铁路货车废摩擦材料再生利用研究现状

郭　娜张建武彭　健付　华

（1.中车石家庄车辆有限公司，河北 石家庄 050043；2.石家庄铁道大学材料科学与工程学院，河北 石家庄 050043）

铁路货车废摩擦材料再生利用研究现状

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（1.中车石家庄车辆有限公司，河北 石家庄 050043；2.石家庄铁道大学材料科学与工程学院，河北 石家庄 050043）

摘要：本文简要介绍了国内外关于国体废弃物的再生利用的研究现状，并以铁路货车废闸瓦摩擦材料热解回收料为主要填料制备汽车制动衬片的成功应用，为实现废摩擦材料再生利用提供了回收工艺与回收思路。

废摩擦材料；回收；再生利用

0.前言

铁路货车用闸瓦（刹车片）基本结构由钢背和高分子复合摩擦材料组成，是在一定的生产工艺下将基体、增强相、摩擦学性能调节剂等，再经过热压成型制备而成。闸瓦作为消耗量极大的磨损元件，每年产生的废弃物量巨大。反复制动后的闸瓦摩擦体中的树脂基体高温碳化，制动性能下降。

由于分离与循环利用技术的复杂，回收成本较高，国内外还没有企业对废弃的闸瓦（刹车片）进行回收利用。废弃的车辆闸瓦（片）作为工业固体垃圾，目前主要是深埋回填，其中的高聚物降解时间漫长，加之其中的金属、无机稀土填料等，对土壤造成很大的改变，同时占用较大的土地资源，并对环境造成了极大危害。

本文分两部分：第一部分是对国内外固体废弃物的研究现状进行概括，第二部分是对铁路货车废闸瓦摩擦材料再生利用研究进行分析。

1.国内外关于国体废弃物的再生利用的研究

1.1 国内关于固体废弃物的研究

1995年，李藻初、李惠海等人对废弃的刹车片中铜的回收利用进行了研究。他们在破碎后的废弃刹车片中加入硫酸、水等后，经过滤、置换、结晶等工序将废弃刹车片中的铜转化为无水硫酸铜，从而实现了对废弃刹车片中铜的回收利用，既保护了环境，又节约了资源，具有可观的经济效益。

1998年，庄学功对合成闸瓦加工过程中收集的粉尘和合成闸瓦废品经粉碎成的一定粒度的粉料进行了回收利用的研究。当废粉的加入量在10%～15%时，材料的磨耗和摩擦系数较不添加废粉的摩擦材料波动很小。另外，他也指出废粉可以用于建筑装饰材料、墙体材料、酚醛模塑料等日用品以及利用废粉制造耐热减摩材料。

2009年，魏儒东对低摩合成闸瓦生产过程中废料的回收利用进行了研究。所研究的废料是摩擦材料流动到模腔内间隙而形成的大量料皮以及闸瓦清理时从瓦体、瓦背上剔落下的飞边毛刺。

研究结果表明，在低摩合成闸瓦中掺入5%废料，可节约3.5%左右的原材料，而且能保证低摩合成闸瓦的各项性能符合铁路标准要求。

杨振，张灿等人通过对摩擦企业在生产中所产生的磨削粉、钻削粉等废料的特性进行分析，以磨削粉作为摩擦材料组分进行了实验研究。磨削粉经过粉碎筛选等加工处理后，按新设计的材料生产配方以质量比在12%以内直接添加可以制造出合格的摩擦片，从而为摩擦企业的废料综合利用提供了理论依据，而且减少企业废料排放来保护环境。

1.2 国外关于固体废弃物的研究

To-Mai Wang、Kung-Hsu Hou等人用水淬的方法从废弃的矿渣中得到了矿渣纤维，并且他们用所制得的矿渣纤维作为增强体、苯酚甲醛树脂为基体制备了复合材料。实验结果表明，掺入矿渣纤维的苯酚甲醛树脂的平均摩擦系数增大，而且磨损率降低，实现了废弃矿渣纤维在复合摩擦材料中的应用。

