本發(fā)明屬于橋梁支座用高分子材料開發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種橋梁支座用高分子滑板及其制備方法。
背景技術(shù)：
橋梁作為鐵路、公路等線路的必要組成部分，尤其是高速鐵路中，橋梁所占比例越來越大。橋梁支座作為連接橋梁與橋墩的“關(guān)節(jié)”部位，其用量也與日俱增。隨著技術(shù)的進(jìn)步，高速鐵路列車速度越來越快，重載鐵路列車載重量成倍增長(zhǎng)，同時(shí)高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用逐漸推廣，這些都要求支座具有高的承載能力。支座承載能力主要是由摩擦副中非金屬滑板的承載能力決定的。目前支座摩擦副的非金屬滑板主要有聚四氟乙烯和改性超高分子量聚乙烯，這兩種材料的自潤(rùn)滑性好、摩擦系數(shù)小和耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，但是承壓能力不高，決定了目前支座的最大豎向設(shè)計(jì)壓應(yīng)力不能高于45mpa。但是隨著支座承載能力要求的提高，支座的豎向設(shè)計(jì)應(yīng)力將極大提高，聚四氟乙烯和改性超高分子量聚乙烯遠(yuǎn)不能滿足支座高承載的要求；因此有必要開發(fā)一種承載能力高、自潤(rùn)滑性能好、耐磨性能優(yōu)異的橋梁支座用非金屬滑板。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種橋梁支座用滑板及其制備方法，通過對(duì)特種工程塑料進(jìn)行改性，使得該改性的材料具有承壓能力強(qiáng)、摩擦系數(shù)小、耐磨性能優(yōu)異的特點(diǎn)。該方法制備的非金屬滑板其摩擦性能與現(xiàn)有的聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯基本一致，但耐磨性能和承載性能將有極大的提高。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是：一種橋梁支座用滑板，滑板原料包括聚苯硫醚樹脂基體、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、以及增強(qiáng)體系；
以重量百分含量計(jì)，聚苯硫醚樹脂基體為40%~85%、摩擦性能調(diào)節(jié)劑為5%~20%、增強(qiáng)體系為10%~40%；
所述的聚苯硫醚樹脂基體為注塑級(jí)線型高分子量的聚合物樹脂；
所述的摩擦性能調(diào)節(jié)劑由主調(diào)節(jié)劑和輔助調(diào)節(jié)劑構(gòu)成，主調(diào)節(jié)劑和輔調(diào)節(jié)劑的重量比為4:1。
本發(fā)明所述的主調(diào)節(jié)劑為聚四氟乙烯微粉，其粒徑為25微米~100微米；其中粒徑優(yōu)選25微米~50微米；
本發(fā)明所述的輔助調(diào)節(jié)劑為二硫化鉬，二硫化鉬的表面經(jīng)活化處理。
本發(fā)明所述的增強(qiáng)體系為混合增強(qiáng)體系，其由增強(qiáng)纖維和納米顆?；旌隙?，其中增強(qiáng)纖維和納米顆粒的重量比為9:1，增強(qiáng)纖維進(jìn)行表面活化處理。
本發(fā)明所述的增強(qiáng)纖維是玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種或多種混合。
本發(fā)明所述的納米顆粒是石墨烯。
本發(fā)明所述的二硫化鉬和增強(qiáng)纖維表面活化處理劑為偶聯(lián)劑。
本發(fā)明所用的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸化合物中的一種；所用偶聯(lián)劑的量為活化物料量的0.5%~2%；
一種橋梁支座用滑板的制備方法，主要包含以下步驟：
（1）原料準(zhǔn)備：以重量百分含量計(jì)，取40%~85%聚苯硫醚樹脂基體、5%~20%摩擦性能調(diào)節(jié)劑、10%~40%增強(qiáng)體系在110-130℃下干燥2小時(shí)，備用；
（2）活化處理：將增強(qiáng)纖維、二硫化鉬活化處理，110-130℃干燥2h，然后粉碎備用；
（3）制備混合料：將步驟（1）制成的聚苯硫醚樹脂基體、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、增強(qiáng)體系按照質(zhì)量配比放入高混機(jī)中進(jìn)行高速混合，得到混合料；
（4）擠出造粒：將步驟（3）所制得的混合料加入雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠出造粒；擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定范圍為270℃~310℃，從料斗到口模方向溫度逐漸升高；并將擠出機(jī)口模基礎(chǔ)的料條冷卻、切粒；
（5）注塑成型：將步驟（4）所造粒子放入干燥箱中110-130℃干燥2小時(shí)，倒入注塑機(jī)料斗中，根據(jù)需要的滑板尺寸，采用相應(yīng)的模具進(jìn)行注塑成型，得到所需要的支座滑板。
本發(fā)明所述的滑板的厚度為4~12mm。
本發(fā)明采用聚合物共混改性的方法制備的改性聚苯硫醚支座非金屬滑板，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）承載能力高。聚苯硫醚剛度相比聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯大的多，具有較好的承載能力，是高承載力非金屬滑板的優(yōu)選基體。碳纖維和芳綸纖維都具有高強(qiáng)度、高模量等特性；而石墨烯是目前世界上已知的最堅(jiān)硬、力學(xué)強(qiáng)度最高的材料；利用兩者協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，共混改性后材料的承載能力得到了極大的提升。因此，該材料制備的非金屬滑板相比聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯滑板的承載能力大大提高。
（2）摩擦系數(shù)小。采用自潤(rùn)滑性能優(yōu)異的聚四氟乙烯作為主性能調(diào)節(jié)劑，再配以潤(rùn)滑效果好二硫化鉬作為輔助潤(rùn)滑劑，在摩擦過程中聚四氟乙烯可以在對(duì)摩面形成轉(zhuǎn)移膜，同時(shí)層狀的二硫化鉬在滑動(dòng)過程中能夠產(chǎn)生完成的滑移膜，起到潤(rùn)滑減摩的作用，主輔調(diào)節(jié)劑的共同作用使得改性的聚苯硫醚材料具有較小的摩擦系數(shù)。
