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纳米填料增强UHMWPE–橡胶水润滑摩擦学性能

2021-10-17杨东亚任俊芬王宏刚陈生圣李伟涛

工程科学与技术 2021年5期
关键词:复合材料

杨东亚,田 松,任俊芬,王宏刚,高 贵,,陈生圣,李伟涛

当今,对海洋环境日益关注,排放法规越发严格,必须尽量减少有害物质的排放,而油作为船舶轴承的润滑介质,一旦泄露,会造成污染影响海洋生态[1–4]。因此,水润滑轴承因其结构简单,环境适应性好,运行成本低且抗噪声和抗冲击性好等特点,发展潜力巨大[5]。但是,水润滑轴承在低速、重载及启停时,常会出现黏–滑现象,引起摩擦波动与摩擦噪声,导致寿命降低、噪声增大,对舰艇的安全性和隐蔽性造成隐患[6]。此外,由于水膜的承载力较低,导致水润滑轴承常处于混合润滑甚至边界润滑状态,摩擦磨损加剧[4]。要解决上述难题,研制水润滑性更好的轴承材料很关键。

近些年,越来越多的橡胶–塑料复合材料被尝试用于水润滑轴承,其性能表现优异,抗振动性好,抗冲击性强,低噪声且不会污染水环境。但缺点也很明显:承载能力低,设计比压低[2,4],在启动、停机或低速运转等工况下会产生黏–滑现象,主要表现在摩擦振动异常和摩擦噪声过大,对舰船的轴承寿命和安全性带来隐患。相比其他非金属材料,超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)具有很好的耐摩擦性能、抗冲击性能、抗老化性能和耐低温性能[7]。但由于其分子量太高,导致其熔体黏度高,流动性差,加工困难,与基体间界面结合强度低[8–9]。而聚四氟乙烯(PTFE)因为优异的润滑性能、化学稳定性、耐腐蚀性、密封性和良好的抗老化性,在水润滑复合材料中被广泛使用[10]。目前,用PTFE改性UHMWPE虽然在一定程度上改善了其摩擦系数,但工作时PTFE易从UHMWPE基体上脱落[11],且受载时会产生蠕变,引起硬度变化,进而影响复合材料性能[12–15]。……

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