CN106674644B - 一种超耐磨水润滑轴承复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超耐磨水润滑轴承复合材料及其制备方法，属于高分子滑动轴承领域。解决了如何提供一种耐磨性好、磨损率低、使用寿命长的水润滑轴承用复合材料及其制备方法的问题。本发明的一种超耐磨水润滑轴承复合材料，由40～80重量份橡胶、20～60重量份聚氨酯橡胶、4～10重量份氧化锌、1～3重量份硬脂酸、0.2～6重量份促进剂、0.5～3重量份防老剂、0.2～8重量份硫化剂、20～80重量份炭黑、5～60重量份经过γ射线或电子束辐射的聚四氟乙烯、5～30重量份自润滑剂和5～30重量份增强纤维组成，其中橡胶为丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶中的一种或多种。该复合材料具备优异的耐磨性，磨损率低、使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于高分子滑动轴承领域，具体涉及一种超耐磨水润滑轴承复合材料及制备方法。
背景技术
滑动轴承(slidingbearing)，是指在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承采用的润滑方式主要有水润滑和油润滑两种方式。油润滑常会出现油泄露现象，不仅污染环境而且会留下油迹暴露目标，被敌方发现，因此舰艇类轴承普遍采用水润滑方式。水润滑轴承常采用的材料有：铁梨木、工程塑料以及橡胶。铁梨木虽具有良好的水润滑效果，但由于该资源日益枯竭，现已被淘汰；很多工程塑料都具有较好的自润滑性能，如聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚酰亚胺(PI)，但其减震降噪性能还不够理想，单独使用不能满足军舰等特殊舰艇的减震降噪要求。橡胶具有优异的减震降噪性能，常被作为水润滑轴承使用。其中，由于丁腈类橡胶耐油、耐水、耐高温性能优良，因此，被广泛用作水润滑轴承的基体材料。
现有技术中，中国专利一种水润滑橡胶轴承的制备方法(公开号103467795)公开了一种采用丁腈橡胶作为主体材料，与二硫化钼、石墨等自润滑剂配合，得到水润滑轴承材料的方法，该方法制备的水润滑轴承材料的耐磨性能优异，但是轴承的磨损量较大。
发明内容
本发明的目的是如何提供一种耐磨性好、磨损率低、使用寿命长的水润滑轴承用复合材料及其制备方法。
一种超耐磨水润滑轴承复合材料，组成及重量份为：
所述橡胶为丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶中的一种或多种按任意比例的混合；
所述聚四氟乙烯为经过γ射线或电子束辐射处理的聚四氟乙烯粉末或聚四氟乙烯纤维，辐射剂量为20KGY～3000KGY。
优选的是，所述聚氨酯橡胶的数均分子量在2万～8万之间。
优选的是，所述促进剂为三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸锌、三烯丙基异三聚氰酸酯中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化二异丙苯中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺中的一种或两种按任意比例的混合。
优选的是，所述自润滑剂为石墨、二硫化钼、碳纳米管中的一种或两种按任意比例的混合。
优选的是，所述增强纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的一种或两种按任意比例的混合。
上述超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法，步骤如下：
步骤一、将橡胶、聚氨酯橡胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑、聚四氟乙烯、自润滑剂、增强纤维混炼均匀，得到初级产品；
步骤二、将促进剂和硫化剂加入到上述初级产品中，混炼均匀，得到半成品；
步骤三、将半成品置于模具中，硫化，硫化温度为150～180℃，硫化压力为5～60MPa，硫化时间为10～120min，得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
所述步骤一的混炼采用的设备为密闭式炼胶机，所述步骤二的混炼采用的设备为开放式炼胶机，所述步骤三硫化采用的设备为平板硫化机。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的超耐磨水润滑轴承复合材料选择具有优异水润滑性能且耐油、耐水、耐高温性能优良的丁腈类橡胶与具有优异耐磨性能的聚氨酯橡胶为基体材料，通过加入经过辐射改性的聚四氟乙烯纤维或粉末和自润滑剂(石墨、二硫化钼、碳纳米管)、增强纤维(碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维)组成复合材料。其中，辐射改性为聚四氟乙烯提供了大量的极性基团，提高了橡塑间的界面结合；丁腈橡胶和聚氨酯橡胶基体材料赋予了该复合材料湿态下的优异耐磨性能，聚四氟乙烯和自润滑剂、增强纤维的引人降低了复合材料的干态摩擦系数，从而提高了其干态耐磨性，同时还消除了丁腈类橡胶材料在干态摩擦时出现的啸叫、轴颤等噪声问题。经实验检测，本发明的耐磨水润滑轴承复合材料在载荷1000N，转速1000RPM，时间60min，润滑介质为海水的条件下，磨损率仅为0.008-0.017，在载荷66N，转速1000RPM，时间120min，干摩擦条件下，磨损率仅为00021-0.0031。
本发明的超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法简单易操作，便于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的具体内容做进一步阐释，但以下实施例不用于限制本发明，本发明也不局限于以下实施例的范围。
实施例1
超耐磨水润滑轴承复合材料，由丁腈橡胶80重量份、聚氨酯橡胶(数均分子量2万)20重量份、氧化锌4重量份、硬脂酸1重量份、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯0.8重量份、过氧化二异丙苯2重量份、炭黑50重量份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体0.5重量份、聚四氟乙烯纤维(30KGy剂量下γ射线辐射)5重量份、石墨30重量份和碳纤维15重量份组成。
