CN102875983B - 一种桥梁支撑滑动元件用热塑性聚酯组合物以及一种滑动元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于滑动元件的热塑性聚酯组合物，按重量分数计包括：热塑性聚酯100~200份；润滑剂1~10份；其中所述热塑性聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其衍生物中的一种或多种。还包括了一种由本发明提供的组合物制备的滑动元件，所述滑动元件尺寸稳定性好，耐候性好，在高载荷下形变较小。

Description

一种桥梁支撑滑动元件用热塑性聚酯组合物以及一种滑动元件

技术领域

本发明涉及聚合物材料领域，具体涉及一种滑动元件用热塑性聚酯组合物以及一种滑动元件。

背景技术

在建筑、机械、汽车领域的结构工程应用中，存在使用的耐磨滑动元件结构，其需要承受相当的负载或能适于各级地震，并在结构的不同部件之间允许相对运动，包括相对滑动、旋转或转动。在结构中设置滑动块或铰链连接以满足上述运动。

上述滑动块或铰链连接通常包括一对适于相对滑动、旋转和/或转动的平或曲表面以允许相对运动和/或旋转。为了尽量减少各部分中静态和动态摩擦，上述一对表面的第一表面由金属例如奥氏体不锈钢或铝合金或镀硬铬铁素体钢制成，而另一表面方便地由一种低摩擦聚合物制成。在滑动表面之间通常使用润滑剂用于进一步减少各部分之间的摩擦。

自从上世纪六十年代聚四氟乙烯（PTFE）被广泛用作低摩擦材料，其具有良好的抗压强度、化学惰性、耐候性和低摩擦系数，很适合耐磨滑动元件结构。然而，PTFE的已知缺点使其在滑动元件的应用上存在一定的局限性。

PTFE存在“冷流”的蠕变现象，在高温时该现象更加明显。同时，在温度高于30℃时，PTFE的硬度变小。因此在较高及高温条件下，PTFE滑动元件结构在压缩负载方面受到限制。欧洲标准EN 1337规定PTFE滑动元件结构极限使用温度为48℃，以30℃作为临界点，温度在30℃以上，每增加1℃，PTFE滑动元件结构的抗压强度设计就要减少2%以降低PTFE的变形。从安全和经济的角度看，抗压强度的减少给其带来局限性。而玻璃纤维和碳纤维填充PTFE可以克服高温下材料变软的问题，但这些复合材料的摩擦系数比纯PTFE高，加速了与金属的磨损。其次，PTFE在低温下摩擦系数增大。在-35℃时，其与不锈钢的静摩擦系数上升至0.035。为说明这种影响，欧洲标准EN 1337-2规定最低使用温度为-35℃，排除在温度很低的北欧国家的使用。另外，PTFE的耐磨性相对较差。在极有利的条件下，用高性能的油脂润滑抛光的金属表面，PTFE的最大滑动距离达到10km，欧洲标准EN 1337以此作为PTFE的使用寿命。然而在苛刻的环境条件下，比如说滑动表面和润滑油的污染、金属表面变得更粗糙以及高温的使用环境都将加大PTFE的磨损。

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）被称为令人神奇的塑料，通过改性后具有良好的机械强度、较高的耐磨性、低摩擦系数的特点，较多应用于耐磨滑动元件结构。但是，上述材料在高载荷时形变较大，在高温度下其机械强度会迅速衰减，其工作温度不能用于高于48℃的条件，而且尺寸收缩率较大，诸多问题限制了其使用范围。另外，其成型加工方式局限为模压，成型效率较低。

聚酰胺（PA）具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，在制造耐磨滑动元件上有一定应用。但其吸水性大，尺寸稳定性差使其应用范围变窄。

聚甲醛（POM）为高度结晶的树脂，在热塑性树脂中是最坚韧的，具有很低的摩擦系数、耐高温和很好的几何稳定性的特性，较适合于制作耐磨滑动元件。但其不耐强酸强碱、耐侯差的缺点，使其不能用于特殊环境的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种尺寸稳定性好，耐候性好，在高载荷下形变较小的耐磨滑动元件用热塑性聚酯组合物以及一种耐磨滑动元件。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用于滑动元件的热塑性聚酯组合物，按重量分数计包括：

