纳米SiO_2、玻璃微珠共混改性UHMWPE复合材料空蚀性能研究

通过模压成型工艺制备纳米SiO2、玻璃微珠颗粒共混改性UHMWPE复合材料,采用MRH-5A型环块磨损试验机研究载荷以及玻璃微珠含量对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响,利用转盘式空蚀磨损试验装置对复合材料进行空蚀磨损试验。结果表明,适量的纳米SiO2和玻璃微珠颗粒填充可以提高UHMWPE硬度,有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能和抗空蚀性能,质量分数10%纳米SiO2和2%玻璃微珠改性UHMWPE复合材料抗空蚀性能是纯UHM-WPE的3倍。     

超高分子量聚乙烯/纳米Al2O3复合材料的磨损表面特征分析

用热压成型法制备了纳米氧化铝填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌,并借助X射线能谱仪对试样磨损表面进行了微区分析。结果表明:UHMWPE/nano-A l2O3复合材料中的纳米A l2O3粒子含量不同,其磨损表面的碳元素含量也发生不同程度的变化。填充质量分数为15%的纳米A l2O3能较好地改善UHMWPE/nano-A l2O3复合材料的摩擦磨损性能,其磨损表面出现了明显的贫A l区和富A l区,且富A l区以“岛”的形式分布在贫A l区中。     

纳米粒子和聚四氟乙烯填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能研究

以纳米氧化锌(ZnO)和纳米蒙脱土(MMT)及聚四氟乙烯(PTFE)作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-MMT及PTFE填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响,用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明当PTFE和MMT的填充量均保持为质量分数6%,填充纳米ZnO质量分数为4%~6%时的复合材料可获得较好的摩擦磨损性能,与不含纳米ZnO的复合材料相比,其摩擦因数最低下降了11.1%,而磨损率下降了83.3%。当复合填料中纳米ZnO含量较低时,复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损,但当复合填料中纳米ZnO含量较高时,复合材料的磨损机制主要表现不同程度的粘着磨损和磨粒磨损,同时其复合材料的摩擦磨损性能出现了恶化现象。     

UHMWPE基复合材料在干摩擦和油田污水条件下的摩擦磨损性能

采用模压烧结法制备了超高分子量聚乙烯(UnMWPE)/聚苯酯(Ekonol)复合材料;采用45#钢为摩擦对偶件的往复滑动式摩擦磨损试验机,在室温下测试了Ekonol含量对UHMWPE在干摩擦和油田污水条件下的摩擦磨损性能影响,实验条件为:接触压力7.5 kN、滑动速度1.8 m/min、时间3 h;采用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌并分析了磨损机制.结果表明:填充加%Ekonol可以显著改善UHMWPE的摩擦磨损性能.与干摩擦条件相比,在油田污水条件下,UHMWPE基复合材料摩擦因数提高不明显,但磨损率明显增大;在干摩擦条件下,纯UHMWPE的磨损机制主要为粘着和犁沟效应,UHMWPE/Ekonol复合材料的磨损机制为粘着和疲劳,而在油田污水条件下UHMWPE/Ekonol复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳.     

纳米锌填充超高分子量聚乙烯复合材料微动摩擦磨损性能

利用热压烧结法制备不同含量纳米锌填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,采用微动摩擦磨损试验机研究干摩擦条件下纳米锌含量对复合材料微动摩擦磨损性能的影响。利用场发射扫描电子显微对复合材料断面进行分析,采用扫描电子显微镜对材料磨损表面及钢球进行表征,探讨复合材料的磨损机制。研究结果表明:随着纳米Zn含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均表现为先降低后升高;当纳米Zn质量分数为1%时复合材料具有最低的摩擦因数和磨损率,且对偶钢球表面形成连续的转移膜;复合材料的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。添加锌纳米颗粒,可以提高UHMWPE复合材料的微动摩擦磨损性能,当纳米锌质量分数为1%时,复合材料具有最低的摩擦因数和最优的耐磨损性能。     

纳米SiO_2、硅灰石复合填充PA1010复合材料的摩擦学性能研究

用纳米SiO2机械包覆硅灰石填充尼龙1010制备复合材料,对复合材料进行拉伸、硬度和摩擦磨损实验,并与纯硅灰石填充尼龙1010的复合材料进行对比。结果表明:纳米SiO2机械包覆硅灰石填充尼龙1010大幅度提高了尼龙复合材料的耐磨性,降低了摩擦因数;当纳米SiO2/硅灰石复合颗粒填充质量分数为20%时,复合材料达到最低摩擦因数0.307和最低磨损量1.27 mg,分别比纯尼龙降低了51.35%和55.86%。     