（3）耐磨性好。材料的硬度在一定程度上反應(yīng)了材料的耐磨性能；聚苯硫醚基體自身強(qiáng)度高、硬度大，具有較好的耐磨性；玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維高強(qiáng)度、高模量，也具有很強(qiáng)的耐磨性；石墨烯作為目前世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)，其耐磨性毋庸置疑。采用纖維和石墨烯協(xié)同增強(qiáng)的聚苯硫醚其硬度是聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯的4~5倍；同時(shí)在聚四氟乙烯、二硫化鉬等減摩效果優(yōu)異的物質(zhì)幫助下，共混改性后的聚苯硫醚的耐磨性相比聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯的耐磨性將提升2~3倍。
（4）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、效率高。以往用的聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯均采用壓制成型，其中熱壓成型工序用時(shí)較長(zhǎng)、能源利用率低，且每次成型的滑板數(shù)量少，效率低；而改性聚苯硫醚非金屬滑板采用混料—擠出造?！⑺艿某尚凸に嚕渖a(chǎn)工序少，各工序的生產(chǎn)工藝過程簡(jiǎn)單，同時(shí)采用注塑成型效率高、節(jié)省能源。
具體實(shí)施方式
一種橋梁支座用滑板，含有聚苯硫醚樹脂基體、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、增強(qiáng)體系；
以重量百分含量計(jì)，40%~85%聚苯硫醚樹脂基體、5%~20%摩擦性能調(diào)節(jié)劑、10%~40%增強(qiáng)體系；
所述的聚苯硫醚樹脂基體為注塑級(jí)線型高分子量的聚合物樹脂；
所述的摩擦性能調(diào)節(jié)劑由主調(diào)節(jié)劑和輔助調(diào)節(jié)劑構(gòu)成，主調(diào)節(jié)劑和輔調(diào)節(jié)劑的重量比為4:1；
進(jìn)一步的，主調(diào)節(jié)劑為聚四氟乙烯微粉，其粒徑為25微米~100微米，其中粒徑優(yōu)選25微米~50微米；
進(jìn)一步的，輔助調(diào)節(jié)劑為二硫化鉬，其表面必須經(jīng)活化處理，改善其在樹脂基體中的分散效果和提高與樹脂基體的相容性；
所述的增強(qiáng)體系主要是混合增強(qiáng)體系，由增強(qiáng)纖維和納米顆?；旌隙桑渲性鰪?qiáng)纖維和納米顆粒的重量比為9:1；
進(jìn)一步的，所述的增強(qiáng)纖維是玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種或多種混合，其中優(yōu)選碳纖維；
進(jìn)一步的，所述的納米顆粒是石墨烯；
更進(jìn)一步，所述的增強(qiáng)纖維必須進(jìn)行表面活化處理，以提升增強(qiáng)體系與聚苯硫醚樹脂基體的相容性；
進(jìn)一步的，二硫化鉬和增強(qiáng)纖維表面活化處理劑為偶聯(lián)劑，所用的偶聯(lián)劑主要是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸化合物中的一種；所用偶聯(lián)劑的量為活化物料量的0.5%~2%，其取量是針對(duì)不同的活化物料量單獨(dú)取量；
本發(fā)明還提供了上述改性材料的制備工藝，主要包含以下步驟：
（1）原料準(zhǔn)備：將所用的聚苯硫醚、聚四氟乙烯等樹脂在105℃下干燥2小時(shí)備用；
（2）活化處理：將增強(qiáng)纖維、二硫化鉬等用偶聯(lián)劑表面處理，110℃干燥2h，然后粉碎備用；
（3）制備混合料：將樹脂基體、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、增強(qiáng)體系按照一定的質(zhì)量配比放入高混機(jī)中進(jìn)行高速混合，得到混合料；
（4）擠出造粒：將步驟（3）所制得的混合料加入雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行擠出造粒；擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定范圍為270℃~310℃，從料斗到口模方向溫度逐漸升高；并將擠出機(jī)口?；A(chǔ)的料條冷卻、切粒。
（5）注塑成型：將步驟（4）所造粒子放入干燥箱中120℃干燥2小時(shí)，倒入注塑機(jī)料斗中，根據(jù)需要的滑板尺寸，采用相應(yīng)的模具進(jìn)行注塑成型，得到所需要的支座滑板。
進(jìn)一步的所用滑板的厚度在4~12mm，其形狀可以是各種不同形狀。
實(shí)施例1
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：85%聚苯硫醚、4%聚四氟乙烯微粉、1%二硫化鉬、9%碳纖維、1%石墨烯；
先用碳纖維的1%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，用二硫化鉬重量比的1%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后，將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的碳纖維和二硫化鉬放置于110℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將碳纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在110℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
實(shí)施例2
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：40%聚苯硫醚、16%聚四氟乙烯微粉、4%二硫化鉬、36%碳纖維、4%石墨烯；
先用碳纖維重量比的2%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，用二硫化鉬重量比的2%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的碳纖維和二硫化鉬放置于130℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將碳纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在130℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
