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《武汉理工大学》 2010年
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超高分子量聚乙烯基固体润滑剂添加剂改性及应用研究

谢长虹  
【摘要】:本论文拟通过对UHMWPE基固体润滑剂粉体材料表面进行改性,研究探讨高分子基固体润滑剂添加剂如石墨、碳纤维等表面化学镀铜改性工艺,采用XRD、SEM、TEM、XPS进行微观结构表征,利用图像识别技术计算其镀层铜颗粒的粒径及镀层均匀性;利用正交实验设计方法,对高分子基固体润滑剂添加剂聚乙烯蜡接枝马来酸酐、碳纤维化学镀铜等工艺进行优化,测定马来酸酐接枝率,并对其进行IR、DSC等表征;制备UHMW-PE基固体自润滑复合材料,测试UHMWPE基固体润滑材料的摩擦磨损、表面能等性能,并利用图像识别技术定量表征其混合均匀性;设计超高分子量聚乙烯固体润滑剂配方,并采用挤出成型工艺生产,研究配方、工艺、模具之间的相关性以及对固体润滑剂产品性能的影响。 主要得出以下结论: (1)镀铜石墨XRD、SEM、TEM表征: 石墨表面化学镀铜后,石墨表面包覆有纳米级的铜颗粒;通过图像处理技术表征,石墨颗粒越小,纳米铜包覆均匀性越好; (2)镀铜碳纤维XPS、XRD、SEM、TEM表征: 碳纤维属PAN基碳纤维,在碳骨架的表面含有C=O及C-O-C极性基团;铜颗粒均匀附着在碳纤维表面有凹槽和微孔处,铜镀层与碳纤维结合得很紧密;根据正交试验分析结果得出碳纤维镀铜最佳工艺参数配方为:CuSO4·5H2O 15g/L, EDTA25g/L,NaOH 16g/L。 (3)聚乙烯蜡接枝马来酸酐正交实验结果表明: PEW接枝MAH最佳配方工艺为马来酸酐(MAH)5g,引发剂(BPO)0.4g,PEW 50g,温度140℃,反应3h,接枝率4.2%; PEW接枝前后红外光谱分析表明PEW分子链上接枝有MAH分子;DSC及TG曲线表明PEW-g-MAH的熔点Tm(86.6。C)比PEW熔点Tm(85.1℃)略高,且PEW-g-MAH的热稳定性优于PEW; 表面能测试结果表明PEW接枝MAH后的表面能(29.808×10-3J/m2)比接枝前(26.941×10-3J/m2)明显增大; (4)由摩擦磨损试验结果可知: 镀铜石墨/UHMWPE的摩擦系数(0.233)比石墨/UHMWPE摩擦系数(0.246)小,磨损率略低;镀铜碳纤维/UHMWPE的摩擦系数(0.238)比碳纤维/UHMWPE的摩擦系数(0.242)略低;PEW-g-MAH/UHMWPE摩擦系数(0.271)、磨损率(0-074%)比PEW/UHMWPE润滑剂体系摩擦系数(0.261)、磨损率(0.046%)都明显增大;镀铜石墨/PEW-g-MAH/UHMWPE摩擦系数(0.227)、磨损率(0.032%),比未改性前明显降低; 镀铜石墨/PEW-g-MAH/MoS2/UHMWPE润滑剂体系摩擦系数(0.218)、磨损率(0.030%)最小,证明UHMWPE固体润滑剂填料经化学镀铜、接枝改性,加入MoS2后,使得整个超高分子量润滑剂体系摩擦性能达到最佳。 (5)图像处理技术对UHMWPE基固体润滑剂混合均匀性定量表征结果表明: 不同的混合工艺对复合材料的混合均匀性产生影响。相同的配比,同样的混合速度,分散时间越长,均匀性越好。 (6)1#和2#UHMWPE基固体润滑剂配方体系,经挤出成型制备的产品,其摩擦系数均比项目合作公司方产品下降较多,成膜性有较大改善;且1#UHMWPE基固体润滑剂产品,成膜性及润滑膜的附着强度都比2#优越,其综合摩擦性能最佳。
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