一种可变摩擦系数减隔震支座的制作方法

本发明涉及桥梁支座技术领域，具体涉及一种可变摩擦系数减隔震支座。

背景技术：

在相同地震位移情况下，摩擦系数大小代表了桥梁减隔震支座的耗能能力，摩擦系数越大，耗能能力越强，因此摩擦系数的控制对于减隔震效果非常重要。

桥梁减隔震支座的摩擦系数是由摩擦材料决定的。现有技术中常用摩擦材料有聚四氟乙烯和改性超高分子量聚乙烯，两种材料均具有良好的摩擦性能，摩擦系数低，不超过0.03，此时减隔震支座滑动和转动较为灵活。然而，为了满足减隔震支座的设计要求，一般做法是提高摩擦系数使支座在地震下具有更强的耗能能力，常规的做法是选用填充改性类摩擦材料或者是去除润滑脂使支座在干摩擦下使用，上述做法可以有效提高减隔震支座在地震下的耗能能力，然而也会导致支座在日常转动和滑动时摩擦系数偏高。

因此，如何平衡减隔震支座摩擦系数所引起的日常功能和耗能能力的矛盾，是本领域技术人员努力的方向。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种可变摩擦系数减隔震支座。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种可变摩擦系数减隔震支座，采用速度相关型摩擦材料作为核心滑动部件，在支座小于等于15mm/s低速滑动时，支座摩擦系数小于等于0.02；在支座大于等于100mm/s高速滑动时，支座摩擦系数大于等于0.05；

所述速度相关型摩擦材料由基体树脂、复合耐磨填料、摩擦系数改性剂组成，其原料组分及质量百分比为：基体树脂60%～88%，复合耐磨填料10%～30%，摩擦系数改性剂2%～10%。

本发明所述的基体树脂为聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯。

本发明所述的复合耐磨填料包含有机耐磨填料和无机耐磨填料两种，两者比例为1：0.1～0.3。有机耐磨填料为聚苯酯或聚醚醚酮，优选平均粒径≤50μm；无机耐磨填料为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、二硫化钼、石墨、石墨烯中的一种或一种以上组合而成。

本发明所述的摩擦系数改性剂为有机硅材料，为硅胶泥、高粘度硅油的其中一种。

一种可变摩擦系数减隔震支座的制作方法，包括以下步骤：

1）预处理：按质量百分比称取复合耐磨填料各配比，投入高速混合机内混合均匀，并在250℃～330℃烘干1-3h，再次投入高速混合机内；

2）混料：按质量百分比称料，依次将60%～88%基体树脂、10%～30%复合耐磨填料，2%～10%摩擦系数改性剂放入高速混合机内混合均匀；

3）烧结成型：根据基体树脂选择合适的模压工艺和烧结工艺，制成核心滑动部件。

本发明有益效果是：在本领域的常规认识中，在温度相同条件下桥梁支座的摩擦系数是恒定的，实际上桥梁支座的摩擦系数受摩擦材料影响是可以随速度变化而变化的，该规律在本领域内从未被使用过。本发明提供的速度相关型摩擦材料，通过在基体树脂中添加复合耐磨填料和摩擦系数改性剂，使材料具有优良的承载能力、耐磨性能和耐蠕变性能，同时摩擦系数规律性强，且重复性好，即在小于等于15mm/s低速滑动时摩擦系数小于等于0.02，在大于等于100mm/s高速滑动时摩擦系数大于等于0.05。

本发明中复合耐磨填料为有机/无机复合型填料，聚苯酯或聚醚醚酮为有机耐磨填料，与基体树脂聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯相容性好，能够提高基体树脂的极限PV值和耐磨性能。无机耐磨填料比例过低则起不到增强耐磨作用，比例过高则易形成磨粒导致摩擦系数升高，本发明中聚苯酯或聚醚醚酮与适当比例的无机耐磨填料复合作用时，无机粒子作为硬质点分散在材料中，能够进一步提高复合材料的耐磨性能和耐蠕变性能，同时也能起到稳定摩擦系数的作用。

