CN110835887A - 一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板 - Google Patents
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Abstract
一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，复合滑板是由耐磨材料和缓释减摩材料复合而成，耐磨材料是聚合物基高分子材料成型的非金属耐磨滑板，在非金属耐磨滑板表面开设凹坑或凹槽，将缓释减摩材料在非金属耐磨滑板表面的凹坑或凹槽内固体成型；所述的缓释减摩材料是由载体材料、吸附材料、润滑材料及稳定剂构成，按重量百分比，缓释减摩材料中各成分比例为：载体材料30%~60%、吸附材料5%~20%、润滑材料10%~40%、稳定剂10%~20%。该复合滑板具有承压能力强、摩擦系数小、耐磨性能优异、有效润滑时间长等特点。
Description
技术领域
本发明属于桥梁支座用高分子材料开发领域，尤其涉及一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板。
背景技术
桥梁支座作为连接桥梁与桥墩的“关节”部位，除了承担支座上部桥梁结构的载荷，还具备滑动和转动功能。桥梁滑动和转动功能是通过支座平面摩擦副和球面摩擦副实现的，而为了减小桥梁滑动和转动过程中的摩擦阻力，桥梁支座摩擦副采用非金属滑板与表面光洁度好的金属对摩面构成,且在非金属滑板和金属对摩面之间涂抹硅脂作为润滑脂。目前支座摩擦副采用的是5201-2硅脂，5201-2硅脂为膏体，使用过程支座转动、滑动会对硅脂产生挤压、剪切等作用，造成硅脂的基础油析出，外界环境的热、风吹等因素会加速基础油的挥发与流失；摩擦过程中产生的磨屑、外界环境的沙尘等与硅脂混合后会进一步加快硅脂流失。随着使用年限的增加，5201硅脂会因基础油流失、杂质混入等造成硅脂逐渐硬化，硅脂润滑效果降低甚至失效，梁体在伸缩徐变、挠曲变形时带动支座产生的滑动、转动时摩擦阻力增大，对桥墩带来了极大的不利影响。目前国内桥梁支座的设计生命周期与桥梁的生命周期一致，而桥梁支座中硅脂的有效润滑时间远低于支座的设计生命周期，不能实现对桥梁支座的长效减摩。
专利“ZL 201220725641.3一种铁路桥梁用持久减磨型球型支座”公开了一种可以定期补加硅脂的球型支座，通过定期向支座内补加硅脂，实现支座的长效减摩耐磨性能。该球型支座虽然能够实现支座的长效减摩耐磨，但是支座生命周期内需要补加硅脂的次数多，且每次补加硅脂需要投入大量的时间、人、财、物，经济性不足。
因此有必要开发出一种新型的复合滑板实现铁路桥梁支座全生命周期内的长效减摩技术，提高铁路桥梁支座运行的安全性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，该复合滑板具有承压能力强、摩擦系数小、耐磨性能优异、有效润滑时间长等特点。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，复合滑板是由耐磨材料和缓释减摩材料复合而成，耐磨材料是聚合物基高分子材料成型的非金属耐磨滑板，在非金属耐磨滑板表面开设凹坑或凹槽，将缓释减摩材料在非金属耐磨滑板表面的凹坑或凹槽内固体成型；
所述的缓释减摩材料是由载体材料、吸附材料、润滑材料及稳定剂构成，按重量百分比，缓释减摩材料中各成分比例为：载体材料30%~60%、吸附材料5%~20%、润滑材料10%~40%、稳定剂10%~20%。
进一步的，载体材料选用熔点低于120℃的小分子量聚合物，优选聚乙烯蜡。
进一步的，吸附材料选用多孔吸附材料，优选石墨蠕虫和石墨烯中的一种或两种，其中优选石墨蠕虫。
进一步的，润滑材料选用润滑油，优选硅油作为润滑材料。
进一步的，选用的润滑油的粘度不大于200000cst。
进一步的，稳定剂选用聚四氟乙烯微粉。
进一步的，非金属耐磨滑板为聚四氟乙烯滑板、改性超高分子量聚乙烯滑板、聚合物基纤维增强复合材料滑板或聚酯型耐磨滑板。
进一步的，凹坑为球型、柱状、长方体、三角形或正方体中的至少一种组合而成。
进一步的，凹槽为长条形、波浪形或锯齿形中的至少一种组合而成。
进一步的，凹槽或凹坑占非金属耐磨板表面积的比例为10%~25%。
本发明有益效果是：
（1）长效缓释润滑性。石墨蠕虫、石墨烯与润滑油混合后，石墨蠕虫、石墨烯利用其优异的吸附性能，将硅油会吸附在石墨蠕虫、石墨烯的结构孔隙中，缓释润滑材料在制备过程中石墨蠕虫、石墨烯均匀的分散在缓释润滑材料中；在支座运行过程中，随着摩擦过程的进行，摩擦界面上的石墨蠕虫、石墨烯中吸附的润滑油会不断的释放出来，在摩擦界面形成油膜，起到润滑减摩的作用；在支座的整个生命周期内，缓释润滑材料储存在滑板表面的凹槽和凹坑中，凹槽或凹坑中的缓释润滑材料在支座的整个生命周期内伴随着摩擦的进行，都会在摩擦界面释放吸附的润滑油，从而达到长效缓释润滑效果。
