CN109679162A - 一种水润滑轴承材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水润滑轴承材料及其制备方法,属于复合材料技术领域,解决了现有轴承在恶劣工况下适应性较差、磨损大等问题。水润滑轴承材料,由以下重量份的成分组成:酚醛树脂20~30份;丁腈橡胶40~50份;石墨烯粉末1~10份;玄武岩纤维20~30份;硫化剂0.1~1份;软化剂5~10份;润滑剂10~20份。本发明提供的水润滑轴承材料,通过各组分的协同作用,具有自润滑、高承载、抗生污物附着、绿色无污染等优势,适合工作于水质较差、含有泥沙的内河航行船舶,可短时断水工作,低噪音,减震效果好,水膜易形成,水润滑摩擦系数低,完全可实现对进口产品的直接替代。

Description

一种水润滑轴承材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域,尤其涉及一种水润滑轴承材料及其制备方法。
背景技术
轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体,降低其在运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度。常用的轴承有滑动轴承、滚动轴承和关节轴承。其中,滑动轴承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,十分污染环境。水润滑轴承采用水作为润滑剂,与油润滑轴承相比较具有绿色环保、能耗低等性能优势,被广泛应用于船舶、水泵、水轮机等领域。
现有的舰船用水润滑轴承,主要采用高硬度材料(硬度在45shor e D以上)制成,如CN103788623B公开的一种具有高承载力及自润滑性的水润滑轴承,该材料具有高耐磨性和高承载力,但其柔韧性和弹性较差,在恶劣工况下,如在水质较差、含有泥沙的内河航行时,该轴承适应性较差,磨损大,会产生异常噪声和振动,无法保障舰船行进的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种水润滑轴承材料,在保证耐磨性和承载力的前提下,提高了轴承的适应性,适用于水质较差、含有泥沙的内河航行的船舶。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种水润滑轴承材料,由以下重量份的成分组成:
酚醛树脂20~30份;
丁腈橡胶40~50份;
石墨烯粉末1~10份;
玄武岩纤维20~30份;
硫化剂0.1~1份;
软化剂5~10份;
润滑剂10~20份。
进一步地,所述软化剂为硬脂酸或油酸。
进一步地,所述润滑剂为二硫化钼。
进一步地,所述硫化剂为过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化二异丙苯。
本发明的另一个目的是提供一种水润滑轴承材料的其制备方法,。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
上述的水润滑轴承材料的制备方法,步骤如下:
(1)将所述重量份的酚醛树脂、丁腈橡胶、石墨烯粉末和玄武岩纤维混合,30~50KHz超声,等到前料1;
(2)将所述重量份的硫化剂、软化剂、润滑剂加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中,硫化,硫化温度为150~180℃,硫化压力为30~50MPa,硫化时间为30~90min,得到水润滑轴承材料。
其中,干胶中的水分不得超过1%,在加工过程中可以挥发,避免水分含量过多时,使生胶储存过程中易发霉,而且还会影响橡胶的加工,如混炼时易结团,压延、压出过程中易产生气泡,硫化过程中产生气泡或呈海绵状等。超声步骤可去除起泡,物料混匀效果更好,保证石墨烯分子均匀分布于纤维交联结构中,提高材料的韧性。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的水润滑轴承材料,采用酚醛树脂,本身具有耐磨性、耐油性、耐水性、耐腐蚀性等优良特性,同时还作为丁腈橡胶的硫化剂,减少过氧化物硫化剂的用量,增加其压缩形变量,提高轴承在恶劣工况下的适应性,增加了轴承减震、降噪和防磨的效果。此外,本发明采用玄武岩纤维作为增强纤维,与传统的碳纤维、芳纶纤维等相比,不仅强度高,而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能,同时产生的废弃物少,对环境污染小,且产品废弃后可直接在环境中降解,无任何危害,因而是一种名副其实的绿色、环保材料。石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。石墨烯的结构非常稳定,碳碳键(carbon-carbonbond)仅为1.42。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧,当施加外力于石墨烯时,碳原子面会弯曲变形,使得碳原子不必重新排列来适应外力,从而保持结构稳定。本发明采用石墨烯,不但起到润滑剂的作用,同时起到增韧剂的作用,可进一步协同玄武岩纤维的增强作用,显著提高水润滑轴承材料的耐磨性和柔韧性。本发明中各组分的配比,共同作用产生协同效应,既要保证材料的高耐磨性和高承载力,又要提高材料的适应性和柔韧性,如果配比量超出本发明要求的配比,则无法达到该性能。
综上,本发明提供的水润滑轴承材料,通过各组分的协同作用,具有自润滑(可干启动、可断水运行)、高承载、抗生污物附着、绿色无污染等优势,尤其是材料在干摩擦和混合状态下的润滑耐磨性能优于国外同类产品,经反复对比测试,采用该新材料制备的水润滑轴承具有摩擦系数低、恶劣工况适应性强、磨损小和无异常噪声等技术优势。轴承的磨损系数、断水安全运行时间等指标都超过国际同类产品,适合工作于水质较差、含有泥沙的内河航行船舶,可短时断水工作,低噪音,减震效果好,水膜易形成,水润滑摩擦系数低,完全可实现对进口产品的直接替代。
本发明提供的水润滑轴承材料的制备方法,操作过程简单,适于工业化大规模生产。
