CN1884362A - 桥梁支座滑移材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥梁支座滑移材料，它以有机树脂、纤维、固体润滑剂和填料混合搅拌后，通过压制、烧结等工艺制备而成，其中有机树脂的重量含量为35～99.8％，固体润滑剂的重量含量为0.1～30％，纤维的重量含量为0.1～20％，填料的重量含量为0～15％，有机树脂以聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯作为其树脂基体。本发明桥梁支座滑移材料具有良好的自润滑性和耐磨性，并具有较高的承载能力。与纯PTFE相比，其抗承载能力大2～3倍，抗蠕变性能好，制造成本低，可广泛应用于高速铁路桥梁等支座轴承中，使高速铁路桥梁支座的可靠稳定性得到了重要保证。

Description

桥梁支座滑移材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到一种以高分子材料为主要基体的桥梁支座滑移材料及其制备方法。
背景技术
随着我国桥梁工业的迅速发展，各种大跨度桥梁不断涌现，因而对桥梁支座的承载能力及其适应位移和转角能力的要求均不断提高，开发和研究与之相适应的新型桥梁支座显得非常重要。近年来，国内桥梁工业中主要应用的桥梁支座是盆式橡胶支座和球型支座。盆式橡胶支座和球型支座具有构造简单、结构紧凑、重量轻、建筑高度低、加工制造方便、承载力大、转动灵活等特点，已经广泛应用于许多大跨度桥梁。国内外橡胶支座的结构设计中均采用高分子材料，利用钢材质承载板解决桥梁的力传递，将具有良好耐磨性能的润滑材料作为主要的减震运动部件。
目前国外对于具有良好抗震滑移性的桥梁支座滑移材料主要采用两种不同的形式实现。一种是盆式改性聚合物支座，另外一种是采用镶嵌式固体润滑轴承支座，分别应用于不同的典型工况中。日本Oiles Corporation公司采用镶嵌式固体润滑技术制造出具有高承载力、良好耐磨性的桥梁支座，广泛应用于本国的主要桥梁建筑上。由于此类产品的制造成本较高，并不适合于我国的实际生产状况。我国桥梁支座生产企业大部分采用纯聚四氟乙烯(PTFE)板作为滑移材料。目前存在的不足在于PTFE在负荷长期作用下，其蠕变性较大，易发生冷流现象，从而导致滑板在长期负荷的作用下会有明显的变形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种具有优异自润滑性和耐磨性的桥梁支座滑移材料，以及这种材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明桥梁支座滑移材料以有机树脂、纤维、固体润滑剂和填料混合搅拌后，通过压制、烧结等工艺制备而成，所述有机树脂的重量含量为35～99.8％，所述固体润滑剂的重量含量为0.1～30％，所述纤维的重量含量为0.1～20％，所述填料的重量含量为0～15％，所述有机树脂以聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯作为其树脂基体。
上述桥梁支座滑移材料，所述聚四氟乙烯的平均粒度≤60μm，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥350％，所述聚高分子量聚乙烯的相对分子质量≥800万，拉伸强度≥15MPa。
上述桥梁支座滑移材料，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种。
上述桥梁支座滑移材料，所述纤维的直径≤8μm，平均长度为50μm以下，长径比为2∶1至5∶1。
上述桥梁支座滑移材料，所述固体润滑剂为二硫化钼或石墨，或二者的混合物。
上述桥梁支座滑移材料，所述填料为碳黑、锡青铜合金或硫酸钙中的一种。上述桥梁支座滑移材料，其外表面上具有一定深度的油穴。
桥梁支座滑移材料的制备方法，包括下列步骤：利用机械混合器将有机树脂、纤维、固体润滑剂和填料充分混合搅拌，然后放入烘箱，进行干燥处理，将混合物的水分脱去；所述有机树脂的重量含量为35～99.8％，所述固体润滑剂的重量含量为0.1～30％，所述纤维的重量含量为0.1～20％，所述填料的重量含量为0～15％，所述的有机树脂以聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯作为其树脂基体，并分别采取下面的方法进行后续操作：
(1)、将聚四氟乙烯体系的混合物定量装入模具中进行模压，模压压力为40～60MPa，并进行定时保压，脱膜后于350～420℃进行烧结固化，具体固化时间视产品的尺寸而定。
(2)、将以超高分子量聚乙烯为主要基体的混合物于100～130℃温度下干燥处理，然后迅速将混合物装入模具中，缓慢加压，当压力达至2MPa时，卸压，以便驱赶粉体中的空气，然后继续加压至3～5MPa，同时将模具加热至180～230℃，保压5～10分钟，待塑化完全后，缓慢加压至15～25MPa，保压10～15分钟，完毕后冷却至80℃以下，脱模。
本发明所制备的桥梁支座滑移材料，具有良好的自润滑性和耐磨性，并且具有较高的承载能力，(较纯PTFE的抗承载能力大2～3倍，与纯PTFE相比具有优异的抗磨损能力)，抗蠕变性能好，制造成本低。其具体性能指标如下：
  测试项目   性能指标
  最大承载能力   ＞50MPa
  拉伸强度   ≥28MPa
  材料的摩擦磨损性能(MM-200型环块式摩擦磨损试验机：负荷200N，速度为0.419m/s，干摩擦)   摩擦系数：≤0.15磨损宽度：＜3.2mm
  往复型摩擦磨损性能(负荷45MPa，速度2mm/s，干摩擦)   摩擦系数：≤0.09线性磨损量：≤15μm/km
本发明滑移材料具有较低的摩擦系数和优异的耐磨性能，并且可以承受较高的载荷，可广泛应用于高速铁路桥梁等支座轴承中，使得高速铁路桥梁支座的可靠稳定性得到了重要保证。采用二硫化钼和石墨作固体润滑剂，不仅其自身具有良好的润滑性，并且其与树脂基体有良好的协同润滑效应。采用的纤维为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维(如Kevlar纤维、Technora纤维或Twaron纤维)中的一种，具有良好的耐磨性，并且不易产生对偶表面的磨损。填料采用碳黑、锡青铜合金或硫酸钙中的一种，这些填料与聚四氟乙烯(PTFE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)有良好的协同效应，可以有效地促进对偶表面转移膜的形成，可以有效地降低摩擦温度。材料外表面上的油穴可以贮存润滑油脂，便于安装前涂覆。
具体实施方式
以下实施方式均以φ200mm直径，厚度为5mm的滑板为例。
实施例1：按如下实施配方表中第1列的各组分在机械混合器中充分混合均匀，在120～130℃温度进行干燥处理。然后定量装入模具中，均匀铺粉，缓慢加压，模压压力55MPa，保压2分钟，卸压脱膜后于405℃进行烧结固化，烧结时间为3小时。
实施例2：按如下实施配方表中第2列的各组分充分混合，工艺同实施例1。
实施例3：按如下实施配方表中第3列的各组分充分混合，工艺同实施例1。
实施例4：按如下实施配方表中第4列的各组分充分混合，工艺同实施例1。
实施例5：按如下实施配方表中第5列的各组分在机械混合器中充分混合均匀，于100℃温度下进行干燥处理，然后迅速将混合物装入模具中，缓慢加压，当压力达至2MPa时，卸压，放置3分钟后，继续加压至5MPa，同时将模具加热至210℃，保压5～10分钟，待塑化完全后，缓慢加压至25MPa，保压15分钟，完毕后冷却至80℃以下，脱模。
实施例6：按如下实施配方表中第6列的各组分充分混合，工艺同实施例5。
实施例7：按如下实施配方表中第7列的各组分充分混合，工艺同实施例5。
实施配方表

