一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料及其制备方法，包括改性纤维布材料，以及由预聚体浸润所述改性纤维布材料并固化形成的水润滑轴承聚合物基体；改性纤维布材料设置在水润滑轴承聚合物基体中靠近摩擦界面的一侧。本发明专利技术将具有自润滑性、耐磨性的改性纤维布材料引入水润滑轴承聚合物基体材料界面，制作简单，通过界面处的纤维实现了应力的多向传递，从而实现了摩擦界面剪切力的有效降低和均匀分布，促进了接触应力在基材中的传导，改善了水润滑轴承材料的摩擦稳定性、表面磨损形貌，降低了轴承磨损和失效风险，延长了轴承材料的耐久性和使用寿命，尤其适用于船舶水润滑轴承。船舶水润滑轴承。船舶水润滑轴承。

【技术实现步骤摘要】
一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料及制备方法


[0001]本专利技术属于轴承材料领域，具体涉及一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]海洋不仅是生命的摇篮，还是资源的宝库，蕴含着丰富的渔业资源和矿产资源，是未来社会物质生产的重要原料基地。其中，海洋水产品占世界水产品的85％左右，石油资源量约占全球石油资源总量的34％。作为国防保障、海洋资源开发、远洋贸易的载体，船舶已成为工业发展的重点。尾轴承作为船舶推进系统的重要组成部分，关系着船舶的运行安全，在船舶工业中受到广泛关注。
[0003]水润滑轴承因其绿色无污染、清洁可持续等优点，在船舶尾轴承领域具有良好的应用前景。然而，水的低黏度和低承载特性，使得水润滑轴承在低速、重载工况下形成的润滑膜完整性较差，无法实现有效的润滑。此外，目前常用的水润滑轴承材料为聚合物复合材料，单一结构聚合物复合材料的自润滑性、耐磨性较差，在摩擦过程中容易出现黏着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损等，造成表面材料大量去除，从而引发轴承失效。这些问题导致在苛刻工况下，水润滑轴承的稳定性较差、使用寿命较短，严重限制了其在舰船上的推广。因此，提升水润滑轴承材料的自润滑性、耐久性成为跨越理论研究成果和工程应用之间鸿沟的必要举措。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料及其制备方法，解决现有技术中水润滑轴承自润滑性和耐久性差的技术问题。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，所述复合材料包括改性纤维布材料，以及由预聚体浸润所述改性纤维布材料并固化形成的水润滑轴承聚合物基体；所述改性纤维布材料设置在所述水润滑轴承聚合物基体中靠近摩擦界面的一侧。
[0007]第二方面，本专利技术提供一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：将水润滑轴承聚合物基体预聚体熔融后与扩链剂混合，得到液态混合物；将改性纤维布材料放置在模具中，将所述液态混合物倒入模具中与改性纤维布材料相结合，冷却脱模后加热固化，得到水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0009]本专利技术摒弃了传统水润滑轴承材料结构和性能的各向同性，提出了一种以水润滑轴承聚合物材料为基体，扩链剂为聚合物材料改性剂，改性纤维布材料为填料，适用于船舶水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料及制备方法，将具有自润滑性、耐磨性的改性纤维布材料引入水润滑轴承聚合物基体材料界面，本专利技术制作简单，效果提升显著，解决了
工况条件下，水润滑轴承聚合物材料稳定性和耐久性差的问题。本专利技术提高了水润滑轴承聚合物材料界面的自润滑性能、耐磨性能，通过界面处的纤维实现了应力的多向传递，从而实现了摩擦界面剪切力的有效降低和均匀分布，促进了接触应力在基材中的传导，改善了水润滑轴承材料的摩擦稳定性、表面磨损形貌，降低了轴承磨损和失效风险，延长了轴承材料的耐久性和使用寿命，尤其适用于船舶水润滑轴承。
附图说明
[0010]图1为本专利技术水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料制备流程示意图。
[0011]图2为本专利技术水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料的结构示意图。
[0012]图3为实验条件在载荷为0.5MPa，转速为100rpm，干摩擦下，以聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯改性纤维布材料填充的水润滑轴承改性纤维布界面增强复合材料试样的实时摩擦系数(a)和磨损形貌(b)。
[0013]图4为实验条件在载荷为0.8MPa，转速为100rpm，水润滑下，以聚四氟乙烯改性纤维布材料填充的水润滑轴承改性纤维布界面增强复合材料试样的实时摩擦系数(a)，以及干摩擦下青铜摩擦配副表面磨损形貌(b)。
