纳米坡缕石改进水润滑轴承性能的研究*

王家序，潘　阳，李俊阳，肖　科，周广武

(1.重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆　400030；2.四川大学 空天科学与工程学院，四川 成都　610065)



纳米坡缕石改进水润滑轴承性能的研究*

王家序1,2†，潘阳1，李俊阳1，肖科1，周广武2

(1.重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆400030；2.四川大学 空天科学与工程学院，四川 成都610065)

水润滑轴承的摩擦性能取决于橡胶轴瓦的润滑状态、硬度、动态粘弹性等.选取坡缕石(AT)纳米粉体，经硅烷偶联剂KH-550表面改性处理后，加入NBR制成AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件与AT/NBR水润滑轴承试件.检测表明，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的综合力学性能、硬度提高.动态力学分析仪DMA测得，NBR，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件0 ℃时的损耗因子大约相等，表明两者的湿滑能力基本不变.通过轴承摩擦磨损试验机，测出AT/NBR轴承试件的水润滑摩擦噪声、摩擦系数与磨损量降低.以上实验表明，AT/NBR轴承试件比NBR轴承试件的摩擦磨损等性能指标有所提高，并达到了美军标(船舶)MIL-DTL-17901C(SH)的规定.

水润滑；轴承；纳米坡缕石；丁腈橡胶；摩擦性能

水润滑橡胶轴承是一种滑动轴承，用于矿山采掘设备、船舶螺旋桨轴、水轮机、水泵和涡轮钻机等机械传动装置，轴瓦衬里是橡胶，由大量水介质润滑，能经受水中漂浮固体粒子的磨耗；橡胶弹性模量小，对载荷缓冲良好，能自动调位和有效减振降噪.其设计与工作条件、摩擦材料及润滑介质特性、润滑介质量和润滑方式等因素有关[1].水润滑橡胶轴承静态接触面积与动态摩擦力的统计相关分析表明，二者线性相关显著，即改善轴承摩擦性能的关键因素，是橡胶材质的选择[2].

在低速、重载、启动、停机等一些特殊工况下，水润滑轴承处于边界润滑或与轴颈直接接触的干摩擦状态，橡胶轴瓦会产生严重的磨损.因此，性能优良的水润滑轴承，不仅湿摩擦系数很低，而且耐磨性能很好.氧化锌晶须能显著提高橡胶的强度、耐磨性、防滑性、减振抗冲能力[3]，但同时也会增大橡胶的摩擦系数.

坡缕石(坡缕镐石，palygorskite)，又名凹凸棒石(attapulgite)，简称凹土(AT)，是含水的层链状镁质硅酸盐粘土矿物，可作吸附剂、橡胶填料、钻井泥浆等[4].通过常规加工混炼，天然凹土微米粉体就可解离、分散为纳米针状单晶，以棒晶-纳米短纤维方式分散在聚合物基体中，对橡胶基体产生优异的增强效果，且加工性能更好[5].王益庆等[6]用机械共混法成功制备了新型凹土/橡胶纳米复合材料，TEM观察表明，绝大部分AT在丁腈橡胶基体中达到纳米级分散，并确认硅烷偶联剂Si-69改性凹土、制备NBR复合材料有良好的增强效果，性能达到N330炭黑的增强水平.胡志孟等[7]将改性纳米级凹凸土作为丁腈橡胶的浅色补强剂，能有效改善丁腈橡胶的性能指标，可以取代常规的炭黑和昂贵白炭黑，主要性能指标达到了锭子橡胶的石油部标准.尹芳华等[8]利用硅烷偶联剂Si-69改性AT，填充到NBR中制备复合材料，得到性能优异的纳米AT/NBR复合材料，并比较不同AT的改性方式对NBR补强的效果.尹慧等[9]研究了AT加入量对AT/NBR复合材料综合性能的影响.

