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《机械科学研究院》 2002年
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填料改性超高分子量聚乙烯复合材料的研制及其摩擦学行为研究

薛俊  
【摘要】: 科学技术的迅速发展促使材料科学向着高性能化、功能化、复合化的方 向发展,高聚物基复合材料以其综合性能的优异、应用领域的广泛而备受人 们青睐,得以迅速发展。本论文选择无机填料改性超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)复合材料的材料设计和聚合物作为摩擦学材料时导热性能、抗 压强度及抗蠕变性能的改进研究作为主要研究方向。以模压法研制了 UHMWPE材料、无机填料铜粉改性UHMWPE复合材料以及氧化铜改性 UHMWPE复合材料,并对其摩擦学行为进行了研究。系统考察了滑动速度、 润滑介质和环境温度对UHMWPE及其复合材料摩擦磨损性能的影响,试验 测试了UHMWPE及其复合材料的导热性能和力学性能,分析了其与材料摩 擦学性能之间的关系。系统研究了UHMWPE及其复合材料在静态蠕变一滑 动摩擦交替情况下摩擦学性能的变化,探讨了热塑性塑料类摩擦学材料在静 态蠕变-摩擦交替条件下的变形规律。获得了以下主要结论: (1) 滑动速度对聚合物材料摩擦磨损性能的影响主要与摩擦界面的热效 应有关。在与钢配副、干摩擦条件下,随滑动速度的增大,UHMWPE及其复 合材料的摩擦系数和磨损量都增大,质量分数为15%的Cu粉填充UHMWPE 复合材料和质量分数为10%~15%的CuO填充UHMWPE复合材料承受高速 的能力强于纯UHMWPE。填料Cu粉质量分数为15%时的复合材料摩擦系数 较小,磨损量较低;填料CuO质量分数为10%~15%时复合材料的摩擦磨损 性能较好。填料的加入改变了UHMWPE与钢配副时的磨损机理,纯UHMWPE 与钢配副时的磨损机理是粘着磨损,加入填料后变为粘着磨损与磨料磨损共 存的状态,而且随着填料含量的增加,磨料磨损所占的比重上升。 (2) 润滑剂水的存在,可大幅度降低聚合物磨损表面的摩擦热积累及温 升,从而减少了基体的热疲劳磨损和粘着磨损,同时,水作为一种极性润滑 剂,在摩擦界面上能形成一层润滑膜,对摩擦表面起了一定的隔离作用。因 此,在与钢配副、水润滑状态下,UHMWPE及其各种以Cu粉或CuO填充的 机械科学研究院硕士研究生学位论文 填料改性超高分子量聚乙烯复合材料的研制及其摩擦学行为研究 复合材料的耐磨性能和减摩性都增强。在水润滑条件下,Cu粉或CuO的填料 含量对复合材料摩擦和磨损性能影响很小。 门)当环境温度升高到一定程度,UHMWPE及其复合材料与钢配副的 摩擦界面熔融变为凝胶状态,其摩擦系数随摩擦时间的延长保持不变。 N)Cll粉或CllO填料的加入都改善了UHMWPE的导热性能,质量分 数为 15%的山粉加入到 UHMWE中,复合材料的导热率比纯 UHMWPE提 高了 34.3%;质量分数为 15%的 CllO的加入,复合材料的导热率提高了 47二 %。导热性的提高改善了材料的摩擦磨损性能,使复合材料承受高滑动速度 的能力增强。 u)使用偶联剂对填料进行表面处理是必要的。经偶联剂处理的质量分 数为 15%的 Cll粉填充 UHMWE复合材料的压缩屈服强度比纯 UHMWPE提 高了门二%,但未经偶联剂处理的质量分数为 15%的 Cll粉填充复合材料的压 缩屈服强度反而降低了 22二%。 历)高聚物材料由于独特的粘弹性,作为摩擦学材料时,易发生蠕变, 存在着摩擦/蠕变的复合磨损过程。Cll粉改性UHMWPE复合材料由于导热率 大于纯UHMWPE,在摩擦/蠕变复合摩擦过程中,摩擦功产生的摩擦热的传 递速度加快,从而提高了材料的抗蠕变性。 门)从综合性能考虑,推荐质量分数为 15%的 Cll粉填充 UHMWPE复 合材料。
【学位授予单位】:机械科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TB332

【引证文献】
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1 王小俊;超高分子量聚乙烯的流变行为及其在材料加工中的应用[D];华南理工大学;2010年
2 高新蕾;Schiff碱铜络合物改性超高分子量聚乙烯及润滑油的摩擦学研究[D];机械科学研究总院;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 甘立慧;UHMWPE/CSW复合材料摩擦学性能研究[D];河南科技大学;2010年
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【参考文献】
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3 邓小君;林雪燕;;不锈钢微动性能研究[A];中国电子学会第十五届电子元件学术年会论文集[C];2008年
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5 陈惠芳;王平;;大尺寸光学平面镜抛光过程的热分析[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
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7 薛卫国;姚文钊;仇建伟;李建明;张翔;;噻唑型杂环化合物作为润滑油添加剂的性能研究[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
8 杨自雄;肖睿书;张涛;;建筑空调系统水源热泵取水工程设计介绍[A];中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集[C];2007年
9 杨自雄;肖睿书;张涛;;建筑空调系统水源热泵取水工程设计介绍[A];2007年全国给水排水技术信息网成立三十五周年纪念专集暨年会论文集[C];2007年
10 覃韬;肖睿书;莫涛涛;;超高分子量聚乙烯超强复合管在给水工程中的应用[A];2008年全国给水排水技术交流会暨全国水网理事会换届大会论文集[C];2008年
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1 王小俊;超高分子量聚乙烯的流变行为及其在材料加工中的应用[D];华南理工大学;2010年
2 宋兵;桩侧摩阻力特性的研究[D];华南理工大学;2010年
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7 鞠治成;纳米结构碳化硅和碳材料的制备与性能研究[D];山东大学;2011年
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9 田剑书;含氟聚酰亚胺的合成及摩擦学性能研究[D];复旦大学;2010年
10 程海潜;PC弯曲孔道内接触应力、预应力摩阻损失及张拉伸长量研究[D];武汉理工大学;2011年
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4 胡怡姣;不同尺寸异形纤维对复合材料性能的影响[D];北京服装学院;2010年
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7 陈海荣;SECT-61T-8113型岸边集装箱起重机主起升滑轮磨损失效研究[D];华东理工大学;2011年
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【同被引文献】
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1 李本海;金属摩擦副的机械疲劳与滚动摩擦和滑动摩擦复合损伤的初步研究[D];机械科学研究院;2003年
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【二级引证文献】
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1 高新蕾;Schiff碱铜络合物改性超高分子量聚乙烯及润滑油的摩擦学研究[D];机械科学研究总院;2006年
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3 何剑雄;纳米SiO_2/玻璃微珠改性UHMWPE复合材料空蚀特性研究[D];湖南科技大学;2011年
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中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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7 吉桂兴;ARJ21复合材料方向舵设计[D];南京航空航天大学;2004年
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10 王莉莉;碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料的环境老化行为研究[D];北京化工大学;2004年
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