一種船舶艉軸密封潤滑用靜環(huán)材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于密封材料技術領域，具體涉及一種船舶艉軸密封潤滑用靜環(huán)材料及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 船舶艉軸裝置，是船舶軸系的主要部件之一，其性能的好壞直接影響到船舶的正 常運行和經(jīng)濟性。同時，對防止船舶污染水域、保護環(huán)境起著十分重要的作用。船舶艉軸密 封裝置主要由摩擦副組成，摩擦副是動環(huán)和靜環(huán)的總稱，是構(gòu)成機械密封最主要的元件。 摩擦副運行時，由于受到彈簧力、密封海水壓力、液膜開啟力、摩擦力以及運行時慣性力等 作用，靜環(huán)部分磨損較快，需定期更換，所以靜環(huán)在很大程度上決定了艉軸密封裝置的使 用性能和壽命。靜環(huán)作為易損件必須具有機械強度高、自潤滑性能好、耐磨性好、導熱性好、 耐熱和熱沖擊性能好、耐腐蝕性能強、線膨脹系數(shù)小、加工工藝好、吸振性能強等優(yōu)點。
[0003] 我國是世界第一的造船大國，但靜環(huán)材料制造和研究水平卻嚴重滯后于造船業(yè)的 發(fā)展速度，特別是大直徑、高性能靜環(huán)材料主要依賴進口。目前我國關于靜環(huán)的產(chǎn)品及研究 主要集中在機械液壓密封靜環(huán)上，對于船舶使用的靜環(huán)產(chǎn)品種類單一且性能較差。國內(nèi)使 用的靜環(huán)產(chǎn)品大多為橡膠、氟塑料及碳氟化合物材質(zhì)，并且大多采用簡單的熱壓成型工藝， 所得到的產(chǎn)品抗壓能力差，線速度低，耐熱性能較差，易變形，不適于大型船舶使用。靜環(huán)材 料的研制技術不僅可用于作戰(zhàn)艦艇升級改造，減少船舶艉軸密封裝置的維修和更換周期， 還可用于大型民用船只中，可替代進口產(chǎn)品，降低成本，減少對國外產(chǎn)品的依賴性，這對于 提高我國海軍國防能力和民用造船業(yè)的核心競爭力意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提供一種船舶艉軸密封潤滑用靜環(huán) 材料及其制備方法，所得靜環(huán)材料力學性能好，耐磨損，摩擦系數(shù)低，工作溫度高，且制備工 藝簡單，成本低。
[0005] 本發(fā)明提供一種船舶艉軸密封潤滑用靜環(huán)材料，由增強長纖維和包裹在增強長纖 維上的混合填料制成，所述混合填料，按照重量份數(shù)計，包括如下組分：
[0006] 改性的無機填料5~25份、改性的短纖維10~25份、酚醛樹脂15~25份、聚乙 烯蠟1~10份和硬脂酸鋅5份；
[0007] 所述的長纖維為芳綸纖維；
[0008] 所述增強長纖維按如下方法制備得到：將酚醛樹脂溶解于乙醇溶劑中，加入硅烷 偶聯(lián)劑后混合均勻，得到混合溶液，將長纖維浸泡于混合溶液中，烘干，得到浸漬膠液的增 強長纖維；
[0009] 所述改性的無機填料按如下方法制備得到：將無機填料以鈦酸酯偶聯(lián)劑乙醇溶液 浸泡，過濾后烘干，以高速分散機分散均勻得到改性的無機填料；所述的無機填料選自滑石 粉或白云石粉中的一種或兩種；
[0010] 所述改性的短纖維按如下方法制備得到：將短纖維以硅烷偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡， 烘干后再進行開松得到改性的短纖維；所述的短纖維選自短芳綸纖維或黃麻纖維中的一種 或兩種。
[0011] 優(yōu)選的是，所述長纖維的粗度為400~SOOd ;所述短芳綸纖維的長度為1~5mm， 所述黃麻纖維的長度為1~3mm。
[0012] 優(yōu)選的是，所述酚醛樹脂為PF6290A，所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷 KH-550,所述鈦酸酯偶聯(lián)劑為LD-144。
[0013] 優(yōu)選的是，所述混合填料還包括石墨纖維、石墨微粉、氣相二氧化硅中的至少一 種，所述石墨纖維為〇. 5~1. 75份，所述石墨微粉為4~7份，所述氣相二氧化硅為1~10 份。
[0014] 優(yōu)選的是，增強長纖維制備方法中所述酚醛樹脂在乙醇溶劑中的固含量為30%~ 50%，硅烷偶聯(lián)劑在混合溶液中的濃度為1% ;改性的無機填料制備方法中所述鈦酸酯偶 聯(lián)劑在乙醇中的濃度為1% ;改性的短纖維制備方法中所述硅烷偶聯(lián)劑在乙醇中的濃度為 1%〇
[0015] 本發(fā)明還提供一種船舶艉軸密封潤滑用靜環(huán)材料的制備方法，包括如下步驟：
