一种水润滑轴承用复合材料及其制备方法与流程

本发明属于高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种水润滑轴承用复合材料。

背景技术：

轴承（bearing）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，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。轴承可以分为滑动轴承和滚动轴承，其中滑动轴承是指在滑动摩擦下工作的轴承。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑剂分开而不发生直接接触，可以大大降低磨损。水润滑轴承是以水作为润滑剂，与传统的油润滑轴承相比，具有环保，低能耗等优点，广泛应用在水轮机、船用泵、污水泵、石油化工等领域。

丁腈橡胶不仅可以减振降噪，使用温度较宽，并且耐水耐油性优异，已经作为水润滑轴承材料广泛使用。例如重庆大学、青岛理工大学等均以丁腈橡胶为基体制备水润滑轴承用材料，又如中国发明专利201310429927.2公开了一种以丁腈橡胶为基体，加入润滑剂、补强剂等得到水润滑轴承用材料的方法。但是，丁腈橡胶极性较高，在50^oc以上的水环境中会发生较为严重的老化降解，使其耐磨性严重降低，不能长期使用。因而不适用于诸如热电厂冷凝泵等设备。因此，丁腈橡胶作为水润滑轴承用材料，需要进一步提高其水润滑条件下的耐磨性，并拓宽适用的温度范围。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水润滑条件下耐磨性能好，尤其是高温水环境中磨损率低的橡胶/玄武岩纤维复合材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：橡胶100份、活性剂2-12份、防老剂0.5-2份、炭黑20-70份、硫化剂0.5-2份、促进剂0.5-1.5份、玄武岩纤维1-50份；优选地，所述复合材料包括以下重量份数的原料：橡胶100份、活性剂6份、防老剂1.2份、炭黑50份、硫化剂1.5份、促进剂1.0份、玄武岩纤维12份；还可以优选地，所述复合材料包括以下重量份数的原料：橡胶100份、活性剂8份、防老剂2份、炭黑70份、硫化剂2份、促进剂1.5份、玄武岩纤维20份；又可以优选地，所述复合材料包括以下重量份数的原料：橡胶100份、活性剂4份、防老剂0.5份、炭黑20份、硫化剂1份、促进剂0.8份、玄武岩纤维30份。

优选地，所述活性剂包括氧化锌1.5-8份和硬脂酸0.5-4份。

优选地，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。

所述玄武岩纤维长度为2-5mm，长径比为(100-400):1；优选地，所述玄武岩纤维长度为3mm，长径比为250:1；或，所述玄武岩纤维长度为4mm，长径比为360:1

为了更好的实现上述发明目的，本发明还提供了一种如上述的水润滑轴承用耐磨橡胶/纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将橡胶、活性剂、炭黑、防老剂在密炼机中于80-120^oc下混炼6-10min，得到初级产品。

步骤二、将促进剂、硫化剂、玄武岩纤维加入到上述初级产品中，在开炼机中于25-60^oc下混炼8-12min，混炼均匀后得到半成品。

步骤三、将步骤二所述半成品置于模具中，玄武岩纤维沿任意方向取向或无规取向硫化，硫化温度为130-170^oc，压力为6-14mpa，硫化时间为10-18min，得到水润滑轴承用复合材料。

其中，所述步骤一的混炼采用的设备为密闭式混炼机，所述步骤二的混炼采用的设备为开放式炼胶机，所述步骤三的硫化采用的设备为平板硫化机。

优选地，步骤一混炼的温度和时间为90^oc×8min；步骤二混炼的温度和时间为40^oc×10min；步骤三玄武岩纤维硫化时沿平行于摩擦方向取向，硫化条件为155^oc×14min，压力为10mpa。

玄武岩纤维可直接使用或预先进行表面处理（包括但不限于酸/碱刻蚀，偶联剂处理等）。

玄武岩纤维是一种天然无机高性能纤维，综合性能优异，尤其是强度高，耐高温性能优异，耐磨性好，耐化学腐蚀性能好，绿色环保，性价比高。将玄武岩纤维加入橡胶基体中，不但能大大提升橡胶的耐磨性，尤为重要的是能够大大降低其在高温条件下的磨损率。

本发明的有益效果为：本发明的复合材料在水润滑条件下具有适用温度宽，耐磨性优良，磨损率低，使用寿命长的优点，本发明采用耐热性良好，耐磨性优良的丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶为基体材料，通过加入玄武岩纤维，使用专门的制备方法，提升了橡胶的耐磨性，尤其是在高温下的水环境中的耐磨性。

附图说明

图1为本发明实验例中未加入玄武岩纤维组在30^oc水环境中耐磨测试后的样品的扫描电镜照片。

图2为本发明实验例中未加入玄武岩纤维组在70^oc水环境中耐磨测试后的样品的扫描电镜照片。

图3为本发明实验例中加入12份平行取向bf组在30^oc水环境中耐磨测试后的样品的扫描电镜照片。

图4为本发明实验例中加入12份平行取向bf组在70^oc水环境中耐磨测试后的样品的扫描电镜照片。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施例和实验例，对本方案进行阐述。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配方组分