热塑性聚酯100~200份；

润滑剂1~10份；

其中所述热塑性聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其衍生物中的一种或多种。

优选的，所述润滑剂选自：聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、硅酮粉或硅酮母粒、二硫化钼、石墨、碳黑、碳化硅和氮化硅中的一种或多种。

优选的，按重量分数计还包括增强耐压填料1~10份。

优选的，所述增强耐压填料选自玻璃纤维、玻璃微珠、陶瓷微珠、硫酸钡和滑石粉中的一种或多种。

本发明还提供了一种滑动元件，包括：支撑部和/或滑动部；所述滑动部和/或支撑部滑动连接，且所述支撑部和滑动部由权利要求1所述的组合物形成；所述滑动元件为结构工程滑动元件；

所述桥梁支撑滑动元件的承载压为50MPa以上，滑动路程80km以上或滑动速度40mm/s以上。

优选的，所述滑动元件通过以下方法制备：

将所述组合物按照重量份数配比熔融混炼、挤出造粒，得到混合母料；

将所述混合母料模压、挤出或注射成型得到滑动元件。

优选的，所述滑动元件为板、环和/或套。

优选的，所述板、环和/或套的表面包括至少一个凹槽。

优选的，所述凹糟中设置有润滑材料。

优选的，所述结构工程滑动元件为桥梁滑动支承中的耐磨滑动元件。

本发明提供的滑动元件用热塑性聚酯组合物，使用热塑性聚酯和润滑剂组合，其中所述热塑性聚酯组合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物和聚对苯二甲酸丁二醇酯及其衍生物中的一种或多种。相比较现有技术中提供的结构工程用滑动元件材料，本发明提供的现有的结构工程用滑动元件原料使用热塑性聚酯组合物，热塑性聚酯具有良好的耐磨耐压性能，强度高，韧性好，高载荷下形变较小。另外热塑性聚酯具有良好的耐候性，在不添加防老剂、抗氧化剂等助剂的情况下依然具有较长的使用寿命，在较高或较低温度下，都具有良好的性能。

本发明还提供了一种滑动元件，包括支撑部和/或滑动部；所述滑动部和/或支撑部滑动连接，且所述支撑部和/或滑动部由权利要求1所述的组合物形成；所述滑动元件为结构工程滑动元件。由于使用了热塑性聚酯作为滑动元件的原料，使所述滑动元件具有良好的耐磨性能，尺寸稳定性好，耐候性好，在高载荷下形变较小。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明提供了一种用于滑动元件的热塑性聚酯组合物，按重量分数计包括：

热塑性聚酯；

润滑剂；

其中所述热塑性聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其衍生物中的一种或多种。

为了解决现有技术中几种不同聚合物制备的滑动元件的缺点，本发明提供了一种滑动元件用热塑性聚酯组合物，使用热塑性聚酯和润滑剂混合。其中所述热塑性聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其衍生物中的一种或几种。优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯。

为了增加所述热塑性聚酯的润滑耐磨性能，在所述组合物中包括润滑剂。按照本发明，所述润滑剂优选聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、硅酮粉或硅酮母粒、二硫化钼、石墨、碳黑、碳化硅和氮化硅中的一种或多种。

按照本发明，为了进一步增加滑动元件的强度和滑动性能，优选在所述组合物中添加按重量分数计1~10份的增强耐压填料。所述增强耐压填料优选选自玻璃纤维、玻璃微珠、陶瓷微珠、硫酸钡和滑石粉中的一种或多种。

按照本发明，所述组合物按重量份数计包括：热塑性聚酯100~200份，优选为120~180份，更优选为150~160份；润滑剂1~10份；优选为2~8份，更优选为4~6份。

