郭　娜張建武彭　健付　華

（1.中車石家莊車輛有限公司，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050043）

鐵路貨車廢摩擦材料再生利用研究現(xiàn)狀

郭娜1張建武1彭健2付華2

（1.中車石家莊車輛有限公司，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050043）

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于國(guó)體廢棄物的再生利用的研究現(xiàn)狀，并以鐵路貨車廢閘瓦摩擦材料熱解回收料為主要填料制備汽車制動(dòng)襯片的成功應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)廢摩擦材料再生利用提供了回收工藝與回收思路。

廢摩擦材料；回收；再生利用

0.前言

鐵路貨車用閘瓦（剎車片）基本結(jié)構(gòu)由鋼背和高分子復(fù)合摩擦材料組成，是在一定的生產(chǎn)工藝下將基體、增強(qiáng)相、摩擦學(xué)性能調(diào)節(jié)劑等，再經(jīng)過熱壓成型制備而成。閘瓦作為消耗量極大的磨損元件，每年產(chǎn)生的廢棄物量巨大。反復(fù)制動(dòng)后的閘瓦摩擦體中的樹脂基體高溫碳化，制動(dòng)性能下降。

由于分離與循環(huán)利用技術(shù)的復(fù)雜，回收成本較高，國(guó)內(nèi)外還沒有企業(yè)對(duì)廢棄的閘瓦（剎車片）進(jìn)行回收利用。廢棄的車輛閘瓦（片）作為工業(yè)固體垃圾，目前主要是深埋回填，其中的高聚物降解時(shí)間漫長(zhǎng)，加之其中的金屬、無(wú)機(jī)稀土填料等，對(duì)土壤造成很大的改變，同時(shí)占用較大的土地資源，并對(duì)環(huán)境造成了極大危害。

本文分兩部分：第一部分是對(duì)國(guó)內(nèi)外固體廢棄物的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概括，第二部分是對(duì)鐵路貨車廢閘瓦摩擦材料再生利用研究進(jìn)行分析。

1.國(guó)內(nèi)外關(guān)于國(guó)體廢棄物的再生利用的研究

1.1 國(guó)內(nèi)關(guān)于固體廢棄物的研究

1995年，李藻初、李惠海等人對(duì)廢棄的剎車片中銅的回收利用進(jìn)行了研究。他們?cè)谄扑楹蟮膹U棄剎車片中加入硫酸、水等后，經(jīng)過濾、置換、結(jié)晶等工序?qū)U棄剎車片中的銅轉(zhuǎn)化為無(wú)水硫酸銅，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢棄剎車片中銅的回收利用，既保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了資源，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1998年，莊學(xué)功對(duì)合成閘瓦加工過程中收集的粉塵和合成閘瓦廢品經(jīng)粉碎成的一定粒度的粉料進(jìn)行了回收利用的研究。當(dāng)廢粉的加入量在10%～15%時(shí)，材料的磨耗和摩擦系數(shù)較不添加廢粉的摩擦材料波動(dòng)很小。另外，他也指出廢粉可以用于建筑裝飾材料、墻體材料、酚醛模塑料等日用品以及利用廢粉制造耐熱減摩材料。

2009年，魏儒東對(duì)低摩合成閘瓦生產(chǎn)過程中廢料的回收利用進(jìn)行了研究。所研究的廢料是摩擦材料流動(dòng)到模腔內(nèi)間隙而形成的大量料皮以及閘瓦清理時(shí)從瓦體、瓦背上剔落下的飛邊毛刺。

研究結(jié)果表明，在低摩合成閘瓦中摻入5%廢料，可節(jié)約3.5%左右的原材料，而且能保證低摩合成閘瓦的各項(xiàng)性能符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求。

楊振，張燦等人通過對(duì)摩擦企業(yè)在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的磨削粉、鉆削粉等廢料的特性進(jìn)行分析，以磨削粉作為摩擦材料組分進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。磨削粉經(jīng)過粉碎篩選等加工處理后，按新設(shè)計(jì)的材料生產(chǎn)配方以質(zhì)量比在12%以內(nèi)直接添加可以制造出合格的摩擦片，從而為摩擦企業(yè)的廢料綜合利用提供了理論依據(jù)，而且減少企業(yè)廢料排放來保護(hù)環(huán)境。

1.2 國(guó)外關(guān)于固體廢棄物的研究

To-Mai Wang、Kung-Hsu Hou等人用水淬的方法從廢棄的礦渣中得到了礦渣纖維，并且他們用所制得的礦渣纖維作為增強(qiáng)體、苯酚甲醛樹脂為基體制備了復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻入礦渣纖維的苯酚甲醛樹脂的平均摩擦系數(shù)增大，而且磨損率降低，實(shí)現(xiàn)了廢棄礦渣纖維在復(fù)合摩擦材料中的應(yīng)用。

