[发明专利]一种聚芳醚酮复合材料及其在桥梁支座上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子复合材料及其应用，特别涉及一种聚芳醚酮复合材料及其在桥梁支座上的应用。

背景技术

随着我国交通工业的迅猛发展，各种大跨度桥梁、高速铁路不断涌现，因而对桥梁支座的承载能力及其适应位移和转角能力的要求不断提高，开发和研究与之相适应的新型桥梁支座显得非常重要。近年来，国内桥梁工业中主要应用的桥梁支座是盆式橡胶支座或球形支座。国内外盆式橡胶支座的结构设计中均采用高分子材料、利用钢制承载板解决桥梁的力传递，将具有良好耐磨性能的润滑材料作为主要的减震运动部件。

目前国内外对于具有良好抗震滑移性的桥梁支座滑移材料主要采用纯聚四氟乙烯作为滑移材料，然而PTFE设计载荷能力偏低，载荷位移速率偏小，磨损率偏高，尤其是在负荷长期作用下，其蠕变性较大，容易发生冷流现象，从而导致滑板在长期负荷的作用下会有明显的变形，更换较为频繁，在使用过程中已经不能满足桥梁支座滑移材料的更高要求。行业内迫切需要找到一种材料用于支座滑块能适应载荷更大、相对位移速度更快、累计滑动位移更长和耐磨性要求更高的工作环境。

聚芳醚酮(PEEK)是一种新型的特种工程材料，由于其具有较高的使用温度，强度和尺寸稳定性，最早在航空航天领域获得应用，可替代铝和其他金属材料制造各种飞机零部件。在汽车工业中由于PEEK树脂具有良好的耐摩擦性能和机械性能，用做制造发动机内罩的原材料，用其制造的轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件在汽车的转动、刹车和空调系统中被广泛采用。PEEK几乎不溶于浓硫酸外的所有溶剂，因而常常用来制作压缩机阀片、活塞环、密封件和各种化工用泵体、阀门部件。PEEK不仅具有坚硬耐磨，高刚性，耐蠕变，高冲击强度，良好的弯曲延展性等特点，耐疲劳性突出，对许多化学物质及溶剂具有抗腐蚀性。但是，当其应用于桥梁支座领域时，聚芳醚酮的摩擦系数过大，润滑度不够，耐磨性较差，大大缩短了桥梁支座的使用寿命。

针对上述不足，需要对聚芳醚酮进行改性处理，既可以降低聚芳醚酮的成本，又可以降低聚芳醚酮的摩擦系数，增强其耐磨性，可以代替聚四氟乙烯用于制作桥梁支座滑移的新型耐磨材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种聚芳醚酮复合材料及其制备方法，制备出高耐磨性、自润滑性好的复合材料，并将其具体应用在桥梁支座领域，大大改善桥梁支座的力学性能和提高桥梁支座的使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种聚芳醚酮复合材料，按重量份包括以下组分：40-99.8份聚芳醚酮树脂、0.1-20份聚四氟乙烯树脂、0-20份纤维、0.1-30份固体润滑剂和0-15份填料，各组分经过充分混合并磨成细粉后模压成型制得。

进一步，所述聚芳醚酮树脂为聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚醚联苯醚酮(PEDEK)、聚醚联苯醚酮酮(PEDEKK)或聚醚醚酮的共聚物；

进一步，所述固体润滑剂为二硫化钼、石墨、碳粉、石英粉、氮化硼、二硒化铌和纳米金刚石粉中一种或几种的混合物；

进一步，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维(Kevlar、Nomex或PBI纤维)、石墨纤维或碳化硅纤维，纤维的直径≤100um，平均长度小于50mm；

进一步，所述填料为炭黑、锡青铜合金、碳酸钙和硫酸钙中一种或几种的混合物。

本发明还提供本聚芳醚酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a、利用机械混合器将聚芳醚酮树脂、聚四氟乙烯树脂、固体润滑剂、纤维和填料充分预混合搅拌；

b、再用球磨的方法进行处理，充分混合分散均匀；

c、然后放入烘箱，在130-150℃的条件下烘烤3h，以除去混合物的水分；

d、将c步骤所得粉料装入模具中，加压至1-3MPa，待温度升高到300-360℃，恒温10-15min，在模压过程中，每隔5min放气一次；

e、继续升温到370-420℃，并缓慢加压，当压力达到2.5-10MPa时，保持10-60min，再以10-50℃/min的速度降温冷却至100-200℃，保温1小时进行去内应力处理，模具温度降低到100℃以下脱模即可制得外表面具有一定深度的油穴的聚芳醚酮复合材料。

本发明还提供本聚芳醚酮复合材料的应用，将其制作成桥梁支座应用于桥梁领域。