另外，由硅烷偶联剂KH-550改性剂制备的聚合物复合材料，填充颗粒在基体中分散均匀，且具有良好的热稳定性[10].

本文选取NBR极性橡胶作为基体，采用硅烷偶联剂KH-550改性坡缕石，制备AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件，检测其力学性能；制作AT/NBR轴承试件，并进行轴承摩擦磨损试验.探讨坡缕石优化水润滑橡胶轴承工艺性能的途径，研究坡缕石提高轴承摩擦性能的有效方法.

1　实验部分

1.1原材料及配方

1.1.1原材料

NBR，牌号N41(兰州石化)，丙烯腈含量约0.28～0.30；坡缕石纳米粉体(原矿产自贵州大方)，纯度95%，由贵州大学机械学院丁旭老师提供；改性剂，硅烷偶联剂KH-550，化学纯，南京曙光化工公司；无水乙醇，分析纯，重庆川江化学试剂厂；其他补强剂和助剂均为橡胶工业市售.

1.1.2 配方

参照专利(申请号：ZL 200810070080.2)《橡胶合金材料及利用该材料制造传动件的方法》，选取试验胶料基本配方(质量phr)：NBR 100，氧化锌7.1，硫磺2.9，促进剂CZ 2.9，防老剂NBC 2.9，C18饱和脂肪酸2.9，半补强炭黑100，填充剂玻璃纤维57.1，纳米坡缕石粉体9.6，硅烷偶联剂KH-550取坡缕石用量的1%.

1.2仪器及设备

QM-3SP4行星式球磨机，南京大学仪器厂；AL204电子天平，美国梅特勒-托利多公司；X(S)K-160型双辊开炼机，无锡华源橡塑机械厂；C-XLB-D500×500-1000Ⅲ单层平板硫化机(制备胶料)、XLB/DZ-1950×2270-1000抽真空平板硫化机(制作轴承)，宁波千普机械有限公司；DXLL-5000电子拉力实验机、XY-1型橡胶硬度计、MH-74型阿克隆磨耗试验机，上海德杰仪器设备有限公司； JEM-2000FXⅡ型高分辨透射电镜TEM，日本电子公司；KYKY-2008B型扫描电镜SEM，中科院科学仪器厂； Q800 DMA动态热机械分析仪，美国TA仪器公司；MPV-20D屏显式摩擦磨损试验机；AWA5661型声级计，杭州爱华仪器有限公司.

1.3实验方法与步骤

1.3.1坡缕石粉体改性处理

采用湿式球磨法，在乙醇介质的作用下，将坡缕石矿物棒晶体打断、解束并改性.

1) 配制坡缕石与改性剂混合液.三口烧瓶中加入50 mL乙醇、坡缕石质量1%的改性剂KH-550搅拌，使KH-550充分溶解于乙醇，之后加入去离子水搅拌；混合液中缓慢加入坡缕石粉体，搅拌均匀；一个颈口接入冷凝器，另一个颈口插温度计且没入混合液，中间颈口安装搅拌器，烧瓶50～60 ℃边加热边搅拌30 min；产物用乙醇洗涤5次，混合液再用无水乙醇稀释至600 mL.

2) 球磨.将偶联剂-乙醇与坡缕石粉体混合液装罐，用QM-3SP4行星式球磨机，湿式球磨(工艺参数：球料比1∶2，转速150 r/min，交替10 min)2 h，然后在80 ℃烘干备用.

1.3.2橡胶轴瓦硫化胶的制备与轴承试件的制作

1) NBR，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶的制备.工艺路线：生胶→塑炼→(加入配合剂)混炼→成型、硫化→制样.

工艺流程：在双辊开炼机上先用小辊距冷辊胶料；辊距调至最小，控制混炼温度在50 ℃左右，辊筒速比1∶1.2，加入配合剂和改性坡缕石纳米粉体(分多次加入)，割胶翻炼；薄通、打三角包6次以上，反复压炼、捣胶，形成均匀的AT/NBR混炼胶；由硫化仪测定正硫化时间；用硫化机模压制成2 mm厚的AT/NBR硫化胶试片，在硫化压力18 MPa、硫化温度160 ℃下，硫化18 min，冷却至室温；取出试片放置12 h.

