ES3021582T3

ES3021582T3 - Positive friction control composition for railways

Info

Publication number: ES3021582T3
Application number: ES22205168T
Authority: ES
Inventors: Kelvin Chiddick; Alejandro Medrano; Randall Krinker; Kyle Wilson; David Birdwell
Original assignee: Whitmore Manufacturing LLC
Current assignee: Whitmore Manufacturing LLC
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2025-05-27
Anticipated expiration: 2034-01-03
Also published as: US20150344802A1; CN104918713B; EP4151323B1; EP4151323A1; EP2941324A1; CA2894931C; CA2894931A1; US9617498B2; WO2014107581A1; EP2941324A4; US20170210400A1; WO2014107581A8; US20190176858A1; CN104918713A; EP4151323C0; US20210024106A1; PL4151323T3; US10814890B2; US10214225B2

Abstract

Una composición de control de fricción que tiene propiedades de fricción altas y positivas para superficies de acero deslizantes incluye un hidrocarburo insoluble en agua que permite un contenido de agua reducido, un aditivo reológico, un depresor del punto de congelación, un modificador de fricción y un lubricante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Composición de control de la fricción positiva para vías férreas

Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones de control de la fricción con propiedades de fricción altas y positivas para controlar la fricción de manera positiva entre dos superficies de acero deslizantes, en concreto ruedas de acero sobre raíles de acero en la industria ferroviaria.

Antecedentes de la invención

Las ruedas de transporte de acero y los raíles de acero tienen muchos problemas que requieren el control de la fricción entre las dos superficies. Si no se controla la fricción de manera positiva, se pueden producir problemas de ruido, desgaste importante y un rendimiento inferior al óptimo (desde el punto de vista de la eficiencia) debido a las oscilaciones de retención-deslizamiento ("slip-stick')debidas a la fricción negativa entre las dos superficies de acero deslizantes. Por consiguiente, los modificadores de fricción con fricción alta y positiva para controlar el contacto deslizante y rodante-deslizante en sistemas de transporte de raíles de acero y ruedas de acero son bien conocidos en la técnica. Diversas patentes de Kelsan Technologies describen composiciones modificadoras de la fricción (véanse las patentes de EE. UU. N.° 6,759,372; 6,855,673; 7,045,489; 7,160,378; 7,244,695 y 7,939,476). Estas patentes describen un sistema de base acuosa comercializado por Kelsan. En particular, el documento US 6,855,673 describe una composición líquida para el control de la fricción para usar en condiciones de baja temperatura, que comprende un agente de control reológico, un modificador de la consistencia y un depresor del punto de congelación. La composición líquida para el control de la fricción también puede comprender otros componentes tales como un agente de retención, un antioxidante, un modificador de la fricción, un lubricante, un agente humectante y un conservante.

La solicitud de patente de EE. UU. US 2004/0038831 se refiere a un método para reducir el desgaste de uno o ambos de los dos elementos de acero que tienen superficies en contacto deslizante o deslizante-rodante. El método implica aplicar una composición de control de fricción HPF a una, o más de una, superficie de contacto de uno o ambos de los dos elementos de acero. En un ejemplo particular, la composición de control de la fricción HPF comprende un agente de control reológico, un lubricante, un modificador de fricción y uno, o más de uno, de un agente de retención, un antioxidante, un modificador de la consistencia y un depresor del punto de congelación.

Sin embargo, hay varios problemas con algunos de estos productos modificadores de la fricción de base acuosa. A continuación se exponen ejemplos de los problemas:

Cuando se usa amoniaco en los sistemas de base acuosa, puede provocar la oxidación del equipo. El látex puede causar problemas con los engranajes y otras piezas mecánicas móviles a medida que las composiciones se secan. Estas composiciones pueden formar una capa sobre el líquido cuando se bombea sobre la cabeza del raíl y se deja que el producto se seque antes de ser absorbido por la rueda del tren en un corto período de tiempo, y esto puede hacer que fluya fuera o salpique cuando entran en contacto con las ruedas del tren y, por consiguiente, no ser arrastrado por la vía por las ruedas del tren.

Lo que se necesita es una composición modificadora de la fricción para los aplicadores de la parte superior del raíl que ayude a prevenir la oxidación del equipo con el que entra en contacto.

Otro objeto de la invención es eliminar la película de látex de las composiciones de la técnica anterior de manera que el producto cuando se aplica no tenga película sino que en su lugar forme un depósito suave que no se seca sobre la cabeza del raíl. Este depósito suave que no se seca es recogido por la rueda del tren y arrastrado por el raíl para formar una película continua que controla la fricción entre la rueda y el raíl de manera positiva.

De acuerdo con otro objeto de la invención, la composición de control de la fricción se presenta como un gel o líquido tixotrópico que adelgaza por cizallamiento y vuelve a su estado más espeso y viscoso en condiciones estáticas. La tixotropía de la composición se usa para facilitar la aplicación al raíl y para promover la retención sobre el raíl en su estado más espeso sin la formación de una película. A diferencia de las composiciones de la técnica anterior descritas anteriormente, la composición no forma una película sobre un fluido de baja viscosidad que es expulsado o empujado hacia fuera por el contacto rodante de las ruedas del tren. Por lo tanto, la composición se puede mezclar para obtener un flujo similar a líquido durante la aplicación al raíl, como con los sistemas de bombas montados sobre raíles convencionales Después de la aplicación sobre el raíl, la composición espesa en condiciones estáticas sin secarse ni formar una película y permanece puesta sobre el raíl hasta que es cizallada por el enganche de las ruedas del tren para distribuirla a lo largo de la vía durante el "arrastre".

Otro objeto de la invención es tener un depresor del punto de congelación que no degrade la reología de la composición.

