CN110527155B - 一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶 - Google Patents

一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，主要由以下重量份的原料制成：丁腈橡胶90份～110份，硫磺32份～48份，氧化锌3份～7份，三氧化二铁8份～12份，膏状耐磨剂7份～8份，炭黑4份～6份；膏状耐磨剂主要由以下重量份的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯3份～5份，碳纳米管0.4份～0.6份，聚苯酯1份～3份，二硫化钼0.6份～1.4份。本发明的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶具有抵抗表面磨损的能力和抗破碎能力，可用于核电站大型海水循环泵轴瓦，并替代进口产品，具有良好的性能和经济价值。

Description

一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶
技术领域
本发明属于轴瓦材料技术领域，具体涉及一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶。
背景技术
海水循环泵是百万千瓦级核电站回路中用来给冷凝器提供冷却水的大型泵，由于长期受到海水的冲蚀，泵内部元件的耐磨性、抗冲击韧性等性能受到广泛关注。轴承是海水循环泵的核心部件之一，其主要起支撑和减摩作用，海水循环泵用轴承主要为滑动轴承，滑动轴承用材料的质量与核电用海水循环泵的质量和安全紧密联系。
轴瓦材料和轴承衬材料统称为轴承材料，轴瓦作为滑动轴承中的重要元件，其性能直接影响轴承的性能。常用的轴瓦材料包括金属材料和非金属材料，非金属材料中的聚合物由于自身与其他化学物质不反应，具备一定的自润滑性，不易形成元件表面擦伤且具有良好的抗腐蚀、减摩及耐磨性，成为制备轴瓦的重要材料。根据核电用元件的质量要求，核电厂60 年股役期中轴瓦使用寿命的要求为6年，寿命要求时间因轴承摆动或偏移造成的轴瓦磨损不超过0.5mm，轴瓦材料的种类和质量与轴瓦的质量和使用寿命息息相关，目前市售的轴瓦用聚合物材料以聚醚醚酮和聚四氟乙烯类高分子材料为主，在核电站的恶劣环境中，其抗冲击韧性不足，容易影响海水循环泵的正常运行，影响核电站的安全。
海水循环泵中轴承在运动过程，摆动偏离轴心，既可能造成轴承损伤也可能碰碎轴瓦，因此，为了保护轴承同时承受碰撞，轴瓦用硬质橡胶应该具有耐磨性和抗冲击韧性，需要进行新型轴瓦材料的开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，该硬质耐磨橡胶具有抵抗表面磨损的能力和抗破碎能力，可用于核电站大型海水循环泵，具有良好的性能和经济价值。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：丁腈橡胶90份～110份，硫磺 32份～48份，氧化锌3份～7份，三氧化二铁8份～12 份，膏状耐磨剂7份～8份，炭黑4份～6份；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量份的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯3 份～5份，碳纳米管0.4份～0.6份，聚苯酯1份～3份，二硫化钼0.6份～1.4 份。
上述的一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：丁腈橡胶95份～105份，硫磺 36份～42份，氧化锌 4份～6份，三氧化二铁9份～11份，膏状耐磨剂7.2份～7.8份，炭黑4.5 份～5.5份；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量份的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯 3.5份～4.5份，碳纳米管0.4份～0.6份，聚苯酯1.5份～2.5份，二硫化钼0.6 份～1.4份。
上述的一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：丁腈橡胶100份，硫磺 40份，氧化锌5份，三氧化二铁10份，膏状耐磨剂7.5份，炭黑5份；所述膏状耐磨剂主要由以下重量份的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯4份，碳纳米管0.5份，聚苯酯2 份，二硫化钼1份。
上述的一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，其特征在于，所述膏状耐磨剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、搅拌条件下，将碳纳米管均匀分散到邻苯二甲酸二丁酯中，得到溶液A；
步骤二、向步骤一中所述的溶液A中加入聚苯酯和二硫化钼，搅拌均匀，得到膏状耐磨剂。
所述重量份可以为克、两、斤、公斤、吨等重量计量单位。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，以丁腈橡胶为主要组分，配以氧化锌、三氧化二铁和膏状耐磨剂等制成，通过各组分的协同作用使得制备得到的橡胶材料具有抵抗表面磨损的能力和抗破碎能力，橡胶材料具有稳定性、耐磨性和拉伸强度，适合核电站大型海水循环泵轴瓦的使用工况，该硬质耐磨橡胶制成的轴瓦与轴承其他结构良好结合，能够提高轴承部件整体耐磨和抗冲击韧性性能，可用于核电站大型海水循环泵，替代进口产品，具有良好的性能和经济价值。
