外文翻译应用于轴承和密封件的低摩擦弹性体的发展.docx
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外文翻译应用于轴承和密封件的低摩擦弹性体的发展
应用于轴承和密封件的低摩擦弹性体的发展
该方案的目标是发展润滑剂填充的丁腈橡胶，以获得低摩擦和潜在的低磨损海水润滑的滑动应用（如轴承和唇密封）。
在工业生产中，在弹性体形成过程中添加入少量固体或液体润滑剂的方法应用较少。
由于这方面工作专利的限制，只有少量的数据公布，但是，根据已经出版的文献和在润滑领域专家的讨论，认为之前没有开始系统的研究。
所选择的弹性基体是丁二烯丙烯腈共聚物（每毫升MIL-B-17901，第1类）。
采取了两种润滑的方案。
首先，在复合弹性体中加入了不兼容的润滑油，使它们相互混合。
随着时间的推移，这些油迁移到表面，逐渐的产生了一个润滑油膜。
另一种方案是，在复合弹性体过程中添加固体润滑颗粒。
随着弹性体的磨损，它会暴露出新鲜的固体润滑颗粒。
静态浸水测试的目的是确定该标本的几何稳定性和弹性体与工作液在0℃，22℃，66℃（人工海水）的相容性。
进一步在人工海水中做试样进一步摩擦磨损测试。
充满润滑剂的弹性体的动力学摩擦系数（0.015--0.06）低于未加润滑剂的摩擦系数（0.07-0.09）。
所有试样的磨损率在实验误差范围内都是相同的，这表明磨损率没有起决定性的作用。
引言
弹性体常用于船用螺旋桨的梯级式船尾管轴承的轴结构中。
弹性体之所以被选用是因为它在失衡条件下有着良好抗磨粒磨损性能，在海水中的低磨损性能，分配负载的韧性，从而具有预防卡死，成本低，重量轻，易于成形的特点。
由于具有良好的弹性，弹性体也可用于唇式密封（各类船舶）和O形圈。
由于这些优势，丁二烯丙烯腈共聚物（丁腈橡胶）是许多常用的弹性体。
由于其广泛的使用，已进行了大量的摩擦学状态的弹性体研究，例如，Schallamach
（1）和Bartenev和Lavrentijev
（2），他们在这个方面做过这个研究。
声音振动或“轴承尖叫”有时起源于水润滑轴承在船用螺旋桨轴低速运转[Padden（3）]的情况。
Bhushan（4）发现，产生这种不良的噪音是由产生塑性变形的轴与橡胶表面的接触摩擦引起的。
预计可能会在一个粘滑现象，现象的激烈和倾向程度与橡胶表面的摩擦系数的作用有关。
橡胶表面的摩擦系数越低，就很难或不可能产生尖叫。
因此，保留当前材料的低磨损特性的复合橡胶化合物发展的同时，采用产生低摩擦的表面的低摩擦材料，将有助于消除尖叫。
据预测，低摩擦弹性体的发展也将适用于密封件。
布林克（5）和其他人证明密封件的最终寿命是由密封/轴接触面抵抗摩擦热和磨损率的能力决定的。
减少摩擦抗磨损这个问题的可替代办法是：
1.选择一个新的弹性体。
2. 在成型时修改加入可取成分的弹性;例如，固体润滑颗粒，油迁移等。
3. 修改接触面，例如，改善完成后，评价陶瓷涂层，多孔镀铬或融合聚四氟乙烯薄薄的一层。
4. 更改设计，以减少热量积聚和磨损。
一个由Bhushan和Winn（6）最近完成的关于船用螺旋桨轴唇密封弹性体的选择上的项目，表示在市场没有比丁腈橡胶的表现好的能力的弹性体，因此，获得具有低摩擦和磨损弹性体材料的其他方式有待探索。
一个推荐的方法是，在滑动磨损时，弹性体的成型过程中添加的润滑剂填充物，以减少摩擦和接触面温度，因此，改进的材料，应该也有利于提高密封件其他类型的性能，例如，偏心密封性能。
在这里的工作报告，制定了一些润滑剂填料的橡胶样品，在浸没试验测试，以确保不存在机械性能的退化，并在摩擦测试，以确定是否摩擦减少。
这里是报告的研究结果。
