納米粒子填充化學(xué)交聯(lián)UHMWPE復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,簡(jiǎn)稱UHMWPE)是一種熱塑性工程塑料,具有優(yōu)異的物理和機(jī)械性能,但是,純UHMWPE的抗磨粒磨損性能較差,限制了它的應(yīng)用,為了改善其缺點(diǎn),本研究采用交聯(lián)劑和納米粒子協(xié)同改性UHMWPE,制備出性能優(yōu)異的復(fù)合材料。
　　利用過氧化二叔丁基(DTBP)和乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)分別交聯(lián)改性UHMWPE,以及兩種改性納米粒子(n

2、ano-kaolin和nano-SiO2)填充UHMWPE,通過模壓成型制備出UHMWPE復(fù)合材料,并對(duì)其進(jìn)行拉伸性能和摩擦磨損性能以及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。借助熱失重(TG)、差示掃描量熱法(DSC)、紅外光譜(FTIR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。
　　摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)隨著滑動(dòng)速度的增加,UHMWPE及化學(xué)交聯(lián)的UHMWPE材料的摩擦系數(shù)和比磨損率也逐漸增大;(2)兩種交聯(lián)劑均能提高UHMWPE的耐

3、磨性,0.4％-0.45wt.%A-151交聯(lián)UHMWPE耐磨性最好,比純UHMWPE的提高了約82.04%;(3)0.4wt.%A-151交聯(lián)3wt.%nano-kaolin/UHMWPE復(fù)合材料的摩擦系數(shù)最小,耐磨性比純UHMWPE提高了75.1%,比未交聯(lián)的提高了39.2%。(4)0.4wt.%A-151交聯(lián)4wt.%nano-SiO2/UHMWPE的摩擦系數(shù)為0.152,磨損率下降66.7%;(5)復(fù)合納米粒子共混填充UHMWP

4、E基復(fù)合材料的摩擦磨損性能改性效果明顯優(yōu)于單一納米粒子填充時(shí)的改性效果,在二元粒子改性中,2wt.%nano-SiO2/3wt.%nano-kaolin/UHMWPE復(fù)合材料表現(xiàn)出了較好的耐磨性,比純UHMWPE提高了71.3%,比3wt.%nano-kaolin/ UHMWPE提高了54%,而化學(xué)交聯(lián)2%nano-SiO2/3%nano-kaolin/UHMWPE的耐磨性比純UHMWPE提高75.8%。
　　拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(

5、1)化學(xué)交聯(lián)對(duì)UHMWPE的抗拉強(qiáng)度影響不大,但對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率的影響較明顯,A-151和DTBP都是含量為0.2%-0.4%時(shí)效果最佳;(2)未交聯(lián)的納米粒子/UHMWPE的抗拉強(qiáng)度有所提高,但斷裂伸長(zhǎng)率下降明顯,化學(xué)交聯(lián)后復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度沒有明顯變化但斷裂伸長(zhǎng)率有所改善;(3)混合填充對(duì)UHMWPE基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度影響不大,但明顯降低材料的斷裂伸長(zhǎng)率。
　　TG和DSC結(jié)果表明化學(xué)交聯(lián)和納米粒子填充對(duì)UHMWPE的熱穩(wěn)定性幾