CN105646964A

CN105646964A - 一种耐泥沙环境的长寿命水润滑轴承复合材料

Info

Publication number: CN105646964A
Application number: CN201410711370.6A
Authority: CN
Inventors: 王廷梅; 李裕琪; 王齐华
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-06-08

Abstract

本发明公开了一种耐泥沙环境的长寿命水润滑轴承复合材料。复合材料是由橡胶基体、增强体、固体润滑剂、无机纳米填料和有机高分子填料组成。复合材料具有优异的泥沙包容性，机械强度高，摩擦系数小、磨损率低等特点，具有良好的含泥沙水润滑性能，可以通过固体润滑剂、无机纳米填料和有机高分子材料的协同作用有效降低丁腈橡胶水润滑轴承材料的摩擦系数，提高了轴承材料的减摩耐磨能力，延长材料使用寿命。该材料可成型为密封圈和轴承等材料使用，尤其是高泥沙含量水质工况下的泵轴和船舶尾轴等水润滑轴承领域。

Description

一种耐泥沙环境的长寿命水润滑轴承复合材料

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及了一种耐泥沙环境的长寿命水润滑轴承复合材料。

背景技术

我国目前机电排灌保有量达7000多万kW，居世界第一，已建成泵站工程46万余座，其中大中型泵站5500多座。近年来国家加大了水利建设的投入，随着各地跨流域调水工程的实施，一大批大型泵站将投入建设，我国的水利建设也将进入一个新的发展阶段。随着国民经济的进一步发展，必将有更多的泵站工程将投入建设。泵站水泵机组的可靠性直接影响水泵机组的维护费用和泵站功能的发挥。

水润滑轴承因其结构简单，而且用水作润滑介质无污染、来源广，还能降低和减少摩擦副产生的磨损、冲击、噪声等问题，在水泵导轴承中获得广泛应用。水润滑轴承起着承受水泵转动部件径向力和稳定叶轮转动的作用，同时也是大型泵站水泵的关键易磨易损部件。水润滑轴承磨损时，河水中的泥沙进入轴承间隙，经轴颈的挤压嵌入轴承，轴颈磨损，被磨毛糙的轴颈反过来加速轴承的磨损，恶性循环，轴承磨损加剧，轴颈面层很快大片脱落，轴承间隙增大，造成叶片碰壳。

国内现有相关专利有：一种水润滑轴承，201010571679.1水润滑轴承，201210140470.9水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，201210174107.9一种复合材料背衬水润滑橡胶轴承及其制备方法，201310501077.2一种提高水润滑轴承承载力的方法及相应的水润滑轴承。这些专利大多涉及的是轴承结构设计或使用工况为清水或海水为主的轴承材料。在高泥沙含量的水质工况下使用，这些材料的泥沙包容性差和减摩耐磨性能差，导致轴承和金属轴磨损严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐泥沙环境的长寿命水润滑轴承复合材料，该材料具有优异的泥沙包容性、机械强度和水润滑性能。

本发明的技术方案：

针对泥沙工况下，水润滑轴承易磨损的问题，本发明方法提出使用高弹性、高耐磨的丁腈橡胶为基体材料，在丁腈橡胶基体中加入炭黑提高其机械性能，填充固体润滑剂减小橡胶摩擦力，此外，加入少量无机纳米填料和聚四氟乙烯等有机高分子材料有效提高丁腈橡胶复合材料的水润滑性能。

本发明提供的复合材料是由橡胶基体、增强体、固体润滑剂、无机纳米填料和有机高分子填料组成。

一种耐泥沙环境的长寿命水润滑轴承复合材料，其特征在于该材料通过下列步骤来制备：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑20～100份、固体润滑剂5～40份、有机高分子材料10～40份、无机纳米填料1～10份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；所述固体润滑剂为石墨、二硫化钼和氮化硼中的一种或两种；所述有机高分子材料为聚四氟乙烯和聚乙烯中的一种或两种；所述无机纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、氧化锌晶须和纳米三氧化二铝中的一种或两种；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊；其次，加入炭黑、有机高分子材料、固体润滑剂、纳米无机填料、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺；最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度120～170℃，压力2～10MPa,保温保压20～60分钟。

所述的丁腈橡胶的丙烯腈含量为10～40%。

所述的炭黑的粒径为20～80nm。

所述的固体润滑剂的粒径为20～100μm。

所述的有机高分子材料的粒径为5～200μm。

所述的聚乙烯的数均分子量为50万～300万。

所述的无机纳米填料粒径为10～100nm。

本发明采用固体润滑剂、无机纳米填料和有机高分子材料的协同作用改善了丁腈橡胶的摩擦学性能，同时采用炭黑作增强填料，保证材料具有良好的机械性能，提高了材料的减摩耐磨能力，延长材料使用寿命。

