一種可變摩擦係數減隔震支座的製作方法
2023-09-20 06:04:35
本發明涉及橋梁支座技術領域，具體涉及一種可變摩擦係數減隔震支座。
背景技術：
在相同地震位移情況下，摩擦係數大小代表了橋梁減隔震支座的耗能能力，摩擦係數越大，耗能能力越強，因此摩擦係數的控制對於減隔震效果非常重要。
橋梁減隔震支座的摩擦係數是由摩擦材料決定的。現有技術中常用摩擦材料有聚四氟乙烯和改性超高分子量聚乙烯，兩種材料均具有良好的摩擦性能，摩擦係數低，不超過0.03，此時減隔震支座滑動和轉動較為靈活。然而，為了滿足減隔震支座的設計要求，一般做法是提高摩擦係數使支座在地震下具有更強的耗能能力，常規的做法是選用填充改性類摩擦材料或者是去除潤滑脂使支座在幹摩擦下使用，上述做法可以有效提高減隔震支座在地震下的耗能能力，然而也會導致支座在日常轉動和滑動時摩擦係數偏高。
因此，如何平衡減隔震支座摩擦係數所引起的日常功能和耗能能力的矛盾，是本領域技術人員努力的方向。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供一種可變摩擦係數減隔震支座。
為實現上述技術目的，所採用的技術方案是：一種可變摩擦係數減隔震支座，採用速度相關型摩擦材料作為核心滑動部件，在支座小於等於15mm/s低速滑動時，支座摩擦係數小於等於0.02；在支座大於等於100mm/s高速滑動時，支座摩擦係數大於等於0.05；
所述速度相關型摩擦材料由基體樹脂、複合耐磨填料、摩擦係數改性劑組成，其原料組分及質量百分比為：基體樹脂60%～88%，複合耐磨填料10%～30%，摩擦係數改性劑2%～10%。
本發明所述的基體樹脂為聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯。
本發明所述的複合耐磨填料包含有機耐磨填料和無機耐磨填料兩種，兩者比例為1：0.1～0.3。有機耐磨填料為聚苯酯或聚醚醚酮，優選平均粒徑≤50μm；無機耐磨填料為納米二氧化矽、納米氧化鋁、二硫化鉬、石墨、石墨烯中的一種或一種以上組合而成。
本發明所述的摩擦係數改性劑為有機矽材料，為矽膠泥、高粘度矽油的其中一種。
一種可變摩擦係數減隔震支座的製作方法，包括以下步驟：
1）預處理：按質量百分比稱取複合耐磨填料各配比，投入高速混合機內混合均勻，並在250℃～330℃烘乾1-3h，再次投入高速混合機內；
2）混料：按質量百分比稱料，依次將60%～88%基體樹脂、10%～30%複合耐磨填料，2%～10%摩擦係數改性劑放入高速混合機內混合均勻；
3）燒結成型：根據基體樹脂選擇合適的模壓工藝和燒結工藝，製成核心滑動部件。
本發明有益效果是：在本領域的常規認識中，在溫度相同條件下橋梁支座的摩擦係數是恆定的，實際上橋梁支座的摩擦係數受摩擦材料影響是可以隨速度變化而變化的，該規律在本領域內從未被使用過。本發明提供的速度相關型摩擦材料，通過在基體樹脂中添加複合耐磨填料和摩擦係數改性劑，使材料具有優良的承載能力、耐磨性能和耐蠕變性能，同時摩擦係數規律性強，且重複性好，即在小於等於15mm/s低速滑動時摩擦係數小於等於0.02，在大於等於100mm/s高速滑動時摩擦係數大於等於0.05。
本發明中複合耐磨填料為有機/無機複合型填料，聚苯酯或聚醚醚酮為有機耐磨填料，與基體樹脂聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯相容性好，能夠提高基體樹脂的極限PV值和耐磨性能。無機耐磨填料比例過低則起不到增強耐磨作用，比例過高則易形成磨粒導致摩擦係數升高，本發明中聚苯酯或聚醚醚酮與適當比例的無機耐磨填料複合作用時，無機粒子作為硬質點分散在材料中，能夠進一步提高複合材料的耐磨性能和耐蠕變性能，同時也能起到穩定摩擦係數的作用。