（2）滑板摩擦系数小。滑板在缓释润滑材料的润滑减摩作用下，极大的降低了滑板的摩擦系数。缓释润滑材料中的润滑油在摩擦过程中能够在摩擦界面形成油膜，极大的降低了滑板的摩擦系数，同时，石墨蠕虫、聚四氟乙烯和聚乙烯蜡等材料自身都具有润滑减摩的效果，尤其是石墨蠕虫和聚四氟乙烯，石墨蠕虫具有石墨的自润滑效果，聚四氟乙烯是目前摩擦系数最小的固体润滑材料，两者在摩擦过程中会在摩擦界面形成转移膜，与缓释润滑材料中润滑油形成的油膜共同起减摩润滑作用，多种润滑减摩方式协同作用，能够大幅度减小摩擦过程的摩擦阻力，摩擦系数大幅减小。
（3）滑板耐磨性更好。采用缓释润滑材料润滑耐磨滑板，在摩擦过程中，由于缓释润滑材料的长效润滑减摩作用，使得作用在摩擦面上的摩擦力更小，摩擦力对耐磨滑板的剪切作用减弱，摩擦过程中耐磨滑板的磨损量大幅降低，因此使得复合滑板具有更好的耐磨性能。
（4）更好的储存稳定性。缓释润滑材料是由聚乙烯蜡、聚四氟乙烯微粉、石墨蠕虫等多种固体材料制备而成，以固体形式存在于耐磨滑板表面的凹槽或凹坑内，凹槽或凹坑对缓释润滑材料具有良好的约束性能；缓释润滑材料以固体形式存在，不会发生流动，避免了目前硅脂润滑存在的基础油流失等问题，具有更好的储存稳定性。
（5）承载能力更强。缓释润滑材料以固体形式存在于耐磨滑板表面的凹槽或凹坑内，缓释润滑材料与滑板材料复合在一起，与润滑脂或润滑油相比具有更好的机械稳定性；滑板表面承载面积增大，承载能力更强。
附图说明
图1为本发明专利实施例1、实施例2、实施例3的剖视结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图；
图3为本发明专利实施例4、实施例5的剖视结构示意图；
图4为图3的俯视结构示意图；
图5为本发明专利实施例6的剖视结构示意图；
图6为图5的俯视结构示意图；
图7为本发明专利实施例7的结构示意图；
图8为图7的俯视结构示意图；
图9为本发明的具有球型凹坑的滑板剖视结构示意图；
图10为图9的俯视结构示意图；
图11为本发明的具有三角形凹坑的滑板剖视结构示意图；
图12为图11的俯视结构示意图；
图中：1、耐磨滑板，2、缓释润滑材料。
具体实施方式
一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，复合滑板是由耐磨材料和缓释减摩材料复合而成，耐磨材料是聚合物基高分子材料成型的非金属耐磨滑板，在非金属耐磨滑板表面开设凹坑或凹槽，将缓释减摩材料在非金属耐磨滑板表面的凹坑或凹槽内固体成型；
缓释减摩材料是由载体材料、吸附材料、润滑材料及稳定剂构成，按重量百分比，缓释减摩材料中各成分比例为：载体材料30%~60%、吸附材料5%~20%、润滑材料10%~40%、稳定剂10%~20%。
载体材料选用熔点低于120℃的小分子量聚合物，优选聚乙烯蜡。
吸附材料选用多孔吸附材料，多孔吸附材料为石墨蠕虫和/或石墨烯，其中，优选石墨蠕虫。
润滑材料选用润滑油，优选二甲基硅油或甲基苯基硅油，润滑油的粘度不大于200000cst。
稳定剂选用聚四氟乙烯微粉。
制得的滑板的摩擦系数为0.01-0.06，摩擦系数小，润滑时效≥80年。
非金属耐磨滑板为聚四氟乙烯滑板、改性超高分子量聚乙烯滑板、聚合物基纤维增强复合材料滑板或聚酯耐热型耐磨滑板。
凹坑为球型、柱状、长方体、三角形或正方体中的至少一种组合而成。
凹槽为长条形、波浪形或锯齿形中的至少一种组合而成，凹坑或凹槽的形状不会影响最终的实验效果。
凹槽或凹坑占非金属耐磨板表面积的比例为10%~25%。
润滑油为二甲基硅油或甲基苯基硅油,其运动黏度不大于200000cst。
缓释减摩材料是由石墨蠕虫、石墨烯、润滑油、聚四氟乙烯微粉、聚乙烯蜡熔融混合制备而成，按重量百分比，缓释减摩材料的成分为聚乙烯蜡30%~60%、聚四氟乙烯微粉10%~20%、石墨蠕虫5%~20%、石墨烯0%~5%、润滑油10%~40%。
一种桥梁支座用复合滑板的制备方法，主要包含以下步骤：
（1）石墨蠕虫、石墨烯与硅油混合：
按照比例分别将石墨蠕虫、石墨烯与硅油在高速混合机内混合均匀，然后静置12h以上，使石墨蠕虫和石墨烯完全吸附硅油；
（2）将聚四氟乙烯与步骤（1）制备的润滑油混合物混合均匀，放置2h以上；
（3）缓释润滑材料制备
在110℃~130℃条件先将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物加入聚乙烯蜡熔体中，高速搅拌均匀，冷却凝固，制得缓释润滑材料；
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有凹槽或凹坑的非金属耐磨滑板，并将滑板预热至40~50℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融或加热挤出的方式将步骤（3）制备的缓释润滑材料加注至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的凹槽或凹坑内，待缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
本发明所述的滑板的厚度为4~12mm。
实施例1
（1）按照聚乙烯蜡30%、石墨蠕虫20%、硅油40%、聚四氟乙烯微粉10%的比例准备原材料；