具体实施方式
本发明提供的一种水润滑轴承材料,由以下重量份的成分组成:
酚醛树脂20~30份;
丁腈橡胶40~50份;
石墨烯粉末1~10份;
玄武岩纤维20~30份;
硫化剂0.1~1份;
软化剂5~10份;
润滑剂10~20份。
其中,所述软化剂为硬脂酸或油酸。所述润滑剂为二硫化钼。所述硫化剂为过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化二异丙苯。
本发明采用的硬脂酸或油酸作为软化剂,同时起防老剂和促进剂作用,能帮助粉状石墨烯在混炼过程中分散,并对丁腈橡胶起软化的作用。用于改善橡胶的加工性能和使用性能,可以增加胶料的塑性,降低胶料粘度和混炼时的温度,改善分散性与混合性,提高硫化胶的拉伸强度、伸长率和耐磨性,与橡胶配合性好、相容性好。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
实施例1水润滑轴承材料的制备
(1)按照重量份计,将酚醛树脂20份、丁腈橡胶40份、石墨烯粉末1份和玄武岩纤维20份混合,30KHz超声,10min,等到前料1;
(2)将硫化剂0.1份、软化剂5份、润滑剂10份加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中硫化,硫化温度为150℃,硫化压力为30MPa,硫化时间为90min,得到水润滑轴承材料。
实施例2水润滑轴承材料的制备
(1)按照重量份计,将酚醛树脂25份、丁腈橡胶45份、石墨烯粉末5份和玄武岩纤维25份混合,40KHz超声,10min,等到前料1;
(2)将硫化剂0.5份、软化剂8份、润滑剂15份加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中硫化,硫化温度为160℃,硫化压力为40MPa,硫化时间为60min,得到水润滑轴承材料。
实施例3水润滑轴承材料的制备
(1)按照重量份计,将酚醛树脂30份、丁腈橡胶50份、石墨烯粉末10份和玄武岩纤维30份混合,50KHz超声,10min,等到前料1;
(2)将硫化剂1份、软化剂10份、润滑剂20份加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中硫化,硫化温度为180℃,硫化压力为50MPa,硫化时间为30min,得到水润滑轴承材料。
对比例1
(1)按照重量份计,将酚醛树脂35份、丁腈橡胶50份、石墨烯粉末10份和玄武岩纤维30份混合,50KHz超声,10min,等到前料1;
(2)将硫化剂1份、软化剂10份、润滑剂20份加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中硫化,硫化温度为180℃,硫化压力为50MPa,硫化时间为30min,得到水润滑轴承材料。
对比例2
(1)按照重量份计,将酚醛树脂30份、丁腈橡胶50份、石墨烯粉末15份和玄武岩纤维30份混合,50KHz超声,10min,等到前料1;
(2)将硫化剂1份、软化剂10份、润滑剂20份加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中硫化,硫化温度为180℃,硫化压力为50MPa,硫化时间为30min,得到水润滑轴承材料。
对比例3
(1)按照重量份计,将酚醛树脂30份、丁腈橡胶50份、石墨烯粉末10份和玄武岩纤维35份混合,50KHz超声,10min,等到前料1;
(2)将硫化剂1份、软化剂10份、润滑剂20份加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中硫化,硫化温度为180℃,硫化压力为50MPa,硫化时间为30min,得到水润滑轴承材料。
性能试验
取实施例1~3和对比例1~3制备的水润滑轴承材料,以及市售硬度在45shor e D以上水润滑轴承材料作为对比例4,采用MPV50型试验机(轴径50mm,轴承长度50mm,轴承厚度6-15mm),测试其干摩擦极限PV值,以试样表面5min发生熔融为判断依据;采用MRH-3A摩擦磨损试验机,试验尺寸:12×12×19.6(mm),载荷200N,转速200rpm,时间60min,测试其干态磨损系数;采用MRH-3A高速环块摩擦磨损试验机,水润滑时采用浸水方式,试样全部浸泡水中,测试其摩擦系数;以及其他相关性能,试验结果见表1。
表1试验结果对比
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例,毋庸置疑,对于本领域的普通技术人员,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,上述描述在本质上是说明性的,不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种水润滑轴承材料,其特征在于,由以下重量份的成分组成:
酚醛树脂 20~30份;
丁腈橡胶 40~50份;
石墨烯粉末 1~10份;
玄武岩纤维 20~30份;
硫化剂 0.1~1份;
软化剂 5~10份;
润滑剂 10~20份。
2.根据权利要求1所述的水润滑轴承材料,其特征在于,所述软化剂为硬脂酸或油酸。
3.根据权利要求1所述的水润滑轴承材料,其特征在于,所述润滑剂为二硫化钼。
4.根据权利要求1所述的水润滑轴承材料,其特征在于,所述硫化剂为过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化二异丙苯。
5.根据权利要求1~4所述的水润滑轴承材料的制备方法,其特征在于,步骤如下:
(1)将所述重量份的酚醛树脂、丁腈橡胶、石墨烯粉末和玄武岩纤维混合,30~50KHz超声,等到前料1;
(2)将所述重量份的硫化剂、软化剂、润滑剂加入到前料1中,混练均匀,得到前料2;
(3)将前料2置于模具中,硫化,硫化温度为150~180℃,硫化压力为30~50MPa,硫化时间为30~90min,得到水润滑轴承材料。
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