纳米粒子填充超高分子量聚乙烯复合材料的性能研究

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1、纳米粒子填充超高分子量聚乙烯复合材料的性能研究郭建良(材料学)指导教师：雷毅教授摘要超高分子量聚乙烯(ImMwPE)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(P、rA)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UInfWPE熔体流动速率(MFR)的影响，建立了回归

2、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SiO：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．Si02+2％na

3、no．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UHMW'PE／nano．Si02／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：U}州、VPE／6％PTFE／6％MMT／2％nano．Si02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U删WpE的摩擦磨损性能。关键词：UHMWPE纳米粒子熔体

4、流动速率摩擦磨损性能预热处理IIStudyOllPropertiesofUHMWPEBasedCompositesFilledwithNano．ParticlesGuoJianliang(MaterialScience)DirectedbyProfessorLeiYiAbstractUltrahi曲molecularweightpolyethylene(UHMWPE)pipehasexcellentintegratedproperties，includingimpact·resistance，corrosionresistance，se

5、lf-lubrication，avimlence,lowtemperatureresistance,andsoon．Soithasabigappliedpotentialinmanyindustrialareas．UHMWPEisdifficulttomoldbecauseofitshighmeltviscosity．ThefrictionalcreepresistanceofIIHMWPEisbad．anditstribologJ【calbehaviorunderpressureiscomplex．Nowadays，thestudyo

6、nmodificationofUHMWPEhascaughtpeople’seyes．Thepropertymodelsofsinglefilledcompositesandtwokindsoffillerscompoundfilledcompositesaredescribed．Nano—MMTandPVAareselectedtomodifyUHMWPE’sfluidity．Orthogonalexperimentistakentoanalyzethemainfactorsinfluencingtheflowpropertiesof

7、UHMⅥ，PE．andtheregressionmodelisbuilt．I珏玎江W．PEbasedcompositesfilledwithnanometerparticlesarepreparedbyheatcompressionmolding．Theinfluenceofsingleandcompoundfillingonthefrictionandwearpropertiesofthecompositesisinvestigatedonapin-on·disctestrig．Thewornsurfacesofthecomposit

8、esareobservedonascanningelectronmicroscope，andthewearmechanismsareanalyzed，Besides，theeffectofpreheattr