列车转向架抑冰疏冰涂层制备及性能研究

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列车转向架是保障铁路车辆运行安全性的关键部件。当列车在严寒环境中运行时,会造成转向架结冰积雪等问题,影响列车的运行安全。表面涂覆抑冰疏冰涂层作为一种有效方法,可减轻转向架结冰积雪问题。因此,对转向架进行抑冰疏冰涂层设计与性能研究,对缓解转向架区域结冰现象具有重要指导作用。本文以无水乙醇为分散剂,利用硅树脂或硅酸钠两种粘结剂,在硅树脂中添加三氟丙基甲基二甲氧基硅烷(TMDMS)或全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)疏水剂,在硅酸钠中添加HB-E22或HB-G40疏水剂,利用纳米SiO2构造表面粗糙结构,制备了四种抑冰疏冰涂层。利用胶带剥离测试、砂纸磨损测试并结合表面滚动角的变化,研究了抑冰疏冰涂层的力学性能稳定性;通过延迟结冰、结冰形貌测试表征了涂层的抑冰性能;通过结冰剪切粘结强度、结冰抗冲击测试表征了涂层的疏冰性能;最后优化得出了涂层的最佳材料配比,讨论了涂层的抑冰疏冰机理。论文研究的主要结论如下:(1)随着胶带剥离次数从1次增加到10次,涂层滚动角明显增加。硅树脂@TMDMS涂层滚动角从4°增至13°,硅酸钠@HB-E22涂层滚动角从5°增至15°。随着砂纸打磨次数增加,硅树脂@TMDMS涂层在磨损20次后滚动角仍低于10°,硅酸钠@HB-E22涂层滚动角在砂纸磨损11次便高于15°,硅酸钠@HB-E22涂层耐磨稳定性较差。(2)随着SiO2与粘结剂质量比增加,抑冰疏冰性能呈“先升高,后降低”的趋势。当SiO2与硅树脂质量比为20%时,硅树脂@TMDMS涂层完全结冰时间最长,为228.9s,具有最好的延迟结冰效果,结冰直径最小,为6.8mm,结冰剪切粘结强度和抗冲击高度最小。当SiO2与硅酸钠质量比为30%时,硅酸钠@HB-E22涂层完全结冰时间最长,为209.8s,结冰直径最小,为7.1mm,结冰剪切粘结强度和抗冲击高度最小。(3)硅树脂@TMDMS涂层水滴预冷时间比硅树脂@PFOTES涂层要长,透明中心出现时间要晚,而结冰剪切粘结强度和抗冲击高度值要低。硅酸钠@HB-E22涂层水滴预冷时间比硅酸钠@HB-G40涂层长,透明中心变浑浊时间要晚,而结冰剪切粘结强度和抗冲击高度值要低。随着疏水剂质量分数增加,水滴预冷时间呈“先增加,后平稳”的趋势,水滴结冰直径减小,结冰剪切粘结强度及抗冲击高度变化趋势不大。(4)随着SiO2粒径增加,涂层延迟结冰时间呈“先轻微波动,后明显下降”趋势,结冰直径增加,结冰剪切粘结强度呈“先小幅上升,后大幅上升”趋势,抗冲击高度呈“先不变,后明显升高”趋势,当SiO2粒径低于50nm时,涂层抑冰疏冰性能较好。(5)喷涂1次涂层的抑冰疏冰性能达不到最佳效果,喷涂2~3次抑冰疏冰性能较好。
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