本發明中摩擦係數改性劑為一種有機矽材料，其粘性與剪切速度相關。在受到低速剪切作用時表現出剪切變稀的特性，起到降低摩擦係數的作用；在受到高速剪切作用時，分子內及分子間能夠發生彈性形變使材料表現出彈性特性，起到提高並穩定摩擦係數的作用。
本發明中複合耐磨填料在250℃～330℃相對高溫情況下進行預處理，可以最大程度消除小分子雜質的影響，提高摩擦材料的外觀和摩擦性能。
本發明所述的一種可變摩擦係數減隔震支座，正常工作時，摩擦阻力很小，支座轉動和滑動靈活；當地震來臨時，摩擦阻力隨著滑動速度的增加而增大，減隔震支座起到耗能作用。本發明降低了減隔震支座在正常工作時的滑動和轉動阻力，而當支座受到地震等破壞力量衝擊作用時，支座摩阻力迅速升高，減隔震支座耗能能力大幅增大，保證了橋梁抗震安全性。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖，但本發明不受限於摩擦材料直徑及橋梁支座結構形式。
圖中：1、滑動摩擦副。
具體實施方式
結合附圖和具體實施例對本發明加以說明，但是，本發明並不局限於本實施例。
實施例1：
如圖1所示，本發明的一種可變摩擦係數減隔震支座，其滑動摩擦副1採用速度相關型摩擦材料，作為核心滑動部件。
該摩擦材料的組成及質量百分比為，聚四氟乙烯60%，複合耐磨填料30%，摩擦係數改性劑10%，其中複合耐磨填料佔總摩擦材料的質量百分比組成為：聚苯酯25%，納米二氧化矽2%，二硫化鉬3%。首先按照質量比稱取聚苯酯、納米二氧化矽和二硫化鉬，混合後在300℃下烘乾1.5h。按配比稱取聚四氟乙烯、複合耐磨填料和摩擦係數改性劑各組分，放入高速混合機混合均勻；過篩後倒入模具中進行模壓，壓力75MPa，保壓5min，出模得到毛坯；將毛坯室溫停放24h後，放入聚四氟乙烯燒結爐中進行燒結，緩慢升溫，燒結溫度350℃，燒結時間4h，降溫至300℃保溫1h，自然冷卻至室溫出爐。
在低速下，減隔震支座的摩擦係數為0.02；在高速下減隔震支座的摩擦係數可達到0.06。
實施例2：
如圖1所示，本發明的一種可變摩擦係數減隔震支座，其滑動摩擦副1採用速度相關型摩擦材料。
該摩擦材料的組成及質量百分比為，聚四氟乙烯88%，複合耐磨填料10%，摩擦係數改性劑2%，其中複合耐磨填料組成為：聚醚醚酮9%，石墨1%。首先按照質量比稱取聚醚醚酮、石墨，混合後在250℃下烘乾2.5h。按配比稱取聚四氟乙烯、複合耐磨填料和摩擦係數改性劑各組分，放入高速混合機混合均勻；過篩後倒入模具中進行模壓，壓力45MPa，保壓1min，出模得到毛坯；將毛坯室溫停放24h後，放入聚四氟乙烯燒結爐中進行燒結，緩慢升溫，燒結溫度355℃，燒結時間3h，降溫至300℃保溫1h，自然冷卻至室溫出爐。
在低速下，減隔震支座的摩擦係數為0.01；在高速下減隔震支座的摩擦係數可達到0.05。
實施例3：
如圖1所示，本發明的一種可變摩擦係數減隔震支座，其滑動摩擦副1採用速度相關型摩擦材料。
該摩擦材料的組成及質量百分比為，超高分子量聚乙烯75%，複合耐磨填料20%，摩擦係數改性劑5%，其中複合耐磨填料組成為：聚苯酯15%，納米氧化鋁3%，二硫化鉬1.5%。首先按照質量比稱取聚苯酯、納米氧化鋁，二硫化鉬，混合後在330℃下烘乾2h。按配比稱取超高分子量聚乙烯、複合耐磨填料和摩擦係數改性劑各組分，放入高速混合機混合均勻；過篩後倒入模具中進行模壓，壓力20MPa，模壓溫度220℃，燒結時間2h。
在低速下，減隔震支座的摩擦係數為0.015；在高速下減隔震支座的摩擦係數可達到0.07。