一種水潤(rùn)滑軸承用高承載及減振耐磨高分子復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水潤(rùn)滑軸承用高承載及減振耐磨高分子復(fù)合材料，屬于高分子復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國(guó)的機(jī)電排灌保有量達(dá)7000多萬(wàn)kW，已建成泵站46萬(wàn)余座，大中型泵站5500多座?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，必將有更多的泵站工程投入建設(shè)。
[0003]高分子水潤(rùn)滑軸承因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且用水作為潤(rùn)滑介質(zhì)具有無(wú)污染和來(lái)源廣等優(yōu)點(diǎn)，還能降低和減少摩擦副產(chǎn)生的磨損和沖擊等問(wèn)題，使其在水泵導(dǎo)軸承和艦艇尾軸等部件中獲得了廣泛應(yīng)用。高分子水潤(rùn)滑軸承起著承受水泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件徑向力和穩(wěn)定葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，同時(shí)也是大型泵站水泵如軸立式泵(ZLB)的關(guān)鍵易磨易損部件。水潤(rùn)滑軸承磨損時(shí)，河水中的泥沙進(jìn)入軸承間隙，經(jīng)軸頸的擠壓嵌入軸承，軸頸磨損，被磨毛糙的軸頸反過(guò)來(lái)加速軸承的磨損，惡性循環(huán)，軸承磨損加劇，軸頸面層很快大片脫落，軸承間隙增大，造成葉片碰殼。
[0004]目前國(guó)內(nèi)高分子水潤(rùn)滑軸承材料主要有橡膠水潤(rùn)滑軸承和樹(shù)脂基水潤(rùn)滑軸承。然而，這兩類水潤(rùn)滑軸承材料都有各自的缺點(diǎn):橡膠水潤(rùn)滑軸承由于其高彈性而具有良好的泥沙包容性適合于在高泥沙含量的水質(zhì)條件下使用，并具有良好的減振降噪特性，然而其承載能力低、啟動(dòng)摩擦系數(shù)大和制備工藝復(fù)雜的劣勢(shì)也極大地限制了它的應(yīng)用；樹(shù)脂基水潤(rùn)滑軸承由于其優(yōu)異的力學(xué)性能而具有良好的承載能力和耐磨性，然而樹(shù)脂材料硬度高而質(zhì)脆的特性，使其不能在含有泥沙等雜質(zhì)的工況下使用。目前國(guó)內(nèi)水潤(rùn)滑軸承的相關(guān)專利有:CN201210325590 —種以硬質(zhì)橡膠為內(nèi)襯水潤(rùn)滑軸承的制造方法，CN201210174107.9 一種復(fù)合材料背襯水潤(rùn)滑橡膠軸承及其制備方法，CN201220354803水潤(rùn)滑軸承，CN201210431208 一種具有高承載力及自潤(rùn)滑性的水潤(rùn)滑軸承，CN201220025915一種帶有雙螺旋溝槽的水潤(rùn)滑軸承，CN201210140470.9水潤(rùn)滑軸承用超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。這些專利提供的是橡膠水潤(rùn)滑軸承材料、樹(shù)脂水潤(rùn)滑軸承材料和水潤(rùn)滑軸承的制備方法，并沒(méi)有解決橡膠水潤(rùn)滑軸承和樹(shù)脂水潤(rùn)滑軸承所面臨的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種水潤(rùn)滑軸承用高承載及減振耐磨高分子復(fù)合材料。該材料具有良好的承載能力、減振降噪性能和減摩耐磨性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:以聚氨酯和環(huán)氧樹(shù)脂為基體材料，并在基體中加入無(wú)機(jī)填料起增強(qiáng)和減磨耐磨作用。本發(fā)明所述材料兼具聚氨酯橡膠材料的高彈性、環(huán)氧樹(shù)脂的高承載特性和無(wú)機(jī)填料的減摩耐磨特性，可有效提高水潤(rùn)滑軸承用高分子復(fù)合材料的的承載性能、減振降噪性能和減摩耐磨性能。
