CN105602064A - 铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯及其加工方法 - Google Patents

铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯及其加工方法，分子量大于600万的超高分子量聚乙烯含量为50-98%；分子量小于600万超高分子量聚乙烯含量为5-30%；3-50毫米的碳纤维含量为2-15%；500-2000毫米之间的碳纤维编织物含量为0.5-4%；石墨烯含量为0.5-3%；添加剂含量为2-10%。本发明加工而成的复合材料具有抗压强度、拉伸强度、耐磨性更高的优点。

Description

铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯及其加工方法
技术领域
本发明属于铁路桥梁球形支座技术领域，涉及一种铁路桥梁球形支座的摩擦副用碳纤增强超高分子量聚乙烯材料的复合材料，具体而言是一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料其加工方法。
背景技术
现有的铁路桥梁球形支座中摩擦副是由不锈钢板与改性聚四氟乙烯或高分子量聚乙烯组成。由于铁路桥梁球形支座的工况较为苛刻，其特点为承载大、露天使用和使用周期长，所以要求摩擦副材料拥有优异的性能。
本发明提出一种抗压强度、拉伸强度、耐磨性更高的超高分子量聚乙烯复合材料。
发明内容
本发明为解决现有问题，旨在提供铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料其加工方法。
本发明的技术方案提供一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料：
分子量大于600万的超高分子量聚乙烯含量为50-98%；
分子量小于600万超高分子量聚乙烯含量为5-30%；
3-50毫米的碳纤维含量为2-15%；
500-2000毫米之间的碳纤维编织物含量为0.5-4%；
石墨烯含量为0.5-3%；
添加剂含量为2-10%。
其中，所述添加剂包括金属粉和/或陶瓷粉和/或碳纤维和/或陶瓷纤维和/或有机纤维。
其中，碳纤布线方式为横竖交错式且避开表面球坑位置；预埋深度0.5mm一层。
本发明还提供一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料的加工方法，其特征在于：
步骤一，混料：将分子量大于600万的超高分子量聚乙烯颗粒、分子量小于600万的超高分子量聚乙烯、短切碳纤维、石墨烯、添加剂按所述比例称重后，加入混料机中搅拌混合；混合时加热至250℃，混合完成后自然冷却至室温。
步骤二、加热：把混好的料加入注塑机中加热，同时挤压成0.1-2毫米的薄膜。
步骤三、把挤压好的薄膜折叠5-20层；
步骤四、折叠好的多层薄膜整体加热后，放入平板碾压机中重新压成薄膜。反复折叠碾压。最终得到混合均匀的2-10毫米的板料；
步骤五、在2-10毫米的板料上铺一层500-2000毫米的长碳纤维编织物，然后再铺一层混合均匀的2-10毫米的板料；如此交替的放置；
步骤六、然后再整体加热，进入平板碾压机中压成2-15毫米的复合板；
步骤七、在压好的复合板表面压出球形储油槽。
其中，步骤五完成后，添加500-2000毫米之间的长碳纤维编织物1-10层。
相对于现有技术，本发明创造性地将碳纤增强超高分子量聚乙烯材料运用于高铁的支座行业，使用该方法加工而成的复合材料具有抗压强度、拉伸强度、耐磨性更高的优点。
碳纤维强度高，复合至材料内部可以增加强度同时使材料整体受力更均匀；石墨烯可以提高材料的耐磨性能及降低摩擦系数；600万以上分子量聚乙烯由于长分子链拥有优异的耐磨性能。
具体实施方式
实施例（一）
本实施例为生产铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料，并针对《TB/T3320-2013铁路桥梁球型支座》以及客户的的技术要求而操作。本实施例复合材料的所要求的成分为：
分子量大于600万的超高分子量聚乙烯含量为72%；
分子量小于600万的超高分子量聚乙烯含量为23%；
3-50毫米的短切碳纤维含量为2%；
500-2000毫米之间的长碳纤维编织物含量为0.5%；
石墨烯含量为0.5%；
添加剂含量为2%。
为了完成上述复合材料的置备，本实施例运用相关设备实施如下方法：
