兩款高速鐵路橋梁支座滑塊的制備及對比研究

1、兩款高速鐵路橋梁支座滑塊的制備及對比研究兩款高速鐵路橋梁支座滑塊的制備及對比研究姜穩(wěn)定黃安民朱志勇鄧如生（株洲時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，并對兩款橋梁滑塊的性能進行了研究。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；磨損機理近年來，國內(nèi)高速鐵路建設(shè)大規(guī)模進行，列車所設(shè)計的高時速，對其運行的平穩(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、相對位移速度更快、累計滑動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。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有優(yōu)異的物理和機械性能[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際使用工況對兩款滑塊的性能進行對比研究。1實驗部分實驗部分1.1原材料UHMWPE粉末：相對分子量大于500萬，性能指標見表1，市售；PTFE細粉：粒徑小于50m，性能指標見表2，市售；石墨基個體復(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，吉林省泰和試驗機有限公司微機控制電子拉力試驗機：CMT2103型，深圳新三思材料檢測有限公司；萬能電子拉力試驗機：CMT4104型，深圳高頻檢測設(shè)備有限公司懸臂梁沖擊試驗機：XJU型，承德試驗機廠；加載試驗機：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硬的突出物，在滑塊與不銹鋼表面接觸并相對滑動的過程中刺入滑塊并對附近區(qū)域進行微剪切和微切割，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)移層長期處理動態(tài)平衡中，因而線磨耗率高，而就PTFE滑塊的磨損機理而言

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1沛然，常秋英滑動表面卷吸速度為零時的熱彈流潤滑分析

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