同期制备等量未加坡缕石的NBR硫化胶，备用.

2) NBR，AT/NBR轴承试件的制作.用硫化机将AT/NBR混炼胶模压成型，同时硫化粘接在铜套内表面，制成水润滑直槽轴承试件，其工艺参数为硫化压力20 MPa，硫化温度160 ℃，硫化时间30 min.

同期制作相等尺寸、未加坡缕石的NBR轴承，备用.

1.3.3橡胶轴瓦硫化胶试件的力学性能测试

用电子拉力机测试定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率，拉伸速度500 mm/min，测试温度(22±1) ℃，相对湿度60%±1.试件冲裁成哑铃状，取10个NBR，AT/NBR试件分别测试，取其平均值.拉伸性能按GB/T 528-2009标准测定.邵氏硬度按GB/T 531-1999方法测定.撕裂强度按GB/T 529-2008标准，制成直角形试样测定.耐磨性能按GB/T 1689-1998标准，制成胶轮试样，用阿克隆磨耗试验机，测试设定压力下与砂轮直接对磨的磨损量.

1.3.4橡胶轴瓦硫化胶的动态力学性能测试

用动态热机械分析仪DMA分别测试NBR，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件在-80～100 ℃的损耗因子tanδ.试件尺寸13.97 mm×6.61 mm×2 mm.

测试条件：拉伸夹具；频率1 Hz；升温速度3 ℃/min；应变0.5%；预加力0.01；力跟踪125%；泊松比0.44；温度为-80～100 ℃.

1.3.5水润滑轴承试件的摩擦性能测试

试验采用的水润滑轴承摩擦磨损试验机，由交流电机拖动，液压油泵加载，计算机自动采集处理实验数据，直接读出摩擦系数.其原理图如图1所示.

图1　MPV-20D摩擦磨损试验机原理图

1) 设备组成及功能.①供水系统由水箱、流量阀、水泵、水管等组成，为水润滑轴承运转提供润滑介质；②试验系统由电机、联轴器、支架等组成，模拟运转轴系；③加载系统由液压泵、液压缸组成，给实件施加径向载荷；④控制系统，启停水泵、控制电机转速并加载；⑤输出设备，动态记录并输出实验数据.

2) 试验对象.水润滑NBR,AT/NBR直槽轴承，尺寸d= 40 mm，D= 60 mm，L= 80 mm，橡胶轴衬厚6 mm，8个纵向水槽.

3) 润滑介质.清水(自来水)，润滑水流量Q= 0.5 L/min.

4) 试验方法及步骤.① 采用体积法，将轴承试件完全浸入水中，测定与其体积等量的排水量，间接测出其磨损量.试验前，分别测定未磨损NBR，AT/NBR轴承试件的排水量V0，水的体积用酸式滴定管测出.

② 分别将NBR，AT/NBR轴承试件装入试验台，顺序调节轴转速200，400，600，800和1 000 r/min，顺序加载荷640，800，960 N，每个工况运转1.6 h，连续运转共24 h；各工况每隔1 min读取较稳定的摩擦噪声声压值、摩擦系数示数，分别得出NBR，AT/NBR轴承试件转速-载荷与摩擦噪声、摩擦系数的关系.试验环境温度为室温22～25 ℃.

③ 运转结束，将磨损的轴承试件冲洗干净，分别测定磨损后NBR，AT/NBR轴承试件的排水量V1，根据磨损前后轴承试件排水量的体积差ΔV=V1-V0，计算得到轴承试件的磨损量Δm=ΔVρ(其中，ρ为橡胶轴瓦的密度).

