CN111073073A - 一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料及其制备方法，该磁流变弹性体材料包括丁腈橡胶、超高分子量聚乙烯、纳米氧化锌、硫磺、纳米二硫化钼、硬脂酸、磁粉、增粘剂、PZ促进剂及防老化剂。本发明中的磁流变弹性体材料，具有摩擦系数低，减振降噪效果优良，且在磁场作用下可改变力学性能等特点，从而使得通过其制得的艉轴承的边界润滑效果更好，更容易形成流体动压润滑，有效降低了摩擦系数，降低了振动噪声。
Description
技术领域
本发明涉及艉轴承技术领域，特别涉及一种用于艉轴承的磁流变弹性体材 料及其制备方法。
背景技术
船舶艉轴承的润滑主要采用水润滑，而水润滑艉轴承的关键技术是轴承材 料的选取。由于橡胶具有优异的减振降噪性能，因而常备作为水润滑艉轴承的 材料使用。在完全水润滑条件下，水润滑橡胶艉轴承具有极低的摩擦系数，但 是在干摩擦或边界水润滑时(这种情况即在低速重载条件下经常出现)，水润滑橡 胶艉轴承的自润滑和减振降噪性能下降，当这种工作状态持续时间较长时，往 往会因摩擦生热而引起烧焦现象，导致材料被破坏，从而使船舶尾部出现异常 噪声，且降低船舶轴系的安全性能。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料及其制 备方法，通过该制备方法得到磁流变弹性体材料，摩擦系数低，减振降噪效果 优良，且在磁场作用下可改变力学性能。
第一方面，本发明提供一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料，该磁流变弹 性体材料包括丁腈橡胶、超高分子量聚乙烯、纳米氧化锌、硫磺、纳米二硫化 钼、硬脂酸、磁粉、增粘剂、PZ促进剂及防老化剂。
进一步地，该磁流变弹性体材料中各组分的重量份数分别为丁腈橡胶100 份、超高分子量聚乙烯12份、纳米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼1～12 份、硬脂酸2份、磁粉50～300份、增粘剂2～4份、PZ促进剂0.3～1.5份及防老 化剂0.2～3份。
进一步地，在未施加外加磁场的条件下，该磁流变弹性体材料的邵尔硬度 在72A～90A之间，拉断伸长率在386％～421％之间，拉伸强度在17MPa～22MPa， 扯断永久变形≤30。
进一步地，在未施加外加磁场的条件下，随着所述增粘剂的量的增加，该 磁流变弹性体材料的拉伸强度增大。
进一步地，所述PZ促进剂为二甲基二硫代氨基甲酸锌。
进一步地，所述防老化剂为硫醇基苯并咪唑。
进一步地，所述磁粉为四氧化三铁。
进一步地，所述纳米氧化锌粒径为1～100nm，所述纳米二硫化钼粒径为 50nm。
第二方面，本发明提供一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料的制备方法， 该制备方法包括以下步骤：
步骤S10，按重量份数称取丁腈橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、纳 米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼1～12份、硬脂酸2份、磁粉50～300 份、增粘剂2～4份、PZ促进剂0.3～1.5份及防老化剂0.2～3份；
步骤S11，将超高分子量聚乙烯在170～200℃加热塑炼至熔融状态；
步骤S12，向熔融态的超高分子量聚乙烯中加入丁腈橡胶、磁粉、纳米二硫 化钼继续塑炼直至各相分布均匀，以形成均匀混合物；
步骤S13；向均匀混合物中加入硬脂酸、增粘剂、PZ促进剂和防老化剂继 续混炼至分布均匀，以得到共混胶；
步骤S14，将加入硫磺、纳米氧化锌的共混胶送入平板硫化机内进行硫化， 以得到磁流变弹性体材料。
进一步地，在步骤S14中，硫化的温度范围为：165～175℃，硫化的时间范 围为：30～40min，硫化的压力为：4MPa。
相较现有技术，本发明中的磁流变弹性体材料，具有摩擦系数低，减振降 噪效果优良，且在磁场作用下可改变力学性能等特点，从而使得通过其制得的 艉轴承的边界润滑效果更好，更容易形成流体动压润滑，有效降低了摩擦系数， 降低了振动噪声。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明 可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供 这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
第一方面，本发明提供一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料，该磁流变弹 性体材料包括丁腈橡胶、超高分子量聚乙烯、纳米氧化锌、硫磺、纳米二硫化 钼、硬脂酸、磁粉、增粘剂、PZ促进剂及防老化剂。
需要说明的是，本发明是在传统的丁腈橡胶基水润滑艉轴承材料的基础上， 对材料配方进行改进，制成更适用于水润滑艉轴承的磁流变弹性体材料。其中 良好的润滑效果主要是通过纳米二硫化钼来实现的，同时纳米二硫化钼可起到 良好的减摩作用，使得艉轴承摩擦系数降低，进而可起到降低艉轴承振动噪声 的作用。
