CN105419049B - 一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料 - Google Patents

一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，公开了一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，其特征在于，包括：超高分子量聚乙烯、聚苯乙烯‑乙烯‑丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、石墨以及二硫化钼；其中，按质量比计，每100份超高分子量聚乙烯的情况下，聚苯乙烯‑乙烯‑丁烯三嵌段共聚物为10～40份，聚乙烯醇2～5份，石墨2～10份，二硫化钼1～5份。本发明提供一种有效的材料搭配方案构成低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。

Description

一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
背景技术
水润滑轴承采用水作为润滑剂与传统的油润滑轴承相比，具有环境友好、结构简单、摩擦系数低、安全性能高等优点，被广泛应用于船舶、舰艇、海洋工程、水泵、水轮机等领域。
水润滑轴承最早采用铁梨木，随着资源枯竭，逐渐出现了橡胶、纤维增强酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺等合成高分子替代材料。在所有的高分子材料中，橡胶材料的特殊弹性行为，保证了其优异的减振性能和对轴不对中的自适应特性，但橡胶材料的干摩擦系数大，自润滑性能差，一旦发生断水，特别容易发生轴承烧坏现象。聚四氟乙烯材料具有最底的干摩擦系数，但其耐磨性能较差一般不作为轴承材料使用。超高分子量聚乙烯的干摩擦系数仅次于聚四氟乙烯，但耐磨性能比聚四氟乙烯高1个数量级，但如其他高分子材料一样，超高分子量聚乙烯材料减振性能不如橡胶材料，并且亲水性能差，具有较高的水润滑摩擦系数，限制了其在水润滑轴承领域的应用。
发明内容
本发明提供一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，解决了现有技术中水润轴承材料耐磨性能较差，减震性能差，亲水性差从而整体润滑性差的技术问题；达到了提升润滑性能，降低干摩擦和水润滑摩擦系数的技术效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，其特征在于，包括：超高分子量聚乙烯、聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、石墨以及二硫化钼；
其中，按质量比计，每100份超高分子量聚乙烯的情况下，聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物为10～40份，聚乙烯醇2～5份，石墨2～10份，二硫化钼1～5份。
进一步地，所述超高分子量聚乙烯为粉末状物料，粒径80～400微米，重均分子量为4×106～1×107；
所述聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物为粉末状物料，粒径100～300微米，重均分子量为1×105～5×105；
所述聚乙烯醇为粉末物料，粒径80～150微米，重均分子量为1×105～6×105之间；
所述石墨颗粒粒径在1～100微米；所述二硫化钼粒径在0.5～30微米。
进一步地，复合材料的加工工艺包括以下步骤：
将上述物料预混均匀，并置于轴承模具中；
在15-30MPa条件下压制成型，后放于烘箱中进行烧结，烧结温度180-220℃，烧结时间10-120min，冷却到室温进行脱模即得到所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，保持超高分子量聚乙烯材料优异的耐水、耐化学介质性能、低干摩擦系数、尺寸稳定性好等性能特点的同时，通过引入石墨和二硫化钼进一步降低了材料的干摩擦系数，提高了材料的耐干摩擦性能；通过引入SEBS降低材料的硬度增加减振性能；通过引入聚乙烯醇，改善材料的亲水性能，降低水润滑摩擦系数。
2、本申请实施例中提供的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，在每百份超高分子量聚乙烯材料中，添加一定份数的聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、石墨以及二硫化钼，使得在保持超高分子量聚乙烯的低摩擦系数性能的同时，通过聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物提升超高分子量聚乙烯材料的减振性能；通过聚乙烯醇作为亲水介质，提升超高分子量聚乙烯的亲水性，从而大大降低水润摩擦系数；通过石墨和二硫化钼的混合物作为干润滑剂，提升超高分子量聚乙烯的干润滑性；从而整体上降低干摩擦和水润摩擦系数。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，解决了现有技术中水润轴承材料耐磨性能较差，减震性能差，亲水性差从而整体润滑性差的技术问题；达到了提升润滑性能，降低干摩擦和水润滑摩擦系数的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，其特征在于，包括：超高分子量聚乙烯、聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、石墨以及二硫化钼；
