CN104774355A

CN104774355A - 水润滑橡胶组合物及用其制作的水润滑橡胶轴承

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Publication number: CN104774355A
Application number: CN201410014427.7A
Authority: CN
Inventors: 梁爱民; 廖明义; 孙伟; 赵爽; 张�杰; 辛波; 李传清; 赵姜维; 辛益双; 谭金枚; 杨亮亮
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2034-01-13
Also published as: CN104774355B

Abstract

本发明给出了一种水润滑橡胶组合物及用其制作的水润滑橡胶轴承，水润滑橡胶组合物可用于制备模压硫化成型品，尤其适合作为制备水润滑橡胶轴承的水润滑橡胶衬套的材料，水润滑橡胶组合物具体包括以下组分：EIR，或EIR和NBR的混合物，氧化锌，硫磺，硬脂酸，促进剂，防老剂，润滑剂，炭黑，耐磨剂。本发明的橡胶组合物含有EIR，由于EIR分子链上引入了环氧基团，使其具有高气密性、高耐油性、良好的粘合性、低生热性和相容性等优异性能。制备的水润滑橡胶轴承，具有良好的耐摩擦、耐磨耗、耐油等性能，可以替代目前广泛使用的水润滑橡胶轴承材料NBR，扩大EIR的应用领域。

Description

水润滑橡胶组合物及用其制作的水润滑橡胶轴承

技术领域

本发明涉及橡胶轴承技术领域，具体说是一种水润滑橡胶组合物及用其制作的水润滑橡胶轴承。

背景技术

长期以来，船舶推进***中的轴承摩擦副多以金属构件组成，用矿物油作为润滑介质（油润滑轴承）。不仅耗费了大量矿物油和贵重金属等资源，而且为防止油泄漏需要进行复杂的密封，这使得船舶推进***在机械传动过程中产生的摩擦、磨损、振动、冲击、噪声以及无功能耗很难降低；船舶推进***的可靠性差和寿命较短等问题得不到很好的解决，特别是难以克服油泄漏而污染水环境的问题。

水作润滑介质具有无污染、来源广、节能、安全等特点，而橡胶具有高减振、易加工、抗摩擦和抗疲劳等性能。利用橡胶替代金属构件作为轴承摩擦副，用水替代矿物油作为润滑介质（水润滑橡胶轴承），可以从根本上解决金属构件组成的轴承摩擦副存在的磨损大、振动强、噪声高、无功能耗高、可靠性差和寿命较短以及漏油污染等一系列问题，满足经济可持续和环境友好的发展要求。

目前，水润滑橡胶轴承中使用的橡胶，主要为丁腈橡胶（NBR），如重庆大学开发的BTC水润滑橡胶轴承（水润滑动密封复合橡胶轴承），以NBR为基体，加入各种填充剂、促进剂等制备的一类橡胶[水润滑动密封橡胶合金轴承，中国发明专利，200510057204.X，2005；水润滑橡胶合金轴承，中国发明专利，200810070089.3，2008]，具有优良的性能，获得了应用。但其基体材料NBR的价格昂贵，限制了更加广泛的应用。

环氧化异戊橡胶（EIR）在水润滑橡胶轴承的制备中尚无应用先例。由于在分子链上引入了环氧基团，使其具有优良的耐油性、气密性、粘合性、低生热性和相容性等特点，其耐油性接近NBR，生热性低于NBR，同时相比NBR具有明显的价格优势。若能采用EIR制备水润滑橡胶轴承，替代目前广泛使用的水润滑橡胶轴承材料NBR，将拓宽EIR的应用范围，将有利于降低水润滑橡胶轴承的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水润滑橡胶组合物及用其制作的水润滑橡胶轴承，采用EIR全部或部分替代目前广泛使用的水润滑橡胶轴承材料NBR，扩大了EIR的应用领域。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种水润滑橡胶组合物，其特征在于包括以下组分：