2、本发明的膏状耐磨剂即用即配，在混炼胶时加入，有利于耐磨组分的均匀分散，提高硬质耐磨橡胶的耐磨性能。
3、本发明的膏状耐磨剂的制备方法包括将碳纳米管分散到邻苯二甲酸二丁酯中，碳纳米管均匀分散，纤维状碳纳米管的强韧性、高强度和自润滑性能可显著提高橡胶的耐磨性、抗冲击韧性和使用寿命。
4、本发明的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，制备方法简单易操作，适于工业化推广。
下面结合实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，主要由以下重量的原料制成：丁腈橡胶90g；硫磺 48g；氧化锌7g；三氧化二铁8g；膏状耐磨剂 8g；炭黑4g；炭黑的型号为N110；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯3g；碳纳米管0.6g，聚苯酯3g；二硫化钼1.4g；二硫化钼为分析纯。
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶的制备方法为：
步骤一、将碳纳米管置于邻苯二甲酸二丁酯中，于转速为250r/min的搅拌机中搅拌50h，使碳纳米管均匀分散到邻苯二甲酸二丁酯中，得到溶液A；
步骤二、向步骤一中所述的溶液A中加入聚苯酯和二硫化钼，搅拌 50h，搅拌均匀得到膏状耐磨剂；
步骤三、将丁腈橡胶、氧化锌、三氧化二铁、炭黑、膏状耐磨剂和硫磺 依次加入到开炼机中薄通3次，下片，在23℃±2℃条件下冷却20h，得到混炼胶；
步骤四、硫化步骤三中所述的混炼胶，控制硫化的温度为100℃，硫化的时间为250h，得到核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶。
实施例2
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，主要由以下重量的原料制成：丁腈橡胶100g；硫磺 40g；氧化锌5g；三氧化二铁10g；膏状耐磨剂7.5g；炭黑5g；炭黑的型号为N110；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯4g；碳纳米管0.5g，聚苯酯2g；二硫化钼1g；二硫化钼为分析纯。
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶的制备方法为：
步骤一、将碳纳米管置于邻苯二甲酸二丁酯中，于转速为300r/min的搅拌机中搅拌48h，使碳纳米管均匀分散到邻苯二甲酸二丁酯中，得到溶液A；
步骤二、向步骤一中所述的溶液A中加入聚苯酯和二硫化钼，搅拌 48h，搅拌均匀得到膏状耐磨剂；
步骤三、将丁腈橡胶、氧化锌、三氧化二铁、炭黑、膏状耐磨剂和硫磺 依次加入到开炼机中薄通4次，下片，在23℃±2℃条件下冷却24h，得到混炼胶；
步骤四、硫化步骤三中所述的混炼胶，控制硫化的温度为110℃，硫化的时间为240h，得到核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶。
实施例3
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，主要由以下重量的原料制成：丁腈橡胶110g；硫磺 32g；氧化锌3g；三氧化二铁12g；膏状耐磨剂7g；炭黑6g；炭黑的型号为N110；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯5g；碳纳米管0.4g，聚苯酯1g；二硫化钼0.6g；二硫化钼为分析纯。
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶的制备方法为：
步骤一、将碳纳米管置于邻苯二甲酸二丁酯中，于转速为350r/min的搅拌机中搅拌45h，使碳纳米管均匀分散到邻苯二甲酸二丁酯中，得到溶液A；
步骤二、向步骤一中所述的溶液A中加入聚苯酯和二硫化钼，搅拌 45h，搅拌均匀得到膏状耐磨剂；
步骤三、将丁腈橡胶、氧化锌、三氧化二铁、炭黑、膏状耐磨剂和硫磺 依次加入到开炼机中薄通5次，下片，在23℃±2℃条件下冷却30h，得到混炼胶；
步骤四、硫化步骤三中所述的混炼胶，控制硫化的温度为120℃，硫化的时间为220h，得到核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶。
实施例4
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，主要由以下重量的原料制成：丁腈橡胶95g；硫磺 42g；氧化锌6g；三氧化二铁11g；膏状耐磨剂7.2g；炭黑5.5g；炭黑的型号为N110；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯 4.5g；碳纳米管0.6g，聚苯酯1.5g；二硫化钼0.6g；二硫化钼为分析纯。
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶的制备方法为：
步骤一、将碳纳米管置于邻苯二甲酸二丁酯中，于转速为250r/min的搅拌机中搅拌50h，使碳纳米管均匀分散到邻苯二甲酸二丁酯中，得到溶液A；
步骤二、向步骤一中所述的溶液A中加入聚苯酯和二硫化钼，搅拌 50h，搅拌均匀得到膏状耐磨剂；
步骤三、将丁腈橡胶、氧化锌、三氧化二铁、炭黑、膏状耐磨剂和硫磺 依次加入到开炼机中中薄通3次，下片，在23℃±2℃条件下冷却20h，得到混炼胶；
步骤四、硫化步骤三中所述的混炼胶，控制硫化的温度为100℃，硫化的时间为250h，得到核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶。
实施例5