步骤一，混料：将分子量大于600万的超高分子量聚乙烯颗粒、分子量小于600万的超高分子量聚乙烯、短切碳纤维、石墨烯、添加剂按所述比例称重后，加入混料机中搅拌混合（搅拌机的功率15KW，其中电机功率5.5KW+1.5KW；加热功率8KW；极限真空度：0.02pa；需要正压气源：0.6MPa；冷却水流量：0.8m3/h），混合时加热至250℃，混合完成后自然冷却至室温。
步骤二、加热：把混好的料加入注塑机中加热至250℃，同时挤压成0.1-2毫米的薄膜。
步骤三、把挤压好的薄膜折叠5层；
步骤四、折叠好的多层薄膜整体加热后，放入平板碾压机中重新压成薄膜。反复折叠碾压。最终得到混合均匀的4毫米的板料；
步骤五、在4毫米的板料上铺一层500毫米的长碳纤维编织物，然后再铺一层混合均匀的4毫米的板料；如此交替的放置。另外，本实施例添加500毫米之间的长碳纤维编织物2层；
步骤六、然后再整体加热，进入平板碾压机中压成2毫米的复合板；
步骤七、在压好的复合板表面压出球形储油槽。
本复合材料外观呈褐色或者黑色，表面光滑。类似于黑色塑料板。
最终得到了本实施例的产品，本实施例的产品的球压痕硬度(H132/60)45-52MPa；拉伸强度大于70兆帕；线磨耗率小于4.5μm/KM;硅脂润滑状态下初始静摩擦系数小于0.008的特征，符合技术目的要求。本实施例的材料可比《TB3320》标准中规定拉伸强度提高55%，摩擦系数降低5%，线磨耗率降低10%。
实施例（二）
本实施例为生产铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料，并针对《TB/T3320-2013铁路桥梁球型支座》以及客户的的技术要求而操作。本实施例复合材料的成分为：
分子量大于600万的超高分子量聚乙烯含量为67%；
分子量小于600万的超高分子量聚乙烯含量为25%；
3-50毫米的短切碳纤维含量为3.5%；
500-2000毫米之间的长碳纤维编织物含量为1.5%；
石墨烯含量为1%；
添加剂含量为2%。
为了完成上述复合材料的置备，本实施例运用相关设备实施如下方法：
步骤一，混料：将分子量大于600万的超高分子量聚乙烯颗粒、分子量小于600万的超高分子量聚乙烯、短切碳纤维、石墨烯、添加剂按所述比例称重后，加入混料机中搅拌混合；混合时加热至250℃，混合完成后自然冷却至室温。
步骤二、加热：把混好的料加入注塑机中加热，同时挤压成0.5毫米的薄膜。
步骤三、把挤压好的薄膜折叠10层；
步骤四、折叠好的多层薄膜整体加热后，放入平板碾压机中重新压成薄膜。反复折叠碾压。最终得到混合均匀的6毫米的板料；
步骤五、在6毫米的板料上铺一层1200毫米的长碳纤维编织物，然后再铺一层混合均匀的6毫米的板料；如此交替的放置。
步骤六、然后再整体加热，进入平板碾压机中压成7毫米的复合板；
步骤七、在压好的复合板表面压出球形储油槽。
本复合材料外观呈褐色或者黑色，表面光滑。类似于黑色塑料板。
最终得到了本实施例的产品，本实施例的产品的球压痕硬度(H132/60)45-52MPa；拉伸强度大于70兆帕；线磨耗率小于4.5μm/KM;硅脂润滑状态下初始静摩擦系数小于0.008的特征，符合技术目的要求。本实施例的材料可比《TB3320》标准中规定拉伸强度提高65%，摩擦系数降低3.5%左右，线磨耗率降低8%。
实施例（三）
本实施例针对《TB/T3320-2013铁路桥梁球型支座》以及客户的的技术要求而操作。复合材料的成分为：
分子量大于600万的超高分子量聚乙烯含量为69%；
分子量小于600万的超高分子量聚乙烯含量为23%；
3-50毫米的短切碳纤维含量为2.5%；
500-2000毫米之间的长碳纤维编织物含量为2%；
石墨烯含量为0.5%；
添加剂含量为3%。
为了完成上述复合材料的置备，本实施例运用相关设备实施如下方法：
步骤一，混料：将分子量大于600万的超高分子量聚乙烯颗粒、分子量小于600万的超高分子量聚乙烯、短切碳纤维、石墨烯、添加剂按所述比例称重后，加入混料机中搅拌混合；混合时加热至250℃，混合完成后自然冷却至室温。
步骤二、加热：把混好的料加入注塑机中加热，同时挤压成1.5毫米的薄膜。
步骤三、把挤压好的薄膜折叠15层；
步骤四、折叠好的多层薄膜整体加热后，放入平板碾压机中重新压成薄膜。反复折叠碾压。最终得到混合均匀的8毫米的板料；
步骤五、在8毫米的板料上铺一层1800毫米的长碳纤维编织物，然后再铺一层混合均匀的8毫米的板料；如此交替的放置。另添加1800毫米之间的长碳纤维编织物7层；
步骤六、然后再整体加热，进入平板碾压机中压成12毫米的复合板；
