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船舶尾轴承做为船舶推进系统的核心组成部件,其摩擦磨损性能对海上运行船舶的安全性和经济性有着重要的作用。但在实际应用过程中,尤其是在船舶启停、低速重载等工况运行时,橡胶轴承材料有着较为严重的摩擦磨损。因此,通过对水润滑橡胶轴承材料进行补强,提升材料的摩擦学性能是至关重要的。
在橡胶基体中添加具有自润滑性能的纳米材料而制成的橡胶复合材料被证实具有优异的摩擦学性能,而纳米材料在橡胶基体中的分散性对橡胶复合材料的补强有着重要影响。本文以丁腈橡胶(NBR)为基体,分别添加多壁碳纳米管(MWNT)(2phr、4phr、8phr)和多巴胺改性的多壁碳纳米管(MWNT-PDA)(2phr、4phr、8phr)作为补强材料,探究碳纳米管对水润滑橡胶轴承材料摩擦磨损性能的影响,并取得以下成果:
采用多巴胺(DOPA)对MWNT进行改性处理,运用JEM-1400Plus透射电子显微镜对改性前后的MWNT结构以及形貌进行观察,傅里叶红外光谱检测表明MWNT-PDA表面有活性官能团存在,同时采用X射线光电子能谱(XPS)以及热失重分析(TGA)的方法成功测定了MWNT表面元素含量的变化和多巴胺的包覆量(PDA)。试验结果表明,在MWNT-PDA的表面上约有5nm厚的包覆层,且包覆量约占总比重的10.63%,MWNT-PDA的表面氮、氧元素含量明显增加,表明其官能化程度提高。另外MWNT-PDA的自身缠结度降低,为橡胶复合材料的制备奠定了基础。采用溶液共混法和机械共混法相结合的方式,制备了7种不同类别的丁腈橡胶/碳纳米管复合材料(NBR/MWNT),MWNT添加量为0的橡胶轴承材料作为对照组。运用ZeissUltraPlus场发射扫描电镜观测其在橡胶基体中的分散状态,试验结果表明,添加量为4phr的MWNT-PDA在橡胶基体中的分散性效果最佳。
采用Rtec-MFT5000摩擦试验机对7种材料的摩擦磨损性能进行试验探究,摩擦试验结果表明:添加了改性碳纳米管的橡胶轴承材料(NBR/MWNT-PDA)摩擦系数均低于原始碳纳米管橡胶轴承材料(NBR/MWNT),而NBR/MWNT轴承材料摩擦系数均低于NBR轴承材料,其中添加了4phr的MWNT-PDA橡胶试块具有最低的摩擦系数,此时影响摩擦系数的各项因素达到动态平衡。
磨损试验表明:当转速和载荷一定时,NBR/MWNT-PDA轴承材料平均质量磨损量总体上低于NBR/MWNT轴承材料。当MWNT-PDA添加量为8phr时,橡胶试块的质量磨损量达到最小值,并通过测量磨损表面微观形貌分析了磨损机理。
在橡胶基体中添加具有自润滑性能的纳米材料而制成的橡胶复合材料被证实具有优异的摩擦学性能,而纳米材料在橡胶基体中的分散性对橡胶复合材料的补强有着重要影响。本文以丁腈橡胶(NBR)为基体,分别添加多壁碳纳米管(MWNT)(2phr、4phr、8phr)和多巴胺改性的多壁碳纳米管(MWNT-PDA)(2phr、4phr、8phr)作为补强材料,探究碳纳米管对水润滑橡胶轴承材料摩擦磨损性能的影响,并取得以下成果:
采用多巴胺(DOPA)对MWNT进行改性处理,运用JEM-1400Plus透射电子显微镜对改性前后的MWNT结构以及形貌进行观察,傅里叶红外光谱检测表明MWNT-PDA表面有活性官能团存在,同时采用X射线光电子能谱(XPS)以及热失重分析(TGA)的方法成功测定了MWNT表面元素含量的变化和多巴胺的包覆量(PDA)。试验结果表明,在MWNT-PDA的表面上约有5nm厚的包覆层,且包覆量约占总比重的10.63%,MWNT-PDA的表面氮、氧元素含量明显增加,表明其官能化程度提高。另外MWNT-PDA的自身缠结度降低,为橡胶复合材料的制备奠定了基础。采用溶液共混法和机械共混法相结合的方式,制备了7种不同类别的丁腈橡胶/碳纳米管复合材料(NBR/MWNT),MWNT添加量为0的橡胶轴承材料作为对照组。运用ZeissUltraPlus场发射扫描电镜观测其在橡胶基体中的分散状态,试验结果表明,添加量为4phr的MWNT-PDA在橡胶基体中的分散性效果最佳。
采用Rtec-MFT5000摩擦试验机对7种材料的摩擦磨损性能进行试验探究,摩擦试验结果表明:添加了改性碳纳米管的橡胶轴承材料(NBR/MWNT-PDA)摩擦系数均低于原始碳纳米管橡胶轴承材料(NBR/MWNT),而NBR/MWNT轴承材料摩擦系数均低于NBR轴承材料,其中添加了4phr的MWNT-PDA橡胶试块具有最低的摩擦系数,此时影响摩擦系数的各项因素达到动态平衡。
磨损试验表明:当转速和载荷一定时,NBR/MWNT-PDA轴承材料平均质量磨损量总体上低于NBR/MWNT轴承材料。当MWNT-PDA添加量为8phr时,橡胶试块的质量磨损量达到最小值,并通过测量磨损表面微观形貌分析了磨损机理。