纳米和微米SiO2颗粒对PPESK复合材料摩擦学性能的影响

用热压成型法制备了纳米、微米SiO2填充聚醚砜酮(PPESK)复合材料，考察了复合材料的硬度和抗弯强度，并研究了干摩擦条件下纳米、微米SiO2颗粒对复合材料摩擦磨损性能的影响，用扫描电镜观察分析了复合材料磨损表面形貌及磨损机理。结果表明：干摩擦条件下，纳米SiO2填充PPESK主要是轻微的磨粒磨损；而微米SiO2填充PPESK主要是严重的磨粒磨损。     

预热处理对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机考察了预热处理温度和时间对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜观察了试样磨损表面形貌。结果表明:通过140℃、10~15 min的预热处理工艺可以显著改善UHMWPE材料的摩擦磨损性能。随着预热处理工艺参数的改变,UHMWPE材料的磨损机制也发生不同程度的变化,开始未进行预热处理时UHMWPE材料的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损特征,随着预热处理温度的提高和时间的延长,其磨损机制逐渐变为粘着磨损占主导地位,最终又转变为粘着磨损和疲劳磨损相互作用,局部磨损表面呈现了严重的塑性变形特征。     

聚丙烯、炭黑和碳纤维共混填充超高分子量聚乙烯复合材料的力学和摩擦磨损性能

采用模压成型的方式制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,通过AG-1型电子万能实验机和MM-200型摩擦磨损试验机分别研究填料对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响,采用光学显微镜分析复合材料磨损表面的形貌。结果表明:聚丙烯(PP)和无机填料炭黑(CB)或CB与碳纤维(CF)混杂填料的加入使UHMWPE复合材料的拉伸强度降低,弯曲模量和硬度增加,其中UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的弯曲模量和硬度增幅大于UHM-WPE/PP/CB复合材料。填料的加入可改善UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能,当填料的质量分数为5%时,UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能最好,且UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的耐磨性能优于UHMWPE/PP/CB复合材料。与UHM-WPE相比,UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的摩擦因数和磨痕宽度分别下降了10%和44%,UHMWPE/PP/CB复合材料则分别下降了12%和42%。光学显微镜观察表明填料的加入大大改善了UHMWPE的磨粒磨损,复合材料表面以较浅的犁沟磨损为主要特征。     

纳米SiO2颗粒和玻璃微珠共混改性超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能

采用模压成型工艺制备了纳米SiO2颗粒和玻璃微珠共混改性的超高分子量聚乙烯复合材料;研究了相对滑动速度、载荷以及玻璃微珠含量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并对磨损形貌和磨损机理进行了分析。结果表明:添加纳米SiO2颗粒和玻璃微珠可以提高复合材料的硬度、压缩弹性模量和摩擦磨损性能;相对滑动速度对复合材料摩擦因数和磨损率有很大的影响;载荷对复合材料的摩擦因数影响不明显,但磨损率随载荷的增加而增大;纳米SiO2颗粒和玻璃微珠混合改性后复合材料的磨损机理主要是粘着磨损和疲劳磨损。     

Comparative study of micro- and nano-ZnO reinforced UHMWPE composites under dry sliding wear

This is a comparative study between ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) reinforced with micro-zinc oxide (ZnO) and nano-ZnO under different filler loads. These composites were subjected to dry sliding wear test under abrasive conditions. The micro- and nano-ZnO/UHMWPE composites were prepared by using a hot compression mould. The wear and friction behaviours were monitored using a pin-on-disc (POD) test rig. The pin-shaped samples were slid against 400 grit SiC abrasive papers, which were pasted, on the stainless steel disc under dry sliding conditions. The worn surfaces and transfer film formed were observed under the scanning electron microscope (SEM). Experimental results showed that UHMWPE reinforced with micro- and nano-ZnO would improve the wear behaviour. The average coefficient of friction (COF) for both micro- and nano-ZnO/UHMWPE composites were comparable to pure UHMWPE. The weight loss due to wear for nano-ZnO/UHMWPE composites are lower compared to micro-ZnO/UHMWPE and pure UHMWPE. The optimum filler loading of nano-ZnO/UHMWPE composites is found to be at 10 wt%. The worn surface of ZnO/UHMWPE composites shows the wear mechanisms of abrasive and adhesive wear. Upon reinforcement with micro- and nano-ZnO, the abrasive and adhesive wear of worn surfaces transited from rough to smooth.     