还提供了一种滑动元件，包括支撑部和/或滑动部；所述滑动部和/或支撑部滑动连接，且所述支撑部和滑动部由权利要求1所述的组合物形成；所述滑动元件为结构工程滑动元件。

所述桥梁支撑结构工程耐磨滑动材料对于承载压、滑动路程、滑动速度和耐高温温度至少具有一个值，优选的所述桥梁支撑滑动元件满足如下条件：承载压为50MPa以上，滑动路程80km以上或滑动速度40mm/s以上。更优选的，所述承载压为60MPa以上，滑动路程100km以上，滑动速度45mm/s以上。所述承载压、滑动距离和滑动速度通过国家铁道部颁发的《客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件补充规定》中的方法进行检测。

按照本发明所述滑动元件优选为能够相互滑动的板、环和/或套，所述板、环和/或套表面包括至少一个凹槽，所述凹槽可以用于填充液体润滑材料。按照本发明，所述润滑材料优选为硅油类润滑脂或其他类型的合成油润润滑脂。按照本发明所述工程滑动元件优选为桥梁滑动支撑中的耐磨滑动元件。按照本发明所述工程滑动元件优选为轨道车辆抗侧滚扭杆装置用摩擦套。

按照本发明，所述滑动元件通过以下方法制备：将所述组合物按照重量份数配比熔融混炼、挤出造粒，得到混合母料；将所述混合母料模压、挤出或注射成型得到滑动元件。在熔融混炼之前还包括将所述组合物按配比烘干，所述干燥温度为110~120℃。挤出温度有选为200~260℃，母料成型为滑动元件的温度有选为200~260℃。

本发明提供的滑动元件还优选应用于高速铁路或轨道交通中的桥梁支撑，包括支撑部和/或滑动部；所述滑动部和/或支撑部滑动连接，且所述支撑部和/或滑动部由权利要求1所述的组合物形成；所述滑动元件为结构工程滑动元件。由于使用了热塑性聚酯作为滑动元件的原料，使所述滑动元件具有良好的耐磨性能，尺寸稳定性好，耐候性好，在高载荷下形变较小。

以下为本发明具体实施例，详细阐述本发明技术方案。其中，本发明实施例使用的主要原料来源为：台湾长春PBT 1100、中石化仪征PBT L2100G、上海远纺PET CB608S。

实施例1

本实施例制备的滑动元件为热塑性聚酯板在建筑工程用作桥梁滑动支承中的耐磨滑动元件材料。此滑动元件材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯100份和聚对苯二甲酸丁二醇酯100份作为基体材料，添加10份的聚四氟乙烯、10份玻璃纤维，混合均匀后进行熔融、挤出、造粒制成耐磨聚合物材料，再将此粒料于110℃条件下烘干。最后将粒料加入注塑机料筒之内，料筒温度为250℃，经加热、熔融、塑化之后，注塑成型制成热塑性聚酯耐磨滑动元件材料。

实施例2

本实施例制备的滑动元件为热塑性聚酯板在建筑工程用作桥梁滑动支承中的耐磨滑动元件材料。此滑动元件材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯100份作为基体材料，添加3份聚四氟乙烯、2份二硫化钼、3份滑石粉及1份玻璃纤维，混合均匀后进行熔融、挤出、造粒制成耐磨聚合物材料，再将此粒料于120℃条件下烘干。最后将粒料加入注塑机料筒之内，料筒温度为230℃左右，经加热、熔融、塑化之后，注塑成型制成热塑性聚酯耐磨滑动元件材料。

实施例3

本实施例制备的滑动元件为热塑性聚酯板在建筑工程用作桥梁滑动支承中的耐磨滑动元件材料。此滑动元件材料选用聚对苯二甲酸丁二醇酯100份和聚对苯二甲酸乙二醇酯40份作为基体材料，添加5份聚四氟乙烯、2份二硫化钼、2份滑石粉及5份玻璃纤维，混合均匀后进行熔融、挤出、造粒制成耐磨聚合物材料，再将此粒料于120℃条件下烘干。最后将粒料加入模压模具之内，并将模具置于液压机压板中，施加一定的压力，加热至250左右并恒温一段时间使之充分塑化，再经加压冷却之后，模压成型制成热塑性聚酯耐磨滑动元件材料。