Otro objeto más de la invención es tener una composición que haga que el espesante (p. ej., la arcilla) entre en una matriz de manera que tenga dispersabilidad mejorada.

Además, las composiciones en barra sólida de la técnica anterior, tales como la descrita en la patente de EE. UU. N.° 4,915,856 son bien conocidas en la técnica. Sin embargo, estos modificadores de fricción de barra sólida tienen sus propios problemas, tales como el coste, y necesitan soportes y aplicadores mecánicos para aplicar el producto a la rueda. Con las composiciones en barra sólida, la practicidad de uso y la duración de la eficacia también pueden ser un problema en los trenes de mercancías.

Otro objeto de la invención es cambiar la fricción de deslizamiento de negativa a positiva.

Otro objeto de la invención es reducir el ruido reduciendo o eliminando las oscilaciones de retencióndeslizamiento entre la rueda y el raíl.

Otro objeto de la invención es reducir el deslizamiento lateral, lo que reduce las fuerzas laterales al cambiar la fricción de negativa a positiva entre la rueda y el raíl cuando un tren, especialmente un tren de mercancías, pasa por una curva. Los beneficios de reducir las fuerzas laterales incluyen el aumento de la estabilidad del tren a medida que avanza por la vía y, de manera relacionada, se reduce el desgaste de la cabeza del raíl, las traviesas y las placas de unión. Además, el bogie o carretón se mueve por la curva de una manera mucho más suave, con reducción de movimiento de sacudidas y saltos.

Otro objeto de la invención es reducir el deslizamiento longitudinal en donde la rueda se desliza hacia adelante, tal como ocurre en un sistema de tránsito cuando la rueda se mueve por una curva suave. En el deslizamiento longitudinal, si las ruedas se descentran ligeramente, la locomotora tira de la rueda y la rueda se desliza en la dirección longitudinal. Si este deslizamiento ocurre todo el tiempo, se produce desgaste ondulatorio corto. Se trata de marcas de desgaste en la cabeza del raíl, similares a las ondulaciones que se encuentran en un camino de tierra. Al reducir este deslizamiento, la rueda no se deslizará tanto y se inhibe el desgaste ondulatorio corto.

Otro objeto de la invención es reducir el deslizamiento por giro en donde hay inestabilidad entre la rueda y el raíl, y la rueda casi hace un pequeño círculo en la parte superior de la cabeza del raíl.

Las composiciones de control de la fricción de la presente invención reducen, si no eliminan, estos tres tipos diferentes de deslizamiento al cambiar la fricción negativa por fricción positiva. Las fuerzas laterales son uno de los principales problemas en el ferrocarril de transporte pesado en Norteamérica, y se reducen preferiblemente según la presente invención. Del mismo modo, el deslizamiento longitudinal se reduce, si no se elimina, con el fin de inhibir la formación de desgaste ondulatorio corto en el raíl. La reducción o eliminación del deslizamiento por giro también es deseable con el fin de reducir el desgaste de la rueda y el raíl.

Todos estos deslizamientos son pequeños y están, por ejemplo, en el intervalo de tamaños de micrómetros. Las composiciones de control de la fricción del presente documento son eficaces para cambiar la fricción de negativa a positiva y así reducir o eliminar el deslizamiento y el consiguiente retención-deslizamiento.

Compendio de la invención

La presente invención se refiere a nuevas composiciones de control de la fricción. Más particularmente, la presente invención se refiere a composiciones de control de la fricción que pueden aplicarse a raíles de acero o ruedas de acero que están potencialmente en contacto entre sí por deslizamiento o rodadura-deslizamiento.

Las composiciones de control de la fricción cambian la fricción, o coeficiente de fricción, entre las superficies de acero de negativa a positiva y así reducen o eliminan los deslizamientos laterales, longitudinales y/o de giro con la correspondiente reducción o eliminación de las fuerzas laterales y el desgaste de rueda-raíl, a la vez que se aumenta la estabilidad del tren.

Según realizaciones preferidas de la invención, se evitan los agentes de retención formadores de película de las patentes de Kelsan, véase antes, ya que se cree que la formación de película inhibe las propiedades tixotrópicas uniformes, el cizallamiento efectivo de la composición aplicada tras el paso de las ruedas del tren y el logro de un arrastre mejorado. Por consiguiente, las presentes composiciones se basan preferiblemente en las propiedades tixotrópicas para facilitar la aplicación de la composición, el mantenimiento de la posición de la composición aplicada y el posterior cizallamiento de las ruedas de tren para proporcionar las viscosidades deseables para la distribución de mayores cantidades de composición a lo largo de distancias de arrastre más largas.

Las realizaciones líquidas preferidas de las composiciones de control de la fricción incluyen una cantidad reducida de agua en comparación con las composiciones líquidas de la técnica anterior. El contenido de agua se reduce mediante el uso de un hidrocarburo insoluble en agua que se ha descubierto que mejora aún más la estabilidad de la composición de control de la fricción.

Las composiciones para el control de la fricción en el presente documento se describen con mayor detalle con referencia a las composiciones ilustrativas. Los porcentajes de composición están en porcentaje en peso ( % p/p) a menos que se especifique lo contrario.

Según la presente invención, se proporciona un gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción para usar en aplicaciones en la parte superior de los raíles, como se expone en las reivindicaciones. En particular, la formulación de un gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción para usar en aplicaciones en la parte superior de los raíles según la presente invención se expone en la reivindicación 1 adjunta. Además, la reivindicación 1 adjunta proporciona un método para modificar la fricción de una vía férrea de negativa a positiva usando un gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción que tiene la formulación expuesta en la reivindicación 1.

