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。     

分子量对超高分子量聚乙烯性能的影响研究

超高分子量聚乙烯(UHMW—PE)塑料合金具有优异的物理和机械性能,能替代金属在离心泵和轴承等机械领域中的广泛应用。超高分子量聚乙烯的分子量对其物理机械性能有着很大影响。本重点研究了分子量对超高分子量聚乙烯的耐磨性、拉伸强度、洛氏硬度、冲击强度等的影响规律,为UHMW—PE的工业应用提供理论依据。     

超高分子量聚乙烯结晶度对生物摩擦学性能的影响

研究了不同结晶度对超高分子量聚乙烯力学和生物摩擦学性能的影响.将超高分子量聚乙烯加热至130 ℃并保温4 h后,分别在液氮中快速冷却和加热炉中缓慢冷却,以此来改变其结晶度.利用差示扫描量热法(DSC)测试了样品的结晶度,并研究了不同结晶度对超高分子量聚乙烯的硬度、小型冲击性能、抗划痕性能和生物摩擦学性能的影响.结果显示,在加热炉中缓慢冷却的试样获得较高的结晶度,而在液氮中快速冷却的试样则具有较低的结晶度,分别为61.9%和53.2%;较高结晶度的超高分子量聚乙烯具有较高的硬度和抗拉强度,较强的抗剪切和抗划痕性能;小牛血清润滑下的往复式摩擦磨损试验结果显示,较高结晶度的超高分子量聚乙烯的摩擦因数和磨损率较低.     

填料对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响研究

用MPV－200型摩擦磨损试验机和腐蚀磨损试验机,研究了MoS2,PTEF,石墨,玻璃纤维,碳纤维等填料对超高分子量聚乙烯（UHMW－PE）摩擦磨损性能的影响,结果表明：填充MoS2,PTFE,石墨可降低UHMW－PE的摩擦系数;而添加玻璃纤维则增大了UHMW－PE的摩擦系数,添加碳纤维对UHMW－PE的摩擦系数几乎无影响,同时,添加填料可使UHMW－PE的耐磨性显提高,其中石煌减摩抗磨效果最佳,超高分子量聚乙烯基体的和石墨填料的构成的复合材料,同超高分子量乙烯相比,不仅耐磨性大幅度提高,而且磨擦系数大大降低。     

销盘试验中影响超高分子量聚乙烯摩擦学性能的主要因素分析

分析了销盘试验中影响超高分子量聚乙烯(UHMWPE)摩擦学性能的主要因素。结果表明，选取适当的填料种类、尺寸和质量(体积)分数能有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能；相对滑动速度、载荷、磨损时间、温度、摩擦磨损环境和摩擦副等对样品的摩擦学性能有着不同程度的影响。     

填充纳米SiO2对超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

用热压成型法制备了纳米SiO2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:纯UHMWPE磨损表面局部存在着大量的粘着变形和疲劳裂纹的特征,填充15%(质量分数)的纳米SiO2能较好地改善UHMWPE/nano-SiO2复合材料的摩擦磨损性能,其磨损表面只存在粘着撕裂现象,看不到疲劳裂纹特征。当填充纳米SiO2质量分数达到20%时,其磨损表面存在贫Si区和富Si区,同时磨损表面呈现出热裂纹迹象,复合材料的耐磨性能改善程度明显下降,并且摩擦因数出现了增大趋势。     

超高分子量聚乙烯的性能及在机械中的应用

超高分子量聚乙烯具有优良的物理和力学性能,其机械强度高,硬度大,摩擦系数低,尤其耐磨性能更好,能替代金属材料在机械领域中广泛应用,重点对用超高分子量聚乙烯制造的离心泵,矿山轴承的结构设计,特点及工业应用结果进行了研究,并对新的机械应用领域作了展望。     

γ射线辐照对超高分子量聚乙烯性能的影响

分别对剂量为120,250,500 kGy辐照交联和普通未处理的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种样品进行划痕性能、接触角、表面硬度、蠕变性能和结晶度等测试,并在UMT-Ⅱ多功能摩擦试验机上考察不同辐照剂量下交联UHMWPE的摩擦磨损性能。结果表明:UHMWPE样品的稳定划痕系数在0.35~0.5之间;随着辐照剂量的增加,接触角减小,润湿性能改善;辐照后UHMWPE的球压硬度比未处理的高,其中500 kGy辐照剂量的样品是未处理的1.45倍;辐照后UHMWPE的抗蠕变性能好,结晶度比未处理的高;辐照后UHMWPE的磨损率比未处理的小,其中辐照剂量为120 kGy处理后的UHMWPE磨损率最小。     