J. Myalski、J. Sleziona在废弃的热固性环氧树脂的复合材料中加入复合循环材料，调查显示，废弃的材料可以取代昂贵的增强纤维，碳化的复合循环材料有利于在高温条件下保持摩擦系数的稳定性，防止摩擦材料的热破坏，从而提高了复合材料的摩擦使用温度，实现了固体废弃物的循环利用。

Nandan Dadkar、Bharat S. Tomar等人将粉煤灰成功融入酚醛树脂的基体中。实验结果表明，当粉煤灰的含量最高时，复合材料的摩擦系数也最大。复合材料的热衰退性强烈依赖于树脂的含量，而且随粉煤灰含量的减少而降低。但是，摩擦波动性随着粉煤灰含量的增大而降低。复合材料磨损时产生的磨屑作为第三相存在与摩擦界面，从而提高了材料的热恢复性。他们所作的工作表明了粉煤灰在摩擦磨损方面的应用有着巨大的潜力。

美国对玻璃钢的回收利用采用热分解、玻纤分离、粉碎法和用作能源4种途径，应用于增强混凝土、增强装饰用灰泥和增强热塑性复合材料3个方向。

美国废旧轮胎回收利用及工业化处理方法主要有4种：

①翻新利用法。

②传统填埋法（大多要求切块后填埋）。

③④生产橡胶粉。

④热能利用法（工业锅炉、水泥窑炉、发电锅炉等）。

传统填埋法对环境和生态资源带来严重的污染与破坏，因此，这种处理方法也逐渐被取缔。美国废旧轮胎的回收利用主要包括以下6个方面：

①废旧轮胎翻新作为新轮胎使用。

②废旧轮胎做工业染料利用其热能。

③废旧轮胎碎块作为市政建筑工程材料利用。

④废旧轮胎胶粉用作橡胶制品填料。

⑤废旧轮胎热裂解回收油品和炭黑等。

⑥废旧轮胎原形改制为器具材料。

Yoginder P. CHUGH，Peter FILIP等人对工业废弃物在摩擦材料的发展进行了研究。他们认为在刹车片中可以加入45%的粉煤灰或者是10%磁铁矿废弃物，刹车片的性能可能不会下降。利用特定的固定废弃物可以减少刹车片中其他原料的含量。这样不仅降低了生产成本，而且保护了环境、节约了资源。

2.铁路货车废闸瓦摩擦材料再生利用研究

（1）采用热解分离工艺，通过热裂解作用实现废闸瓦摩擦材料与钢背。热裂解作用破坏废摩擦材料中树脂的分子结构，使酚醛树脂的黏结作用失效。实现废摩擦料与钢背的分离。

（2）废摩擦料的粉碎与筛分工艺，采用电磁粉碎与机械粉碎结合的方式，对热解后的废摩擦材料块体进行粉碎，通过震荡筛分方式，选取粒度适当的粉末，称为热解回收料。

（3）以热解回收料再生利用工艺，重新进行复合材料的配方设计。以热解回收料为主要填料，加入黏结剂、无机填料、摩擦学性能调节剂等，运用均匀设计和正交设计的配方设计方法，重新设计复合摩擦材料的配方。

（4）新复合摩擦材料的制备工艺。各原料均匀混合后，采用热压成型的方法制备新复合摩擦材料。热压成型工序完成之后，需要对产品进行热处理，已消除产品内部的残余应力和微裂纹，提高产品的质量。

（5）复合摩擦材料的摩擦磨损性能、物理机械性能的测试。按国标GB5763-2008的要求，测定复合摩擦材料在各个温度梯度阶段的热衰退、热恢复摩擦系数和磨损率，同时测定摩材料的剪切强度、热膨胀率、压缩应变和冲击强度。

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项目来源：河北省科技支撑计划项目《机车车辆闸瓦摩擦材料的回收再利用技术研究》（14273805D）。