Debido a algunos de los problemas con los sistemas de base acuosa, se experimentó con varios otros compuestos como un sustituto parcial del agua. Se ha descubierto que la adición de un hidrocarburo insoluble en agua a la composición (p. ej., una isoparafina tal como SOTROL 220) ayuda a reducir el punto de congelación y también ayuda a estabilizar o incluso mejorar la reología de la formulación. Esto es especialmente cierto cuando el hidrocarburo insoluble en agua se compara con otros depresores del punto de congelación tales como la glicerina. Otros hidrocarburos insolubles en agua que tienen ventajas medioambientales sobre las isoparafinas son los aceites vegetales, triglicéridos de origen biológico y aceites grasos tales como el aceite de canola. Los aceites no tienen las mismas ventajas de punto de congelación que las isoparafinas, pero son respetuosos con el medio ambiente.

La adición del hidrocarburo insoluble en agua (ya sea isoparafinas o aceites) en el sistema de base parcialmente acuosa es antiintuitiva porque se habría supuesto que no se mezclaría bien con el agua y, con toda probabilidad, se separaría. Sin embargo, los autores de la invención creen que la arcilla tiene sitios receptores que permiten que el hidrocarburo insoluble en agua se una a la arcilla y mantenga homogéneo el producto final. El resultado es una composición que puede contener cantidades más bajas de agua y, en el caso de las isoparafinas, cantidades más bajas de polialcoholes solubles depresores del punto de congelación, tales como la glicerina. Como se señaló anteriormente, los sistemas de base acuosa tienen problemas con el mantenimiento del sistema y los depresores del punto de congelación típicos pueden producir efectos reológicos negativos en la composición.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 muestra un diagrama del procedimiento para hacer una de las realizaciones de las composiciones de control de la fricción descritas en el presente documento;

La Fig. 2 es un histograma que muestra la relación L/V en el raíl superior de una curva de 5,7° para los ejes de arrastre de un sistema rueda-raíl seco y un sistema rueda-raíl que comprende una composición de control de la fricción según la presente invención;

La Fig. 3 es un histograma similar a la Fig. 2 que muestra la relación L/V en el raíl superior de una curva de 5,7° para los ejes de arrastre de un sistema rueda-raíl seco y un sistema rueda-raíl que comprende una composición de control de la fricción según la presente invención;

La Fig. 4 es un histograma que muestra la distribución de la fuerza lateral para los ejes de arrastre de los sistemas rueda-raíl de la Fig. 2

La Fig. 5 es un histograma similar a la Fig. 4 que muestra la distribución de la fuerza lateral para los ejes delanteros de los sistemas rueda-raíl de la Fig. 2;

La Fig. 6 es un histograma similar a la Fig. 2 que muestra la relación L/V del raíl superior para los ejes delanteros de los sistemas rueda-raíl de la Fig. 2 a una distancia de 11,1 km (6,9 millas) desde el punto de aplicación de la composición de control de la fricción; y

La Fig. 7 es un histograma similar a la Fig. 6 que muestra la relación L/V del raíl inferior para los ejes delanteros de los sistemas rueda-raíl de la Fig. 2 a una distancia de 11,1 km (6,9 millas) desde el punto de aplicación de la composición de control de la fricción.

Descripción detallada de la invención

Volviendo ahora a la figura 1, la composición se puede preparar en un procedimiento discontinuo añadiendo los diversos componentes y luego mezclándolos. Los detalles de los diversos métodos de preparación de las composiciones se exponen en los ejemplos siguientes.

La figura 1 muestra gráficamente las etapas del procedimiento. En la etapa 1, se carga el agua, hidrocarburo insoluble en agua (p. ej., SOTROL 220) y un agente humectante (p. ej., VAN WET 9N9) en un recipiente para procedimiento discontinuo. En la etapa 2, se carga lentamente el aditivo reológico (p. ej., VAN GEL B, cal) en el recipiente. En la etapa 3, esta mezcla se dispersa en condiciones de alto cizallamiento para formar un gel tixotrópico. En la etapa 4, se carga lentamente un depresor del punto de congelación de polialcohol soluble en agua (p. ej., glicerina) mientras se mezcla la composición. La etapa 5 requiere la adición de los siguientes componentes a la mezcla mientras se agita: lubricante líquido o sólido (p. ej., molibdeno superfino, negro de carbón); modificador de la fricción líquido o sólido (p. ej., sulfato de bario y talco); inhibidor de corrosión (p. ej., benzoato de amonio); y biocida/fungicida (p. ej., bencisotiazolinona). En la etapa 6, esta mezcla se dispersa hasta que la molienda es de 5-7 micrómetros en el medidor Hegman.

En el procedimiento de mezcla, la composición se forma como un gel o líquido tixotrópico. La composición tixotrópica puede mezclarse o someter a cizallamiento de otro modo para reducir su viscosidad y aumentar sus propiedades de flujo hasta valores suficientes para la aplicación en forma de un líquido a la cabeza del raíl usando sistemas de bombeo convencionales. Por ejemplo, la viscosidad lograda mediante la mezcla puede estar en el intervalo de aproximadamente 5.000 a aproximadamente 15.000 cP, medida usando un viscosímetro Brookfield de acuerdo con la norma ASTM D 2983-02a. Más preferiblemente, la viscosidad de la mezcla por cizallamiento puede estar en el intervalo de aproximadamente 8.000 a aproximadamente 12.000 cP. El intervalo de viscosidad puede reflejar el modo particular de aplicación al raíl, y se ha encontrado que el intervalo anterior es satisfactorio para el bombeo, pulverización y otras técnicas de aplicación.