2　结果与讨论

2.1试验结果与分析

2.1.1坡缕石纳米粉体的微观结构

实验用坡缕石粉体在水中超声分散，滴膜法制样，用透射电镜TEM观察其微观结构，如图2所示，改性后坡缕石粉体单根棒晶的直径大约为20～100 nm左右，长径比在10～50之间，达到纳米级.

图2　改性纳米坡缕石的TEM照片

2.1.2加入坡缕石前后橡胶轴瓦硫化胶试件的力学性能

加入坡缕石后橡胶轴瓦硫化胶的力学性能如表1所示，表中0#试件不含坡缕石，1#试件添加胶料质量约1/10的坡缕石.

加入坡缕石的AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件，定伸应力、拉伸强度、断裂伸长率、邵氏硬度、撕裂强度、耐磨性能都有所提高，比原NBR橡胶轴瓦胶料更强韧、更硬.

阿克隆磨耗试验中，胶轮试件与标准砂轮在设定压力下直接接触对磨的磨损量，可以反映轴承橡胶轴瓦在干摩擦、磨粒磨损条件下的耐磨性能[11].AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的阿克隆磨耗量降低，即AT/NBR轴承试件在干摩擦、磨粒磨损条件下的耐磨性能提高.

在一定程度上，胶料共混的均匀程度会影响其中各成分的均匀分散，从而影响硫化胶的交联网络，也就影响其常规物理力学性能(拉伸强度、定伸应力、撕裂强度和永久变形等).所以，可以用间接方法——通过测定硫化胶的物理力学性能，评价橡胶共混体系均匀性、分散性的好坏[12].

表1　橡胶轴瓦硫化胶试件的物理力学性能

2.1.3加入坡缕石前后橡胶轴瓦硫化胶试件的动态力学性能

NBR与AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的动态力学性能，如图3所示.NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的玻璃化转变温度Tg为-12.99 ℃，对应的tanδmax为1.211；AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的玻璃化转变温度Tg为-12.63 ℃，对应的tanδmax为1.136.

NBR与AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件动态储能模量的对比如图4所示.相对于NBR橡胶轴瓦硫化胶试件，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的初始储能模量较大，说明AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的交联点密度相对比较均匀[13]，其工艺性能得到改善.

NBR与AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件损耗因子的对比如图5所示.通过tanδ-T曲线对比， 0 ℃时NBR，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的损耗因子tanδ差异很小，可看作近似相等，即两者湿滑能力相当.在轴承0～60 ℃正常工作温度的范围内，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的损耗因子较大，这有助于提高轴承减振降噪的能力.

2.1.4两种轴承试件的水润滑摩擦磨损试验

NBR，AT/NBR轴承试件的水润滑摩擦磨损试验结果如图6所示.

图6(a)(b)为轴承试件的摩擦噪声测试结果.启动后，轴承试件声压值随转速增加而增加，在800 r/min达到最大，之后开始减小.

图3　NBR与AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的动态力学性能

温度/℃

温度/℃

整体上，各工况AT/NBR轴承试件的摩擦噪声声压值小于NBR轴承试件的摩擦噪声声压值.

图6(c)(d)为轴承试件的摩擦系数测试结果.低速时随转速升高摩擦系数明显减小；中间转速时随转速升高，摩擦系数略微减小.任何一个特定速度，摩擦系数均随载荷增大而减小，这主要是因为载荷较低，轴承承压较小，橡胶弹性形变很微小，还不能形成连续的润滑水膜，即轴承内部润滑不良.随着载荷增大，橡胶产生弹性形变，逐渐形成弹性流体润滑状态，因此摩擦系数降低.整体上，各工况AT/NBR轴承试件的摩擦系数小于NBR轴承试件的摩擦系数.