上述超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法：首先在密炼机中依次加入丁腈橡胶、聚氨酯橡胶(数均分子量2万)、氧化锌、硬脂酸、炭黑、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、聚四氟乙烯纤维、石墨和碳纤维，密炼均匀后得到初级产品，然后在开炼机上将过氧化二异丙苯和三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯加入到上述初级产品中，得到半成品，最后将半成品放入模具中于170℃，10MPa压力条件下，硫化40min，即得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
实施例2
超耐磨水润滑轴承复合材料，由氢化丁腈橡胶40重量份、聚氨酯橡胶(数均分子量4万)60重量份、氧化锌10重量份、硬脂酸3重量份、二叔丁基过氧化二异丙苯8重量份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.2重量份、炭黑20重量份、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺1重量份、聚四氟乙烯纤维(300KGy剂量下电子束辐射)60重量份、二硫化钼5重量份和玻璃纤维10重量份组成。
上述超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法：首先在密炼机中依次加入氢化丁腈橡胶、聚氨酯橡胶(数均分子量4万)、氧化锌、硬脂酸、炭黑、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺、聚四氟乙烯纤维、二硫化钼和玻璃纤维，密炼均匀后得到初级产品，然后在开炼机上将二叔丁基过氧化二异丙苯和三烯丙基异三聚氰酸酯加入到上述初级产品中，得到半成品，最后将半成品放入模具中于150℃，5MPa压力条件下，硫化120min，即得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
实施例3
超耐磨水润滑轴承复合材料，由羧基丁腈橡胶50重量份、聚氨酯橡胶(数均分子量8万)50重量份、氧化锌5重量份、硬脂酸2重量份、二甲基丙烯酸锌1重量份、三烯丙基异三聚氰酸酯1重量份、过氧化二异丙苯1重量份、二叔丁基过氧化二异丙苯3重量份、炭黑40重量份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1重量份、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺2重量份、聚四氟乙烯粉末(3000KGy剂量下电子束辐射)25重量份、碳纳米管5重量份和芳纶纤维30重量份组合。
上述超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法：首先在密炼机中依次加入羧基丁腈橡胶、聚氨酯橡胶(数均分子量8万)、氧化锌、硬脂酸、炭黑、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺、聚四氟乙烯粉末、碳纳米管和芳纶纤维，密炼均匀后得到初级产品，然后在开炼机上将二甲基丙烯酸锌、三烯丙基异三聚氰酸酯、过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化二异丙苯加入到上述初级产品中，得到半成品，最后将半成品放入模具中于180℃，60MPa压力条件下，硫化10min，即得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
实施例4
超耐磨水润滑轴承复合材料，由丁腈橡胶30重量份、氢化丁腈橡胶30重量份、聚氨酯橡胶(数均分子量5万)40重量份、氧化锌5重量份、硬脂酸2重量份、三烯丙基异三聚氰酸酯1重量份、过氧化二异丙苯5重量份、炭黑40重量份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.5重量份、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺1.5重量份、聚四氟乙烯粉末(1000KGy剂量下电子束辐射)15重量份、石墨10重量份、二硫化钼10重量份、碳纤维5重量份和玻璃纤维15重量份组成。
上述超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法：首先在密炼机中依次加入丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氨酯橡胶(数均分子量5万)、氧化锌、硬脂酸、炭黑、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺、聚四氟乙烯粉末、石墨、二硫化钼、碳纤维和玻璃纤维，密炼均匀后得到初级产品，然后在开炼机上将三烯丙基异三聚氰酸酯和过氧化二异丙苯加入到上述初级产品中得到半成品，最后将半成品放入模具中于175℃,20MPa压力条件下，硫化20min，即得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
实施例5
超耐磨水润滑轴承复合材料，由丁腈橡胶60重量份、氢化丁腈橡胶20重量份、聚氨酯橡胶(数均分子量4万)20重量份、氧化锌8重量份、硬脂酸2重量份、二甲基丙烯酸乙二醇酯2重量份、二甲基丙烯酸锌2重量份、三烯丙基异三聚氰酸酯2重量份、二叔丁基过氧化二异丙苯0.5重量份、炭黑80重量份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1重量份、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺2重量份、聚四氟乙烯纤维(800KGy剂量下γ射线辐射)5重量份、石墨10重量份、二硫化钼5重量份、碳纳米管5重量份、碳纤维10重量份、芳纶纤维5重量份和玻璃纤维5重量份组成。
上述超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法：首先在密炼机中依次加入丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氨酯橡胶(数均分子量4万)、氧化锌、硬脂酸、炭黑、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺、聚四氟乙烯纤维、石墨、二硫化钼、碳纳米管、碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维，密炼均匀后得到初级产品，然后在开炼机上将二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸锌、三烯丙基异三聚氰酸酯和二叔丁基过氧化二异丙苯加入到上述初级产品中得到半成品，最后将半成品放入模具中于170℃，20MPa压力条件下，硫化60min，即得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