Tras terminar la mezcla y cizallamiento, la composición tiene un espesor estático o una consistencia de penetración de cono en el intervalo de aproximadamente 300 a aproximadamente 400 décimas de milímetro, medido usando un ensayo de cono estándar en estado no trabajado de acuerdo con la norma ASTM D 217 -97. Más preferiblemente, la penetración de cono puede variar de aproximadamente 355 a aproximadamente 375 décimas de milímetro. El espesor estático o la consistencia de penetración de cono pueden variarse para reflejar las condiciones atmosféricas.

Se ha descubierto que las propiedades tixotrópicas anteriores son suficientes para permitir la fácil aplicación en el raíl y una mayor distribución o "arrastre" a lo largo de la vía férrea en comparación con las formulaciones modificadoras de la fricción de la técnica anterior.

Por la expresión "hidrocarburo insoluble en agua" se entiende hidrocarburos que normalmente no son miscibles en soluciones de base acuosa. El hidrocarburo insoluble tiene una solubilidad en agua inferior o igual a 10 % en peso, o incluso más específicamente, inferior o igual a 5 % en peso, o incluso más específicamente, inferior o igual a 1 % en peso, en condiciones ambientales de aproximadamente 21°C (70°F) y una atmósfera de presión. Los ejemplos de dicho hidrocarburo insoluble en agua incluyen isoparafinas tales como SOTROL 220 (isoalcanos C13-C16) y aceites vegetales tales como aceite de canola refinado. Otros posibles hidrocarburos insolubles en agua incluyen triglicéridos de origen biológico, aceites grasos, polialfaolefinas tales como DURASYN 162 y SYNFLUID PAO2, y ésteres sintéticos tales como adipato de dioctilo y oleato de isopropilo.

Se ha descubierto que el hidrocarburo insoluble en agua proporciona a la composición ventajas sorprendentes frente al agua. Los sistemas de base acuosa contienen amoniaco y esto puede producir la oxidación del equipo. Además, el látex en los sistemas de base acuosa puede causar problemas con los engranajes y otras piezas mecánicas móviles a medida que las composiciones se secan. Finalmente, la película que se puede formar sobre los sistemas de base acuosa puede producir que fluya hacia fuera o salpique cuando entra en contacto con las ruedas del tren y, por consiguiente el compuesto modificador de fricción no es arrastrado por la vía por las ruedas del tren. Una menor cantidad de agua en la composición puede ayudar con todos estos problemas. Los autores de la invención han descubierto que es ventajoso reemplazar parte del agua por un hidrocarburo insoluble en agua.

En el pasado, cuando las personas han intentado reducir el nivel de agua en sus composiciones de control de la fricción, a veces han intentado reemplazar parte del agua con depresores de la congelación, tales como la glicerina. Sin embargo, esto tiene el inconveniente de que cantidades elevadas de depresores del punto de congelación de polialcoholes solubles en agua (p. ej., glicerina) pueden tener efectos negativos en la composición modificadora de la fricción, ya que este tipo de depresores del punto de congelación pueden causar problemas reológicos, ya que los espesantes (p. ej., las arcillas) no permanecen en el sistema homogéneo.

Los autores de la invención han descubierto que reemplazar parte del agua por un hidrocarburo insoluble en agua (p. ej., SOTROL 220) puede mejorar la composición general al eliminar o minimizar los efectos negativos expuestos anteriormente. La adición de un hidrocarburo insoluble en agua al sistema es antiintuitiva ya que, por definición, un hidrocarburo insoluble en agua no debe mezclarse bien con una composición que contenga agua. Sin embargo, sorprendentemente, descubrieron que ciertos hidrocarburos insolubles en agua (p. ej., SOTROL 220 y aceite de canola refinado) se mezclan bien con las composiciones descritas en el presente documento porque el hidrocarburo insoluble en agua entra en una matriz con la arcilla de la composición.

Por la expresión "modificador de fricción" se entiende un polvo sólido que cambia el coeficiente de fricción, en este caso, de negativo a positivo. Los ejemplos de dichos modificadores de fricción líquidos o sólidos incluyen talco y sulfato de bario. Los modificadores de fricción se pueden elegir de la siguiente lista de modificadores de fricción, pero no se limitan a estos modificadores de fricción, WHITING (carbonato de calcio), BLANC FIXE (sulfato de calcio), fibra mineral, polvo de wollastonita, cáscaras de anacardo en polvo, carbonato de calcio, óxido de aluminio, sílice amorfa, óxido de sílice, óxido de magnesio, carbonato de magnesio, óxido de plomo y coque de carbón.

Por la expresión "lubricante sólido" se entiende un material sólido que reduce la fricción entre dos superficies metálicas deslizantes. Ejemplos de dos lubricantes preferidos son el disulfuro de molibdeno superfino y el negro de carbón (en algunas realizaciones, usados en combinación entre sí). Una lista no exclusiva de otros posibles lubricantes líquidos o sólidos incluye el grafito y el estearato de zinc. Sin embargo, esta invención no se limita solo a estos lubricantes.

Por la expresión "agente humectante" se entiende un tensioactivo que ayuda al líquido a humedecer los sólidos de la fórmula. Un ejemplo preferido de dicho agente humectante incluye Triton X-100. Una lista no exclusiva de otros posibles agentes humectantes incluye UNIVAR carbonato de propileno técnico", CO630, TEXAANOL y TEXAPON P,

Por la expresión agente reológico, se entiende una arcilla u otra sustancia que se expande en el agua para producir una mezcla tixotrópica. Un ejemplo de uno de dichos agentes reológicos comprende arcilla tal como VAN GEL B. Otro ejemplo de un agente reológico utilizable con arcilla es la cal hidratada. Otros agentes reológicos potenciales son la metiletilhidroxicelulosa y la etilhidroxicelulosa.