轴颈转速/(r·min-1)

轴颈转速/(r·min-1)

轴颈转速/(r·min-1)

轴颈转速/(r·min-1)

2.1.5轴承试件的磨损量

轴承试件磨损后减少的质量分别为ΔmNBR=0.230 4 g，ΔmAT/NBR= 0.172 8 g，相对于NBR轴承试件，AT/NBR轴承试件的磨损量减小.

2.2讨论

2.2.1坡缕石对水润滑轴承摩擦性能的影响

橡胶元件(例如轮胎)摩擦的产生与动态性能有关，在发生摩擦的振动频率104～108Hz范围[14]内，因为微观橡胶分子链与接触面的粘附、滞后，产生摩擦力，之后周期重复，粘-滑过程[15]的频率即摩擦产生的频率，这是橡胶摩擦过程与动态性能相关的根本原因.用1 Hz，0 ℃下的tanδ表征橡胶的抗湿滑性能，已作为轮胎胶料中聚合物和填料开发的判据[16].

弹性体的摩擦力由粘附摩擦力和迟滞摩擦力两部分组成[17-18]，粘附摩擦力是表面力，在接触面分子尺度范围内发生；迟滞摩擦力是体积力，在体积变形范围内发生，由弹性体大的变形产生.摩擦力与弹性体的tanδ成正比，粘附摩擦力随硬度增加而减小[18].

本文所用的水润滑橡胶合金轴承是径向滑动轴承；其横截面水膜形成和运动的规律如图7所示，轴承逆时针转动，O为轴承中心，O′为轴颈中心，e为轴颈偏心距.

图7　 轴承运转工况的水润滑状态

水润滑轴承的承载原理：轴承橡胶轴瓦(橡胶衬)、轴颈摩擦副之间形成楔形水隙，粘性剪切力使水隙形成径向速度梯度，整个间隙腔内的润滑水膜产生流体动压，与其自重、外载相平衡，形成流体动压润滑.与干摩擦不同，湿摩擦由于水膜润滑的作用，影响因素较复杂.水润滑轴承的摩擦性能，取决于轴承橡胶轴瓦表面增加水膜厚度的能力.其中，重要的影响因素是润滑状态、胶料粗糙度[19-20]等.

1) 坡缕石对硬度的影响.水润滑橡胶轴承物理力学性能的重要指标——硬度，反映了轴承橡胶轴瓦的受压变形程度与抗刺穿能力.橡胶轴瓦的硬度越大，刚性越强.硬度提高，弹性下降，可以减少迟滞摩擦；但硬度过高容易刺穿水膜.硬度适中的水润滑轴承橡胶轴瓦，摩擦性能较优异.

美国国防部军用标准(船舶)MIL-DTL-17901C(SH)规定，轴承橡胶轴瓦的邵氏硬度为65～75.

加坡缕石后，AT/NBR轴承橡胶轴瓦的邵氏硬度由72增加到74(参见表1).

2) 坡缕石对轴承橡胶轴瓦摩擦系数的影响.胶料的摩擦是粘附摩擦与迟滞摩擦的总和.AT/NBR轴承橡胶轴瓦胶料试件，硬度提高，弹性下降，迟滞摩擦减小.相对于AT/NBR轴承橡胶轴瓦胶料试件，NBR轴承橡胶轴瓦胶料试件的拉伸强度较小，橡胶-填料的界面结合力较低，摩擦过程中容易脱落、形成凹陷，使胶料表面粗糙度增加，导致粘附摩擦增大.相对于NBR轴承橡胶轴瓦胶料试件，AT/NBR轴承橡胶轴瓦胶料试件的迟滞摩擦、粘附摩擦均较小，所以AT/NBR轴承试件的摩擦系数小于NBR轴承试件的摩擦系数.

