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《武汉工程大学》 2010年
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Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性UHMWPE新型耐磨材料的研究

杜小秋  
【摘要】:超高分子量聚乙烯(UHMWPE)卫生无毒和具有极好的耐磨性,是目前理想的医用高分子材料。但在使用过程中也逐渐发现UHMWPE的许多不足之处,如强度和表面硬度低、热变形温度低等缺陷。应用Schiff碱金属离子配合物作为添加剂对UHMWPE耐磨性进行物理改性是最新的一个研究方向。 本文围绕“Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性UHMWPE新型耐磨材料的研究”课题中的科学问题,采用销盘试验机(面-面接触),在转速为60 rpm、法向为载荷40 kg±3、实验环境温度为20℃、相对湿度为60%和试验时间为1.5h的干摩擦条件下,对UHMWPE及Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性UHMWPE盘试样和对偶试样45#钢销展开了试验研究和理论探索。 首先,对200万、300万、500万、900万分子量UHMWPE进行摩擦磨损试验,并为探讨其磨损机理,用SEM观测其磨损形貌。结果发现,300万分子量UHMWPE的摩擦系数最小;随着分子量的增大,UHMWPE的磨损量呈先减小后增大的趋势,其中300万分子量UHMWPE磨损量最小;磨损形貌也显示存在磨粒磨损和黏着磨损两种磨损机理,其中300万UHMWPE磨损明显最轻;可选择摩擦磨损性能优于其他3种分子量纯UHMWPE的300万分子量UHMWPE作为Schiff碱改性UHMWPE研究的基体原料。 其次,合成了五种改性UHMWPE研究的添加剂:双水杨醛缩乙二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物、双水杨醛1,3-丙二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物、双水杨醛1,6-己二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物、双水杨醛缩1,2-环己二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物和双水杨醛缩邻苯二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物;分别测试了五种双水杨醛缩二胺型Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性300万分子量UHMWPE,且含四种不同质量分数(2.5%、5%、10%、15%)摩擦磨损行为,并为探讨其磨损机理,采用SEM观察磨损表面形貌,采用EDS测定磨损表面的主要元素组成,分析了结构单元对摩擦学改性活性的影响规律,结果发现:添加双水杨醛缩乙二胺、1,3-丙二胺、1,6-己二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物能有效改善UHMWPE摩擦磨损性能,在10%质量分数范围内,随Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物加入量的增加,改性UHMWPE与钢销配副的摩擦系数和磨损量呈降低的趋势,即含10 wt%添加剂的改性UHMWPE减磨效果最佳,其中摩擦系数和磨损量最小的是含10 wt%的1,6-己二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性的UHMWPE;而添加双水杨醛缩1,2-环己二胺和邻苯二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性UHMWPE共混材料的摩擦磨损性能并未改善;双水杨醛缩1,6-己二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物改性UHMWPE盘试样和钢销试样主要表现为磨粒磨损机制,并发现其添加剂中的Cu元素发生了选择性转移效应,减小了与其配副的钢销表面的摩擦磨损。研究表明与UHMWPE的亚甲基结构存在相似性的含C原子数更多的双水杨醛缩开链二胺Schiff碱Cu(Ⅱ)配合物的摩擦学改性活性可能最高,双水杨醛缩开链二胺优于缩环二胺和缩芳二胺。
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ325.12

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