超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能.pdf

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1、2001年7月重庆大学学报（自然科学版）VOI.24NO.5第24卷第5期JOurnaIOfChOnggingUniversit（yNaturaIScienceEditiOn）JuI.2001文章编号：1000-582（x2000）05-0135-04超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能!陈战1，王家序，秦大同（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044）摘要：用MPV-200型摩擦磨损试验机和腐蚀磨损试验机，对MOS2、PTFE、石墨、玻璃纤维、碳纤维填充的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）塑料

2、复合材料的摩擦磨损性能进行了较为系统的研究，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的耐磨性显著提高，其中石墨的减磨降摩效果最佳。重点研究了载荷、滑动速度对超高分子量聚乙烯基体+20%石墨复合材料的摩擦磨损性能的影响。关键词：超高分子量聚乙烯；复合材料；摩擦磨损；中图分类号：TB332文献标识码：AUHMW-PE自问世以来，仅有30余年。但由于该1超

3、高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损试验研究材料具有优异的物理和机械性能，实为各行难得的既自润滑又耐磨的塑料佳品，是一种可取代金属材料很超高分子量聚乙烯的摩擦系数比其它工程塑料有价值的工程塑料。小，可与聚四氟乙烯相媲美，是理想的润滑材料。表1UHMW-PE综合了所有塑料的优越性能，耐冲为UHMW—PE与其他工程塑料摩擦系数的比较。击、耐磨损、耐化学腐蚀、摩擦系数低、自润滑性能好。表1几种工程塑料的动摩擦系数［!］这种塑料制品的杰出性能，在欧美各国受到高度重视，动摩擦系数［!］可以替代碳钢、不锈钢、青铜等金属材料

4、，用于纺织、造材料名称自润滑水润滑油润滑超高分子量聚乙烯0.10-0.220.05-0.100.05-0.08纸、农业、食品包装、煤矿、化工等机械领域，有着十分聚四氟乙烯0.04-0.250.04-0.080.04-0.05重要的经济价值［1~3］。尼龙660.15-0.400.14-0.190.02-0.11聚甲醛0.15-0.350.10-0.200.05-0.10随着UHMW-PE应用领域的不断扩大，人们在使用过程中也逐渐发现了它的不足之处如表面硬度低、抗磨粒磨损能力差等缺陷［4，5］。为了使它能在

5、条件要求较高的某些场合得到应用，须对UHMW-PE进行适当改性［6，7］。添加填料使UHMW-PE成为复合材料就是一种简单有效的方法［8］。笔者用MPV-200型摩擦磨损试验机对超高分子量聚乙烯复合材料进行了环（45#钢）块摩擦磨损试验研究，并在腐蚀磨损试验机上进行了沙浆磨损试验。总结出摩擦磨损特性，为材料1-沙浆槽2-试件3-工作台的结构和性能优化提供理论基础，具有十分重要的实4-皮带轮5-皮带6-导向柱际意义。7-皮带轮8-电动机9-底座图1沙浆磨损实验装置原理图由于超高分子量聚乙烯的耐磨性格外突出，

6、磨损!收稿日期：2001-01-09基金项目：教育部科学技术重点资助项目（项目编号：99104）作者简介：陈战（1969-），男，湖南邵阳人，重庆大学博士生。主要从事摩擦学理论及应用的研究。第24卷第5期陈战等：超高分子量聚乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究l37量太小，用MPV—200型摩擦磨损试验机只能测出摩图3是环块试验时不同填料和不同比例与摩擦系擦系数，磨耗量用一般磨耗试验法无法测出，必须采用数f之间的关系曲线。可以看出：添加玻璃纤维对摩擦砂浆磨耗试验法。砂浆由2份水、3份砂组成。图l是试系数影响较大

7、，使摩擦系数增大；填加碳纤维对摩擦系验装置的原理图。数几乎没有影响；添加MOS2、PTFE、石墨可降低摩擦系数。这是因为MOS2、石墨是优良的固体润滑剂，从而大2不同填料对UHMW-PE耐磨性的影响大降低了超高分子量聚乙烯复合材料的磨损。PTFE本在本实验中，使用了MOS2、PTFE、石墨、玻璃纤维、身的润滑性能优异，在复合材料的表面形成润滑膜，因碳纤维五种填料。试验结果如图2所示（m为磨损量）：而能减少UHMW-PE复合材料的磨损和降低摩擦系数。从以上实验结果和理论分析可以得出：超高分子量聚乙烯基体和石

8、墨填料构成的复合材料，同超高分子量聚乙烯相比，不仅耐磨性提高，而且摩擦系数大大降低。复合材料中石墨占20的重量比例。下面对该复合材料的摩擦磨损性能进行了专门的实验研究和理论分析。3UHMW-PE复合材料的摩擦磨损性能研究填料含量/金属材料的摩擦系数基本为常数，与载荷、相对运图2填料和含量与耐磨性的关系动速度等无关。而超高分子量聚乙烯的摩擦系数为变图2是环块磨损试验时填料比例与磨损量（M）的量，受载荷大小、滑动速度、温度、湿度等