Por la expresión depresor del punto de congelación, normalmente se entiende un polialcohol que, cuando se mezcla con agua, reduce el punto de congelación del agua. Un ejemplo preferido de dicho depresor del punto de congelación incluye la glicerina SUPER KPO.

Hay múltiples maneras de preparar la composición de control de la fricción descrita en el presente documento. La composición comprende a) de aproximadamente 15 a aproximadamente 29 por ciento en peso de agua; b) de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 por ciento en peso de tensioactivo o agente humectante (p. ej., carbonato de propileno); c) de 1 a aproximadamente 6 por ciento en peso de lubricante sólido (p. ej., disulfuro de molibdeno y negro de carbón); d) de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 por ciento en peso de agente de control reológico (p. ej., arcilla y cal); (e) de aproximadamente 11 a 28 por ciento en peso de hidrocarburo insoluble en agua (p. ej., SOTROL 220 o aceite de canola) (f) de aproximadamente 22 a 40 por ciento en peso de depresor del punto de congelación (p. ej., glicerina); (g) de aproximadamente 9 a 24 por ciento en peso de modificador de fricción sólido (p. ej., talco y sulfato de bario (h) composición antioxidante de aproximadamente 0,1 a 0,5 (p. ej., COUNTER RUST 267®); e (i) de aproximadamente 0,05 a 0,2 por ciento en peso de agente biocida o fungicida (p. ej., nitrobutilmorfolina).

Los siguientes ejemplos 1 a 6 ilustran otras composiciones de control de la fricción preferidas según la invención, que comprenden:

(a) de 24 a 25 % p/p de agua

(b) de 4 a 7 % p/p de aditivo reológico

(c) de 14 a 18 % p/p de hidrocarburos insolubles en agua (p. ej., isoparafinas, aceites vegetales, triglicéridos de origen biológico o aceites grasos).

(d) de 22 a 32 % p/p de depresor del punto de congelación

(e) de 14 a 18 % p/p de modificador de fricción sólido

(f) de 2 a 3 % p/p de lubricante sólido

(g) de 1 a 3 % p/p de tensioactivo o agente humectante

(h) de 0,2 a 0,5 % p/p de inhibidor de corrosión

(i) de 0,1 a 0,2 % p/p de agente biocida/fungicida

En una realización de la invención (véase el ejemplo 5), se ha descubierto que la adición de un hidrocarburo insoluble en agua (como ejemplo no exclusivo, el disolvente parafínico o isoparafínico SOTROL 220) ayuda a reducir el punto de congelación y también ayuda a estabilizar o incluso mejorar la reología de la formulación. Esto es especialmente cierto cuando el hidrocarburo insoluble en agua se compara con otros depresores del punto de congelación tales como la glicerina. La adición del hidrocarburo insoluble en agua es antiintuitiva porque se habría supuesto que no se mezclaría bien con la formulación de base acuosa de esta invención y, con toda probabilidad, se separaría. Sin embargo, los autores de la invención creen que la arcilla tiene sitios receptores que permiten que el hidrocarburo insoluble en agua se una a la arcilla y mantenga homogéneo el producto final.

En otra realización más de la invención (véanse los ejemplos 1-4), se ha descubierto que añadir un aceite vegetal (como ejemplo no exclusivo, aceite de canola refinado) tiene algunas de las ventajas de las parafinas o isoparafinas tales como SOTROL 220, pero también incluye ventajas medioambientales, tales como tener un punto de inflamación más alto y ser biodegradable.

En otra realización más de la invención (véanse los ejemplos 2-3), se ha descubierto que la adición de negro de carbón tiene algunas ventajas. El negro de carbón se añadió originalmente como un lubricante sólido a la formulación con el fin de reducir los costos usando un lubricante menos costoso que el disulfuro de molibdeno. Sin embargo, además de reducir el coste de la formulación, se descubrió sorprendentemente que el negro de carbón también ayuda a la estabilidad de la composición (es decir, menos separación) y puede proporcionar un aumento sorprendente de la viscosidad, lo que en algunas realizaciones también es muy útil. El negro de carbón se puede añadir en intervalos de 0,5 a 5 %.

En otra realización más de la invención (véase el ejemplo 1), se usa un disolvente aprótico que presenta una solubilidad en agua limitada (p. ej., carbonato de propileno, la solubilidad en agua es de 17,5 % a 25 °C) en lugar de las altas cantidades de glicerina usadas en otros ejemplos expuestos más adelante. El carbonato de propileno hace que el espesante (p. ej., la arcilla) entre en una matriz de manera que tiene mejor solubilidad y puede dar como resultado un producto de mayor fricción que el que se puede lograr con glicerina. El carbonato de propileno también ayuda como depresor del punto de congelación y mejora la eficacia del producto a temperaturas más bajas.

En otra realización más de la invención (véase el ejemplo 7), puede ser deseable en ciertos ambientes de clima frío (p. ej., a o por debajo de aproximadamente 40 grados centígrados negativos) que la formulación contenga cantidades mucho más altas de depresores del punto de congelación, tales como glicerina o propilenglicol. En estos ambientes de clima extremadamente frío, puede ser deseable reemplazar algunos (o incluso todos) los hidrocarburos insolubles en agua por un depresor del punto de congelación. En al menos una realización de la composición para climas fríos, la relación de glicerina a agua será de al menos 63 % de glicerina a 37 % de agua. Para otros depresores de la congelación, la relación del depresor al agua puede diferir en función de la curva del punto de congelación. Basándose en el comportamiento del punto de congelación de estas mezclas fluidas, normalmente se denominan mezclas eutécticas. Las mezclas de propilenglicol:agua mantienen los puntos de congelación a -40 °C o menos en cualquier relación de 55 % o más de propilenglicol. La relación de glicerina:agua estará dentro del intervalo de 63 - 70 % de glicerina para un flujo a temperatura fría de hasta -40 °C (-40° F).