润滑剂填充配方的选择
对公布的数据进行搜索，以确定工艺水平。
很多工业成型和复合成型都接触到一些工业模塑和复合材料，基于这些发现，并根据以往的经验，被选定的配方，并几家供应商的合并，有利于建立良好充满润滑弹性体的工业知识。
以前的研究
只有少量的工作报告上在复合弹性体有添加固体和/或液体润滑剂，而且由于工作的专有性，已被业界公布的数据没有太多是可用的。
Ksieski（7）表示，加入石墨，molydisulfide，或弹性体可以显然的降低弹性体的干摩擦，但没有给出详细的百分之几的添加剂和能减少百分比的摩擦。
Zaprivoda等（8）提出申请有关减摩涂层密封面的工作方法。
耐磨聚四氟乙烯涂层是在一个多孔膜的形式，并形成密封要素，基涂层的附着是由橡胶大规模流入薄膜毛孔完成的过程中压到橡胶基地及随后的硫化。
弹性体填料的另一个工作组是Theberge等（9）报道：
他们在热塑性弹性体增加了玻璃纤维，如聚氨酯和烯烃为基础的橡胶以提高橡胶密封件抗变形能力。
这些纤维可以被润滑纤维替换，提高密封件的润滑。
Nersasian（10）在复合弹性体添加润滑油添加剂以形成一个优良的耐热，许多汽车应用所需的流体阻力小，密封性组合的条件。
样品通过在高温下的加速老化测试。
一个广泛的计算机搜索已进行，但没有发现其他参考资料。
一些活跃，在弹性体领域的知识的人进行了接触交流（11）但（14）他们没有交流正在进行的方案。
他们认为，全面的研究，探索和开发适合于固体和/或液体润滑剂填充弹性体具有开拓和独特的意义。
工业联系
有十七个公司进行了接触，其中11位有一定的知识和/或在该领域的经验（见确认）。
据Triolo（15）4.5％的石墨被用来密封件，丁腈橡胶与石墨填料已在工业设备的轴承使用。
据Molan（16）腈和偏二氟乙烯-六氟丙烯样品已与二硫化钼和石墨复合。
Kyker（17）表示，聚四氟乙烯填充phosophonitrilic福陆公司的弹性体具有比悬空时，表现得好些，在实验室测试的轴封使用中，一个众所周知的密封公司的商业固体润滑颗粒填料的O型圈。
氯丁橡胶，丁腈橡胶O型圈与石墨和二硫化钼填料[埃格斯（18）]也得到了发展。
10％的石墨粉末丁腈橡胶轴承，用于冷热水和污水泵工业泵。
没有任何性能数据[Toth和Brakey（19）]。
Zarogoza（20）获悉，偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物含二硫化钼，石墨和其他专有成分上有一些积极的工作。
已有限的产业发展做具体的产品，并没有系统的发展或实验室测试记录。
填料和概念的选择
固体润滑添加剂
许多固体润滑填料已发展为提供低摩擦，低磨损[Bhushan等人（21）]的塑料。
一些弹性体以往的经验的基础上被认为是合适的填料与增强塑料和润滑剂涂料[Bhushan（22）]。
粉末：
二硫化钼，天然或合成石墨，氧化镉的石墨-银，粉末聚四氟乙烯，粉状复合聚四氟乙烯，青铜，银。
纤维：
聚四氟乙烯，石墨，芳纶聚酰亚胺。
考虑类似的碳性质，应选择粉状填料最微小的颗粒大小。
人们已经发现，很细的碳黑有更大的增强丁腈橡胶的影响。
聚四氟乙烯颗粒与钠的化合物[塔克（23）]混合可被腐蚀，在混合之前，他们可以加入弹性体中，这导致了很强的颗粒粘附力。
不兼容的油添加剂
在计划推行的另一个概念是“绽放。
不相容的润滑油的添加在复合弹性体作为一个老龄化的结果，这些油迁移到表面，并提供一个润滑油膜。
试验样品的制备
三家公司同意，做试验样品。
所选择的基弹性体丁二烯丙烯腈共聚物，俗称为丁腈橡胶（32-33％丙烯腈，平衡丁二烯橡胶热塑性;添加丙烯腈增加耐油性和增加硬度），每军用规格MIL-B-17901I类组成成分如下所示：