[0016] (1)長纖維的處理：將酚醛樹脂溶解于乙醇溶劑中，加入硅烷偶聯(lián)劑后混合均勻， 得到混合溶液，將長纖維浸泡于混合溶液中，烘干，得到浸漬膠液的增強長纖維；
[0017] (2)無機填料的改性處理：將無機填料以鈦酸酯偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，過濾后烘 干，以高速分散機分散均勻，得到改性的無機填料；
[0018] (3)短纖維的改性處理：將短纖維以硅烷偶聯(lián)劑乙醇溶液浸泡，烘干后再進行開 松，得到改性的短纖維；
[0019] (4)物料的混合：將步驟⑵中得到的改性的無機填料、步驟⑶中得到的改性的 短纖維與酚醛樹脂、聚乙烯蠟、硬脂酸鋅均勻混合，得到混合填料；
[0020] (5)將步驟（4)中得到的混合填料包裹在步驟（1)得到的增強長纖維上成為復合 纖維，將復合纖維纏繞編織成型后以熱壓固化成型，得到靜環(huán)材料。
[0021] 優(yōu)選的是，步驟（1)、步驟（4)中所述酚醛樹脂為PF6290A，步驟（1)、步驟（3)中所 述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550,步驟（2)中所述鈦酸酯偶聯(lián)劑為LD-144。
[0022] 優(yōu)選的是，還包括在步驟（4)中，將步驟（2)中得到的改性的無機填料、步驟（3) 中得到的改性的短纖維、酚醛樹脂、聚乙烯蠟、硬脂酸鋅與石墨纖維、石墨微粉、氣相二氧化 硅中的至少一種均勻混合，得到混合填料；所述石墨纖維為0. 5~1. 75份，所述石墨微粉為 4~7份，所述氣相二氧化娃為1~10份。
[0023] 優(yōu)選的是，步驟（1)中酚醛樹脂在乙醇溶劑中的固含量為30%~50%，硅烷偶聯(lián) 劑在混合溶液中的濃度為1%，步驟（2)中鈦酸酯偶聯(lián)劑在乙醇中的濃度為1%，步驟（3) 中硅烷偶聯(lián)劑在乙醇中的濃度為1%。
[0024] 優(yōu)選的是，步驟（5)中所述固化成型壓力為10~20MPa，固化溫度為155~165°C。
[0025] 本發(fā)明的有益效果：
[0026] 本發(fā)明以長纖維為增強纖維，將改性的無機填料、短纖維與酚醛樹脂、聚乙烯蠟、 硬脂酸鋅等均勻混合涂覆長纖維，得到復合纖維，將這種復合纖維編制成型后經(jīng)熱壓固化， 即得到船舶艉軸潤滑密封用靜環(huán)材料，通過選擇和調(diào)配各組分，從而使材料達到最佳性能。 這種酚醛樹脂基復合材料制備的靜環(huán)材料克服了國內(nèi)傳統(tǒng)靜環(huán)材料的缺點，主要具有以下 優(yōu)點：第一，本發(fā)明使用酚醛樹脂，具有一定耐高溫，強度高，韌性好，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，其彎 曲強度在70~145MPa間可調(diào)，壓縮性能好；第二，酚醛樹脂耐磨性能好，具有水潤滑特性， 加入填料和增強纖維后具有低摩擦系數(shù)和低磨耗量；第三，此方法制備工藝簡單，只需將增 強纖維、填料經(jīng)過改性處理，然后與酚醛樹脂等進行混合，經(jīng)一系列工藝流程后熱壓成型， 從而得到靜環(huán)材料的固化成型件；第四，所得靜環(huán)在較高工作溫度下能夠穩(wěn)定運行，無燒蝕 現(xiàn)象，且靜環(huán)材料的固化工藝較為簡單，成本低，樹脂與填料均為固體，所用溶劑毒性低，且 坯料適用期長。本發(fā)明靜環(huán)材料除可應用于船舶艉軸密封潤滑用靜環(huán)外，還可用于其他密 封潤滑部件。
[0027] 實驗結(jié)果證明，本發(fā)明提供的靜環(huán)材料具有良好的力學性能和潤滑性能，其壓縮 強度> 120MPa，彎曲強度> 60MPa，沖擊強度> 32kJ/m2,硬度< 75(Rockwell，RHM)。
【具體實施方式】
[0028] 為使本領域技術人員更好的理解本發(fā)明的技術方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā) 明的優(yōu)選實施方案進行描述，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
[0029] 本發(fā)明提供一種船舶艉軸密封潤滑用靜環(huán)材料，由增強長纖維和包裹在增強長纖 維上的混合填料制成，所述混合填料，按照重量份數(shù)計，包括如下組分：
[0030] 改性的無機填料5~25份、改性的短纖維10~25份、酚醛樹脂15~25份、聚乙 烯蠟1~10份和硬脂酸鋅5份；
[0031] 所述的長纖維為芳綸纖維；
[0032] 所述增強長纖維按如下方法制備得到：將酚醛樹脂溶解于乙醇溶劑中，加入硅烷 偶聯(lián)劑后混合均勻，得到混合溶液，將長纖維浸泡于混合溶液中，烘干，得到浸漬膠液的增 強長纖維；