钛酸钾晶须/超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的研究

摘要

本文为了改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的耐热性，提高其硬度和抗磨粒磨损性能，扩宽其应用范围，采用PTW，SiC，CF，PHBA四种填料进行改性UHMWPE。研究发现，PTW，PHBA，CF，SiC对提高UHMWPE的耐热性，硬度以及抗磨损能力有良好的作用，但却会使材料的拉伸强度不同程度的降低。PTW的改性效果是明显高于其他三种材料的，当PTW含量为wt10％时，硬度提高了10度，唯卡软化点提高10℃，材料的综合性能达到最佳。PHBA可以降低摩擦系数。 在此基础上，研究偶联剂对PTW和UHMWPE复合材料的影响。发现经过偶联剂处理的PTW填充UHMWPE复合材料的拉伸强度，唯卡软化温度，硬度和摩擦磨损性能均比未经过偶联剂处理的PTW改性效果好。其中硅烷偶联剂KH550处理的改性效果优于钛酸酯偶联剂NDZ201处理的。PTW的加入可以起到异相成核作用，降低晶片的大小，提高结晶度。 干摩擦条件下，复合材料的摩擦系数随着载荷和滑动速度的增加而减少，磨痕宽度随着负荷和滑动速度的增加而增大。相同PV值下，负荷对磨损性能的影响远远大于滑动速度的影响。填料的加入可以改变复合材料的磨损机理，使UHMWPE的磨损机理从粘着磨损和塑性变形改变成疲劳磨损和轻微的塑性变形，提高了其抗磨粒磨损的性能。 考察了PHBA,CF,PTW多相混合体系填充UHMWPE，研究结果表明，多相混合体系能够缩短材料的磨合期，延长稳定磨损期。体系wt70％UHMWPE+wt5％CF+wt10％PHBA+wt15％PTW，在摩擦过程中，摩擦系数受滑动速度和载荷的影响比较小，磨损表面光滑，不存在疲劳磨损的特征，体现出最佳的改性效果。 化学交联改性UHMWPE时，在DCP含量较低时能够使得UHMWPE的力学性能，硬度，唯卡软化点温度，抗摩擦磨损性能得到较好的改善。DCP含量为wt0.4％，综合性能较好。DCP交联UHMWPE能够很好的改善UHMWPE的磨损机理。化学交联改性UHMWPE效果没有物理填充效果好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1复合材料

1.2摩擦学的发展及现状

1.2.1摩擦学的发展历史及其意义

1.2.2复合材料摩擦学研究

1.3超高分子量聚乙烯及其复合材料的研究

1.3.1超高分子量聚乙烯的结构与性能

1.3.2 UHMWPE的改性方法

1.3.3超高分子量聚乙烯的成型加工

1.3.4 UHMWPE的应用

1.3.5 UHMWPE复合材料的摩擦学研究

1.4填料的偶联剂改性发展现状

1.4.1偶联剂的结构及作用

1.4.2填料的表面处理

1.5本课题选题的依据，目的和意义

第二章实验部分

2.1实验原材料

2.2 UHMWPE复合材料的制备

2.3填料的偶联剂处理

2.4仪器设备与性能测试

2.4.1实验设备

2.4.2力学性能测试

2.4.3热性能测试

2.4.4摩擦学性能测试

2.4.5形貌观察

第三章填充UHMWPE复合材料的结构与性能

3.1填充UHMWPE复合材料的拉伸强度

3.2填充UHMWPE复合材料的硬度

3.3填充UHMWPE复合材料的耐热性

3.4填充UHMWPE复合材料的摩擦与磨损

3.4.1填料含量对UHMWPE复合材料摩擦系数的影响

3.4.2填料含量对UHMWPE复合材料磨损性能的影响

3.4.3磨损表面的形貌分析

3.5填料形态对UHMWPE复合材料摩擦性能的影响

本章小结

第四章改性PTW/UHMWPE复合材料的结构与性能

4.1改性PTW/UHMWPE复合材料的力学性能

4.1.1对拉伸强度的影响

4.1.2对硬度的影响

4.1.3对维卡软化点的影响

4.1.4对摩擦学性能的影响

4.2 PTW/UHMWPE复合材料在干摩擦条件下的摩擦与磨损

4.2.1摩擦速率对复合材料摩擦磨损性能的影响

4.2.2载荷对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响

4.2.3 PV值对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响

4.2.4 PTW/UHMWPE复合材料磨损机理分析

4.3 PTW/UHMWPE复合材料的热分析与晶形结构

本章小结

第五章混杂填充UHMWPE复合材料的摩擦与磨损

5.1 UHMWPE混杂复合材料的摩擦系数

5.1.1摩擦系数随时间的变化

5.1.2摩擦速率与载荷对摩擦系数的影响

5.2 UHMWPE混杂复合材料的磨损性能

5.2.1摩擦速率对磨痕宽度的影响

5.2.2载荷对磨痕宽度的影响

5.3 UHMWPE混杂复合材料的磨损机理

本章小结

第六章过氧化物交联改性UHMWPE

前言

6.1交联剂含量对拉伸强度的影响

6.2交联剂含量对硬度的影响

6.3交联剂含量对维卡软化点的影响

6.4交联剂含量对试样摩擦磨损的影响

6.6交联UHMWPE的磨损表面形貌分析

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见