环氧化异戊橡胶EIR，或环氧化异戊橡胶EIR和丁腈橡胶NBR的混合物100phr，

氧化锌 2.0～10.0phr，

硫磺 0.5～3.0phr，

硬脂酸 0.5～2.0phr，

促进剂 0.5～3.0phr，

防老剂 1.0～3.0phr，

润滑剂 2.0～20.0phr，

炭黑 50～100phr，

耐磨剂 0～70phr。

在上述技术方案的基础上，在环氧化异戊橡胶EIR和丁腈橡胶NBR的混合物中，按质量比计EIR/NBR=99/1～50/50。

在上述技术方案的基础上，所述EIR为环氧化锂系异戊橡胶、环氧化钛系异戊橡胶、环氧化天然橡胶、环氧化稀土异戊橡胶中的任意之一。

在上述技术方案的基础上，所述EIR的环氧化度为10%～50%。

在上述技术方案的基础上，所述EIR的环氧化度为30%～40%。

在上述技术方案的基础上，所述NBR中丙烯腈含量为15～50%。

在上述技术方案的基础上，所述促进剂为：N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次黄、二硫化四甲基秋兰姆、2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑中的一种或多种。

在上述技术方案的基础上，所述防老剂为：N-苯基-萘胺、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N-苯基对苯二胺中的一种或多种。

在上述技术方案的基础上，所述润滑剂为：古马隆、松焦油中的一种或多种。

在上述技术方案的基础上，所述炭黑为：超耐磨炉黑、中超耐磨炉黑、高耐磨炉黑、通用炉黑和半补强炉黑中的任意一种。

在上述技术方案的基础上，所述耐磨剂为：二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯、碳纤维中的任意一种。

一种上述任意之一所述的水润滑橡胶组合物制备的模压硫化成型品，其特征在于：将所述的水润滑橡胶组合物经模压硫化成型制备为模压硫化成型品。

在上述技术方案的基础上，其用作水润滑橡胶衬套。

在上述技术方案的基础上，所述水润滑橡胶衬套为整体硫化式水润滑橡胶轴承的衬套。

在上述技术方案的基础上，水润滑橡胶组合物模压硫化的工艺参数为：成型压力为10～100MPa、硫化温度为120～190℃、硫化时间为30～90min。

本发明提供了一种包含环氧化异戊橡胶的橡胶组合物，由于EIR分子链上引入了环氧基团，使其具有高气密性、高耐油性、良好的粘合性、低生热性和相容性等优异性能。采用本发明的橡胶组合物制备的水润滑橡胶轴承，具有良好的耐摩擦、耐磨耗、耐油等性能，可以替代目前广泛使用的水润滑橡胶轴承材料NBR，扩大EIR的应用领域。

具体实施方式

本发明的核心思想是：采用EIR全部或部分的替代目前广泛使用的水润滑橡胶轴承材料NBR。由于EIR分子链上引入了环氧基团，使其具有高气密性、高耐油性、良好的粘合性、低生热性和相容性等优异性能，其耐油性接近NBR，生热性低于NBR，而且价格低于NBR，在水润滑橡胶轴承领域尚未有应用。

本发明所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于包括以下组分：

氧化锌 2.0～10.0phr，

硫磺 0.5～3.0phr，

硬脂酸 0.5～2.0phr，

促进剂 0.5～3.0phr，

防老剂 1.0～3.0phr，

润滑剂 2.0～20.0phr，

炭黑 50～100phr，

耐磨剂 0～70phr。

所述phr是parts per hundreds of rubber（or resin）的缩写，表示每100份（以质量计）橡胶（或树脂）添加的份数。

本发明可将所述的水润滑橡胶组合物经模压硫化成型制备为模压硫化成型品。

该模压硫化成型品可用作水润滑橡胶衬套。

进一步，所述水润滑橡胶衬套为整体硫化式水润滑橡胶轴承的衬套。所述整体硫化式水润滑橡胶轴承包括轴承外圈和水润滑橡胶衬套，所述水润滑橡胶衬套通过模压硫化成型，并装配在轴承外圈内表面，构成水润滑橡胶轴承。例如：水润滑橡胶组合物的各组分在常用的橡胶混炼设备上进行混合，然后在模压机上硫化成型。

材料模压硫化的工艺参数为：成型压力为10～100MPa、硫化温度为120～190℃、硫化时间为30～90min。模压硫化的具体工艺细节可按现有公知技术实施，不再详述。

在上述技术方案的基础上，所述EIR的环氧化度为10%～50%。优选EIR的环氧化度为30%～40%。

在上述技术方案的基础上，所述NBR中丙烯腈含量为15～50%。

在上述技术方案的基础上，水润滑橡胶组合物中，所述促进剂为：N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ）、N-叔丁基-2-苯并噻唑次黄（NS）、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）、2-硫醇基苯并噻唑（M）、二硫化二苯并噻唑（DM）中的一种或多种（任意一种或两种以上）。