实施例4

本实施例制备的滑动元件为热塑性聚酯板在建筑工程用作桥梁滑动支承中的耐磨滑动元件材料。此滑动元件材料选用聚对苯二甲酸丁二醇酯100份作为基体材料，添加3份聚四氟乙烯、2份二硫化钼、3份滑石粉及1份玻璃微珠，混合均匀后进行熔融、挤出、造粒制成耐磨聚合物材料，再将此粒料于120℃条件下烘干。最后将粒料加入注塑机料筒之内，料筒温度为230℃左右，经加热、熔融、塑化之后，注塑成型制成热塑性聚酯耐磨滑动元件材料。

通过TB/T 2331的方法检测本发明的提供的耐磨滑动元件材料具有较低的摩擦系数和极好的承载性能。在60MPa压力及无润滑的条件下与不锈钢对磨，其静摩擦系数为0.02～0.04；在90MPa压力下竖向载荷2小时，其竖向压缩形变量仅为0.2%。

实施例5

本实施例制备的滑动元件为热塑性聚酯板轨道车辆抗侧滚扭杆装置用摩擦套。此滑动元件材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯100份和聚对苯二甲酸丁二醇酯30份作为基体材料，添加8份的聚四氟乙烯、4份二硫化钼和20份滑石粉，混合均匀后进行熔融、挤出、造粒制成耐磨聚合物材料，再将此粒料于110℃条件下烘干。最后将粒料加入注塑机料筒之内，料筒温度为230℃，经加热、熔融、塑化之后，注塑成型制成热塑性聚酯耐磨滑动元件材料。

比较例1

将实施例1~5提供的滑动元件与聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯制备的高速铁路桥梁支撑滑动元件，通过国家铁道部颁发的《客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件补充规定》中的方法进行检测。结果如表1所示：

表1实施例1~5与比较例提供的滑动元件的性能

通过上述检测发现，由于本发明使用了热塑性聚酯，润滑剂形成的树脂组合物作为滑动元件的材料，使得产品作为桥梁支撑滑动元件不仅具有更好的滑动性能，而且具有良好的承载压力的性能。实施例5提供的是一种摩擦套，所以其性能相对于滑动元件不同。

以上对本发明提供的一种滑动元件用热塑性聚酯组合物以及一种滑动元件进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种桥梁支撑滑动元件用热塑性聚酯组合物，其特征在于，由以下重量分数计的组分组成：

热塑性聚酯100～200份；

润滑剂1～10份；

增强耐压填料1～10份；

其中所述热塑性聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物、聚对苯二甲酸丁二醇酯及其衍生物中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的热塑性聚酯组合物，其特征在于，所述润滑剂选自：聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、硅酮粉或硅酮母粒、二硫化钼、石墨、碳黑、碳化硅和氮化硅中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的热塑性聚酯组合物，其特征在于，所述增强耐压填料选自玻璃纤维、玻璃微珠、陶瓷微珠、硫酸钡和滑石粉中的一种或多种。

4.一种滑动元件，其特征在于，包括：支撑部和滑动部；所述滑动部和支撑部滑动连接，且所述支撑部和滑动部由权利要求1所述的组合物形成；所述滑动元件为桥梁支撑滑动元件；

所述桥梁支撑滑动元件的承载压为50MPa以上，滑动路程80km以上或滑动速度40mm/s以上。

5.根据权利要求4所述的滑动元件，其特征在于，所述滑动元件通过以下方法制备：

将所述组合物按照重量份数配比熔融混炼、挤出造粒，得到混合母料；

将所述混合母料模压、挤出或注射成型得到滑动元件。

6.根据权利要求4或5所述的滑动元件，其特征在于，所述滑动元件为板、环和/或套。

7.根据权利要求6所述的滑动元件，其特征在于，所述板、环和/或套的表面包括至少一个凹槽。

8.根据权利要求7所述的滑动元件，其特征在于，所述凹糟中设置有润滑材料。

9.根据权利要求4所述的滑动元件，其特征在于，所述滑动元件为桥梁滑动支承中的耐磨滑动元件。