摘 要

水润滑船舶尾管轴承是船舶推进系统的关键部件，以水为润滑和工作介质，简化了轴系结构，避免了传统轴承因油泄露对环境造成的污染，节约了大量的油料和贵重有色金属。论文聚焦于碳纳米管改性的船舶尾管轴承高分子阻尼材料的摩擦磨损性能，以高密度聚乙烯（PDFE）为基体，聚四氟乙烯（PTFE）和氧化锌(ZnO)为增强体，加入一定配比的碳纳米管进行改性，对比分析改性碳纳米管阻尼材料对摩擦系数、磨损形貌、微观形貌的影响，进行实验结果分析；采用6VK-X200激光共聚焦扫描显微镜观察实验后阻尼材料的微观形貌组织，采用动态热机械分析（DMA）评价其阻尼性能，通过热重分析（TG）和失重速率（DTG）曲线表征合成样品质量与温度的变化关系，最终指导设计合成获得性能更佳的船舶尾管轴承材料。

研究结果表明：经过碳纳米管改性的高分子阻尼材料具有更加优异的摩擦磨损性能和阻尼性能，良好的黏弹性和热稳定性，是船舶尾轴承材料的优良替换材料。

关键词：船舶尾管轴承；碳纳米管；摩擦磨损；力学性能

Abstract

The water-lubricated tail pipe bearing is a key component of the marine propulsion system. It uses water as the lubrication and working medium, which simplifies the shaft structure and avoids the environmental pollution caused by the oil leakage of traditional bearings. It saves a lot of oil and valuable non-ferrous metals. . The dissertation focused on the friction and wear properties of carbon nanotube-modified marine tail pipe bearing polymer damping materials, using high-density polyethylene as the matrix, and PTFE and ZnO as reinforcements. Add a certain ratio of carbon nanotubes to modify, analyze and compare the effects of modified carbon nanotube damping material on friction coefficient, wear morphology and micro-morphology, and analyze the experimental results; observe with 6VK-X200 laser confocal scanning microscope The microstructure of the damped material after the experiment was evaluated by dynamic thermal mechanical analysis, and the relationship between the mass of the synthesized sample and the temperature was characterized by TG and DTG curves to guide the design. Synthesis of better-designed tail pipe bearing materials.

The results show that the polymer damping material modified by carbon nanotubes has more excellent friction and wear properties and damping properties, good viscoelasticity and thermal stability, and is an excellent replacement material for ship tail bearing materials.

Key Words：Ship tail bearing; Carbon nanotubes; Friction and wear; Mechanical properties

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2.1水润滑轴承的国内外研究现状 1

1.2.2水润滑轴承材料的分类 2

1.2.3水润滑轴承存在的问题 3

1.3 碳纳米管改性的高分子阻尼材料研究进展和现状 3

1.4 本文的主要研究内容 5

第2章 实验设备 6

2.1前言 6

2.2实验准备阶段设备 6

2.2.1 FA2104N电子天平 6

2.2.2 SA900海天注塑机 7

2.2.3全自动金相磨抛机 7

2.3 实验阶段设备 8

2.3.1 CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机 8

2.3.2动态热机械分析仪 8

2.3.3同步热分析仪 9

2.3.4 LI-3激光干涉位移表面轮廓仪 10

2.3.5 VK-X200激光共聚焦扫描显微镜 11

2.4技术路线 11

第3章 碳纳米管改性的高分子阻尼材料合成及力学实验 13

3.1实验材料合成 13

3.1.1实验材料配比和合成方法 13

3.1.2实验材料 13

3.2材料力学性能分析 14

3.2.1热重分析 14

3.2.2动态热机械分析 16

第4章 水润滑状态下的摩擦学实验 21

4.1摩擦磨损试验 21

4.1.1实验条件 21

4.1.2测试方法 21

4.1.3摩擦系数分析 21

（1）不同材料在相同载荷不同转速变化下的平均摩擦系数 21

（2）不同材料在相同转速不同载荷变化下的平均摩擦系数 22

（3）不同实验条件下三种复合材料的平均摩擦系数对比 22

4.2表面形貌分析 23

4.2.1激光干涉位移表面轮廓分析 23

4.2.2激光共聚扫描显微镜分析 28

第5章 结论与展望 32

5.1研究结论 32

5.2研究展望 32

参考文献 34

致 谢 37

第1章 绪论

1.1研究背景

近年来，人们逐渐认识到保护环境和节约能源对社会的可持续发展具有重要意义。水润滑轴承已逐渐成为一种节能、无污染、可持续的新型产品^[1]。水润滑轴承使用水作为润滑工作介质。它改变了由金属零件和摩擦副组成的机械传动系统的传统概念。简化了轴系结构，避免了传统轴承漏油造成的环境污染。它节省了大量的石油和宝贵的有色金属；它具有无污染、来源广泛、安全、阻燃等优点，可以减少和减少摩擦副的磨损、冲击、噪声和寿命。为达到高效节能环保的目的，水润滑轴承已成为世界各国的研究热点^[2]。

水润滑轴承具有耐磨、耐冲击、吸振、购买和使用成本低、环保、易于维护等优点，在高速设备中得到了广泛的应用。同时，还有很多问题需要解决，主要体现在以下几个方面：