其中，按质量比计，每100份超高分子量聚乙烯的情况下，聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物为10～40份，聚乙烯醇2～5份，石墨2～10份，二硫化钼1～5份。
通过上述内容可以看出，保持超高分子量聚乙烯材料优异的耐水、耐化学介质性能、低干摩擦系数、尺寸稳定性好等性能特点的同时，通过引入石墨二硫化钼进一步降低了材料的干摩擦系数，提高了材料的耐干摩擦性能；通过引入SEBS降低材料的硬度增加减振性能；通过引入聚乙烯醇，改善材料的亲水性能，降低水润滑摩擦系数。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本发明实施例提供的一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，其特征在于，包括：超高分子量聚乙烯、聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、石墨以及二硫化钼；
其中，按质量比计，每100份超高分子量聚乙烯的情况下，聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物为10～40份，聚乙烯醇2～5份，石墨2～10份，二硫化钼1～5份。
所述超高分子量聚乙烯为粉末状物料，粒径80～400微米，重均分子量为4×106～1×107；所述聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物为粉末状物料，粒径100～300微米，重均分子量为1×105～5×105；所述聚乙烯醇为粉末物料，粒径80～150微米，重均分子量为1×105～6×105之间；所述石墨颗粒粒径在1～100微米；所述二硫化钼粒径在0.5～30微米。通过颗粒结构的预混合使得各物料间均匀接触，充分提升超高分子量聚乙烯的润滑性能。
通过材料的预混合，配以复合材料的加工工艺实现材料间的有机整合，从而实现润滑性能的提升；包括以下步骤：
将上述物料预混均匀，并置于轴承模具中；
在15-30MPa条件下压制成型，后放于烘箱中进行烧结，烧结温度180-220℃，烧结时间10-120min，冷却到室温进行脱模即得到本发明所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
下面将通过分别介绍物料的实际组成方案说明本发明。
实例1
按重量称取分子量为400万，粒径为120微米的超高分子量聚乙烯粉末100份、分子量为10万，粒径为100微米聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物10份、分子量为15万，粒径为80微米的聚乙烯醇2份、粒径为2微米的石墨10份、粒径为0.5微米的二硫化钼5份，将上述物料在干粉混合机中混合均匀，接着放入到模具中，在20MPa条件下预压成型，然后在200℃烘箱中烧结20min，室温放置冷却后即得到本发明所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
实例2
按重量称取分子量为600万，粒径为80微米的超高分子量聚乙烯粉末100份、分子量为50万，粒径为100微米聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物25份、分子量为30万，粒径为150微米的聚乙烯醇2份、粒径为1微米的石墨10份、粒径为0.5微米的二硫化钼10份，将上述物料在干粉混合机中混合均匀，接着放入到模具中，在30MPa条件下预压成型，然后在220℃烘箱中烧结10min，室温放置冷却后即得到本发明所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
实例3
按重量称取分子量为1000万，粒径为400微米的超高分子量聚乙烯粉末100份、分子量为30万，粒径为300微米聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物40份、分子量为60万，粒径为150微米的聚乙烯醇5份、粒径为1微米的石墨10份、粒径为0.5微米的二硫化钼5份，将上述物料在干粉混合机中混合均匀，接着放入到模具中，在30MPa条件下预压成型，然后在220℃烘箱中烧结10min，室温放置冷却后即得到本发明所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
实例4
按重量称取分子量为600万，粒径为120微米的超高分子量聚乙烯粉末100份、分子量为30万，粒径为100微米聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物10份、分子量为15万，粒径为80微米的聚乙烯醇2份、粒径为2微米的石墨10份、粒径为0.5微米的二硫化钼5份，将上述物料在干粉混合机中混合均匀，接着放入到模具中，在30MPa条件下预压成型，然后在200℃烘箱中烧结20min，室温放置冷却后即得到本发明所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