具体的，本发明中，该磁流变弹性体材料中各组分的重量份数分别为丁腈 橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、纳米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫 化钼1～12份、硬脂酸2份、磁粉50～300份、增粘剂2～4份、PZ促进剂0.3～1.5 份及防老化剂0.2～3份。
需要说明的是，本发明中，所述PZ促进剂为二甲基二硫代氨基甲酸锌，可 以使得制备的磁流变弹性体材料在水中具有良好的润湿性。所述防老化剂为硫 醇基苯并咪唑，因为硫醇基苯并咪唑是一种非污染性防老剂，能减少橡胶硫化 时的变色，本品耐热性较好。所述磁粉为四氧化三铁，因为四氧化三铁较易制 备，价格便宜，易被磁化。
进一步地，所述纳米氧化锌粒径为1～100nm，所述纳米二硫化钼粒径为 50nm。经过研究，用纳米级的颗粒制备的材料和微米级颗粒制备的材料，两者 相比，用纳米级的颗粒制备的材料表现出更优良的力学性能，比如抗拉强度更 好、抗压强度更高等。在实际中可根据需要选用不同的粒径尺寸。选用的粒径 尺寸越小，产品的力学性能越好，但是成本也就越高。
第二方面，本发明提供一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料的制备方法， 该制备方法包括以下步骤：
步骤S10，按重量份数称取丁腈橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、纳 米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼1～12份、硬脂酸2份、磁粉50～300 份、增粘剂2～4份、PZ促进剂0.3～1.5份及防老化剂0.2～3份；
步骤S11，将超高分子量聚乙烯在170～200℃加热塑炼至熔融状态，以便于 与后续步骤中的加入物进行充分混合均匀；
步骤S12，向熔融态的超高分子量聚乙烯中加入丁腈橡胶、磁粉、纳米二硫 化钼继续塑炼直至各相分布均匀，以形成均匀混合物；
步骤S13；向均匀混合物中加入硬脂酸、增粘剂、PZ促进剂和防老化剂继 续混炼至分布均匀，以得到共混胶；
步骤S14，将加入硫磺、纳米氧化锌的共混胶送入平板硫化机内进行硫化， 以得到磁流变弹性体材料。
进一步地，在步骤S14中，硫化的温度范围为：165～175℃，硫化的时间范 围为：30～40min，硫化的压力为：4Mpa，经过硫化后，该磁流变弹性体材料能 达到最优的力学性能，即达到艉轴承运行时对材料的要求。
下面以三个实施例进行具体的说明该制备方法。
实施例1
步骤1)，按重量份数比计称取丁腈橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、 纳米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼6份、硬脂酸2份、四氧化三铁50 份、增粘剂2份、二甲基二硫代氨基甲酸锌0.5份及硫醇基苯并咪唑1份；
步骤2)，将步骤1)中的超高分子量聚乙烯，在170～200℃加热塑炼至熔融 状态；
步骤3)，向熔融态的超高分子量聚乙烯中加入丁腈橡胶、四氧化三铁、纳 米二硫化钼继续塑炼直至各相分布均匀，以形成均匀混合物；
步骤4)，向均匀混合物中加入硬脂酸、增粘剂、二甲基二硫代氨基甲酸锌 和硫醇基苯并咪唑继续混炼至分布均匀，以得到共混胶；
步骤5)，将加入硫磺、纳米氧化锌的共混胶送入平板硫化机内进行硫化， 以得到磁流变弹性体材料。
具体的，本实施例中，硫化的温度范围：165～175℃，硫化的时间范围： 30～40min，硫化的压力：4MPa。
实施例2
步骤1)，按重量份数比计称取丁腈橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、 纳米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼9份、硬脂酸2份、四氧化三铁200 份、增粘剂3份、二甲基二硫代氨基甲酸锌1份、硫醇基苯并咪唑1.5份；
步骤2)，将步骤1)中的超高分子量聚乙烯，在170～200℃加热塑炼至熔融 状态；
步骤3)，向熔融态的超高分子量聚乙烯中加入丁腈橡胶、四氧化三铁、纳 米二硫化钼继续塑炼直至各相分布均匀，以形成均匀混合物；
步骤4)，向均匀混合物中加入硬脂酸、增粘剂、二甲基二硫代氨基甲酸锌 和硫醇基苯并咪唑继续混炼至分布均匀，以得到共混胶；
步骤5)，将加入硫磺、纳米氧化锌的共混胶送入平板硫化机内进行硫化， 以得到磁流变弹性体材料。
具体的，本实施例中，硫化的温度范围：165～175℃，硫化的时间范围： 30～40min，硫化的压力：4MPa。
实施例3
步骤1)，按重量份数比计称取丁腈橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、 纳米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼12份、硬脂酸2份、四氧化三铁300 份、增粘剂4份、二甲基二硫代氨基甲酸锌1.5份、硫醇基苯并咪唑3份；
步骤2)，将步骤1)中的超高分子量聚乙烯，在170～200℃加热塑炼至熔融 状态；
步骤3)，向熔融态的超高分子量聚乙烯中加入丁腈橡胶、四氧化三铁、纳 米二硫化钼继续塑炼直至各相分布均匀，以形成均匀混合物；
步骤4)，向均匀混合物中加入硬脂酸、增粘剂、二甲基二硫代氨基甲酸锌 和硫醇基苯并咪唑继续混炼至分布均匀，以得到共混胶；
步骤5)，将加入硫磺、纳米氧化锌的共混胶送入平板硫化机内进行硫化， 以得到磁流变弹性体材料。
