两款高速铁路桥梁支座滑块的制备及对比研究

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1、两款高速铁路桥梁支座滑块的制备及对比研究姜稳定黄安民朱志勇邓如生（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）摘要：本文介绍了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和聚四氟乙烯（PTFE）两种不同桥梁支座滑块制备方法，并对两款桥梁滑块的性能进行了研究。结果表明，UHMWPE复合滑块具有比PTFE滑块更加突出的综合力学性能，且其承载能力高，自润滑性能好，耐磨损性能突出，是高速铁路桥梁支座的理想之选。就磨损机理而言，PTFE滑块主要表现为粘着磨损，而UHMWPE复合滑块则主要表现为磨粒磨损。关键词：超高分子量聚乙烯；聚四氟乙烯；滑块；桥梁支座；磨损机理近年来，国内

2、高速铁路建设大规模进行，列车所设计的高时速，对其运行的平稳性和安全性提出了更高要求，这必然要求高速铁路桥梁支座滑块能适应载荷量更大、相对位移速度更快、累计滑动位移量更长和耐磨要求更高的工作环境。聚四氟乙烯(PTFE)滑块具有良好的自润滑性能，在桥梁支座等建筑工程领域被广泛应用，但其存在设计承载能力偏低、活载位移速率偏小、易冷流、磨损率偏高等缺点。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有优异的物理和机械性能[1~3]，并有着广泛应用[4,5]；通过复合改性能有效地提高其抗蠕变性能、表面硬度，并赋予其良好的摩擦磨损性能[6~9]，有研究表明改性复合UHMWPE材料在无润滑

3、磨损条件下其耐磨性是PTFE的4倍，是一种可以代替金属用于摩擦副的新型材料[10]。本文采用模压成型以及模压烧结成型工艺分别制备了改性UHMWPE复合耐磨滑块与PTFE滑块，并模拟高速铁路桥梁支座实际使用工况对两款滑块的性能进行对比研究。1实验部分1.1原材料UHMWPE粉末：相对分子量大于500万，性能指标见表1，市售；PTFE细粉：粒径小于50µm，性能指标见表2，市售；石墨基个体复合耐磨剂：自制；复合加工助剂：自制。1.2仪器及设备全自动UHMWPE专用模压成型设备：350t，自制；PTFE模压设备：HYL-1000P型。1000t，衡阳华意机械有限公司；烧

4、结炉：RFX-Sc14型，16kW，乐清虹港炉业有限公司电子密度分析天平：TEP-30型，湘仪天平仪器设备有限公司；球压痕硬度仪：TQY-1型，吉林省泰和试验机有限公司微机控制电子拉力试验机：CMT-2103型，深圳新三思材料检测有限公司；万能电子拉力试验机：CMT-4104型，深圳高频检测设备有限公司悬臂梁冲击试验机：XJU型，承德试验机厂；加载试验机：400t，自制。1.3试样制备(1)UHMWPE复合滑块的制备取UHMWPE粉100份，石墨基固体复合耐磨剂（自制）5份，复合加工助剂（自制）1份高速混合均匀后于8MPa、230±5℃加热熔融3h后冷却模压定型制

5、得UHMWPE复合耐磨滑块。(2)PTFE滑块的制备取PTFE细粉于28MPa冷压后，室温静置24h后于380±5℃恒温烧结5h制得PTFE耐磨滑块。1.4性能测试密度GB/T1033-1986测试；拉伸强度、断裂伸长率按ISO527-1996测试；拉伸弹性模量按GB/T1040-1992测试；强度冲击按ASTMD4020-96测试；球压痕硬度按ISO2039-2000测试。滑块承载能力采用400t加载试验机进行侧限压缩试验。滑块初始静摩擦系数（µst）、滑动摩擦系数（µdyn）及线磨耗率采用如图1所示试验工装进行测试，UHMWPE复合滑块与PTFE滑块测试方法分

6、别参照《客运专线桥梁盆式支座暂行技术条件补充规定》和铁道行业标准TB/T2331-2004，测试条件如表3所示图1擦磨耗实验工装示意图滑动轴承表3滑块摩擦系数与线磨耗率测试条件2结果与讨论2.1力学性能UHMWPE复合滑块与PTFE滑块材料的力学性能测试结果如表4所示。与PTFE滑块相比，UHMWPE复合滑块材料密度小、材质轻，力学综合性能优异。表4UHMWPE复合滑块与PTFE滑块的性能对比2.2承载能力图2为两款不同滑块限位压缩后变形情况，样品初始厚度为7.0mm，直径为100mm，侧限坑深为3.5mm。由图2可看出，在同等加载条件下，UHMWPE复合滑块的厚

7、度变化量明显小于PTFE滑块，表明UHMWPE复合滑块具有相对更高的承载能力，该滑块的使用将有力地提升桥梁等工程建筑的设计自由度。图2UHMWPE复合滑块(黑色)与PTFE滑块（白色）侧限压缩形变曲线UHMWPE复合滑块，加载90MPa×24h,------UHMWPE复合滑块，加载190MPa×24h,········PTFE滑块，加载90MPa×24h,2.3摩擦磨损性能UHMWPE复合滑块与PTFE滑块µst与µdyn测试结果如表5所示。由表5可看出，两款滑块在各自测试条件下µst均较低且基本相同，而µdyn则不尽相同，UHMWPE复合滑块的µdyn明显低于

8、PTFE滑