本发明的特点在于制备的复合材料具有优异的泥沙包容性，机械强度高，摩擦系数小、磨损率低等特点，具有良好的含泥沙水润滑性能，可以通过固体润滑剂、无机纳米填料和有机高分子材料的协同作用有效降低丁腈橡胶水润滑轴承材料的摩擦系数，提高了轴承材料的减摩耐磨能力，延长材料使用寿命。

本发明材料的主要性能指标如下：

1、硬度（邵A）：≥70

2、大气下干摩擦系数：0.3～0.7

3、泥沙条件下水润滑摩擦系数：≤0.05

4、拉伸强度：≥10MPa

5、大气下干摩擦体积磨损率：≤10×10^-5mm³/N·m

6、泥沙条件下水润滑体积磨损率：≤2×10^-5mm³/N·m

该材料可成型为密封圈和轴承等材料使用，尤其是高泥沙含量水质工况下的泵轴和船舶尾轴等水润滑轴承领域。

具体实施方式

实施例1

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑90份、石墨10份、聚四氟乙烯10份、纳米二氧化硅2份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊。其次，加入炭黑、石墨、聚四氟乙烯、纳米二氧化硅、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺。最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度170℃，压力2MPa,保温保压20分钟。

实施例2

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑80份、石墨5份、二硫化钼10份、聚乙烯30份、纳米二氧化硅10份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊。其次，加入炭黑、石墨、二硫化钼、聚乙烯、纳米二氧化硅、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺。最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度150℃，压力5MPa,保温保压40分钟。

实施例3

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑60份、二硫化钼5份、聚四氟乙烯40份、纳米碳酸钙5份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊。其次，加入炭黑、二硫化钼、聚四氟乙烯、纳米碳酸钙、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺。最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度140℃，压力7MPa,保温保压45分钟。

实施例4

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑70份、石墨10份、氮化硼3份、聚四氟乙烯10份、聚乙烯30份、纳米三氧化二铝7份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊。其次，加入炭黑、石墨、氮化硼、聚四氟乙烯、聚乙烯、纳米三氧化二铝、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺。最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度120℃，压力10MPa,保温保压60分钟。

实施例5

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑40份、氮化硼30份、聚四氟乙烯20份、氧化锌晶须8份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊。其次，加入炭黑、氮化硼、聚四氟乙烯、氧化锌晶须、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺。最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度160℃，压力5MPa,保温保压35分钟。

实施例6

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑100份、石墨10份、聚四氟乙烯10份、纳米二氧化硅2份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度170℃，压力3MPa,保温保压30分钟。

实施例7

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑20份、二硫化钼10份、氮化硼10份、聚四氟乙烯10份、聚乙烯5份、纳米二氧化硅2份、氧化锌晶须8份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊。其次，加入炭黑、二硫化钼、氮化硼、聚四氟乙烯、聚乙烯、纳米二氧化硅、氧化锌晶须、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺。最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料；

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度160℃，压力5MPa,保温保压30分钟。

实施例8

制备工艺如下：

1）按重量份数记称取如下材料：丁腈橡胶100份、炭黑50份、石墨10份、聚四氟乙烯20份、聚乙烯10份、纳米二氧化硅2份、纳米三氧化二铝5份、硫磺2份、氧化锌5份、十八烷酸1份、N,N-四甲基二硫双硫羰胺1份；

2）采用机械混炼工艺，首先，将丁腈橡胶放入开炼机或密炼机的辊间，在50℃下进行混炼，使其包辊。其次，加入炭黑、石墨、聚四氟乙烯、聚乙烯、纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、硫磺、氧化锌、十八烷酸、N,N-四甲基二硫双硫羰胺。最后，将混好的橡胶薄通出片，获得胶料。

3）将胶料放入模具中热压成型，模压温度170℃，压力3MPa,保温保压20分钟。

Claims

1.一种耐泥沙环境的长寿命水润滑轴承复合材料，其特征在于该材料通过下列步骤来制备：

2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于丁腈橡胶的丙烯腈含量为10～40%。

3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述炭黑的粒径为20～80nm。

4.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于固体润滑剂的粒径为20～100μm。

5.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于有机高分子材料的粒径为5～200μm。

6.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于述聚乙烯的数均分子量为50万～300万。

7.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于无机纳米填料粒径为10～100nm。