Ejemplo 1 (las cantidades siguientes son porcentajes en peso).

Añadir carbonato de propileno técnico UNIVAR 2,0 a agua del grifo en el tanque y agitar a velocidades bajas. 24,0 Añadir la primera porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita durante 30 min con 4,5 mezclador Cowles a altas velocidades.

Añadir glicerina SUPER KPO lentamente y mezclar a alta velocidad durante 10 min. 31,6 Añadir una segunda porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita durante 30 min 2,5 con mezclador Cowles a altas velocidades.

Añadir aceite de canola refinado AGRIPURE 60 lentamente y mezclar durante 15 minutos a alta 17,8 velocidad.

Añadir en orden mientras se agita, disulfuro de molibdeno THOMPSON CREEK SUPERFINE y 3,0 mezclar a alta velocidad durante 15 minutos.

Añadir baritas, sulfato de bario BARIMITE XF y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 3,0 Añadir talco, silicato de magnesio NICRON 604 y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 11,3 Añadir COUNTER RUST LT-267 y mezclar a velocidades medias durante 15 minutos. 0,2 Añadir antifúngico, nitrobutilmorfolina BIOBAN P 1487 y mezclar a velocidad media durante 15 0,1 minutos.

Dispersar hasta que la molienda sea de 5-7 en el medidor Hegman.

Ejemplo 2:

Añadir agua del grifo al recipiente agitar a bajas velocidades. 24,0 Añadir la primera porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita con un mezclador 4,5 Cowles a altas velocidades.

Añadir el agente humectante TRITON X-100 a la mezcla 2,0 Añadir glicerina SUPER KPO lentamente y mezclar a alta velocidad durante 10 min. 29,5 Añadir la segunda porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita durante 30 min con 2,5 mezclador Cowles a altas velocidades.

Añadir lentamente aceite de canola refinado AGRIPURE 60 Y mezclar durante 15 minutos a alta 14,6 velocidad.

Añadir en orden mientras se agita, disulfuro de molibdeno THOMPSON CREEK SUPERFINE Y 2,0 mezclar a alta velocidad durante 15 minutos.

Añadir baritas, sulfato de bario BARIMITE XF y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 3,0 Añadir talco, silicato de magnesio NICRON 604 y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 15,0 Añadir negro de carbón y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 2,5 Añadir COUNTER RUST LT-267 y mezclar a velocidades medias durante 15 minutos. 0,2 Añadir antifúngico, K 80078 y mezclar a velocidades medias durante 15 minutos. 0,2

Dispersar hasta que la molienda sea de 4-8 en el medidor Hegman.

Ejemplo 3:

Añadir agua del grifo al recipiente agitar a bajas velocidades. 25,0 Añadir la primera porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita con un mezclador 4,5 Cowles a altas velocidades.

Añadir el agente humectante TRITON X-100 a la mezcla. 2,5 Añadir glicerina SUPER KPO lentamente y mezclar a alta velocidad durante 10 min. 27,9 Añadir la segunda porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita durante 30 min con 2,5 mezclador Cowles a altas velocidades.

Añadir en orden mientras se agita, disulfuro de molibdeno THOMSON CREEK SUPERFINE Y 2,0 mezclar a alta velocidad durante 15 minutos.

Añadir baritas, sulfato de bario BARIMITE XF y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 3,0 Añadir talco, silicato de magnesio NICRON 604 y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos 15,0 Añadir negro de carbón y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 2,5 Añadir cal hidratada, Ca(OH)2 Y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos. 0,1 Añadir COUNTER RUST LT-267 y mezclar a velocidades medias durante 15 minutos. 0,2 Añadir antifúngico, antimicrobiano PROXEL GXL y mezclar a velocidades medias durante 15 0,2 minutos.

Dispersar hasta que la molienda sea de 4-8 en el medidor Hegman.

Ejemplo 4

Añadir agua del grifo al recipiente y agitar a bajas velocidades. 24,0 Añadir la primera porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita con un mezclador 4,5 Cowles a altas velocidades.

Añadir agente humectante TRITON X-100 a la mezcla. 2,0 Añadir glicerina SUPER KPO lentamente y mezclar a alta velocidad durante 10 min. 28,5 Añadir la segunda porción de VAN GEL B (arcilla) lentamente mientras se agita durante 30 min con 2,5 mezclador Cowles a altas velocidades.

Añadir lentamente aceite de canola refinado AGRIPURE 60 y mezclar durante 15 minutos a alta 17,8 velocidad.

Añadir en orden mientras se agita, disulfuro de molibdeno THOMPSON CREEK SUPERFINE y 3,0 mezclar a alta velocidad durante 15 minutos. y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos.

Añadir baritas, sulfato de bario BARIMITE XF 3,0 Añadir talco, silicato de magnesio NICRON 604 Y mezclar a altas velocidades durante 15 minutos 11,3 Añadir COUNTER RUST LT-267 y mezclar a velocidades medias durante 15 minutos. 0, 2Añadir antifúngico, antimicrobiano PROXEL GXL y mezclar a velocidades medias durante 15 0,2 minutos

Dispersar hasta que la molienda sea de 4-8 en el medidor Hegman.

Ejemplo 5

Añadir TRITON X-100 24,0 y agua del grifo en el tanque y agitar. 1,0 Añadir lentamente VAN GEL B (arcilla) mientras se agita con el mezclador Cowles, se volverá 4,6 muy espeso.

