UHMWPE復(fù)合材料的沖擊損傷特性研究.pdf

1、含沙流導(dǎo)致的過流件沖蝕是水電工程中存在的主要技術(shù)問題，研究表明它是粒子流對材料表面連續(xù)沖擊損傷的結(jié)果。上世紀(jì)80年代，研究人員開始進(jìn)行聚合物材料抗沖蝕的應(yīng)用試驗，結(jié)果表明，在中低水頭的高含沙環(huán)境中，以超高分子量聚乙烯（UHMWPE）為代表的聚合物基復(fù)合材料顯示出比普通碳鋼材料更優(yōu)良的抗沖蝕性能。
　　根據(jù)接觸動力學(xué)理論，材料的動態(tài)力學(xué)特性對材料沖擊破壞有著重要影響，隨著聚合物復(fù)合材料在沖蝕環(huán)境中的推廣應(yīng)用，開展聚合物復(fù)合材料動態(tài)沖

2、擊特性的研究，對于揭示聚合物材料沖蝕損傷機(jī)理，完善抗沖蝕聚合物復(fù)合材料的組分設(shè)計，改進(jìn)抗沖蝕聚合物復(fù)合材料制備方法，進(jìn)一步提高其抗沖蝕綜合性能有著重要的科學(xué)與應(yīng)用意義。
　　本文選擇兩種材料的填充粒子，采用壓制燒結(jié)工藝制備了UHMWPE復(fù)合材料，應(yīng)用霍普金森壓桿實驗技術(shù)研究了復(fù)合材料的動態(tài)沖擊性能，并通過數(shù)據(jù)處理分析了材料在沖擊過程中的吸能特性；通過沖蝕磨損實驗考察了復(fù)合材料的抗粒子流沖擊損傷（沖蝕）性能；結(jié)合實驗結(jié)果分析討論了材

3、料損傷與本身靜、動態(tài)特性及材料微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，主要結(jié)論如下：
　　1.填充粒子可提高 UHMWPE復(fù)合材料的表面硬度、屈服應(yīng)力，但填充粒子后的復(fù)合材料比純 UHMWPE的沖擊韌性降低。相同填充量時，云母/UHMWPE復(fù)合材料的沖擊韌性值高于碳酸鈣/UHMWPE復(fù)合材料。
　　2.填充粒子能有效提高 UHMWPE復(fù)合材料的動態(tài)屈服應(yīng)力值，在相同應(yīng)變率下，UHMWPE復(fù)合材料的動態(tài)屈服應(yīng)力值隨粒子填充量的加大而提高，且填充碳酸

4、鈣粒子比云母粒子更明顯。UHMWPE復(fù)合材料的動態(tài)屈服應(yīng)力隨應(yīng)變率的增大而提高，具有顯著的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。
　　3.根據(jù)動態(tài)實驗數(shù)據(jù)，采用吸能效率評價了UHMWPE復(fù)合材料的動態(tài)吸能特性，結(jié)果表明，在應(yīng)變率3200/s以下范圍內(nèi)，UHMWPE復(fù)合材料的吸能效率隨應(yīng)變率的增加而提高。粒子填充量在5％~15%范圍內(nèi)，復(fù)合材料吸能效率相對 UHMWPE提高15%左右。填充量相同時，填充云母粒子比碳酸鈣粒子更能提高 UHMWPE復(fù)合材料的

5、吸能效率，相差在8%左右。
　　4.沖蝕實驗表明，UHMWPE復(fù)合材料具有優(yōu)良的抗沖蝕性能，相同工況下，UHMWPE復(fù)合材料的沖蝕磨損量僅為45＃鋼的0.08倍。5%云母填充量的UHMWPE復(fù)合材料的抗沖蝕性能比純 UHMWPE高10%左右。
　　5.UHMWPE復(fù)合材料的抗沖蝕性能與其硬度、靜態(tài)屈服應(yīng)力等靜態(tài)性能相關(guān)性不高，而與其沖擊韌性和動態(tài)屈服應(yīng)力乘積、吸能效率等動態(tài)性能有良好的正對應(yīng)關(guān)系。UHMWPE復(fù)合材料優(yōu)良的抗