J. Myalski、J. Sleziona在廢棄的熱固性環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料中加入復(fù)合循環(huán)材料，調(diào)查顯示，廢棄的材料可以取代昂貴的增強(qiáng)纖維，碳化的復(fù)合循環(huán)材料有利于在高溫條件下保持摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，防止摩擦材料的熱破壞，從而提高了復(fù)合材料的摩擦使用溫度，實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物的循環(huán)利用。

Nandan Dadkar、Bharat S. Tomar等人將粉煤灰成功融入酚醛樹脂的基體中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)粉煤灰的含量最高時(shí)，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)也最大。復(fù)合材料的熱衰退性強(qiáng)烈依賴于樹脂的含量，而且隨粉煤灰含量的減少而降低。但是，摩擦波動(dòng)性隨著粉煤灰含量的增大而降低。復(fù)合材料磨損時(shí)產(chǎn)生的磨屑作為第三相存在與摩擦界面，從而提高了材料的熱恢復(fù)性。他們所作的工作表明了粉煤灰在摩擦磨損方面的應(yīng)用有著巨大的潛力。

美國(guó)對(duì)玻璃鋼的回收利用采用熱分解、玻纖分離、粉碎法和用作能源4種途徑，應(yīng)用于增強(qiáng)混凝土、增強(qiáng)裝飾用灰泥和增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3個(gè)方向。

美國(guó)廢舊輪胎回收利用及工業(yè)化處理方法主要有4種：

①翻新利用法。

②傳統(tǒng)填埋法（大多要求切塊后填埋）。

③④生產(chǎn)橡膠粉。

④熱能利用法（工業(yè)鍋爐、水泥窯爐、發(fā)電鍋爐等）。

傳統(tǒng)填埋法對(duì)環(huán)境和生態(tài)資源帶來嚴(yán)重的污染與破壞，因此，這種處理方法也逐漸被取締。美國(guó)廢舊輪胎的回收利用主要包括以下6個(gè)方面：

①?gòu)U舊輪胎翻新作為新輪胎使用。

②廢舊輪胎做工業(yè)染料利用其熱能。

③廢舊輪胎碎塊作為市政建筑工程材料利用。

④廢舊輪胎膠粉用作橡膠制品填料。

⑤廢舊輪胎熱裂解回收油品和炭黑等。

⑥廢舊輪胎原形改制為器具材料。

Yoginder P. CHUGH，Peter FILIP等人對(duì)工業(yè)廢棄物在摩擦材料的發(fā)展進(jìn)行了研究。他們認(rèn)為在剎車片中可以加入45%的粉煤灰或者是10%磁鐵礦廢棄物，剎車片的性能可能不會(huì)下降。利用特定的固定廢棄物可以減少剎車片中其他原料的含量。這樣不僅降低了生產(chǎn)成本，而且保護(hù)了環(huán)境、節(jié)約了資源。

2.鐵路貨車廢閘瓦摩擦材料再生利用研究

（1）采用熱解分離工藝，通過熱裂解作用實(shí)現(xiàn)廢閘瓦摩擦材料與鋼背。熱裂解作用破壞廢摩擦材料中樹脂的分子結(jié)構(gòu)，使酚醛樹脂的黏結(jié)作用失效。實(shí)現(xiàn)廢摩擦料與鋼背的分離。

（2）廢摩擦料的粉碎與篩分工藝，采用電磁粉碎與機(jī)械粉碎結(jié)合的方式，對(duì)熱解后的廢摩擦材料塊體進(jìn)行粉碎，通過震蕩篩分方式，選取粒度適當(dāng)?shù)姆勰?，稱為熱解回收料。

（3）以熱解回收料再生利用工藝，重新進(jìn)行復(fù)合材料的配方設(shè)計(jì)。以熱解回收料為主要填料，加入黏結(jié)劑、無(wú)機(jī)填料、摩擦學(xué)性能調(diào)節(jié)劑等，運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)的配方設(shè)計(jì)方法，重新設(shè)計(jì)復(fù)合摩擦材料的配方。

（4）新復(fù)合摩擦材料的制備工藝。各原料均勻混合后，采用熱壓成型的方法制備新復(fù)合摩擦材料。熱壓成型工序完成之后，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行熱處理，已消除產(chǎn)品內(nèi)部的殘余應(yīng)力和微裂紋，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

（5）復(fù)合摩擦材料的摩擦磨損性能、物理機(jī)械性能的測(cè)試。按國(guó)標(biāo)GB5763-2008的要求，測(cè)定復(fù)合摩擦材料在各個(gè)溫度梯度階段的熱衰退、熱恢復(fù)摩擦系數(shù)和磨損率，同時(shí)測(cè)定摩材料的剪切強(qiáng)度、熱膨脹率、壓縮應(yīng)變和沖擊強(qiáng)度。

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項(xiàng)目來源：河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目《機(jī)車車輛閘瓦摩擦材料的回收再利用技術(shù)研究》（14273805D）。