步骤七、在压好的复合板表面压出球形储油槽。
最终得到了本实施例的产品，本实施例的产品的球压痕硬度(H132/60)45-52MPa；拉伸强度大于70兆帕；线磨耗率小于4.5μm/KM;硅脂润滑状态下初始静摩擦系数小于0.008的特征，符合技术目的要求。本实施例的材料可比《TB3320》标准中规定拉伸强度提高60%，摩擦系数降低4%左右，线磨耗率降低8%。
实施例（四）
本实施例针对《TB/T3320-2013铁路桥梁球型支座》以及客户的的技术要求而操作。复合材料的成分为：
分子量大于600万的超高分子量聚乙烯含量为60%；
分子量小于600万的超高分子量聚乙烯含量为27%；
3-50毫米的短切碳纤维含量为3.5%；
500-2000毫米之间的长碳纤维编织物含量为3%；
石墨烯含量为1.5%；
添加剂含量为5%。
为了完成上述复合材料的置备，本实施例运用相关设备实施如下方法：
步骤一，混料：将分子量大于600万的超高分子量聚乙烯颗粒、分子量小于600万的超高分子量聚乙烯、短切碳纤维、石墨烯、添加剂按所述比例称重后，加入混料机中搅拌混合；混合时加热至250℃，混合完成后自然冷却至室温。
步骤二、加热：把混好的料加入注塑机中加热，同时挤压成2毫米的薄膜。
步骤三、把挤压好的薄膜折叠20层；
步骤四、折叠好的多层薄膜整体加热后，放入平板碾压机中重新压成薄膜。反复折叠碾压。最终得到混合均匀的10毫米的板料；
步骤五、在8毫米的板料上铺一层2000毫米的长碳纤维编织物，然后再铺一层混合均匀的10毫米的板料；如此交替的放置。另添加2000毫米之间的长碳纤维编织物10层；
步骤六、然后再整体加热，进入平板碾压机中压成15毫米的复合板；
步骤七、在压好的复合板表面压出球形储油槽。
本复合材料外观呈褐色或者黑色，表面光滑。类似于黑色塑料板。
最终得到了本实施例的产品，本实施例的产品的球压痕硬度(H132/60)45-52MPa；拉伸强度大于70兆帕；线磨耗率小于4.5μm/KM;硅脂润滑状态下初始静摩擦系数小于0.008的特征，符合技术目的要求。本实施例的材料可比《TB3320》标准中规定拉伸强度提高65%，摩擦系数降低3%左右，线磨耗率降低7%左右。
上述仅为本发明的优选实施方式，应指出的是，对于本行业内的普通技术技术人员而言，在本发明的原理之下可以由一些改进和替换，该改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：分子量大于600万的超高分子量聚乙烯含量为50-98%；
分子量小于600万超高分子量聚乙烯含量为5-30%；
3-50毫米的碳纤维含量为2-15%；
500-2000毫米之间的碳纤维编织物含量为0.5-4%；
石墨烯含量为0.5-3%；
添加剂含量为2-10%。
2.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：所述添加剂包括金属粉和/或陶瓷粉和/或碳纤维和/或陶瓷纤维和/或有机纤维。
3.根据权利要求1所述的一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：碳纤布线方式为横竖交错式且避开表面球坑位置；预埋深度0.5mm一层。
4.一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料的加工方法，其特征在于：
步骤一，混料：将分子量大于600万的超高分子量聚乙烯颗粒、分子量小于600万的超高分子量聚乙烯、短切碳纤维、石墨烯、添加剂按所述比例称重后，加入混料机中搅拌混合；混合时加热至250℃，混合完成后自然冷却至室温；
步骤二、加热：把混好的料加入注塑机中加热，同时挤压成0.1-2毫米的薄膜；
步骤三、把挤压好的薄膜折叠5-20层；
步骤四、折叠好的多层薄膜整体加热后，放入平板碾压机中重新压成薄膜；
反复折叠碾压；
最终得到混合均匀的2-10毫米的板料；
步骤五、在2-10毫米的板料上铺一层500-2000毫米的长碳纤维编织物，然后再铺一层混合均匀的2-10毫米的板料；如此交替的放置；
步骤六、然后再整体加热，进入平板碾压机中压成2-15毫米的复合板；
步骤七、在压好的复合板表面压出球形储油槽。
5.根据权利要求4所述的一种铁路桥梁球形支座用改性超高分子量聚乙烯复合材料的加工方法，其特征在于：步骤五完成后，添加500-2000毫米之间的长碳纤维编织物1-10层。
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