CN102660066A - 水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，属于高分子复合材料领域。解决现有技术中以超高分子量聚乙烯作为轴承材料，在水润滑工况下难以形成完全水润滑，水润滑摩擦系数较大的问题。该复合材料以重量份计是由100份超高分子量聚乙烯，10～50份丁腈橡胶，10～40份自润滑剂，0.5～5份氧化锌，0.1～1份硬脂酸，0.1～3份交联剂，0.2～3份抗氧剂共混交联制得。此种复合材料具有良好的干摩擦和水润滑性能，适合作为舰船用水润滑轴承材料使用。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料。
背景技术
舰船螺旋桨轴承主要有水润滑和油润滑两种方式，其中水润滑轴承与油润滑轴承相比具有无污染、耗能小、摩擦系数低、价格低廉等优势，因此在舰船上得到了广泛地应用。水润滑轴承由轴承外套和轴承面层组成，轴承外套多采用耐腐蚀的黄铜制备，轴承面层多采用高分子材料制备。其中橡胶和聚氨酯由于性能优异应用较为广泛，然而在实际使用过程发现，在缺水等干摩擦工况下，材料摩擦性能极具恶化，极易出现抱轴和轴承烧焦现象。因此，应用轴承的材料需要具有自润滑性能，以适应干摩擦工况。聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯是已知的自润滑性能最好的高分子材料，聚四氟乙烯在干摩擦工况下耐磨性能较差，因此不适合作为轴承材料使用。超高分子量聚乙烯具有较好的耐磨性能，但在水润滑工况下，难以形成完全水润滑，水润滑摩擦系数较大。专利CN103217公开了一种摩擦材料的超高分子量聚乙烯复合材料，由超高分子量聚乙烯、丁苯橡胶、炭黑以及各种配合剂组成，该材料以提高材料的摩擦系数为目的，主要用于摩擦盘增速轮。专利CN101480856A公开了一种超高分子量聚乙烯和橡胶梯度复合材料及其制备方法，该专利通过多层梯度复合消除了材料相间界面，从而提高材料的摩擦系数，可以作为增摩材料使用。其技术路线和发明目的与本发明完全不同。
有鉴于此，本发明将公开一种适合于水润滑轴承使用的超高分子量聚乙烯复合材料。
发明内容
本发明为了解决现有技术中以超高分子量聚乙烯作为轴承材料，在水润滑工况下难以形成完全水润滑，水润滑摩擦系数较大的问题，而提供了一种水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料。
本发明目的在于提供一种水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，所述超高分子量聚乙烯复合材料以重量份计的组成为：100份超高分子量聚乙烯，10～50份丁腈橡胶，10～40份自润滑剂，0.5～5份氧化锌，0.1～1份硬脂酸，0.1～3份交联剂，0.2～3份抗氧剂。
所述的丁腈橡胶优选为30～50份；
所述的超高分子量聚乙烯的重均分子量为300万～800万，优选超高分子量聚乙烯的重均分子量为800万；
所述的丁腈橡胶为普通丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶或羧基丁腈橡胶，优选为羧基丁腈橡胶；
所述的自润滑剂为石墨、二硫化钼中的一种或两种；
所述的交联剂为1,4-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)苯或过氧化二异丙苯；
所述的抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、2-巯基苯并咪唑或2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物中的两种或两种以上。
本发明一种水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，将上述组分在密炼机中于120℃～140℃，密炼混合均匀后，于170～190℃，模压成型即可得到超高分子量聚乙烯复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明的超高分子量聚乙烯复合材料在保持超高分子量聚乙烯自润滑性、耐磨性能的优点的同时，通过引入自润滑剂进一步提高其耐磨性能；通过引入橡胶组分，在改善其水润滑摩擦性能的同时还提高了材料的柔韧性，抗冲击性，减振性；并且由摩擦系数测试实验结果可知，本发明的超高分子量聚乙烯复合材料的水润滑摩擦系数与超高分子量聚乙烯相比要小很多，适合作为水润滑轴承材料使用。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
分别取分子量是300万的超高分子量聚乙烯100份，普通丁腈橡胶30份，石墨10份，二硫化钼10份，氧化锌1.5份，硬脂酸0.3份，过氧化二异丙苯1份，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物0.1份，将上述组分在密炼机中于120℃混合均匀，然后将混合物置于模具中，于170℃模压成型，即得到本发明所述超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例2
分别取分子量是500万的超高分子量聚乙烯100份，氢化丁腈橡胶10份，石墨40份，氧化锌1.0份，硬脂酸0.3份，1,4-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)苯0.1份，β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯0.2份，1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.3份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物0.2份，将上述组分在密炼机中于140℃混合均匀，然后将混合物置于模具中，于190℃模压成型，即得到本发明所述超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例3
分别取分子量是800万的超高分子量聚乙烯100份，羧基丁腈橡胶50份，二硫化钼10份，氧化锌5份，硬脂酸1份，1,4-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)苯3份，三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯1份，1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷1份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物1份，将上述组分在密炼机中于130℃混合均匀，然后将混合物置于模具中，于180℃模压成型，即得到本发明所述超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例4
分别取分子量是800万的超高分子量聚乙烯100份，氢化丁腈橡胶30份，二硫化钼10份，石墨20份，氧化锌3份，硬脂酸0.5份，过氧化二异丙苯2份，2-巯基苯并咪唑0.2份，1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷0.2份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物0.5份，将上述组分在密炼机中于140℃混合均匀，然后将混合物置于模具中，于190℃模压成型，即得到本发明所述超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例5
分别取分子量是500万的超高分子量聚乙烯100份，普通丁腈橡胶40份，二硫化钼15份，石墨15份，氧化锌2份，硬脂酸0.5份，过氧化二异丙苯2份，2-巯基苯并咪唑0.2份，1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷，0.2份，2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物0.5份，将上述组分在密炼机中于120℃混合均匀，然后将混合物置于模具中，于170℃模压成型，即得到本发明所述超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例6
摩擦系数测试实验：在MRH-3A型高速环块摩擦试验机上对本发明实施例1-6制备的超高分子量聚乙烯复合材料摩擦系数进行测试，同时与纯的超高分子量聚乙烯和丁腈橡胶进行对比。测试条件是：载荷：66N，转速：210rpm，温度：23±2℃，结果如表1所示。
表1摩擦系数测试结果
由表1可以看出本发明得到的超高分子量聚乙烯复合材料的水润滑摩擦系数与超高分子量聚乙烯相比小的多，具有良好水润滑性能，并且具有良好的干摩擦性能。
Claims (9)
1.水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料以重量份计的组成为：100份超高分子量聚乙烯，10～50份丁腈橡胶，10～40份自润滑剂，0.5～5份氧化锌，0.1～1份硬脂酸，0.1～3份交联剂，0.2～3份抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的丁腈橡胶为30～50份。
3.根据权利要求1所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯的重均分子量为300万～800万。
4.根据权利要求3所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯的重均分子量为800万。
5.根据权利要求1所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的丁腈橡胶为普通丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶或羧基丁腈橡胶。
6.根据权利要求5所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的丁腈橡胶为羧基丁腈橡胶。
7.根据权利要求1所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的自润滑剂为石墨、二硫化钼中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的交联剂为1,4-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)苯或过氧化二异丙苯。
9.根据权利要求1所述的水润滑轴承用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、2-巯基苯并咪唑或2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物中的两种或两种以上。
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