在上述技术方案的基础上，水润滑橡胶组合物中，所述防老剂为：N-苯基-萘胺（A、D）、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体（RD）、N-异丙基-N-苯基对苯二胺（4010NA）中的一种或多种（任意一种或两种以上）。

在上述技术方案的基础上，水润滑橡胶组合物中，所述润滑剂为：古马隆、松焦油中的一种或多种（任意一种或两种同时使用）。

在上述技术方案的基础上，水润滑橡胶组合物中，所述炭黑为：超耐磨炉黑、中超耐磨炉黑、高耐磨炉黑、通用炉黑和半补强炉黑中的任意一种。

在上述技术方案的基础上，水润滑橡胶组合物中，所述耐磨剂为：二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯、碳纤维中的任意一种。

以下为实施例。

水润滑橡胶轴承性能测试条件：在轴承承载压力为10～5000N、转速为100～2000转/min下，测试采用本发明所述组分、配比及制备方法得到的水润滑橡胶轴承的磨耗与摩擦性能。

实施例1～5

制备水润滑橡胶衬套的配方为：EIR（环氧化度为30%）100phr、ZnO 5phr、S 1.5phr、硬脂酸1.0phr、CZ 0.7phr、RD 1.0phr、古马隆 5.0phr、中超耐磨炭黑N220 60phr、70phr、80phr、90phr、100phr。不添加耐磨剂。

橡胶和上述试剂在橡胶混炼设备上进行混合，在成型压力25MPa、硫化温度150℃，硫化时间40min的条件下，模压硫化成型制备水润滑橡胶轴承，然后装配在轴承外圈内表面，构成水润滑橡胶轴承。

性能测试

测试条件为转速500r/min、载荷500N、时间60min，测试结果如表1-4。

表1 炭黑加入量对橡胶材料硬度的影响

橡胶轴承需有一定的承载能力，即需要有一定的硬度来保护摩擦副。一般船用标准要求橡胶轴承的邵氏硬度应在70到80之间。从表1可见，加入60phr时硬度低于70不符合要求，炭黑加入量在70-90phr之间可以满足轴承使用要求。

表2 炭黑加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

磨耗反映着橡胶轴承的使用寿命。从表2可以看出，当使用EIR作为水润滑橡胶轴承的材料时，随着炭黑N220加入量的增多，磨耗上升至破碎，存在适宜的加入量，在70-80phr时磨耗较低。

表3 炭黑加入量对橡胶轴承摩擦性能的影响

摩擦系数也是轴承设计中重要折性能参数。从表3看可以看出，当使用EIR作为水润滑橡胶轴承的材料时，随着炭黑N220加入量的增多，摩擦系数上升，与磨耗的影响一致，存在适宜的加入量，炭黑加入量为70phr时的摩擦系数为0.0264-0.0346，与基于NBR的BTC水润滑橡胶相当（0.025-0.045）。