第1供应商
1、每规格MIL-B-17901，I类的标准丁腈
2、5％的迁移润滑剂
3、5％＃2中鳞片石墨粉末
4、10％的＃2中鳞片石墨粉末
5、15％的氧化镉的石墨-银
6、10％的氧化镉的石墨-银
第2供应商
7、每规格MIL-B-17901，I类标准丁腈
8、20份石墨（0.25至0.50微米）
9、5份“湿滑的东西”
10、20份二硫化钼（4至10微米）
第3供应商
I1、每规格MIL-B-17901，I级标准丁腈
12、10％的＃87优良石墨（0.25-0.50微米粒子的大小）
13、20％的＃87优良石墨（0.25-0.50微米粒径）
14、10％的氧化镉的石墨-银
15、20％氧化镉的石墨-银
16、10％二硫化钼粉（4-10微米的颗粒大小）
17、20％二硫化钼粉末（4-10微米的颗粒大小）
确切的成分和所提供的第2号所作的测试样品的成型过程如下：
由2号供应商提供的材料组成与他所有的异常内部润滑剂的样品是相同的。
制定如下：
总计配件每百
基础部件
成分说明聚合物（PHR）
丙烯腈
丁二烯
共聚物乙腈40.0％100.0
炭黑N-774粒子
大小60.0
*20％的氧化镉（99.9％纯，粒径-95-200），65％的合成石墨（纯度99.9％的KS-2，粒度-2um），以及15％的银（纯度99.99％，粒径-1至5微米）。
分百之一部分基础聚合物（腈）
炭黑N-550粒子
大小40.0
氧化锌—5.0
硬脂酸—0.5
硫—0.5
混合烷基福美双—2.0
N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺—2.0
二（2-ethylhexy1）邻苯二甲酸—5.0
聚乙烯低分子
重量2.0
所有的化合物在实验室规模的内部密炼机上混合。
美国材料试验学会测试标本在34.5兆帕压力，150°C下成型20分钟。
美国材料试验学会测试插头在150'C，13.8兆帕的压力下成型为40分钟。
实验结果与讨论
描述静电材料浸没
静电材料浸没测试
这些测试旨在确定的几何稳定性和弹性体与工作液在工作温度范围的人工海水里的相容性。
在浸没测试实验中同时测定邵氏硬度，拉伸强度和断裂伸长率，以确定任何强度退化。
测试温度
弹性体，在一般情况下，没有良好的热导体。
当这些材料对其它材料擦负载下，在界面上产生的摩擦热建立，取决于负载，速度，摩擦系数，可大大增加接口温度。
如果摩擦界面导热良好的环境，即海水淹没，将会消散热量积聚和界面温度将保持适度。
由于许多弹性体有差的几何稳定性和兼容性与海水和强度退化的结果，在相对较低的温度（65-125℃）下连续使用，界面温度的影响，必须给予认真考虑。
从北极北部热带海域，必须在海水温度接近冰点（〜-2℃），30℃（85℉）的船舶和其他海上运输车辆启航。
考虑摩擦产生的热量，接口的温度升高，尤其是在恶劣的条件下，可以超过66℃（150℉）的工况下工作一段时间。
大部分时间，船舶在15-27℃（60-80℉）的温度范围。
因此，被选定为三个温度下浸水测试：
0℃（32℉），22℃（72℉），和66℃（150℉）。
试样尺寸
按ASTM，D471-75号规格测试标本的几何稳定性和硬度。
标本是长方形尺寸25，50，2.0±0.1毫米（1，2，0.08±0.005）。
每一种材料的两种标本在每个测试中得到一些重复性的迹象。
做ASTM拉伸试样的拉伸强度和伸长率测试。
每种材料的三个标本在每个测试中得到一些重复性的迹象。
测试设备
测试设备包括一个玻璃容器与盖。
铬镍铁合金箔，机架，单独设置的标本。
