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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

高新蕾  
【摘要】:在摩擦学领域,摩擦学材料研发始终是最活跃的方向之一,因为通过摩擦学材料的设计,可以出现许多改善材料摩擦学性能的机会。 本文依据摩擦学中的选择性转移效应的原理,进行了用Schiff碱铜络合物+甘油-聚乙烯微胶囊将UHMWPE材料改性为具有自身选择性转移效应的摩擦学材料的设计;依据人体生物摩擦学中的生物假体“少磨损、低生物毒性危害”原则,进行了用Schiff碱铜络合物将UHMWPE材料改性为具有优异生物摩擦学性能和生物相容性的新型人工关节材料的探索设计:依据摩擦学中的纳米材料润滑的载体作用理论和选择性转移效应的原理,进行了用纳米Schiff碱铜络合物+纳米Schiff碱将极性和非极性的基础油改性为兼具自组装缓蚀膜和选择性转移效应的新型润滑剂的设计。改性所用的添加剂为Schiff碱铜络合物,这在摩擦学材料研发领域具有创新性。 在成功制备纯UHMWPE块材料、Schiff碱铜络合物和甘油—聚乙烯微胶囊等在Schiff碱铜络合物改性摩擦学材料中使用的基本材料的基础上,全面测试了它们的物性。 扫描电子显微镜(SEM)证实,纯UHMWPE为树枝状晶,长条状晶及球晶的混合结构。在干摩擦条件下滑动时,纯UHMWPE的摩擦学行为的一般规律完全可以用塑料摩擦学理论合理解释。在此条件下,粘着磨损是UHMWPE损伤的主导机理,损伤形式为拉丝型破坏。本文在用光学显微镜和SEM直接观察UHMWPE干磨损形貌的基础上,建立了UHMWPE热损伤模型,用热损伤机理合理解释了UHMWPE拉丝型损伤的现象。 通过红外光谱、紫外光谱及质谱分析,证实本文已成功制备出六种Schiff碱铜络合物,并揭示了它们的化学结构。 采用油相分离法制备出甘油-聚乙烯微胶囊,其包合得率在70%左右。经过筛选确定了甘油-聚乙烯微胶囊的最佳成分配比。红外光谱分析证实,以甘油-聚乙烯微胶囊为添加剂掺杂到UHMWPE粉料中模压成形的材料中,含有甘油。 根据环境友好的要求、热稳定性条件以及摩擦实验筛选,从六种Schiff碱铜络合物中,选定乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)络合物为对UHMWPE进行改性的添加剂。确定改性UHMWPE材料的配方为:15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)络合物+5%甘油-聚乙烯微胶囊+80%UHMWPE粉料。 SEM分析证实,15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)络合物+5%甘油-聚乙烯微胶囊改性UHMWPE材料由许多纳米级的球形小颗粒堆积而成,即其结构由纯UHMWPE材


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