Claims (7)

1、桥梁支座滑移材料，其特征在于，它以有机树脂、纤维、固体润滑剂和填料混合搅拌后，通过压制、烧结等工艺步骤制备而成，所述有机树脂以聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯作为其树脂基体，所述有机树脂的重量含量为35～99.8％，所述固体润滑剂的重量含量为0.1～30％，所述纤维的重量含量为0.1～20％，所述填料的重量含量为0～15％。
2、如权利要求1所述的桥梁支座滑移材料，其特征在于，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种。
3、如权利要求1或2所述的桥梁支座滑移材料，其特征在于，所述纤维的直径≤8μm，平均长度为50μm以下，长径比为2∶1至5∶1。
4、如权利要求1或2所述的桥梁支座滑移材料，其特征在于，所述固体润滑剂为二硫化钼或石墨，或二者的混合物。
5、如权利要求1或2所述的桥梁支座滑移材料，其特征在于，所述填料为碳黑、锡青铜合金或硫酸钙中的一种。
6、如权利要求1或2所述的桥梁支座滑移材料，其特征在于，其外表面具有一定深度的油穴。
7、桥梁支座滑移材料的制备方法，其特征在于，它包括下列步骤：利用机械混合器将有机树脂、纤维、固体润滑剂和填料充分混合搅拌，然后放入烘箱，进行干燥处理，将混合物的水分脱去；所述有机树脂的重量含量为35～99.8％，所述固体润滑剂的重量含量为0.1～30％，所述纤维的重量含量为0.1～20％，所述填料的重量含量为0～15％，所述的有机树脂以聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯作为其树脂基体，并分别采取下面的方法进行后续操作：
(1)、将聚四氟乙烯体系的混合物定量装入模具中进行模压，模压压力为40～60MPa，并进行定时保压，脱膜后于350～420℃进行烧结固化，具体固化时间视产品的尺寸而定，
(2)、将超高分子量聚乙烯为主要基体的混合物于100～130℃温度下干燥处理，然后迅速将混合物装入模具中，缓慢加压，当压力达至2MPa时，卸压，以便驱赶粉体中的空气，然后继续加压至3～5MPa，同时将模具加热至180～230℃，保压5～10分钟，待塑化完全后，缓慢加压至15～25MPa，保压10～15分钟，完毕后冷却至80℃以下，脱模。
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