66℃测试，温度控制系统加热器使用。
0℃测试，玻璃容器放在一个冰柜内，并定期检查温度 。
标本被完全淹没在人造海水（根据ASTMD-1141-52）。
要加气，以保持盐溶解在水中的人工海水。
在测试过程中的海水鱼缸泵加气。
为期两个月的测试运行。
测量
邵氏硬度，重量，体积，拉伸强度，试样伸长率在两个月后开始和的。
任何明显恶化的标本进行定期检查。
邵氏硬度A型测量。
在空气中称重（Wa），淹没在水（Ww）的标本量计算。
体积=（Wa-Ww）／ρw
其中，ρw是水的密度。
体重测量的精度电子天平±0.1毫克。
使用标准试验机进行拉伸强度和伸长率的测量 。
摩擦磨损试验的描述
测试仪器
单向连续滑试验台是用来进行摩擦磨损测试在人工海水。
在试验台上，弹性针标本涂擦对一个旋转圆筒的周长。
引脚加载死的重量和缸（磁盘）是由变速电机的旋转。
气缸和引脚被包围了由有机玻璃制成的容器，这是充满了人工海水。
应变式称重传感器测量的摩擦力。
称重传感器的输出是美联储图表记录和摩擦力的连续跟踪随时间获得。
磨损率是通过测量千分表针的长度变化。
由于摩擦生热消散在加热水搓接口，不锈钢线圈被放置在容器中，并在实验过程中散发冷水通过它来保持水的温度接近室温，22℃- 27℃（72℉-80℉）。
试验台的照片如图1。
测试样品
旋转的成员是50毫米外径25毫米宽的圆柱型（磁盘）。
外径为地面海洋轴（0.40微米）的一个典型的表面粗糙度。
缸船用螺旋桨轴材料的70％，铜30％的镍合金24MIL-C-15345G（铸造）。
测试针针尖的弹性体进行测试。
引脚上的弹性体成型。
在某些情况下，被粘弹性体与环氧金属后盾。
燕尾提供引脚上提供弹性锁定。
弹性体尖半径符合磁盘。
半径也给引脚基地，以提供弹性体的厚度均匀。
引脚和气缸的照片显示在图中 2。
测试程序
静态和动态磁盘的运行控制在7.5um（0.0003）。
选择的条件
图1单向连续滑动测试仪器
图2圆柱销
[Padden（3）]：
0.35兆帕（50PSI）和140RPM（0.37MS-1）的测试在船尾管轴承的尖叫声条件。
测试时间为24小时。
在测试过程中，测量瓷砖的摩擦和磨损。
选定的材料进行了测试，在额外的压力为0.18和0.7兆帕和70和210RPM（0.18和0.55MS-1）的速度，研究他们的影响力上的摩擦系数。
测试结果与讨论
静电材料浸没测试
如前所述，静态浸泡测试在0℃，22℃，和66℃的人工海水淹没两个月。
测量的属性：
重量，体积，硬度，抗拉强度和伸长率的变化 。
在测试过程中在属性的变化列于表1。
0℃测试后的样品没有表现出显著的重量和体积的变化，在所有情况下，它是在实验误差小于0.1％。
在66℃的重量和体积的变化比22℃大，人们所期望的。
迁移液体润滑剂（2和表1中的9）的样品表现出较低的体积变化，但较高的体重变化。
润滑充满弹性体的硬度，拉伸强度和伸长率的变化与未填充弹性体。
拉伸强度和伸长率的数据中发现散布负责更高的记录。
迁移润滑剂（从供应商1）和“滑的东西”（供应商2号）的样品，稍微拉伸强度损失比别人和断裂伸长率变化，可能是因为石油填料，有一个贫穷之间的聚合物和分子键比聚合物和石墨等，与氧化镉的石墨-银样品油一般有较高的强度比其他填料的样品 。
大多数样品在他们的外貌不变。
之后浸泡测试。
只有样品编号为11至17（见表1）66℃测试后有一些变化，即可以轻易报废掉（图5），白色的存款电影。
电影没有意义。
测试数据表明：
在润滑充满弹性体测的属性的变化有统计学媲美悬空弹性体。
因此，没有明显的降解弹性体由于润滑剂填料。
所有弹性体摩擦磨损测试的建议。
摩擦磨损试验