Añadir lentamente mientras se agita disolvente isoparafínico SOTROL 220 30,0 Cuando esté bien disperso, añadir glicerol lentamente mientras se agita, comprobar que el 22,0 producto sigue siendo tixotrópico.

Añadir en orden mientras se agita, grado superfino de disulfuro de molibdeno, 2,0 sulfato de bario, 3,0 talco, 12,5 cal hidratada, 0,2 COUNTER RUST LT-267, 0,5 Biocida K 78 (dilución 1:10) 0,2

Dispersar hasta que la molienda sea de 5-7 en el medidor Hegman.

Ejemplo 6

Añadir agua del grifo en el tanque y agitar. 25,0 Añadir VAN GEL B (arcilla) 2,5 y arcilla GARAMTIE 1,5 Añadir TRITON X-100 Añadir lentamente mientras se agita con el mezclador Cowles, se volverá 2,0 muy espeso.

Añadir glicerol lentamente mientras se agita, 31,5 Añadir en orden mientras se agita, grado superfino de disulfuro de molibdeno, 2,0 sulfato de bario, 3,0 talco 15,0 negro de carbón, 2,5 COUNTER RUST LT-267, 0,2 Antimicrobiano PROXEL 0,2 Añadir aceite de canola 14,6

Dispersar hasta que quede homogéneo.

En los ejemplos anteriores, se consiguen las propiedades tixotrópicas mencionadas anteriormente. Es decir, la composición mezclada por cizallamiento tiene un espesor o viscosidad en el intervalo de aproximadamente 8.000 a aproximadamente 12.000 cP para facilitar la aplicación al raíl usando técnicas convencionales. La composición estática tiene un espesor o consistencia de penetración de cono de aproximadamente 355 a aproximadamente 375 para mantener la composición sobre el raíl para su posterior arrastre mediante el paso de las ruedas del tren.

Ejemplo 7

Añadir TRITON X-100 2,0 y agua del grifo 25,0 en el tanque y agitar.

Añadir VAN GEL B (arcilla) 2,0 GARAMITE (arcilla) 2,0 Cuando esté bien disperso, añadir glicerol 46,0 lentamente mientras se agita,

comprobar que el producto sigue siendo tixotrópico,

Añadir en orden mientras se agita,

disulfuro de molibdeno de grado superfino 2,0 sulfato de bario 3,0 talco 15,0 cal hidratada 0,1 negro de carbón 2,5 COUNTER RUST LT-267 0,2 Biocida K 78 (dilución 1:10) 0,2

Dispersar hasta que la molienda sea de 5-7 en el medidor Hegman.

Los datos de rendimiento que usan las composiciones de control de la fricción descritas en el presente documento han confirmado que las composiciones son sorprendentemente más efectivas que los modificadores de composiciones de fricción de la parte superior del raíl de la técnica anterior. En los siguientes ensayos, trenes "nuevos" que tenían vagones de carbón cargados con 129.727 kg (286.000 libras) pasaron por encima de un aplicador dispuesto para aplicar la composición del ejemplo 2. El aplicador se montó en el lado del campo de la vía y bombeó la composición líquida mezclada por cizallamiento sobre la cabeza del raíl de una manera convencional y en una cantidad por delante de la curva de ensayo en la vía. La composición vuelve a su estado estático en el raíl antes de acoplarse con las ruedas del tren. Los trenes son "nuevos" en cuanto que las ruedas no se trataron previamente, sino que las ruedas estaban secas y tenían contaminantes que se encuentran normalmente en el transporte ferroviario. El producto es recogido por las ruedas y transportado en el "parche de contacto" de rueda-raíl por la vía hasta la curva para proporcionar los beneficios de la invención.

Con referencia a la Fig. 2, se muestra la reducción de las fuerzas laterales y el logro de un coeficiente de fricción o fricción positivo para el uso de la composición de control de la fricción según el ejemplo 2 anterior. Para este fin, se compara un sistema rueda-raíl seco con un sistema rueda-raíl que tiene el control de fricción de la presente invención aplicado en forma líquida en la parte superior del raíl como se describió anteriormente.

La Fig. 2 muestra la distribución de la relación L/V en el raíl superior de una curva de 5,7° para los ejes de arrastre del sistema rueda-raíl en seco y el sistema rueda-raíl que comprende la composición de control de la fricción del ejemplo 2. La composición de control de la fricción reduce las fuerzas laterales como lo indica la relación L/V más baja. Es decir, la composición del ejemplo 2 cambia la fricción de negativa a positiva, limita el deslizamiento de la rueda sobre la cabeza del raíl y reduce la fuerza de acoplamiento lateral y/o el contacto de la pestaña de la rueda con la cara lateral del raíl. Por consiguiente, se reduce la relación L/V.

También se ha descubierto que la composición del ejemplo 2 tiende a limitar la variación de la relación L/V para así lograr una agrupación más estrecha de los puntos de datos. También se cree que esto está relacionado con el suavizado del viaje en tren y el aumento de la estabilidad del tren.

Con referencia a la Fig. 3, la relación L/V se muestra para los ejes delanteros de los vagones de la Fig. 2 para el sistema rueda-raíl en seco en comparación con el sistema rueda-raíl que tiene la composición de control de la fricción del ejemplo 2. A medida que aumenta la estabilidad, la relación L/V del sistema rueda-raíl tratado disminuye a valores inferiores a los del sistema rueda-raíl en seco.

Haciendo referencia a las Figs. 4 y 5, los histogramas muestran la distribución de la fuerza lateral para los ejes de arrastre y delantero de los vagones de tren de las Figs. 2 y 3. Como se muestra, las fuerzas laterales se reducen.