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：

丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维3份。

其中，玄武岩纤维长度为3mm，长径比为250:1。

实施例2配方组分

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：

丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维12份。

其中，玄武岩纤维长度为4mm，长径比为360:1

实施例3配方组分

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：

丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维20份。

其中，玄武岩纤维长度为3mm，长径比为300:1。

实施例4配方组分

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：

丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维30份。

其中，玄武岩纤维长度为2mm，长径比为100:1

实施例5配方组分

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：

氢化丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维50份。

其中，玄武岩纤维长度为5mm，长径比为400:1

实施例6配方组分

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：

羧基丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维30份。

其中，玄武岩纤维长度为3mm，长径比为400:1

实施例7配方组分

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料，包括以下重量份数的原料：

丁腈橡胶70份，氢化丁腈橡胶30份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维10份。

其中，玄武岩纤维长度为5mm，长径比为260:1

实施例8制备方法

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将橡胶、活性剂、炭黑、防老剂在密炼机中于90^oc下混炼8min，得到初级产品。

步骤二、将促进剂、硫化剂、玄武岩纤维加入到上述初级产品中，在开炼机中于40^oc下混炼10min，混炼均匀后得到半成品。

步骤三、将步骤二所述半成品置于模具中，玄武岩纤维沿平行于摩擦方向取向硫化，硫化温度为155^oc，压力为10mpa，硫化时间为14min，得到水润滑轴承用复合材料。

实施例9制备方法

本发明实施例提供了一种水润滑轴承用复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将橡胶、活性剂、炭黑、防老剂在密炼机中于80^oc下混炼10min，得到初级产品。

步骤二、将促进剂、硫化剂、玄武岩纤维加入到上述初级产品中，在开炼机中于60^oc下混炼8min，混炼均匀后得到半成品。

步骤三、将步骤二所述半成品置于模具中，玄武岩纤维沿垂直于摩擦方向取向硫化，硫化温度为155^oc，压力为10mpa，硫化时间为14min，得到水润滑轴承用复合材料。

对比例1

本对比例为一种水润滑轴承用耐磨橡胶材料，包括以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玄武岩纤维0份。

将以上原料按照传统制备方法制得水润滑轴承用耐磨橡胶材料。

对比例2

本对比例为一种水润滑轴承用耐磨橡胶材料，包括以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玻璃纤维12份。

将以上原料按照传统制备方法分别制得玻璃纤维沿平行于摩擦方向和垂直于摩擦方向取向硫化的水润滑轴承用耐磨橡胶材料。

对比例3

本对比例为一种水润滑轴承用耐磨橡胶材料，包括以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份，炭黑n55050份，氧化锌5份，硬脂酸1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体1.2份，n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.0份，不溶性硫黄1.5份，玻璃纤维30份。

将以上原料按照传统制备方法分别制得玻璃纤维沿平行于摩擦方向和垂直于摩擦方向取向硫化的水润滑轴承用耐磨橡胶材料。

实验例

实验一、将实施例1-4提供的配方分别按照实施例8和实施例9提供的制备方法制得的水润滑轴承用耐磨橡胶/纤维复合材料、及对比例1提供的橡胶材料进行水润滑耐磨性能检测，水润滑摩擦磨损测试设备为：mr-h3b型高速环块摩擦磨损仪；测试条件为：压力40n，转速400rpm，温度30^oc、70^oc，时间90min；润滑介质：水；测试指标：测量试样摩擦后的磨痕宽度，通过磨痕宽度计算试样的有效磨损率，具体检测结果如表1所示。将未加入玄武岩纤维组和加入12份平行取向bf组、分别经过30^oc和70^oc耐磨性测试后的样品照摄扫描电镜，扫描电镜放大2000倍，扫描电镜照片如图1-4所示。

表1水润滑耐磨性能检测结果

通过图1-4以及表1能够看出，与传统的耐磨橡胶材料相比，本发明的水润滑轴承用复合材料的耐磨性得到了提高，特别的是在70^oc高温的水润滑条件下，其耐磨性更是得到了极大地改善，并且在一定的范围内随着玄武岩纤维用量的增加，其耐磨性的提高更为明显，沿平行于摩擦方向取向的材料的耐磨性要比沿垂直于摩擦方向取向的材料的耐磨性好。

实验二、将对比例2和3提供的橡胶材料按照实验一的检测方法和检测条件进行水润滑耐磨性能检测，将对比例2的检测结果与实验一中的加入12份平行取向bf组、加入12份垂直取向bf组对比，将对比例3的检测结果与实验例1中的加入30份平行取向bf组、加入30份垂直取向bf组的检测结果对比，对比数据如表2所示。

表2水润滑耐磨性能检测结果对比

从表2能够看出，与使用传统的增强纤维即玻璃纤维的对比例2和对比例3相比，使用玄武岩纤维的本发明的水润滑轴承用复合材料不但在接近于常温下的耐磨性有一定的提高，更为明显的是本发明的水润滑轴承用复合材料在70^oc高温的水润滑环境下，耐磨性能有了极大的改善。

通过实验检测，本发明的橡胶/纤维复合材料在温度30-70^oc，压力40n，转速400rpm，时间90min，纤维平行取向，润滑介质为水的条件下，与未加入纤维的橡胶相比，30^oc下有效磨损率最多可降低43%，70^oc下有效磨损率降低50%；另外，本发明的水润滑轴承用复合材料的制备方法简单易操作。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。