所有17个橡胶样品测试，70铜30镍在海水中缸在0.35兆帕和0.37MS-1（140RPM）为24小时的测试时间。
运动摩擦的数据列于表2。
不同的引脚上测得的总磨损（25-35P，M在25个小时）内的实验误差，所以没有歧视的基础上穿的针材料可以。
持续时间较长的测试都必须进行，以确定穿。
主要是，这里的目标是建立一个低摩擦材料。
气瓶试验后的表面粗糙度不变化，在每种情况下，该引脚表面抛光和光泽。
在某些情况下，固体润滑颗粒可以看到针表面（表.2和图4）。
在测试的5％迁移润滑剂的丁腈橡胶，润滑油渗出到表面后引脚被允许坐几个小时（第2项，表2）。
用5份的“滑东西”一个独特的“滑的东西”白层形成后，标本被允许坐在通宵测试（第9项，表2）。
在每一种情况下，有一个圆筒表面上无论是弹性体或润滑剂组成部分（参见图5为典型的外观）。
的略有存款。
在润滑剂的情况下，充满弹性体，它并不明显，在滑动转移到气缸润滑颗粒。
摩擦系数被发现开始很高，他们跑了稳步增长，达到约四到六小时后高原（例如，参见图6）。
这里的摩擦系数相当低（<0.1）在所有情况下，这是由于边界润滑效果。
有人指出，低于标准橡胶与橡胶浸渍的固体润滑动摩擦。
迁移，润滑油（2项）由供应商提供的1号标本，有“滑的东西”（9项），2号由供应商提供，也拥有CdO的石墨-银（15项），由供应商提供的标本的标本第3号已低于这些公司提供的其他的摩擦。
此外润滑剂填料增加导致略低的摩擦。
使用液体润滑剂，因为润滑剂由于表面迁移可用于经过一段时期有一个潜在的不利因素。
光伏测试
额外的测试，进行了0.18和0.70兆帕的正常压力，在140转的速度，并在选定的标本70和210RPM的速度在0.35兆帕。
这些国家是：
标准的丁腈橡胶，10％的氧化镉石墨银，和5％的供应商1号迁移成型润滑剂标准标准。
在试验条件下，摩擦系数是独立的压力和速度。
结论和建议
结论
静态浸水试验表明，在0℃，22℃，66℃的人工海水，淹没两个月的时间后，填充弹性体的润滑剂的重量，体积，硬度，拉伸强度和伸长率与未填充弹性体的变化，。
因此，至少在那一段时间，由于丁腈橡胶的润滑剂填料，没有额外的材料降解与海水淹没实验中。
摩擦测试表明，充满弹性体的润滑剂的（0.015-0.06，不同填料从一个到另一个，从一个供应商到另一个）动能摩擦系数，低于未充满弹性体的（0.07-0.00）。
与高浓度的润滑剂填料，弹性体一般都稍低于低浓度的填料摩擦。
在测试范围内的压力和速度对摩擦系数没有影响。
因此，它证明了弹性体的滑动摩擦系数，在混合期间加入润滑油可以被减少。
润滑剂填料没有不利的物理和机械性能方面的影响在长期的海水淹没的测试中。
表1‐浸泡材料的物理测试。
数据测试的测试持续时间=2个月按ASTM规格的测试标本#D471‐75
在66℃的人工海
拉伸强
度变化
1号供应商
﹣3.3
﹣22.2
﹣3.3
﹣12.0
﹣12
﹣6.7
邵氏硬度变化
4.34
﹣11.57
﹣6.13
﹣5.72
﹣4.00
﹣1.80
拉伸强
度变化
﹢1
﹢2
﹢1
﹢1
﹢2
﹢2
体积
变化
6.25
5.07
6.71
6.22
5.00
3.27
质量
变化
5.68
5.13
5.84
5.35
5.05
3.47
在22℃的人工海
拉伸强
度变化
﹣10.0
﹣14.8
﹣18.6
﹣8.4
﹣6.7
﹣2.0
邵氏硬
度变化
6.40
﹣11.36
﹣3.10
﹣4.87
﹣5.06
﹣1.80
拉伸强
度变化
﹣1
0
﹣1
﹣1
﹣1
﹣1
体积
变化
0.68
0.069
0.64
0.55
0.60
0.50
质量
变化
1.16