[0007]本發(fā)明所述水潤(rùn)滑軸承用高承載及減振耐磨高分子復(fù)合材料，其特征在于該材料通過(guò)下列步驟來(lái)制備: O聚氨酯預(yù)聚體的制備:在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將甲苯二異氰酸酯(TDI)和經(jīng)過(guò)脫水處理的聚合物二醇在70~140°C反應(yīng)l~4h后脫氣即得聚氨酯預(yù)聚體；
2)無(wú)機(jī)填料/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備:50~100°C常壓條件下，將環(huán)氧樹(shù)脂和無(wú)機(jī)填料攪拌混合均勻，即得無(wú)機(jī)填料/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料；
3)將聚氨酯預(yù)聚體和無(wú)機(jī)填料/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在50~100°C常壓下攪拌混合均勻，脫氣，然后加入4，4’ -亞甲基雙-(2-氯苯胺)固化劑，50~100°C常壓下混合均勻，倒入80~100°C預(yù)熱好的模具中，在80~120°C條件下，固化6~12h。
[0008]所述聚合物二醇的脫水條件為:溫度80~120°C，真空度0.05-0.1Mpa,時(shí)間4~10h。
[0009]所述聚合物二醇為聚四氫呋喃二醇(PTMG)、聚乙二醇(PEG)和聚己內(nèi)酯二醇(PCL)中的一種，數(shù)均分子量均為500~5000。
[0010]所述TDI與聚合物二醇的摩爾比為I?4:1。
[0011]所述環(huán)氧樹(shù)脂為E51和E44中的一種。
[0012]所述無(wú)機(jī)填料為納米二氧化硅、碳納米管、碳纖維、石墨和二硫化鉬中的一種。
[0013]所述無(wú)機(jī)填料與環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為0.l~1.5:lo
[0014]所述聚氨酯預(yù)聚體與無(wú)機(jī)填料/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的質(zhì)量比為2.5-0.1:1。
[0015]所述4，4’ -亞甲基雙-(2-氯苯胺)固化劑的質(zhì)量為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的10~45%。
[0016]所述步驟I)和步驟3)中脫氣的條件均為:真空度0.05-0.1Mpa,時(shí)間0.5~2h。
[0017]本發(fā)明選用聚氨酯作為基體是因其優(yōu)良的耐磨性、阻尼性和高彈性；選用環(huán)氧樹(shù)脂作為基體是因其優(yōu)良的力學(xué)性能；選用無(wú)機(jī)材料作為填料是因其優(yōu)良的耐高溫、減摩耐磨和導(dǎo)熱性能。
[0018]本發(fā)明的特點(diǎn)在于無(wú)機(jī)填料的加入使得聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料具有機(jī)械強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)小、磨損率低和不使用溶劑等特點(diǎn)，可以在摩擦表面形成連續(xù)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移膜，從而提高材料的減磨性能，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。該材料適用于導(dǎo)軸承和船舶艉軸等水潤(rùn)滑軸承部件。
[0019]本發(fā)明產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)如下:
大氣下摩擦系數(shù):0.20?0.65 ;
大氣下體積磨損率:< 8.5 X 10 4 mm3/N.m ；
水潤(rùn)滑條件下摩擦系數(shù):0.02-0.001 ；
水潤(rùn)滑條件下體積磨損率:< 6.5X 1(T5 mm3/N.m ；
拉伸強(qiáng)度:多15 Mpa ；
斷裂伸長(zhǎng)率:彡100%。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