实例5
按重量称取分子量为600万，粒径为400微米的超高分子量聚乙烯粉末100份、分子量为30万，粒径为150微米聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物20份、分子量为10万，粒径为150微米的聚乙烯醇2份、粒径为2微米的石墨2份、粒径为0.5微米的二硫化钼1份，将上述物料在干粉混合机中混合均匀，接着放入到模具中，在15MPa条件下预压成型，然后在200℃烘箱中烧结20min，室温放置冷却后即得到本发明所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
摩擦系数测试实验：在MRH-3A型高速环块摩擦试验机上对本发明的实施例1-5制备的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料摩擦系数和磨损系数进行测试，同时与硫化丁腈橡胶和超高分子量聚乙烯进行对比。测试条件是：载荷66N，转速210rpm，温度23±2℃，结果如下表1所示：
样品 干摩擦系数 水润滑系数
实例1 0.21 0.016
实例2 0.22 0.018
实例3 0.22 0.016
实例4 0.19 0.015
实例5 0.21 0.018
实例6 0.22 0.03
超高分子量聚乙烯 0.24 0.03
丁腈橡胶 0.45 0.02
由表1可以看出本发明得到低摩擦水润滑高分子轴承复合材料与超高分子量聚乙烯和丁腈橡胶对比均具有较低的摩擦系数。
另一方面，分子量为600万，粒径为120微米的超高分子量聚乙烯粉末100份、分子量为30万，粒径为100微米聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物10份、分子量为15万，粒径为80微米的聚乙烯醇2份、粒径为2微米的石墨10份、粒径为0.5微米的二硫化钼5份的组分搭配，能够最大限度的提升润滑性能。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例中提供的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，保持超高分子量聚乙烯材料优异的耐水、耐化学介质性能、低干摩擦系数、尺寸稳定性好等性能特点的同时，通过引入石墨和二硫化钼进一步降低了材料的干摩擦系数，提高了材料的耐干摩擦性能；通过引入SEBS降低材料的硬度增加减振性能；通过引入聚乙烯醇，改善材料的亲水性能，降低水润滑摩擦系数。
2、本申请实施例中提供的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，在每百份超高分子量聚乙烯材料中，添加一定份数的聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、石墨以及二硫化钼，使得在保持超高分子量聚乙烯的低摩擦系数性能的同时，通过聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物提升超高分子量聚乙烯材料的减振性能；通过聚乙烯醇作为亲水介质，提升超高分子量聚乙烯的亲水性，从而大大降低水润摩擦系数；通过石墨和二硫化钼的混合物作为干润滑剂，提升超高分子量聚乙烯的干润滑性；从而整体上降低干摩擦和水润摩擦系数。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，其特征在于，包括：超高分子量聚乙烯、聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、石墨以及二硫化钼；
其中，按质量比计，每100份超高分子量聚乙烯的情况下，聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物为10～40份，聚乙烯醇2～5份，石墨2～10份，二硫化钼1～5份。
2.如权利要求1所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，其特征在于：
所述超高分子量聚乙烯为粉末状物料，粒径80～400微米，重均分子量为4×106～1×107；
所述聚苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物为粉末状物料，粒径100～300微米，重均分子量为1×105～5×105；
所述聚乙烯醇为粉末物料，粒径80～150微米，重均分子量为1×105～6×105之间；
所述石墨颗粒粒径在1～100微米；所述二硫化钼粒径在0.5～30微米。
3.如权利要求2所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料，其特征在于，复合材料的加工工艺包括以下步骤：
将上述物料预混均匀，并置于轴承模具中；
在15～30MPa条件下压制成型，后放于烘箱中进行烧结，烧结温度180～220℃，烧结时间10～120min，冷却到室温进行脱模即得到所述的低摩擦水润滑高分子轴承复合材料。
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