Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性UHMWPE新型耐磨材料的研究

摘要

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）卫生无毒和具有极好的耐磨性，是目前理想的医用高分子材料。但在使用过程中也逐渐发现UHMWPE的许多不足之处，如强度和表面硬度低、热变形温度低等缺陷。应用Schiff碱金属离子配合物作为添加剂对UHWPE耐磨性进行物理改性是最新的一个研究方向。
　　 本文围绕“Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE新型耐磨材料的研究”课题中的科学问题，采用销盘试验机（面-面接触），在转速为60rpm、法向为载荷40 kg±3、实验环境温度为20℃、相对湿度为60％和试验时间为1.5h的干摩擦条件下，对UHMWPE及Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE盘试样和对偶试样45＃钢销展开了试验研究和理论探索。
　　 首先，对200万、300万、500万、900万分子量UHMWPE进行摩擦磨损试验，并为探讨其磨损机理，用SEM观测其磨损形貌。结果发现，300万分子量UHMWPE的摩擦系数最小；随着分子量的增大，UHMWPE的磨损量呈先减小后增大的趋势，其中300万分子量UHMWPE磨损量最小；磨损形貌也显示存在磨粒磨损和黏着磨损两种磨损机理，其中300万UHMWPE磨损明显最轻；可选择摩擦磨损性能优于其他3种分子量纯UHMWPE的300万分子量UHMWPE作为Schiff碱改性UHMWPE研究的基体原料。
　　 其次，合成了五种改性UHMWPE研究的添加剂：双水杨醛缩乙二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物、双水杨醛1，3-丙二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物、双水杨醛1，6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物、双水杨醛缩1，2-环己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物和双水杨醛缩邻苯二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物；分别测试了五种双水杨醛缩二胺型Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性300万分子量UHMWPE，且含四种不同质量分数（2.5％、5％、10％、15％）摩擦磨损行为，并为探讨其磨损机理，采用SEM观察磨损表面形貌，采用EDS测定磨损表面的主要元素组成，分析了结构单元对摩擦学改性活性的影响规律，结果发现：添加双水杨醛缩乙二胺、1，3-丙二胺、1，6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物能有效改善UHMWPE摩擦磨损性能，在10％质量分数范围内，随Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物加入量的增加，改性UHMWPE与钢销配副的摩擦系数和磨损量呈降低的趋势，即含10 wt％添加剂的改性UHMWPE减磨效果最佳，其中摩擦系数和磨损量最小的是含10wt％的1，6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性的UHMWPE；而添加双水杨醛缩1，2-环己二胺和邻苯二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE共混材料的摩擦磨损性能并未改善：双水杨醛缩1，6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE盘试样和钢销试样主要表现为磨粒磨损机制，并发现其添加剂中的Cu元素发生了选择性转移效应，减小了与其配副的钢销表面的摩擦磨损。研究表明与UHMWPE的亚甲基结构存在相似性的含C原子数更多的双水杨醛缩开链二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物的摩擦学改性活性可能最高，双水杨醛缩开链二胺优于缩环二胺和缩芳二胺。

目录

文摘

英文文摘

第1章 综述

1.1 Schifr碱及其配合物的应用

1.1.1 医药方面的作用

1.1.2 分析化学领域的应用

1.1.3 催化活性领域的应用

1.1.4 金属缓蚀方面的应用

1.1.5 耐磨材料和润滑油添加剂方面的应用

1.2 UHMWPE及其改性研究

1.2.1 UHMWPE的概况

1.2.2 UHMWPE的应用

1.2.2 UHMWPE的改性研究

1.3 课题研究的意义及和研究内容

第2章 分子量对UHMWPE的摩擦磨损行为的影响

2.1 前言

2.2 UHMWPE材料的成型加工

2.2.1 成型方法

2.2.2 试验设备和所用物料

2.2.3 模压成型过程

2.3 不同分子量UHMWPE的摩擦磨损试验

2.3.1仪器设备

2.3.2 试样的准备

2.3.3 试验方法

2.4 结果与讨论

2.4.1 摩擦系数分析

2.4.2 磨损量分析

2.4.3 磨损表面形貌分析

2.5 本章小结

第3章 Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE的摩擦磨损研究

3.1 前言

3.2 Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物的制备

3.2.1 试剂与设备

3.2.2 Schiff碱及其Cu（Ⅱ）配合物的合成示意图

3.2.3 实验部分

3.2.4 结果与讨论

3.3 Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE的摩擦磨损试验

3.3.1 改性UHMWPE试样的制备

3.3.2 销-盘摩擦磨损试验及其表征方法

3.3.3 结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 全文主要结论及研究展望

4.1 全文主要结论

4.2 研究展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致 谢