实施例6～8

同实施例1～5，区别在于所使用的EIR环氧化度为40%。

表4 炭黑加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

表5 炭黑加入量对橡胶轴承摩擦性能的影响

与实施例1比较，使用的EIR环氧化度提高，有利于摩擦和磨耗性能的改善。

对比例1～4

同实施例1～5，区别在于所使用的橡胶为NBR，其中其丙烯腈含量为24%。

表6 炭黑加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

比较表2与表6发现相同配比条件下，使用NBR为水润滑橡胶轴承的材料与使用EIR时的磨耗相当。

表7 炭黑加入量对橡胶轴承摩擦性能的影响

比较表3与表7发现相同配比条件下，使用NBR为水润滑橡胶轴承的材料与使用EIR时的摩擦系数相当。

对比例5～7

同对比例1～4，区别在于所使用的NBR中丙烯腈含量为35%。

表8 炭黑加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

表9 炭黑加入量对橡胶轴承摩擦性能的影响

与对比例1～4比较，使用的NBR丙烯腈含量为35%，有利于摩擦和磨耗性能的改善。

实施例9～11

同实施例1～5，区别在于所使用橡胶为EIR与NBR并用，NBR中丙烯腈含量为24%。EIR/NBR并用比为80/20。

表10 炭黑加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

从表10可以看出，EIR/NBR并用比为80:20使用时，橡胶轴承的摩耗性能与基于EIR的轴承性能相当。

表11 炭黑加入量对橡胶轴承摩擦性能的影响

从表11可以看出，EIR/NBR并用比为80:20使用时，橡胶轴承的摩擦性能与基于EIR的轴承性能相当。

实施例12～14

各组分用量同实施例1～5，区别在于炭黑N220的加入量为70phr，另外二硫化钼加入量为10phr、30phr。

表12 二硫化钼加入量对橡胶材料硬度的影响

从表12看出，随着二硫化钼的加入量的增多，对材料的硬度影响不大，可满足轴承使用要求。

表13 二硫化钼加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

从表13可看出，加入10phr的二氧化钼时，轴承的磨耗降低约70%。但加入量增多至30phr时，磨耗升高。

表14 二硫化钼加入量对橡胶轴承摩擦性能的影响

从表14可看出，加入二氧化钼时，轴承的摩擦性能得到了明显改善。

实施例15～17

同实施例1～5，区别在于使用的炭黑为通用炭黑N660。

表15 炭黑加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

从表15可以看出，当使用通用炭黑N660时，轴承的磨耗性能略有下降。

表16 炭黑加入量对橡胶轴承摩擦性能的影响

比较表16与表3发现，当使用通用炭黑N660时，轴承的摩擦性能略有下降，与基于NBR的BTC水润滑橡胶相当。

实施例18

同实施例1～5，区别在于制备水润滑橡胶轴承的配方为：S1.0phr、TMTD1.0phr、中超耐磨炭黑N22070phr，其它组分和加入量不变。

表17 炭黑加入量对橡胶轴承磨耗性能的影响

与实施例1～5比较，硫化体系变化对橡胶轴承的摩擦和磨耗性能影响不大。

综上所述，可将EIR部分或完全替代NBR应用于水润滑橡胶轴承的制备上，得到的磨耗性能、摩擦性能与之相当。通过加入耐磨剂二氧化钼，磨耗性能、摩擦性能可进一步得到提高。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种水润滑橡胶组合物，其特征在于包括以下组分：

氧化锌 2.0～10.0phr，

硫磺 0.5～3.0phr，

硬脂酸 0.5～2.0phr，

促进剂 0.5～3.0phr，

防老剂 1.0～3.0phr，

润滑剂 2.0～20.0phr，

炭黑 50～100phr，

耐磨剂 0～70phr。

2.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：在环氧化异戊橡胶EIR和丁腈橡胶NBR的混合物中，按质量比计EIR/NBR=99/1～50/50。

3.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述EIR为环氧化锂系异戊橡胶、环氧化钛系异戊橡胶、环氧化天然橡胶、环氧化稀土异戊橡胶中的任意之一。

4.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述EIR的环氧化度为10%～50%。

5.如权利要求4所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述EIR的环氧化度为30%～40%。

6.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述NBR中丙烯腈含量为15～50%。

7.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述促进剂为：N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次黄、二硫化四甲基秋兰姆、2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述防老剂为：N-苯基-萘胺、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体、N-异丙基-N-苯基对苯二胺中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述润滑剂为：古马隆、松焦油中的一种或多种。

10.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述炭黑为：超耐磨炉黑、中超耐磨炉黑、高耐磨炉黑、通用炉黑和半补强炉黑中的任意一种。

11.如权利要求1所述的水润滑橡胶组合物，其特征在于：所述耐磨剂为：二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯、碳纤维中的任意一种。

12.一种使用权利要求1～11任意之一所述的水润滑橡胶组合物制备的模压硫化成型品，其特征在于：将所述的水润滑橡胶组合物经模压硫化成型制备为模压硫化成型品。

13.如权利要求12所述的模压硫化成型品，其特征在于：其用作水润滑橡胶衬套。

14.如权利要求13所述的模压硫化成型品，其特征在于：所述水润滑橡胶衬套为整体硫化式水润滑橡胶轴承的衬套。

15.如权利要求12所述的模压硫化成型品，其特征在于：水润滑橡胶组合物模压硫化的工艺参数为：成型压力为10～100MPa、硫化温度为120～190℃、硫化时间为30～90min。