本发明中摩擦系数改性剂为一种有机硅材料，其粘性与剪切速度相关。在受到低速剪切作用时表现出剪切变稀的特性，起到降低摩擦系数的作用；在受到高速剪切作用时，分子内及分子间能够发生弹性形变使材料表现出弹性特性，起到提高并稳定摩擦系数的作用。

本发明中复合耐磨填料在250℃～330℃相对高温情况下进行预处理，可以最大程度消除小分子杂质的影响，提高摩擦材料的外观和摩擦性能。

本发明所述的一种可变摩擦系数减隔震支座，正常工作时，摩擦阻力很小，支座转动和滑动灵活；当地震来临时，摩擦阻力随着滑动速度的增加而增大，减隔震支座起到耗能作用。本发明降低了减隔震支座在正常工作时的滑动和转动阻力，而当支座受到地震等破坏力量冲击作用时，支座摩阻力迅速升高，减隔震支座耗能能力大幅增大，保证了桥梁抗震安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，但本发明不受限于摩擦材料直径及桥梁支座结构形式。

图中：1、滑动摩擦副。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但是，本发明并不局限于本实施例。

实施例1：

如图1所示，本发明的一种可变摩擦系数减隔震支座，其滑动摩擦副1采用速度相关型摩擦材料，作为核心滑动部件。

该摩擦材料的组成及质量百分比为，聚四氟乙烯60%，复合耐磨填料30%，摩擦系数改性剂10%，其中复合耐磨填料占总摩擦材料的质量百分比组成为：聚苯酯25%，纳米二氧化硅2%，二硫化钼3%。首先按照质量比称取聚苯酯、纳米二氧化硅和二硫化钼，混合后在300℃下烘干1.5h。按配比称取聚四氟乙烯、复合耐磨填料和摩擦系数改性剂各组分，放入高速混合机混合均匀；过筛后倒入模具中进行模压，压力75MPa，保压5min，出模得到毛坯；将毛坯室温停放24h后，放入聚四氟乙烯烧结炉中进行烧结，缓慢升温，烧结温度350℃，烧结时间4h，降温至300℃保温1h，自然冷却至室温出炉。

在低速下，减隔震支座的摩擦系数为0.02；在高速下减隔震支座的摩擦系数可达到0.06。

实施例2：

如图1所示，本发明的一种可变摩擦系数减隔震支座，其滑动摩擦副1采用速度相关型摩擦材料。

该摩擦材料的组成及质量百分比为，聚四氟乙烯88%，复合耐磨填料10%，摩擦系数改性剂2%，其中复合耐磨填料组成为：聚醚醚酮9%，石墨1%。首先按照质量比称取聚醚醚酮、石墨，混合后在250℃下烘干2.5h。按配比称取聚四氟乙烯、复合耐磨填料和摩擦系数改性剂各组分，放入高速混合机混合均匀；过筛后倒入模具中进行模压，压力45MPa，保压1min，出模得到毛坯；将毛坯室温停放24h后，放入聚四氟乙烯烧结炉中进行烧结，缓慢升温，烧结温度355℃，烧结时间3h，降温至300℃保温1h，自然冷却至室温出炉。

在低速下，减隔震支座的摩擦系数为0.01；在高速下减隔震支座的摩擦系数可达到0.05。

实施例3：

如图1所示，本发明的一种可变摩擦系数减隔震支座，其滑动摩擦副1采用速度相关型摩擦材料。

该摩擦材料的组成及质量百分比为，超高分子量聚乙烯75%，复合耐磨填料20%，摩擦系数改性剂5%，其中复合耐磨填料组成为：聚苯酯15%，纳米氧化铝3%，二硫化钼1.5%。首先按照质量比称取聚苯酯、纳米氧化铝，二硫化钼，混合后在330℃下烘干2h。按配比称取超高分子量聚乙烯、复合耐磨填料和摩擦系数改性剂各组分，放入高速混合机混合均匀；过筛后倒入模具中进行模压，压力20MPa，模压温度220℃，烧结时间2h。

在低速下，减隔震支座的摩擦系数为0.015；在高速下减隔震支座的摩擦系数可达到0.07。