2.2.2坡缕石对水润滑轴承橡胶轴瓦耐磨损性能的影响

1) 弹流润滑状态.在轴承水润滑工况的稳定运行阶段，因为水膜传递载荷，橡胶轴瓦表面承受交变应力，两表面不直接接触(存在弹流动压水膜)，会发生疲劳磨损——在周期性载荷、粘着作用相当小的情况下产生，是一种非常缓慢、不可忽视的磨损.疲劳磨损有一个过程，而且其疲劳过程只局限在薄的表层内，某应力值下经过多次循环才发生.橡胶轴瓦摩擦表面的微凸体应力场周期变化，循环交变接触应力周期作用在摩擦表面，接触表层多次变形而萌生裂纹，裂纹逐渐扩展直至引起材料脱落，使材料表面疲劳，产生滑动(接触)疲劳磨损.橡胶疲劳磨损是在给定条件下橡胶表层破坏并脱离基体的变形次数，也是应力状态的函数；随着法向载荷的增加、抗拉强度的下降以及动态疲劳特性指数的减小，疲劳磨损增大[21].

相对于NBR橡胶轴瓦硫化胶试件，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的拉伸强度、韧性增加，有利于改善轴承橡胶轴瓦的耐疲劳磨损能力.本试验条件下，相对于NBR轴承试件，稳定运行情况下AT/NBR轴承试件的磨损量减小，即AT/NBR轴承试件的水润滑耐磨性能得到改善.

2) 边界润滑及干摩擦状态.在低速、重载、启停等特殊工况下，水润滑轴承处于边界润滑状态，甚至会发生橡胶轴瓦与轴颈直接接触的干摩擦，导致橡胶轴瓦的严重磨损.胶轮与标准砂轮干摩擦对磨的阿克隆磨耗量，可以反映轴承橡胶轴瓦在干摩擦、磨粒磨损条件下的耐磨性能.AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的阿克隆磨耗量减小，即AT/NBR轴承试件在干摩擦、磨粒磨损条件下的耐磨性能有所提高.

2.2.3坡缕石对橡胶轴瓦物理力学等性能的影响

加入改性纳米坡缕石粉体的AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件，其物理力学等性能提高，这是因为：

1) 填料增强橡胶的三要素是“填料的粒径、结构、表面性质”，如果纳米填料颗粒在橡胶基体中达到纳米级分散，即使不加任何改性剂，其小尺寸效应和界面效应，也会产生优异的增强效果.坡缕石是一种天然无机纳米材料，具有流变性、催化性和热稳定性等独特的性能[4，22]，比表面大、表面活性高，纳米棒晶通常容易团聚[23]；另一方面，其表面含大量极性羟基-亲水基团，易吸附水分子，与非极性、憎水有机高聚物的亲和性相当差；所以在一些橡胶、塑料中，坡缕石达不到很好的补强效果，制得的产品理化性能不好，通常只能作惰性填料[24-25].可用物理化学、机械等方法对粉体表面进行处理，改变其润湿性，改善其在高聚物基体中的分散、与基体的结合力[26].采用简单有效的工艺技术，将坡缕石解离、表面有机化改性，使之与橡胶基体良好浸润、均匀分散，增加补强的效果，提高复合材料性能又降低成本[27].

2) NBR复合材料的性能取决于AT粉体的分散、AT粉体与基体界面的结合.AT粉体分散性越好(颗粒分布均匀且大小精细)，界面结合越强，复合材料性能越优异；反之，若AT粉体分散性差、界面结合弱，橡胶基体难以传递所受应力给刚性填料，较高形变下界面会发生相对滑移.因此，本文用硅烷偶联剂KH-550作为表面改性剂，通过同时有2种以上相异反应性基团的有机硅化物——硅烷偶联剂，在无机物、有机物界面间架起“分子桥”，连接2种性质迥异的材料，从而提高无机-有机相的结合强度，改善橡胶复合材料的性能.具有特殊结构的低分子硅烷偶联剂，通式为RSiX3，式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，X代表能够水解的烷氧基[26].进行偶联时X基水解形成硅醇，然后与AT粉体颗粒表面的羟基反应，形成氢键并缩合为-SiO-M共价键(M表示AT颗粒表面)；同时KH-550各分子的硅醇相互齐聚、缔合，形成网状结构的膜覆盖在AT颗粒表面，使其表面有机化；硅烷取代填料AT表面的水分子且包覆颗粒，使R基团朝外，变得亲油疏水，并易于被基料润湿；基料分子插入、隔开填料AT的颗粒，使其分散稳定并防止结块，降低了填料AT与NBR基体间的结构化作用.