制備工藝如下:
O聚氨酯預(yù)聚體的制備:首先，將聚四氫呋喃二醇在100°c，真空度為0.05MPa下脫水4h ;其次，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，按TDI與聚四氫呋喃二醇的摩爾比為1:1的比例，加入化學(xué)計(jì)量的TDI，并在100°C條件下反應(yīng)2h ;最后，真空度為0.0SMPa下脫氣2h，即得聚氨酯預(yù)聚體，命名為A組分； 2)二氧化硅/E51復(fù)合材料的制備:50°C常壓條件下，將質(zhì)量比為0.5:1的二氧化硅和E51攪拌混合均勻，命名為B組分；
3)將質(zhì)量比為2:1的A組分和B組分，50°C常壓攪拌混合均勻，命名為C組分，并在真空度為0.05MPa下脫氣0.5h。然后，稱取4，4’-亞甲基雙-(2-氯苯胺)固化劑的質(zhì)量為C組分中環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的10%，并將其加入C組分中，50°C常壓下攪拌混合均勻，倒入80°C預(yù)熱好的模具中，在100°C條件下，固化8h。
[0021]實(shí)施例2 制備工藝如下:
O聚氨酯預(yù)聚體的制備:首先，將聚四氫呋喃二醇在120°C，真空度為0.1MPa下脫水1h ;其次，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，按TDI與聚四氫呋喃二醇的摩爾比為2:1的比例，加入化學(xué)計(jì)量的TDI，并在70°C條件下反應(yīng)4h ;最后，真空度為0.06MPa下脫氣lh，即得聚氨酯預(yù)聚體，命名為A組分；
2) 二硫化鉬/E44復(fù)合材料的制備:80°C常壓條件下，將質(zhì)量比為1:1的二硫化鉬和E44攪拌混合均勻，命名為B組分。
[0022]3)將質(zhì)量比為2.5:1的A組分和B組分，80°C常壓下攪拌混合均勻，命名為C組分，并在真空度為0.08MPa下脫氣lh。然后，稱取4，4’_亞甲基雙-(2-氯苯胺)固化劑的質(zhì)量為C組分中環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的25%，并將其加入到C組分中，80°C常壓下混合均勻，倒入100°C預(yù)熱好的模具中，在120°C條件下，固化6h。
[0023]實(shí)施例3 制備工藝如下:
O聚氨酯預(yù)聚體的制備:首先，將聚乙二醇在80°C，真空度為0.0SMPa下脫水7h ;其次，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，按TDI與聚乙二醇的摩爾比為3:1的比例，加入化學(xué)計(jì)量的TDI，并在140°C條件下反應(yīng)Ih ;最后，真空度為0.05MPa下脫氣0.5h，即得聚氨酯預(yù)聚體，命名為A組分;
2)碳纖維/E51復(fù)合材料的制備:100°C常壓條件下，將質(zhì)量比為1:1的碳纖維和E51攪拌混合均勻，命名為B組分。
[0024]3)將質(zhì)量比為1.5:1的A組分和B組分，100°C常壓下攪拌混合均勻，命名為C組分，并在真空度為0.1MPa下脫氣2h。然后，稱取4，4’_亞甲基雙-(2-氯苯胺)固化劑的質(zhì)量為C組分中環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的25%，并將其加入到C組分中，100°C常壓下混合均勻，倒入100°C預(yù)熱好的模具中，在80°C條件下，固化12h。
[0025]實(shí)施例4 制備工藝如下:
1)聚氨酯預(yù)聚體的制備:首先，將聚己內(nèi)酯二醇在100°c，真空度為0.0SMPa下脫水8h ;其次，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，按TDI與聚己內(nèi)酯二醇的摩爾比為2:1的比例，加入化學(xué)計(jì)量的TDI，并在120°C條件下反應(yīng)2h ;最后，真空度為0.0SMPa下脫氣2h，即得聚氨酯預(yù)聚體，命名為A組分；
2)石墨/E44復(fù)合材料的制備:60°C常壓條件下，將質(zhì)量比為0.1:1的石墨和E44攪拌混合均勻，命名為B組分。
[0026]3)將質(zhì)量比