兩款高速鐵路橋梁支座滑塊的制備及對(duì)比研究

1、兩款高速鐵路橋梁支座滑塊的制備及對(duì)比研究兩款高速鐵路橋梁支座滑塊的制備及對(duì)比研究姜穩(wěn)定黃安民朱志勇鄧如生（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）摘要摘要：本文介紹了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和聚四氟乙烯（PTFE）兩種不同橋梁支座滑塊制備方法，并對(duì)兩款橋梁滑塊的性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，UHMWPE復(fù)合滑塊具有比PTFE滑塊更加突出的綜合力學(xué)性能，且其承載能力高，自潤滑性能好，耐磨損性能突出，是高速鐵路橋梁支座的理

2、想之選。就磨損機(jī)理而言，PTFE滑塊主要表現(xiàn)為粘著磨損，而UHMWPE復(fù)合滑塊則主要表現(xiàn)為磨粒磨損。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：超高分子量聚乙烯；聚四氟乙烯；滑塊；橋梁支座；磨損機(jī)理近年來，國內(nèi)高速鐵路建設(shè)大規(guī)模進(jìn)行，列車所設(shè)計(jì)的高時(shí)速，對(duì)其運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性提出了更高要求，這必然要求高速鐵路橋梁支座滑塊能適應(yīng)載荷量更大、相對(duì)位移速度更快、累計(jì)滑動(dòng)位移量更長和耐磨要求更高的工作環(huán)境。聚四氟乙烯(PTFE)滑塊具有良好的自潤滑性能，在橋梁支座等建筑工

3、程領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，但其存在設(shè)計(jì)承載能力偏低、活載位移速率偏小、易冷流、磨損率偏高等缺點(diǎn)。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有優(yōu)異的物理和機(jī)械性能[1~3]，并有著廣泛應(yīng)用[45]；通過復(fù)合改性能有效地提高其抗蠕變性能、表面硬度，并賦予其良好的摩擦磨損性能[6~9]，有研究表明改性復(fù)合UHMWPE材料在無潤滑磨損條件下其耐磨性是PTFE的4倍，是一種可以代替金屬用于摩擦副的新型材料[10]。本文采用模壓成型以及模壓燒結(jié)成型工藝分別制備了改

4、性UHMWPE復(fù)合耐磨滑塊與PTFE滑塊，并模擬高速鐵路橋梁支座實(shí)際使用工況對(duì)兩款滑塊的性能進(jìn)行對(duì)比研究。1實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分1.1原材料UHMWPE粉末：相對(duì)分子量大于500萬，性能指標(biāo)見表1，市售；PTFE細(xì)粉：粒徑小于50m，性能指標(biāo)見表2，市售；石墨基個(gè)體復(fù)合耐磨劑：自制；復(fù)合加工助劑：自制。1.2儀器及設(shè)備全自動(dòng)UHMWPE專用模壓成型設(shè)備：350t，自制；PTFE模壓設(shè)備：HYL1000P型。1000t，衡陽華意機(jī)械有限公司；

5、燒結(jié)爐：RFXSc14型，16kW，樂清虹港爐業(yè)有限公司電子密度分析天平：TEP30型，湘儀天平儀器設(shè)備有限公司；球壓痕硬度儀：TQY1型，吉林省泰和試驗(yàn)機(jī)有限公司微機(jī)控制電子拉力試驗(yàn)機(jī)：CMT2103型，深圳新三思材料檢測有限公司；萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)：CMT4104型，深圳高頻檢測設(shè)備有限公司懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)：XJU型，承德試驗(yàn)機(jī)廠；加載試驗(yàn)機(jī)：400t，自制。1.3試樣制備(1)UHMWPE復(fù)合滑塊的制備取UHMWPE粉100份，石

6、墨基固體復(fù)合耐磨劑（自制）5份，復(fù)合加工助劑（自制）1份高速混合均勻后于8MPa、2305℃加熱熔融3h后冷卻模壓定型制得UHMWPE復(fù)合耐磨滑塊。(2)PTFE滑塊的制備取PTFE細(xì)粉于28MPa冷壓后，室溫靜置24h后于3805℃恒溫?zé)Y(jié)5h制得PTFE耐磨滑塊。劃痕，但變形明顯且部分儲(chǔ)脂坑被磨平，樣品周圍有大量白色碎屑存在，這是磨耗測試過程中PTFE滑塊因摩擦而脫落的PTFE碎片。正是由于PTFE滑塊在摩擦過程中大量碎屑脫離本體，

7、因此其線磨耗率高。(a)UHMWPE復(fù)合滑塊（50km），(b)PTFE滑塊（1km）圖3PTFE與UHMWPE復(fù)合耐磨滑塊磨耗測試樣品照片UHMWPE復(fù)合滑塊樣品表面存在黑色漿狀油膜為摩擦過程中小部分滑塊材料轉(zhuǎn)移到對(duì)磨面成為固體潤滑劑轉(zhuǎn)移膜，該轉(zhuǎn)移膜在滑塊本身釋放出的固體耐磨劑及潤滑硅脂存在條件下穩(wěn)定存在，進(jìn)而阻礙了滑塊與金屬之間的直接接觸，因此，UHMWPE復(fù)合滑塊具有良好的自潤滑性能且線磨耗率低；UHMWPE復(fù)合滑塊沿主滑行方向存

8、在輕微的劃痕（犁溝）現(xiàn)象，這是由于滑塊材料中剛性固體耐磨劑顆粒在聚合物表面形成堅(jiān)硬的突出物，在滑塊與不銹鋼表面接觸并相對(duì)滑動(dòng)的過程中刺入滑塊并對(duì)附近區(qū)域進(jìn)行微剪切和微切割，直到局部發(fā)生張力破壞所致，因此就磨損機(jī)理而言主要表現(xiàn)為磨粒磨損。相比而言，PTFE滑塊表面無劃痕跡象，但樣品變形嚴(yán)重且大量碎屑從本體脫落，這是摩擦過程中所形成的轉(zhuǎn)移膜無法穩(wěn)定存在，使得PTFE滑塊轉(zhuǎn)移層長期處理動(dòng)態(tài)平衡中，因而線磨耗率高，而就PTFE滑塊的磨損機(jī)理而言

9、主要表現(xiàn)為粘著磨損。3結(jié)論結(jié)論本文通過采用模壓成型以及模壓燒結(jié)成型工藝分別制備了改性UHMWPE復(fù)合耐磨滑塊與PTFE滑塊，通過對(duì)比研究得出：UHMWPE復(fù)合滑塊具有比PTFE滑塊更加突出的綜合力學(xué)性能，且其承載能力高，自潤滑性能好，耐磨損性能突出。因此，UHMWPE復(fù)合滑塊比PTFE滑塊更適宜于重載、高滑動(dòng)速度、高耐磨要求的工作環(huán)境，是高速鐵路橋梁支座耐磨滑移材料的理想之選。參考文獻(xiàn)1沛然，常秋英滑動(dòng)表面卷吸速度為零時(shí)的熱彈流潤滑分析

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