另外，硅烷偶联剂KH-550小分子通过化学作用吸附在AT单晶表面，削弱单晶自聚力，降低表面能，提高与胶料的亲合，混合、剪切过程中便于AT充分解离，提高其分散性；另一端的官能团与橡胶反应，增强填料-橡胶基界面的化学键合，阻止纳米纤维再聚集.而且，KH-550带有氨基，胶料采用硫黄硫化时，活泼的氨基参与硫化反应、牢固界面作用，利于基体传递载荷给刚性无机填料，充分发挥填料的增强作用.

3) 实验中采取二段混炼法、增加薄通次数、延长贮存时间等系列工艺措施，降低NBR分子链、提高NBR分子活性，使纳米坡缕石纤维结构在橡胶中取向[27-28]排列.

3　结　论

1) 纳米坡缕石粉体经过硅烷偶联剂KH-550表面改性，加入NBR制备出的AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件，工艺性能改善，综合力学性能提高.AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件的抗拉强度、韧性增加，有助于提高轴承试件水润滑工况的耐磨损性能.

2) NBR，AT/NBR橡胶轴瓦硫化胶试件0 ℃时的损耗因子tanδ基本相等，两者的湿滑能力相当.

3) 轴承试件摩擦磨损试验结果表明，相对于NBR轴承试件，AT/NBR轴承试件的水润滑摩擦噪声、摩擦系数和磨损量减小.AT/NBR轴承试件的性能指标有所提高，并达到了美国国防部军用标准(船舶) MIL-DTL-17901C(SH)的规定.

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Study on Nano-palygorskite Improving upon Performance of Water-lubricated Bearing

WANG Jia-xu1,2†，PAN Yang1，LI Jun-yang1，XIAO Ke1，ZHOU Guang-wu2

(1.State Key Laboratory of Mechanical Transmission，Chongqing Univ，Chongqing400030，China;2.School of Aeronautics and Astronautics，Sichuan Univ，Chengdu,Sichuan610065，China)

The friction performance of water-lubricated bearing depends on the lubricated conditions, hardness, dynamic viscoelasticity of rubber, and so forth. After the surface was modified with silane coupling agent KH-550, palygorskite (AT) nano-powder was added to NBR rubber to prepare AT/NBR rubber-liner vulcanizate sample and AT/NBR water-lubricated bearing sample. Proved by testing results, the comprehensive mechanical properties and the hardness of AT/NBR rubber-liner vulcanizate sample were enhanced. Detected by dynamic mechanical analyzer (DMA), the loss factor values at 0 ℃ of NBR and AT/NBR rubber-liner vulcanizate samples were approximately the same, and the wet sliding properties almost remained unchanged. When tested with friction wear-test machine of bearing, the water-lubricated friction coefficient of AT/NBR bearing sample decreased. Those experiments have shown that the performance index of AT/NBR bearing sample is better than that of the NBR bearing sample and meets the requirements of MIL-DTL-17901C (SH) specification.

water-lubricated； bearing; nano-palygorskite; acrylonitrile butadiene rubber; friction performance

1674-2974(2016)08-0070-08

2015-01-10

国家自然科学基金资助项目(51175521, 51375506),National Natural Science Foundation of China(51175521,51375506)；重庆市“两江学者”计划专项经费资助项目

王家序(1954-)，男，重庆人，重庆大学教授，博士生导师†通讯联系人，E-mail:jxwang@cqu.edu.cn

TH133.3; TH117.1

A