微粉6％。彩色摩擦体的粘接剂为环氧树脂和酚醛树脂，其中环氧树脂和酚醛树脂的含量分别为彩色摩擦体总重的18％和19％，增粘填料为氧化铁黄，修形填料为硫酸钡和氧化铝，其中硫酸钡和氧化铝的含量分别为5％和1％，增强纤维为玻璃纤维和芳纶纤维，其中玻璃纤维和芳纶纤维的含量分别为14％和1％。
24.本实施例的研磨子的制备方法包括：
25.(1)按重量百分比计，将改性酚醛树脂32％，增粘填料21％，修形填料21％，增强材
料22％，焦炭4％倒入混料机中，混料15min，得到黑色摩擦体预压料。
26.(2)按重量百分比计，粘结剂37％，增粘填料36％，修形填料6％，增强材料15％，聚四氟乙烯微粉6％倒入混料机中，混料15min，得到彩色摩擦体预压料。
27.(3)将步骤(1)黑色摩擦体预压料和(2)彩色摩擦体预压料按5：2的重量比先后放入模具中，放入黑色摩擦体预压料时需要将粉料刮平，并用铁块轻轻压平将步骤(1)和(2)混合后得到的混合料按5：2的重量比先后放入模具中，启动热压机，热压温度控制在205℃，在压力25mpa下加压40min。
28.(4)将步骤(3)热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行固化，在180℃下固化15h，得到双摩擦体研磨子成品。对本实施例制得的研磨子的性能进行测试，测试方法和结果如下：
29.按照tb/t 3196-2015《机车用合成闸瓦》的试验方法进行试验，测得本实施例的研磨子密度是4.1g
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cm-3
，硬度(hrr)127，摩擦系数为0.67，压缩强度201mpa，压缩模量2.9gpa，冲击强度5.4kj/m2。研磨子1：1台架试验，车轮转速250km/h，研磨子持续研磨，磨耗到限后，彩色摩擦体磨耗是黑色摩擦体的2.5倍，该彩色摩擦体层为米黄色。
30.实施例3
31.本实施例提供的双摩擦体研磨子，其中黑色摩擦体中各组分其按重量百分比包含：改性酚醛树脂8％，增粘填料24％，修形填料24％，增强材料43％，焦炭1％。黑色摩擦体的增粘填料为硅砂和长石粉，其中硅砂和长石粉的含量分别为黑色摩擦体粉末总重的5％和19％，修形填料为重晶石和刚玉，其中重晶石和刚玉的含量分别为20％和4％，增强纤维为碳纤维和芳纶纤维，其中碳纤维和芳纶纤维的含量分别为39％和4％。其中，彩色摩擦体中各组分其按重量百分比包含：粘结剂24％，增粘填料36％，修形填料10％，增强材料20％，聚四氟乙烯微粉10％。彩色摩擦体的粘接剂为环氧树脂和酚醛树脂，其中环氧树脂和酚醛树脂的含量分别为彩色摩擦体总重的12％和12％，增粘填料为氧化锌、氧化钛、三氧化二锑，其中氧化锌、氧化钛、三氧化二锑的含量分别为12％、12％和12％。修形填料为硫酸钡和氧化铝，其中硫酸钡和氧化铝的含量分别为7％和3％，增强纤维为玻璃纤维和芳纶纤维，其中玻璃纤维和芳纶纤维的含量分别为15％和5％。
32.本实施例的研磨子的制备方法包括：
33.(1)按重量百分比计，将改性酚醛树脂8％，增粘填料24％，修形填料24％，增强材料43％，焦炭1％倒入混料机中，混料15min，得到黑色摩擦体预压料。
34.(2)按重量百分比计，将粘结剂24％，增粘填料36％，修形填料10％，增强材料20％，聚四氟乙烯微粉10％倒入混料机中，混料15min，得到彩色摩擦体预压料。
35.(3)将步骤(1)黑色摩擦体预压料和(2)材料摩擦体预压料按4：1的重量比先后放入模具中，放入(1)混合料时需要将粉料刮平，并用铁块轻轻压平，启动热压机，热压温度控制在165℃，在压力15mpa下加压30min。
36.(4)将步骤(3)热压后得到的研磨子从模具中取出，放入固化炉中进行固化，在175℃下固化15h，得到双摩擦体研磨子成品。
37.对本实施例制得的研磨子的性能进行测试，测试方法和结果如下：
38.按照tb/t 3196-2015《机车用合成闸瓦》的试验方法进行试验，测得本实施例的研磨子密度是2.5g
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cm-3
，硬度(hrr)130，摩擦系数为0.43，压缩强度165mpa，压缩模量
2.7gpa，冲击强度6.4kj/m2。研磨子1：1台架试验，车轮转速250km/h，研磨子持续研磨，磨耗到限后，彩色摩擦体磨耗是黑色摩擦体的2倍，该彩色摩擦体层为灰白色。
39.试验发现，本发明所制备的粘接材料大大的提高了研磨子背板粘接强度，能够完全避免研磨子在使用过程中由于特殊情况的发生造成背板分离的情况出现，降低了安全风险。
40.除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。