具体的，本实施例中，硫化的温度范围：165～175℃，硫化的时间范围： 30～40min，硫化的压力：4MPa。
为了与中国船标CB/T769-2008和美国军标MIL-DTL-17901C(SH)进行对 比，三个实施例所获得的力学性能均是在未施加外加磁场的条件下进行的，具 体如表1所示。
表1三个实施例的物理力学性能
| CB/T769-2008 | MIL-DTL-17901C(SH) | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 硬度/邵尔A | 75 | 65-90 | 72 | 85 | 90 |
| 扯断伸长率/％ | ≥300 | ＞150 | 386 | 400 | 421 |
| 拉伸强度/MPa | ≥6 | ＞10.3 | 17 | 19 | 22 |
| 扯断永久变形/％ | ＜40 | ≤30 | ≤30 | ≤30 |
由表1可知，三个实施例得到的磁流变弹性体材料在邵尔硬度、扯断伸长 率、拉伸强度和扯断永久变形等力学性能方面与中国船标CB/T769-2008和美国 军标MIL-DTL-17901C(SH)相比，显示出优良的性能。
具体的，3个实施例邵尔硬度在72A-90A之间，硬度符合水润滑艉轴承的 运行要求；3个实施例中的扯断伸长率在386％～421％之间，最高达421，明显 优于中国船标和美国军标；3个实施例中的拉伸强度在17MPa～22MPa之间，实 施例1的增粘剂为2份、实施例2的增粘剂为3份、实施例3的增粘剂为4份， 即在未施加外加磁场的条件下，随着所述增粘剂的量的增加，该磁流变弹性体 材料的拉伸强度增大；3个实施例的扯断永久变形均达到了中国船标 CB/T769-2008的要求，并且扯断永久变形≤30，性能有所提升。
综上，本发明中的磁流变弹性体材料，具有摩擦系数低，减振降噪效果优 良，且在磁场作用下可改变力学性能等特点，从而使得通过其制得的艉轴承的 边界润滑效果更好，更容易形成流体动压润滑，有效降低了摩擦系数，降低了 振动噪声。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于：该磁流变弹性体材料包括丁腈橡胶、超高分子量聚乙烯、纳米氧化锌、硫磺、纳米二硫化钼、硬脂酸、磁粉、增粘剂、PZ促进剂及防老化剂。
2.根据权利要求1所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于，该磁流变弹性体材料中各组分的重量份数分别为丁腈橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、纳米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼1～12份、硬脂酸2份、磁粉50～300份、增粘剂2～4份、PZ促进剂0.3～1.5份及防老化剂0.2～3份。
3.根据权利要求2所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于，在未施加外加磁场的条件下，该磁流变弹性体材料的邵尔硬度在72A～90A之间，拉断伸长率在386％～421％之间，拉伸强度在17MPa～22MPa，扯断永久变形≤30。
4.根据权利要求2所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于，在未施加外加磁场的条件下，随着所述增粘剂的量的增加，该磁流变弹性体材料的拉伸强度增大。
5.根据权利要求1所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于，所述PZ促进剂为二甲基二硫代氨基甲酸锌。
6.根据权利要求1所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于，所述防老化剂为硫醇基苯并咪唑。
7.根据权利要求1所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于，所述磁粉为四氧化三铁。
8.根据权利要求1所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料，其特征在于，所述纳米氧化锌粒径为1～100nm，所述纳米二硫化钼粒径为50nm。
9.一种用于艉轴承的磁流变弹性体材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
步骤S10，按重量份数称取丁腈橡胶100份、超高分子量聚乙烯12份、纳米氧化锌5份、硫磺3份、纳米二硫化钼1～12份、硬脂酸2份、磁粉50～300份、增粘剂2～4份、PZ促进剂0.3～1.5份及防老化剂0.2～3份；
步骤S11，将超高分子量聚乙烯在170～200℃加热塑炼至熔融状态；
步骤S12，向熔融态的超高分子量聚乙烯中加入丁腈橡胶、磁粉、纳米二硫化钼继续塑炼直至各相分布均匀，以形成均匀混合物；
步骤S13；向均匀混合物中加入硬脂酸、增粘剂、PZ促进剂和防老化剂继续混炼至分布均匀，以得到共混胶；
步骤S14，将加入硫磺、纳米氧化锌的共混胶送入平板硫化机内进行硫化，以得到磁流变弹性体材料。
10.根据权利要求9所述的用于艉轴承的磁流变弹性体材料的制备方法，其特征在于，在步骤S14中，硫化的温度范围为：165～175℃，硫化的时间范围为：30～40min，硫化的压力为：4MPa。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200428 |