炭黑/双马来酰亚胺复合材料的性能研究

采用浇铸成型法制备了炭黑填充双马来酰亚胺(BM I-BA)复合材料,研究了炭黑的填充量对复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。在M-200型磨损机上测试该复合材料的摩擦学性能,利用扫描电镜(SEM)观察了摩擦副的表面形貌。结果表明:炭黑能够有效提高复合材料的力学性能和摩擦学性能。当炭黑的添加量为4.0wt%时,复合材料的综合力学性能最好;当炭黑的的添加量为6.0wt%时,复合材料的耐磨性能最好。SEM显示复合材料主要是粘着磨损,能在对磨环上形成薄而连续均匀的转移膜,而BM-BA树脂主要发生的是疲劳磨损,并伴有塑性变形。     

基于UHMWPE/纳米ZnO复合材料的滑动摩擦磨损机制

用热压成型法制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纳/米ZnO复合材料,采用销盘式摩擦磨损试验机考察了载荷和相对滑动线速度对复合材料摩擦学性能的影响;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明:在低载荷试验条件下磨损机制为粘着磨损,在高载荷试验条件下磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损。而在一定载荷试验条件下,无论相对滑动线速度高或低,复合材料的磨损机制主要表现为粘着磨损,只是在高速情况下粘着磨损程度加大,局部还出现了表面撕裂的痕迹。     

混杂填料改性UHMWPE复合材料的摩擦学性能

采用热压成型工艺制备铜粉、石墨粉、碳纤维混杂改性的UHMWPE复合材料,采用WDW-20电子万能实验机测量其力学性能,采用MM-2000试验机考察其摩擦学性能,用扫描电子显微镜观察复合材料磨损表面形貌能。结果表明:混杂填料的加入增加复合材料的硬度和弹性模量,降低复合材料的抗剪强度、抗拉强度;混杂填料对复合材料的摩擦因数影响很大,填充比例适当时能有效改善复合材料的耐磨损性能;改性后复合材料的磨损机制主要表现为磨料磨损、疲劳磨损和塑性变形;15%Cu+2%Gr+6%CF复合材料具有良好的摩擦学性能。     

Tribological Behavior of UHMWPE Reinforced with Graphene Oxide Nanosheets

In this article, a series of graphene oxide (GO)/ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) composites are successfully fabricated through an optimized toluene-assisted mixing followed by hot-pressing. The mechanical and tribological properties of pure UHMWPE and the GO/UHMWPE composites are investigated using a micro-hardness tester and a high speed reciprocating friction testing machine. Also, the wear surfaces of GO/UHMWPE composites are observed by a scanning electron microscope (SEM), to analyze the tribological behavior of the GO/UHMWPE composites. The results show that, when the content of GO nanosheets is up to 1.0 wt%, both the hardness and wear resistance of the composites are improved significantly, while the friction coefficient increases lightly. After adding GO, the tribological behavior of the GO/UHMWPE composites transforms from fatigue wear to abrasive wear associated with the generation of a transfer layer on the contact surface, which efficiently reduced the wear rate of the GO/UHMWPE composites.     

表面改性硅灰石纤维填充PTFE复合材料的摩擦学性能

用KH550硅烷偶联剂表面改性的硅灰石纤维(WF)填充PTFE,在MPX-2000型磨损试验机上研究复合材料的摩擦磨损性能,并与经典的炭纤维(CF)填充PTFE复合材料进行比较。采用SEM对磨损面和对偶面进行分析。结果表明:较高载荷(200和300 N)下复合材料摩擦因数随WF含量变化的幅度不大,较稳定地维持在较低值;细小尺寸WF填充PTFE复合材料的耐磨性能较好,在WF质量分数为10%时,复合材料的磨损量只有相同含量CF填充PT-FE复合材料的81%;细小尺寸WF填充PTFE复合材料的磨损面较为平整,存在轻微黏着磨损,其对偶面转移膜平整光滑、结构致密;而CF/PTFE复合材料磨损面存在许多裸露和碎断的CF,犁削和磨粒磨损是主要的磨损形式。     

Unlubricated wear of Si/SiC and its composite with nickel Si/SiC-Ni

Using a pin-on-disk tribometer, dry friction and wear properties at different temperatures were investigated for reaction-sintered silicon carbide Si/SiC and its composites with nickel Si/SiC-Ni. The friction and wear properties of the composites are improved by the addition of nickel. The analysis on the worn surfaces and sub-surfaces by SEM suggest that shallow grooves are the main wear feature at 15°C. At 600°C, surface cracking and fracture is the predominating wear mechanism for Si/SiC, and the formation of flake pits on the surface due to crack propagation at subsurface is the main wear mechanism for Si/SiC-Ni. Finally the relationships between wear resistance and mechanical properties are discussed.