（2）取石墨蠕虫与硅油高速混合，放置24h后，然后与聚四氟乙烯微粉进行混合，静置2h；
（3）在115℃条件下将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物与聚乙烯蜡熔体搅拌均匀后，冷却得到缓释润滑材料
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有圆柱形凹坑的改性超高分子量聚乙烯滑板，并将滑板预热至40℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融的方式将步骤（2）制备的缓释润滑材料熔融，将熔体涂抹至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的圆柱形凹坑内，缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
实施例2
（1）按照聚乙烯蜡50%、石墨蠕虫20%、硅油20%、聚四氟乙烯微粉10%的比例准备原材料；
（2）取石墨烯与硅油高速混合，放置24h后，然后与聚四氟乙烯微粉进行混合，静置2h；
（3）在120℃条件下将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物与聚乙烯蜡熔体搅拌均匀后，冷却得到缓释润滑材料
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有圆柱形凹坑的改性超高分子量聚乙烯耐磨滑板，并将滑板预热至40℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融的方式将步骤（2）制备的缓释润滑材料熔融，将熔体涂抹至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的圆柱形凹坑内，缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
实施例3
（1）按照聚乙烯蜡60%、石墨蠕虫20%、硅油10%、聚四氟乙烯微粉10%的比例准备原材料；
（2）取石墨烯与硅油高速混合，放置24h后，然后与聚四氟乙烯微粉进行混合，静置2h；
（3）在125℃条件下将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物与聚乙烯蜡熔体搅拌均匀后，冷却得到缓释润滑材料
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有圆柱形凹坑的聚四氟乙烯耐磨滑板，并将滑板预热至50℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融的方式将步骤（2）制备的缓释润滑材料熔融，将熔体涂抹至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的圆柱形凹坑内，缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
实施例4
（1）按照聚乙烯蜡30%、石墨蠕虫20%、硅油30%、聚四氟乙烯微粉20%的比例准备原材料；
（2）取石墨蠕虫与硅油高速混合，放置24h后，然后与聚四氟乙烯微粉进行混合，静置2h；
（3）在115℃条件下将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物与聚乙烯蜡熔体搅拌均匀后，冷却得到缓释润滑材料
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有水平凹槽的聚合物基纤维增强复合材料滑板，并将滑板预热至45℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融的方式将步骤（2）制备的缓释润滑材料熔融，将熔体涂抹至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的水平凹槽内，缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
实施例5
（1）按照聚乙烯蜡35%、石墨蠕虫20%、硅油30%、聚四氟乙烯微粉15%的比例准备原材料；
（2）取石墨蠕虫与二甲基硅油高速混合，放置24h后，然后与聚四氟乙烯微粉进行混合，静置2h；
（3）在120℃条件下将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物与聚乙烯蜡熔体搅拌均匀后，冷却得到缓释润滑材料
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有水平凹槽的聚酯型耐磨滑板，并将滑板预热至50℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融的方式将步骤（2）制备的缓释润滑材料熔融，将熔体涂抹至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的水平凹槽内，缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