实施例6
超耐磨水润滑轴承复合材料，由氢化丁腈橡胶50重量份、聚氨酯橡胶(数均分子量4万)50重量份、氧化锌10重量份、硬脂酸2重量份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.2重量份、二叔丁基过氧化二异丙苯8重量份、炭黑50重量份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1重量份、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺1重量份、聚四氟乙烯纤维(500KGy剂量下γ射线辐射)15重量份、石墨15重量份、二硫化钼5重量份、碳纳米管5重量份、碳纤维10重量份和玻璃纤维5重量份组成。
上述超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法：首先在密炼机中依次加入氢化丁腈橡胶、聚氨酯橡胶橡胶(数均分子量4万)、氧化锌、硬脂酸、炭黑、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺、聚四氟乙烯纤维、石墨、二硫化钼、碳纳米管、碳纤维和玻璃纤维，密炼均匀后得到初级产品，然后在开炼机上将三烯丙基异三聚氰酸酯和二叔丁基过氧化二异丙苯加入到上述初级产品中得到半成品，最后将半成品放入模具中于150℃，15MPa压力条件下，硫化120min，即得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
对比例1
水润滑轴承复合材料，由丁腈橡胶100重量份、氧化锌4重量份、硬脂酸1重量份、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯0.8重量份、过氧化二异丙苯2重量份、炭黑50重量份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体0.5重量份、聚四氟乙烯纤维(30KGy剂量下γ射线辐射)5重量份、石墨30重量份和碳纤维15重量份组成。
首先在密炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、炭黑、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、聚四氟乙烯纤维、石墨和碳纤维，密炼均匀后得到初级产品，然后在开炼机上将过氧化二异丙苯和三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯加入到上述初级产品中，得到半成品，最后将半成品放入模具中于170℃，10MPa压力条件下，硫化40min，即可得到对比例试样。
对实施例1-6及对比例1的水润滑轴承复合材料的干态和水润滑耐磨性能进行检测。水润滑摩擦磨损测试设备为：MPV50型船舶轴承试验机；测试条件为：载荷1000N，转速1000RPM，时间60min；润滑介质：海水；测试指标：测量试样摩擦前后的重量差作为磨耗量。干摩擦测试设备为：MRH-3A高速环块摩擦试验机；测试条件：载荷66N，转速1100RPM，时间120min；润滑介质：无，测试结果如表1所示。
表1实施例1-6及对比例1的水润滑轴承复合材料的耐磨性能
从表1能够看出，本发明的水润滑轴承复合材料的耐磨性能超出传统的丁腈橡胶材料。
Claims (9)
1.一种超耐磨水润滑轴承复合材料，其特征在于，组成及重量份为：
所述橡胶为丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶中的一种或多种按任意比例的混合；
所述聚四氟乙烯为经过γ射线或电子束辐射处理的聚四氟乙烯粉末或聚四氟乙烯纤维，辐射剂量为20KGY～3000KGY。
2.根据权利要求1所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料，其特征在于，所述聚氨酯橡胶的数均分子量在2万～8万之间。
3.根据权利要求1所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料，其特征在于，所述促进剂为三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸锌、三烯丙基异三聚氰酸酯中的一种或多种按任意比例的混合。
4.根据权利要求1所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化二异丙苯中的一种或多种按任意比例的混合。
5.根据权利要求1所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料，其特征在于，所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺中的一种或两种按任意比例的混合。
6.根据权利要求1所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料，其特征在于，所述自润滑剂为石墨、二硫化钼、碳纳米管中的一种或两种按任意比例的混合。
7.根据权利要求1所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料，其特征在于，所述增强纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的一种或两种按任意比例的混合。
8.权利要求1～7任何一项所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将橡胶、聚氨酯橡胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑、聚四氟乙烯、自润滑剂、增强纤维混炼均匀，得到初级产品；
步骤二、将促进剂和硫化剂加入到上述初级产品中，混炼均匀，得到半成品；
步骤三、将半成品置于模具中，硫化，硫化温度为150～180℃，硫化压力为5～60MPa，硫化时间为10～120min，得到超耐磨水润滑轴承复合材料。
9.根据权利要求1所述的一种超耐磨水润滑轴承复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的混炼采用的设备为密闭式炼胶机，所述步骤二的混炼采用的设备为开放式炼胶机，所述步骤三硫化采用的设备为平板硫化机。
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