橋梁球形支座用新型復(fù)合滑板材料的結(jié)構(gòu)、性能與機(jī)理研究.pdf

1、近年來(lái)，各類(lèi)橋梁建設(shè)工程持續(xù)增加并保持高速發(fā)展，橋梁球形支座由于具備受力均勻、承載力大、轉(zhuǎn)矩小等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于公路、鐵路及市政建設(shè)等領(lǐng)域。伴隨著新材料的開(kāi)發(fā)與利用，支座滑板耐磨材料也在發(fā)生日新月異的變化。橋梁支座耐磨材料是支座中非常重要的滑動(dòng)部件，發(fā)揮著承壓傳力的作用，其性能好壞直接影響橋梁支座的使用壽命和安全性能。
　　 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有許多優(yōu)良性能，尤其是高耐磨性和低摩擦系數(shù)表現(xiàn)突出。本世紀(jì)初，德國(guó)毛勒

2、(Maurer)公司率先提出將改性UHMWPE作為支座耐磨材料應(yīng)用于高速鐵路及磁懸浮列車(chē)領(lǐng)域。UHMWPE經(jīng)過(guò)改性后克服了聚四氟乙烯(PTFE)易冷流、磨損率高等缺點(diǎn)，更適合用作支座耐磨材料。據(jù)報(bào)道，我國(guó)已將UHMWPE滑板應(yīng)用在武廣客運(yùn)專線，在今后還將具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 基于以上應(yīng)用前景，本研究設(shè)計(jì)采用空心玻璃微球(hollow glassbeads，GB)和二硫化鉬(MoS2)來(lái)改性UHMWPE，其添加量分別為1％、

3、3％、5％、7％和10％。針對(duì)UHMWPE與無(wú)機(jī)填料存在界面結(jié)合不緊密等問(wèn)題，本研究以聚四氫呋喃醚二元醇(PTMG2000)和甲苯二異氰酸酯(TDI)為主要原料，設(shè)計(jì)合成了一種反應(yīng)型高分子量界面劑(BH509)解決上述問(wèn)題，其數(shù)均分子量在2000以上，異氰酸酯含量為6.45％。UHMWPE復(fù)合材料是通過(guò)KH550和B509兩種界面劑處理填料表面后經(jīng)過(guò)模壓成型來(lái)制備的，并對(duì)UHMWPE/GB和UHMWPE/MoS2兩個(gè)系列復(fù)合材料的力學(xué)性

4、能、熱性能及摩擦磨損性能進(jìn)行了測(cè)試，還利用紅外光譜(IR)分析了填料的表面改性情況。材料斷面及磨損表面形貌采用掃描電鏡(SEM)來(lái)觀察。為模擬重載鐵路中滑板的實(shí)際使用情況，還對(duì)本實(shí)驗(yàn)中制備的UHMWPE滑板進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)限壓縮形變實(shí)驗(yàn)，并利用五元件Maxwell模型對(duì)其應(yīng)力松弛行為進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.界面劑BH509可以很好地包覆在填料表面，處理效果要好于KH550。
　　 2.UHMWPE改性后力學(xué)強(qiáng)

5、度降低，并與填料含量成反比。UHMWPE/GB復(fù)合材料熱性能及硬度均有所提高，當(dāng)GB含量不超過(guò)5％時(shí)，拉伸強(qiáng)度在35MPa以上，斷裂伸長(zhǎng)率在280％以上，硬度在71°，維卡軟化點(diǎn)為135℃;UHMWPE/MoS2復(fù)合材料的力學(xué)性能及熱性能相對(duì)較差，MoS2含量在3％時(shí)，拉伸強(qiáng)度為35MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為250％，維卡軟化溫度點(diǎn)129℃，硬度68.5°。
　　 3.UHMWPE摩擦系數(shù)和磨損率與加載力成正比。在200N加載下，UH

6、MWPE以粘著磨損為主，磨損率0.14％，摩擦系數(shù)為0.17。UHMWPE/GB和UHMWPE/MoS2兩種復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率都是在填料為5％處最低，并且UHMWPE/MoS2的降磨性能更佳，以疲勞磨損為主，磨損表面平整光滑，其摩擦系數(shù)為0.03，磨損率0.07％;UHMWPE/GB復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率分別為0.07和0.11％，磨損表面有輕微磨削和犁溝現(xiàn)象，表現(xiàn)為磨粒磨損特征。
　　 4.綜合考慮UHMWPE復(fù)合