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，主要由以下重量的原料制成：丁腈橡胶105g；硫磺 36g；氧化锌4g；三氧化二铁9g；膏状耐磨剂7.8g；炭黑4.5g；炭黑的型号为N110；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯 3.5g；碳纳米管0.4g，聚苯酯2.5g；二硫化钼1.4g；二硫化钼为分析纯。
本实施例的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶的制备方法为：
步骤一、将碳纳米管置于邻苯二甲酸二丁酯中，于转速为300r/min的搅拌机中搅拌48h，使碳纳米管均匀分散到邻苯二甲酸二丁酯中，得到溶液A；
步骤二、向步骤一中所述的溶液A中加入聚苯酯和二硫化钼，搅拌 48h，搅拌均匀得到膏状耐磨剂；
步骤三、将丁腈橡胶、氧化锌、三氧化二铁、炭黑、膏状耐磨剂和硫磺 依次加入到开炼机中薄通4次，下片，在23℃±2℃条件下冷却24h，得到混炼胶；
步骤四、硫化步骤三中所述的混炼胶，控制硫化的温度为110℃，硫化的时间为240h，得到核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶。
表1实施例1～5中的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶性能测试结果
Figure BDA0002177393790000071
将本发明的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶进行性能测试，结果如表 1所示，该核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶的相对体积磨耗量为 162.17mm3～180mm3，相同测试条件下，现有核电循环泵轴瓦橡胶的相对体积磨耗量为246.45mm3，本发明的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶具有更低的相对体积磨耗量；本发明的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶的压碎强度测定结果为在30s±15s内均无破碎或破坏。
其中，相对体积磨耗量的测试在DIN辊筒式磨耗试验机上进行，按照《GB/T 9867-2008硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定(旋转辊筒式磨耗机法)》进行测试，测试之前将该核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶和现有核电循环泵轴瓦橡胶分别制备试样，制备试样过程均依照《GB/T 2941-2006橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序》；
压碎强度的测试根据HG/T 3863-2008《硬质橡胶压碎强度的测定》标准进行。
综上所述，本发明的核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶具有抵抗表面磨损的能力和抗破碎能力，适合核电站大型海水循环泵轴瓦的使用工况，解决了现有轴瓦用聚合物材料易磨损和冲击韧性差的难题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：丁腈橡胶90份～110份，硫磺 32份～48份，氧化锌3份～7份，三氧化二铁8份～12份，膏状耐磨剂7份～8份，炭黑4份～6份；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量份的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯3份～5份，碳纳米管0.4份～0.6份，聚苯酯1份～3份，二硫化钼0.6份～1.4份；
所述膏状耐磨剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、搅拌条件下，将碳纳米管均匀分散到邻苯二甲酸二丁酯中，得到溶液A；
步骤二、向步骤一中所述的溶液A中加入聚苯酯和二硫化钼，搅拌均匀，得到膏状耐磨剂。
2.根据权利要求1所述的一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：丁腈橡胶95份～105份，硫磺 36份～42份，氧化锌4份～6份，三氧化二铁9份～11份，膏状耐磨剂7.2份～7.8份，炭黑4.5份～5.5份；
所述膏状耐磨剂主要由以下重量份的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯3.5份～4.5份，碳纳米管0.4份～0.6份，聚苯酯1.5份～2.5份，二硫化钼0.6份～1.4份。
3.根据权利要求2所述的一种核电循环泵轴瓦用硬质耐磨橡胶，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：丁腈橡胶100份，硫磺 40份，氧化锌5份，三氧化二铁10份，膏状耐磨剂7.5份，炭黑5份；所述膏状耐磨剂主要由以下重量份的原料制成：邻苯二甲酸二丁酯4份，碳纳米管0.5份，聚苯酯2份，二硫化钼1份。
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Patentee after: SHAANXI SPECIAL RUBBER PRODUCTS Co.,Ltd.

Patentee after: JIANGSU NUCLEAR POWER Corp.

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