Haciendo referencia a las Figs. 6 y 7, se muestra el "arrastre" mejorado de las composiciones de la invención. Como se indicó anteriormente, el arrastre es cuánto de lejos es transportada la composición de control de la fricción a lo largo de la vía en una cantidad efectiva desde el lugar de aplicación. Cuanto más adelante se lleve la composición, mejor para el cliente de la vía férrea, ya que la composición de control de la fricción funciona a lo largo de una distancia mayor (p. ej., la retención-deslizamiento y el deslizamiento se reducen junto con el logro de los demás beneficios descritos anteriormente). Esto puede ahorrar mucho dinero a los clientes de las vías férreas al requerir menos aplicadores y también menos productos para el control de la fricción.

Con ese fin, las relaciones L/V para los sistemas rueda-raíl de las Figs. 2-5 se midieron a una distancia de 11,1 km (6,9 millas) desde el punto de aplicación y se muestran en las Figs. 6 y 7. Se ha descubierto en ensayos externos que las composiciones de control de la fricción descritas en el presente documento tienen un arrastre de dos a tres veces mayor que los productos de la técnica anterior. Este aumento drástico sorprende tanto a los evaluadores externos como a los clientes potenciales.

La presente invención se ha descrito con respecto a las realizaciones preferidas. Sin embargo, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar varias variaciones y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención tal como se describe en el presente documento. En la memoria descriptiva, la palabra "que comprende" se usa como un término abierto, sustancialmente equivalente a la frase "que incluye, pero no se limita a", y la palabra "comprende" tiene un significado correspondiente. La cita de referencias no es una admisión de que dichas referencias sean técnica anterior a la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción para usar en aplicaciones en la parte superior de raíles, que comprende:

(a) de 15 a 29 % p/p de agua;

(b) de 1 a 10 % p/p de aditivo reológico, en donde el aditivo reológico es una sustancia que se expande en agua para producir una mezcla tixotrópica, seleccionándose el aditivo reológico del grupo que consiste en arcilla, una mezcla de arcilla y cal hidratada, metiletilhidroxicelulosa o etilhidroxicelulosa;

(c) de 11 a 28 % p/p de componente insoluble en agua seleccionado del grupo que consiste en isoparafinas, aceites vegetales, triglicéridos de origen biológico, aceites grasos, polialfaolefinas y ásteres sintéticos; (d) de 22 a 40 % p/p de depresor del punto de congelación de polialcohol soluble en agua;

(e) de 9 a 24 % p/p de modificador de fricción sólido, en donde el modificador de fricción sólido es un material que cambia el coeficiente de fricción, seleccionándose el modificador de fricción sólido del grupo que consiste en sulfato de bario, talco, carbonato de calcio, sulfato de calcio, fibra mineral, polvo de wollastonita, cáscaras de anacardo en polvo, óxido de aluminio, sílice amorfa, óxido de sílice, óxido de magnesio, carbonato de magnesio, óxido de plomo y coque de carbón;

(f) de 1 a 6 % p/p de lubricante sólido, en donde el lubricante sólido es un material sólido que reduce la fricción entre dos superficies deslizantes, seleccionándose el lubricante sólido del grupo que consiste en molibdeno superfino, disulfuro de molibdeno superfino, negro de carbón, grafito y estearato de zinc; (g) de 1 a 3 % p/p de tensioactivo o agente humectante;

(h) de 0,1 a 0,5 % p/p de composición antioxidante; y

(i) de 0,1 a 0,2 p/p de agente biocida/fungicida.

2. El gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción de la reivindicación 1, en donde el gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción está libre de un miembro seleccionado del grupo que consiste en acrílico, poli(alcohol vinílico), poli(cloruro de vinilo), oxazolina, epoxi, alquido, uretano-acrílico, alquido modificado, látex acrílico, híbridos epoxi-acrílicos, poliuretano, acrilato de estireno y compuestos a base de estireno-butadieno.

3. El gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción de la reivindicación 1 o 2, en donde dicho componente insoluble en agua se selecciona del grupo que consiste en isoparafinas y aceites grasos.

4. El gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dicho componente insoluble en agua se selecciona del grupo que consiste en isoalcanos C13 a C16 y aceite de canola.

5. El gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicha composición tiene una viscosidad alcanzada mediante mezcla por cizallamiento en el intervalo de 5.000 a 15.000 cP, y al terminar la mezcla por cizallamiento y volver a condiciones estáticas, la composición tiene una viscosidad estática o un espesor de penetración de cono en el intervalo de 300 a 400 décimas de milímetro.

6. El gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además un disolvente aprótico que presenta solubilidad en agua limitada.

7. El gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde o bien:

(a) el aditivo reológico es arcilla;

(b) el componente insoluble en agua es aceite de canola;

(c) el depresor del punto de congelación es glicerina,

o

(d) el lubricante sólido es negro de carbón y/o disulfuro de molibdeno.

8. El gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el aditivo reológico comprende arcilla, en donde la arcilla tiene sitios receptores y el componente insoluble en agua se une a los sitios receptores de la arcilla.

9. Un método para modificar la fricción de una vía férrea de negativa a positiva, que comprende:

mezclar el gel o líquido tixotrópico para el control de la fricción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 aplicando cizallamiento para adelgazar o reducir el espesor o la viscosidad de la composición; aplicar dicha composición adelgazada a la parte superior de un raíl; y

hacer que dicha composición adelgazada en la parte superior del raíl se deposite en una condición estática de mayor viscosidad suficiente para mantener la composición en la posición en la parte superior del raíl como una composición no secada para el acoplamiento por una rueda de tren con adelgazamiento por cizallamiento y distribución de la composición a lo largo del raíl para cambiar la fricción de negativa a positiva.