纳米粒子填充超高分子量聚乙烯复合材料的性能研究

摘要

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有优良的耐冲击、耐腐蚀、自润滑、无毒和耐低温等性能，在各工业领域中极具应用潜力。但UHMWPE熔融黏度极高，成型加工困难，且抗摩擦蠕变性能差，载荷作用下摩擦磨损规律复杂。目前，基于UHMWPE改性研究受到普遍重视。本文从描述单一和二元复合填充复合材料性能模型入手，选取纳米蒙脱土（MMT）、聚乙烯醇（PVA）对其进行流动改性，并设计正交实验考察了填料含量、负荷和温度对UHMWPE熔体流动速率（MFR）的影响，建立了回归模型；以热压成型法制备了纳米改性UHMWPE复合材料，在销盘摩擦磨损试验机上考察了纳米粒子填充对复合材料摩擦磨损性能的影响，采用SEM观察了磨损表面形貌，分析了其磨损机理；还研究了预热处理温度和时间对UHMWPE摩擦学性能的影响。结果表明：PVA和纳米MMT都能在一定程度上改善UHMWPE的MFR，当填料含量为6％时，改性效果最好；负荷变动对MFR的影响最大，温度的影响次之，含量的影响作用最小，且MFR与这三个因素之间存在明显的线性相关性；纳米Si0<,2>和纳米ZnO复合填充改性效果明显优于单一填充，其中填充2％nano-Si0<,2>+2％nano-ZnO的UHMWPE基复合材料改性效果最好，相对于纯UHMWPE来说其摩擦系数降低9.9％，磨损率降低84.7％；纯UHMWPE的磨损机理主要是粘着磨损和疲劳磨损，而UHMWPE/nano-SiO<,2>/nano-ZnO复合材料的磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损；UHMWPE/6％PTFE/6％MMT/2％nano-SiO<,2>复合材料和UHMWPE/6％PTFE/6％MMT/6％nano-ZnO复合材料均具有优良的摩擦磨损性能和一定的流动加工性能；预热处理可以很好地改善UHMWPE的摩擦磨损性能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章前言

第2章纳米粒子填充复合材料的性能模型

第3章UHMWPE流动改性研究

第4章UHMWPE基复合材料的摩擦学试验

第5章UHMWPE基复合材料的摩擦磨损性能和流动性能

第6章预热处理对UHMWPE摩擦学性能的影响

第7章结论

参考文献

致谢

个人简历、研究生期间发表论文、待发表论文