超高分子量聚乙烯基本性能及改性与应用研究

本介绍了超高分子量聚乙烯材料的基本性能及其在各方面的应用情况。     

聚四氟乙烯填充含量对钢背超高分子量聚乙烯纤维织物复合材料摩擦学性能的影响

为改善广泛应用于船舶苛刻环境无油/脂润滑摩擦配副材料的摩擦学性能,将聚四氟乙烯（PTFE）按不同质量分数与钢背超高分子量聚乙烯纤维织物复合材料结合,研究它与45钢盘在变转速环环端面干摩擦状态下的摩擦学特性。对试验过程中摩擦因数及磨损量进行测量,利用表面轮廓仪、扫描电子显微镜与超景深显微镜对复合材料及对磨件磨损表面形貌进行了观察与分析。结果表明：所有填充PTFE的复合材料摩擦学性能均表现优异,随着PTFE含量的增加,复合材料摩擦性能变差,其中1 %（质量分数） PTFE填充复合材料综合摩擦性能最好,在试验工况下主要发生磨粒磨损,PTFE填充量较高的复合材料在高速下由于团聚及摩擦热量积聚主要经历黏着磨损与疲劳磨损。     

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。     

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。     

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。     

沟槽结构对水润滑超高分子量聚乙烯轴承力学性能的影响

通过pore/mechanic模版,建立不同沟槽形式下高分子量聚乙烯水润滑轴承的模型,应用有限元分析方法,分析沟槽形式对轴承应力应变及位移的影响。结果表明:沟槽形状的变化对轴承位移影响不大,但影响轴承应力及应变的分布;当沟槽的形状为圆弧形时,轴承的应力应变的变化趋势比较平缓,容易保持轴承的稳定性。     

采用超高分子量聚乙烯的电梯层门滑块设计

采用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)设计了一种电梯滑块.在PLINT微动磨损试验机对UHMW-PE滑块进行了大位移摩擦磨损性能研究.结果表明:无润滑条件下,UHMW-PE滑块的摩擦因数非常小, 比橡胶的摩擦因数低一个数量级;UHMW-PE材料完全可以满足层门滑块的工作条件,并提高电梯运行的安全性能;UHMW-PE在试验中几乎不产生磨损.     

激光选区烧结超高分子量聚乙烯工艺及性能

研究了激光选区烧结(SLS)成型工艺中不同工艺参数以及后续热处理工艺对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料成型性能的影响。通过调整扫描间距、激光功率、扫描速度等不同工艺参数,描述了SLS成型UHMWPE零件的致密度、拉伸强度以及断裂伸长率,并对热处理前后的SLS成型UHMWPE零件的力学性能进行了比较。结果显示,致密度、拉伸强度、断裂伸长率总体上与激光功率呈正相关关系,与扫描间距、扫描速度呈负相关关系。经热处理后,SLS成型UHMWPE零件的力学性能有明显提高,致密度达到95.12%,抗拉强度达到24.08 MPa,断裂伸长率达到334.82 MPa。实验结果表明:SLS成型UHMWPE零件与模塑成型UHMWPE零件性能尚有差距,仅优化成型工艺不足以得到理想性能,但经热处理后,零件性能基本满足使用要求。     

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。     

超高分子量聚乙烯塑料轴承设计研究

超高分子量聚乙烯具有优异的物理和机械性能,其机械强度高、硬度大、摩擦系数低、尤其耐磨性能极佳,在所有工程塑料中名列前茅。因而用超高分子量聚乙烯替代金属作为轴承材料,其应用前景必定十分广阔。在分析材料性能的基础上,对超高分子量聚乙烯塑料轴承设计原理进行了研究,为工业化生产提供理论依据。     

模拟深海环境下超高分子量聚乙烯及其复合材料的摩擦磨损行为研究

使用自行设计的高压摩擦磨损试验机考察超高分子量聚乙烯及其碳纤维、玻璃纤维填充复合材料在模拟深海环境下的摩擦磨损性能,并研究海水静压对材料吸水率、化学稳定性以及塑化作用的影响规律。研究表明,海水静压对边界润滑段的摩擦因数影响很小,但显著增大了弹流段的摩擦因数;吸水过程增大了超高分子量聚乙烯及其复合材料在静压下的磨损率,其原因可能在于静压增大了材料的吸水率,影响了材料的化学稳定性并加速了材料的塑化;碳纤维、玻璃纤维均有助于提升超高分子量聚乙烯在海水静压下的耐磨性能,其中,碳纤维填充高分子量聚乙烯在海水静压下的耐磨性能优于玻璃纤维填充高分子量聚乙烯,其磨损率基本不受海水静压影响。     

超高分子量聚乙烯成型工艺及其加工设备研究进展

综述了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的熔体特性与加工性能,介绍了模压成型、挤出成型和注塑成型等主要成型方法和加工工艺,并简述了UHMWPE专用加工设备的应用和发展情况;最后展望了UHMWPE的应用前景.