改性玻璃纤维填充UHMWPE复合材料制备及其性能研究

摘要

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料,有其固有的优点,如拉伸性能好,耐磨性和抗冲击性能优越,耐化学腐蚀等,但也有其缺点如表面硬度低,成型性差等。共混可用于提高聚合物的性能,降低材料成本并获取新的性能,是一种有效的改性技术。本文通过玻璃纤维(GF)填充法对UHMWPE进行改性,目的在于保持UHMWPE优良性能的基础上,探讨新的共混途径,优化材料的综合机械性能,同时研究该途径的模压成型工艺,具体内容及结论如下:
　　以正交试验法研究各因素对 GF/UHMWPE复合材料的影响:在长径比小于42.5的范围内,填充量对复合材料力学性能的影响最大,长径比其次,以偶联剂处理GF比不用偶联剂处理效果好,且以KH570效果较佳,在此基础上得出了最有组合,即长径比18-25的GF用KH570改性后,再依GF:UHMWPE=1:9制得GF/UHMWPE复合材料的拉伸性能和耐磨性能为优,具体为:拉伸强度31.8MPa,断裂伸长率428.2％,磨耗率0.58%;
　　以醋酸乙烯酯(VAc)和甲基丙烯酸异辛酯(EHMA)为共聚单体,乳液原位聚合法包覆 GF,并制备其填充复合材料:考察了 GF与改性单体质量比、GF长径比、偶联剂选择及GF填充量对填充UHMWPE复合材料力学性能、耐磨性能及热力学性能的影响,当选用长径比4.8-5.3:1的GF,并以KH550预处理,以单体质量:GF质量=1:4比例进行原位聚合,得到改性GF,再按10%填充量加入UHMWPE时,所得复合材料性能较好,具体为:拉伸强度为31.3MPa,断裂伸长率435%,质量磨耗率低于0.14%,SEM观察表明,聚合物和GF的结合较好,结合 DSC数据计算,其结晶度下降21.7%,并从理论探究该复合材料相对纯UHMWPE材料性能改善的原因;
　　优化了GF填充UHMWPE复合材料的模压成型工艺:对4mm制品,预压8MPa,模压15MPa,在模压温度230℃下热压60-70min,后水冷脱模为宜。

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第一章 绪 论

1.1. UHMWPE的性能与应用

1.2. UHMWPE复合材料的成型与加工

1.3. UHMWPE的改性研究

1. 4. 影响填充型复合材料性能的因素

1. 5. 本文研究内容

第二章 偶联剂对GF的处理及其对复合材料的影响

2. 1. 实验部分

2. 2. 测试和表征

2. 3. 结果与讨论

2. 4. 本章小结

第三章 原位聚合法改性GF的制备

3. 1. VAc与EHMA的共聚

3. 2. VAc-g-EHMA原位聚合包覆GF的制备

3. 3. 本章小结

第四章 共聚物包覆GF填充型复合材料的制备和性能

4. 1. VAc-g-EHMA包覆GF填充型复合材料的制备

4. 2. VAc-g-EHMA包覆GF填充型复合材料的性能

4. 3. 本章小结

第五章 全文总结

5. 1. 结论

5. 2. 创新点

5. 3. 存在问题

参考文献

致谢

攻读硕士期间公开发表论文及科研情况