0.78
0.97
0.86
0.95
0.92
在0℃的人工海水
拉伸强
度变化
﹣6.7
﹣7.4
﹣10.0
﹣9.7
﹣6.7
0
邵氏硬
度变化
6.52
﹣13.4
﹣5.30
﹣4.02
﹣4.18
﹣3.61
拉伸强
度变化
0
0
﹣2
﹢2
﹢1
0
体积
变化
可以忽略不计的实验误差﹤0.1%
质量
变化
可以忽略不计的实验误差﹤0.1%
原有的特性
邵氏
硬度
89
80
88
90
87
89
伸长
率
150
135
150
155
150
150
拉伸
强度
15.85（2.30）
16.67（2.42）
17.13（2.53）
16.26（2.36）
18.12（2.63）
17.16（2.49）
材料名称
标准的丁
腈橡胶
5%的迁移润滑剂丁腈橡胶
5%的石墨丁腈橡胶
10%的石墨丁腈橡胶
5%的氧化镉石墨银的丁腈橡胶
10%的氧化镉石墨银的丁腈橡胶
货号
1
2
3
4
5
6
﹣26.2
﹣32.6
﹣9.3
﹣17.5
﹢3.56
﹢3.60
﹣8.05
﹣4.23
0
0
﹣1
﹢1
1.66
1.64
0.94
1.48
2.25
2.22
1.66
2.18
﹣14.3
﹣13.9
0
﹢2.5
﹢3.3
﹣1.08
﹣9.58
﹣8.66
﹣1
0
﹣1
0
0.067
0.35
﹣0.54
0.16
0.71
0.81
0.22
0.78
2号供应商
0
﹣11.6
﹢2.5
﹢10
﹢7.59
﹣2.00
﹣11.69
﹣8.81
﹢1
0
﹣3
﹢1
可以忽略不计的实验误差﹤0.1%
可以忽略不计的实验误差﹤0.1%
87
88
86
87
210
215
215
200
18.19（2.64）
16.61（2.41）
18.33（2.66）
18.53（2.69）
标准的丁腈橡胶
20份石墨丁腈橡胶
5份拖鞋似丁腈橡胶
20份二硫化钼丁腈橡胶
7
8
9
10
﹣26.2
﹣32.6
﹣9.3
﹣17.5
﹢3.56
﹢3.60
﹣8.05
﹣4.23
0
0
﹣1
﹢1
1.66
1.64
0.94
1.48
2.25
2.22
1.66
2.18
﹣14.3
﹣13.9
0
﹢2.5
﹢3.3
﹣1.08
﹣9.58
﹣8.66
﹣1
0
﹣1
0
0.067
0.35
﹣0.54
0.16
0.71
0.81
0.22
0.78
3号供应商
0
﹣11.6
﹢2.5
﹢10
﹢7.59
﹣2.00
﹣11.69
﹣8.81
﹢1
0
﹣3
﹢1
可以忽略不计的实验误差﹤0.1%
可以忽略不计的实验误差﹤0.1%
87
88
86
87
210
215
215
200
18.19（2.64）
16.61（2.41）
18.33（2.66）
18.53（2.69）
标准的丁腈橡胶
10%石墨丁腈橡胶
20%石墨丁腈橡胶
10%CdO石墨银丁腈橡胶
20%氧化镉石墨银丁腈橡胶
10%二硫化钼丁腈橡胶
20%二硫化钼丁腈橡胶
11
12
13
14
15
16
17
图3浸水试验后的试样
图4测试后，弹性体样品（3号供应商）的光学显微照片
建议
得出来结果报告，值得鼓励，但这只是第一步。
其他填料和其他基弹性体，需要进行调查。
表2—从单向连续滑动测试仪摩擦试验结果
润滑：
人工海水滑移速度=0.37m／或者140rpm正常压力=0.35Mpa（50psi）
测试时间=24小时温度=22℃（72℉）
轴的表面粗糙度=0.41±0.03μm（16±1μin）CLA
项目号
弹性体材料
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