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原文传递桥梁球形支座用新型复合滑板材料的结构、性能与机理研究

论文题名：	桥梁球形支座用新型复合滑板材料的结构、性能与机理研究
关键词：	桥梁;球形支座;复合滑板材料;超高分子量聚乙烯;力学性能;磨损性能;热性能
摘要：	近年来，各类桥梁建设工程持续增加并保持高速发展，桥梁球形支座由于具备受力均匀、承载力大、转矩小等优势而广泛应用于公路、铁路及市政建设等领域。伴随着新材料的开发与利用，支座滑板耐磨材料也在发生日新月异的变化。桥梁支座耐磨材料是支座中非常重要的滑动部件，发挥着承压传力的作用，其性能好坏直接影响桥梁支座的使用寿命和安全性能。　　超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有许多优良性能，尤其是高耐磨性和低摩擦系数表现突出。本世纪初，德国毛勒(Maurer)公司率先提出将改性UHMWPE作为支座耐磨材料应用于高速铁路及磁悬浮列车领域。UHMWPE经过改性后克服了聚四氟乙烯(PTFE)易冷流、磨损率高等缺点，更适合用作支座耐磨材料。据报道，我国已将UHMWPE滑板应用在武广客运专线，在今后还将具有广阔的应用前景。　　基于以上应用前景，本研究设计采用空心玻璃微球(hollow glassbeads，GB)和二硫化钼(MoS2)来改性UHMWPE，其添加量分别为1％、3％、5％、7％和10％。针对UHMWPE与无机填料存在界面结合不紧密等问题，本研究以聚四氢呋喃醚二元醇(PTMG2000)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为主要原料，设计合成了一种反应型高分子量界面剂(BH509)解决上述问题，其数均分子量在2000以上，异氰酸酯含量为6.45％。UHMWPE复合材料是通过KH550和B509两种界面剂处理填料表面后经过模压成型来制备的，并对UHMWPE/GB和UHMWPE/MoS2两个系列复合材料的力学性能、热性能及摩擦磨损性能进行了测试，还利用红外光谱(IR)分析了填料的表面改性情况。材料断面及磨损表面形貌采用扫描电镜(SEM)来观察。为模拟重载铁路中滑板的实际使用情况，还对本实验中制备的UHMWPE滑板进行了长时限压缩形变实验，并利用五元件Maxwell模型对其应力松弛行为进行了分析。主要研究结果如下: 　　 1.界面剂BH509可以很好地包覆在填料表面，处理效果要好于KH550。　　 2.UHMWPE改性后力学强度降低，并与填料含量成反比。UHMWPE/GB复合材料热性能及硬度均有所提高，当GB含量不超过5％时，拉伸强度在35MPa以上，断裂伸长率在280％以上，硬度在71°，维卡软化点为135℃;UHMWPE/MoS2复合材料的力学性能及热性能相对较差，MoS2含量在3％时，拉伸强度为35MPa，断裂伸长率为250％，维卡软化温度点129℃，硬度68.5°。　　 3.UHMWPE摩擦系数和磨损率与加载力成正比。在200N加载下，UHMWPE以粘着磨损为主，磨损率0.14％，摩擦系数为0.17。UHMWPE/GB和UHMWPE/MoS2两种复合材料的摩擦系数和磨损率都是在填料为5％处最低，并且UHMWPE/MoS2的降磨性能更佳，以疲劳磨损为主，磨损表面平整光滑，其摩擦系数为0.03，磨损率0.07％;UHMWPE/GB复合材料的摩擦系数和磨损率分别为0.07和0.11％，磨损表面有轻微磨削和犁沟现象，表现为磨粒磨损特征。　　 4.综合考虑UHMWPE复合材料力学性能和摩擦磨损性能情况下，填料含量为5％时，相应的复合材料性能最佳。
作者：	刘佳
专业：	材料科学与工程
导师：	姜志国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京化工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文