實(shí)施例3
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：60%聚苯硫醚、12%聚四氟乙烯微粉、3%二硫化鉬、23.5%碳纖維、2.5%石墨烯；
先用碳纖維重量比的1.5%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，用二硫化鉬重量比的1.5%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的碳纖維和二硫化鉬放置于120℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將碳纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在120℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
實(shí)施例4
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：50%聚苯硫醚、28%聚四氟乙烯微粉、7%二硫化鉬、13.5%玻璃纖維、1.5%石墨烯；
先用玻璃纖維重量比的1.5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維進(jìn)行表面處理，用二硫化鉬重量比的1.5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的玻璃纖維和二硫化鉬放置于120℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將玻璃纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在120℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
實(shí)施例5
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：70%聚苯硫醚、8%聚四氟乙烯微粉、2%二硫化鉬、18%芳綸纖維、2%石墨烯；
先用芳綸纖維量比的1%的鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面處理，用二硫化鉬重量比的1%的鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的芳綸纖維和二硫化鉬放置于115℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將芳綸纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在115℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
實(shí)施例6
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：70%聚苯硫醚、8%聚四氟乙烯微粉、2%二硫化鉬、10%碳纖維、8%芳綸纖維、2%石墨烯；
先用碳纖維重量比的1.5%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，用芳綸纖維重量比的1.5%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面處理，用二硫化鉬重量比的1.5%的硅烷偶聯(lián)劑kh550對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的碳纖維、芳綸纖維和二硫化鉬放置于115℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在115℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
實(shí)施例7
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：40%聚苯硫醚、16%聚四氟乙烯微粉、4%二硫化鉬、20%碳纖維、16%玻璃纖維、4%石墨烯；
先用碳纖維重量比的1.5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，先用玻璃纖維重量比的1.5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維進(jìn)行表面處理，先用二硫化鉬重量比的1.5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的碳纖維、玻璃纖維和二硫化鉬放置于115℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將碳纖維和玻璃纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在115℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
實(shí)施例8
本發(fā)明材料的制備，各物料按以下重量配比進(jìn)行配料：40%聚苯硫醚、16%聚四氟乙烯微粉、4%二硫化鉬、15%玻璃纖維、21%芳綸纖維、4%石墨烯；
先用玻璃纖維重量比的2%的鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維進(jìn)行表面處理，先用芳綸纖維重量比的2%的鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面處理，先用二硫化鉬重量比的2%的鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)二硫化鉬進(jìn)行表面處理，然后將聚苯硫醚、聚四氟乙烯及表面活化處理的玻璃纖維、芳綸纖維和二硫化鉬放置于120℃的真空干燥箱中干燥2小時(shí)；將纖維粉碎后與聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、石墨烯等放入高速混合機(jī)中高速攪拌分散。將混合分散好的混合料導(dǎo)入擠出機(jī)的料斗中，擠出機(jī)各段加熱溫度設(shè)定在270℃~310℃之間，待各段溫度達(dá)到設(shè)定溫度后進(jìn)行擠出造粒。將所造粒子在120℃下干燥2小時(shí)后倒入注塑機(jī)料斗進(jìn)行注塑，最終獲得所需要的滑板。
針對(duì)所制備的滑板進(jìn)行承壓性能、摩擦系數(shù)、線磨耗率等性能進(jìn)行測(cè)試。其中摩擦系數(shù)和線磨耗率按照gb/t17955-2009、tb/t3320-2013中規(guī)定的硅脂潤(rùn)條件測(cè)試；測(cè)試結(jié)果見表1：