[发明专利]船舶艉轴承用低噪声纳米/高分子复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造船舶艉轴承用低噪声纳米/高分子复合材料及其制备方法。

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。水润滑轴承常采用的材料有：各种金属合金、陶瓷、工程塑料以及橡胶。其中金属合金及陶瓷不符合减振降噪要求；很多工程塑料都具有较好的自润滑性能，如聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚酰亚胺(PI)，但其减振降噪性能还不够理想，单独使用不能满足低噪声的要求；橡胶具有优异的减振降噪性能，常被作为水润滑轴承使用，在完全水润滑条件下，其具有极低的摩擦系数，然而在干摩擦或边界水润滑时(这种状态在低速航行工况时经常出现)其摩擦系数及磨耗量均快速增大，当在此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，从而使船舶艉部出现异常噪声问题和降低船舶轴系安全性。

因此，研制一种低噪声、低摩擦系数、低磨损、长寿命的船舶艉轴承用纳米/高分子复合材料尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种低噪声、低摩擦系数、低磨损、长寿命、能在边界润滑和于摩擦条件下安全运行，适应船舶使用要求的船舶艉轴承用低噪声纳米/高分子复合材料及其制备方法。

本发明目的的实现方式为，船舶艉轴承用低噪声纳米/高分子复合材料，由基体和自润滑组分均匀混合的复合料经复合硫化剂硫化模压而成，自润滑组分/基体的重量比为5～15％；

所述基体为重量百分比为80～90％丁腈橡胶、5～10％超高分子最聚乙烯和5～10％聚四氟乙烯的混合物；

所述自润滑组分为的重量百分比为35～45％纳米石墨、35～40％纳米二硫化钼、5～10％短切聚四氟乙烯纤维、5～10％碳纤维及4～10％碳纳米管的混合物；

所述复合硫化剂是过氧化二异丙苯和异丁烯酸甲酯，复合硫化剂与基体的重量比为3.5～8％，过氧化二异丙苯与异丁烯酸酯的重量比为1/1。

船舶艉轴承用低噪声纳米/高分子复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将自润滑组分进行表面改性处理，

纳米石墨、纳米二硫化钼表面改性处理：将自润滑组分重量百分比为35～45％的纳米石墨、35～40％纳米二硫化钼置于密封的干粉搅拌器中，以100rpm的转速进行高速搅拌，高速搅拌过程中喷洒浓度为10％的锆铝酸盐与钛酸酯复配溶液，锆铝酸盐与钛酸酯重量比为1/1，待混合30分钟后，取出，在烘箱中100℃下烘2小时后备用；

聚四氟乙烯纤维表面改性处理：将自润滑组分重量百分比为5～10％聚四氟乙烯纤维束通过机械牵引，依次过浓硫酸、蒸馏水、丙酮溶液彻底清洗表面油酯，然后将清洗好的纤维束在短切机上短切为20-30纳米的聚四氟乙烯纤维，再置于γ放射源下辐照处理30分钟，使表面产生羟基等活性基团，接着在于粉混合器中向短切纤维表面喷洒浓度为25％的马来酸酐溶液，对其表面进行接枝反应2小时，接枝完毕后烘干备用；

纳米碳纤维和碳纳米管表面改性处理：将自润滑组分重量百分比为5～10％的纳米碳纤维、4～10％的碳纳米管置于密封的干粉搅拌器中，以100rpm的转速进行高速搅拌，并在高速搅拌过程中喷洒浓度为3％的硅烷偶联剂KH-570溶液，待混合30分钟后，取出，在烘箱中100℃下烘2小时后备用：

(2)在密炼机中加入基体重量百分比为80～90％、5～10％和5～10％的丁腈橡胶、超高分子量聚乙烯和聚四氟乙烯，步骤(1)所备用的改性纳米石墨、纳米二硫化钼、聚四氟乙烯纤维纳米碳纤维和碳纳米管在温度110℃、辊距3～4mm下混炼15分钟，

(3)在开炼机上加入过氧化二异丙苯和异丁烯酸甲酯复合硫化剂，混合10分钟后，按照要求出4mm厚的胶片，

过氧化二异丙苯和异丁烯酸酯复合硫化剂与基体的重量比为3.5～8％，过氧化二异丙苯与异丁烯酸酯的重量比为1/1，

(4)将胶片放入模具中，在160±5℃，压力12±1MPa下硫化成型25分钟即可制得船舶艉轴承用低噪声纳米/高分子复合材料。

采用本发明制备的纳米/高分子复合材料是一种低噪声、低摩擦系数、低磨损、长寿命的船舶艉轴承用纳米/高分子复合材料，可有效降低船舶艉部噪声，提高轴系安全性。

具体实施方式

本发明的船舶艉轴承用低噪声纳米/高分子复合材料由基体和自润滑组分均匀混合组成，自润滑组分/基体的重量比为5/100～15/100。