实施例6
（1）按照聚乙烯蜡40%、石墨蠕虫5%、石墨烯5%、硅油40%、聚四氟乙烯微粉10%的比例准备原材料；
（2）取石墨蠕虫、石墨烯、硅油高速混合，放置24h后，然后与聚四氟乙烯微粉进行混合，静置2h；
（3）在125℃条件下将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物与聚乙烯蜡熔体搅拌均匀后，冷却得到缓释润滑材料
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有波浪形凹槽的聚合物基纤维增强复合材料滑板，并将滑板预热至50℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融的方式将步骤（2）制备的缓释润滑材料熔融，将熔体涂抹至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的波浪形凹槽内，缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
实施例7
1）按照聚乙烯蜡45%、石墨蠕虫5%、硅油40%、聚四氟乙烯微粉10%的比例准备原材料；
（2）取石墨蠕虫、硅油高速混合，放置24h后，然后与聚四氟乙烯微粉进行混合，静置2h；
（3）在120℃条件下将聚乙烯蜡熔融，然后将步骤（2）制备的混合物与聚乙烯蜡熔体搅拌均匀后，冷却得到缓释润滑材料
（4）非金属耐磨滑板准备：按照要求准备表面有矩形凹坑的超高分子量聚乙烯滑板，并将滑板预热至40℃；
（5）复合滑板制备：采用熔融的方式将步骤（2）制备的缓释润滑材料熔融，将熔体涂抹至步骤（4）非金属耐磨滑板表面的矩形凹坑内，缓释润滑材料凝固后完成复合滑板的制备。
实施效果如表1所示：
三组对照组成分（按重量百分比）如表2所示：
三组对照组实施效果如表3所示：
注（1）：将对照组的1、2组进行对比可以看出，只改变石墨蠕虫与石墨烯的配比，对照组1、2的第三组数据的摩擦系数和线磨耗率均低于对照组1、2的第一组数据和第二组数据，可以得出结论，采用石墨蠕虫和石墨烯的组合，能更好的与其它材料相结合，实现更好的效果。从对照组3的数据可以看出，只改变硅油的含量，可以看出，随着硅油含量的增加，其摩擦系数和线磨耗率逐渐降低；从对照组4的数据可以看出，随着聚四氟乙烯含量的增加，摩擦副的摩擦系数和线磨耗率也逐渐降低。
Claims (10)
1.一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，复合滑板是由耐磨材料和缓释减摩材料复合而成，耐磨材料是聚合物基高分子材料成型的非金属耐磨滑板，其特征在于：在非金属耐磨滑板表面开设凹坑或凹槽，将缓释减摩材料在非金属耐磨滑板表面的凹坑或凹槽内固体成型；
所述的缓释减摩材料是由载体材料、吸附材料、润滑材料及稳定剂构成，按重量百分比，缓释减摩材料中各成分比例为：载体材料30%~60%、吸附材料5%~20%、润滑材料10%~40%、稳定剂10%~20%。
2.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：载体材料选用熔点低于120℃的小分子量聚合物，优选聚乙烯蜡。
3.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：吸附材料选用多孔吸附材料，多孔吸附材料为石墨蠕虫和/或石墨烯，其中，优选石墨蠕虫。
4.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：润滑材料选用润滑油，优选硅油作为润滑材料。
5.如权利要求4所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：润滑油的粘度不大于200000cst。
6.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：稳定剂选用聚四氟乙烯微粉。
7.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：所述的非金属耐磨滑板为聚四氟乙烯滑板、改性超高分子量聚乙烯滑板、聚合物基纤维增强复合材料滑板或聚酯型耐磨滑板。
8.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：凹坑为球型、柱状、长方体、三角形或正方体中的至少一种组合而成。
9.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：凹槽为长条形、波浪形或锯齿形中的至少一种组合而成。
10.如权利要求1所述的一种桥梁支座用持久润滑减摩滑板，其特征在于：凹槽或凹坑占非金属耐磨板表面积的比例为10%~25%。
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