[0014]图5为改性纤维布界面增强复合材料及纯聚合物材料试样干摩擦条件下剪切力仿真试验结果对比图；其中，(a)为纯聚氨酯(PU)材料的力学仿真图；(b)为改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维布界面增强复合材料的力学仿真图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0016]摩擦学与界面科学有密切的关系，在摩擦过程中，摩擦、磨损和润滑现象直接作用在两个物体之间的接触界面。摩擦副之间的界面摩擦力、界面磨损、界面润滑情况直接决定材料的摩擦学性能。高强度纤维织物可以有效提高聚合物的力学性能，被广泛应用于航空航天和建筑领域的新材料开发。此外，一些纤维织物不仅具有良好的力学性能，还拥有优异的自润滑性能。但如何将具有高强度、优异自润滑性的纤维织物引入聚合物复合材料界面，从而改善水润滑轴承聚合物复合材料摩擦学性能，为解决水润滑轴承材料的摩擦问题还存在难点。
[0017]本专利技术提供一种用于船舶水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料及其制备方法，通过编织工艺和改性处理将具有高强度、优异自润滑性的材料制成纤维织物，将其与水润滑轴承聚合物材料的成形工艺结合，制备新型的用于船舶水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，提高水润滑轴承聚合物材料界面的自润滑性能、耐磨性能，促进接触应力在基材中的传递，改善水润滑轴承材料的摩擦稳定性、表面磨损形貌，降低轴承磨损和失效风险，延长轴承材料的耐久性，推动水润滑轴承聚合物材料的工程应用。
[0018]基于此，创立本专利技术，对于推动水润滑轴承材料的工程应用具有很大的现实意义，特别是用于船舶水润滑轴承。
[0019]为了更好地理解本专利技术，将浇注模具水平放置并制作片状复合材料作为基准，仅
为了更清楚地描述本专利技术中改性纤维布材料与水润滑轴承聚合物基体的相对位置关系，而不是对本专利技术的限定。
[0020]本专利技术一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，包括改性纤维布材料，以及由预聚体浸润所述改性纤维布材料并固化形成的水润滑轴承聚合物基体；所述改性纤维布材料设置在所述水润滑轴承聚合物基体中靠近摩擦界面的一侧。
[0021]所述水润滑轴承聚合物基体材料为市面常规原料，化学性质稳定，具有无毒无污染的性能。
[0022]优选地，所述复合材料的厚度在所述改性纤维布材料厚度的两倍以上，两者厚度适中，保证充分起到润滑减震作用，同时改性纤维布材料对水润滑轴承聚合物基体有效起到保护以及避免剪切力集中的作用。
[0023]所述水润滑轴承聚合物基体总厚度和改性纤维布材料的厚度可以根据实际应用场景选择，例如复合材料总厚度为0.2～20mm，改性纤维布材料厚度为0.05～0.2mm；进一步优选水润滑轴承聚合物基体总厚度为8～12mm，改性纤维布材料厚度为0.1～0.15mm，例如水润滑轴承聚合物基体总厚度为10mm，改性纤维布材料厚度为0.12mm。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，其特征在于，所述复合材料包括改性纤维布材料，以及由预聚体浸润所述改性纤维布材料并固化形成的水润滑轴承聚合物基体；所述改性纤维布材料设置在所述水润滑轴承聚合物基体中靠近摩擦界面的一侧。2.根据权利要求1所述的水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，其特征在于，所述水润滑轴承聚合物基体为聚氨酯、聚醚醚酮或尼龙。3.根据权利要求1所述的水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，其特征在于，所述改性纤维布材料是纤维布材料经过表面化学惰性改性得到的。4.根据权利要求3所述的水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，其特征在于，所述纤维布材料是超高分子量聚乙烯或聚四氟乙烯。5.根据权利要求3所述的水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，其特征在于，表面化学惰性改性是等离子体处理。6.根据权利要求1所述的水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料，其特征在于，所述改性纤维布材料设置在靠近所述水润滑轴承聚合物基体的摩擦界面一侧。7.如权利要求1
‑
6任一项所述的水润滑轴承的改性纤维布界面增强复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭智威，李雪飞，陈佳镇，黄齐韧，薛恩驰，袁成清，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：