Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE新型耐磨材料的研究

论文摘要

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）卫生无毒和具有极好的耐磨性,是目前理想的医用高分子材料。但在使用过程中也逐渐发现UHMWPE的许多不足之处,如强度和表面硬度低、热变形温度低等缺陷。应用Schiff碱金属离子配合物作为添加剂对UHMWPE耐磨性进行物理改性是最新的一个研究方向。本文围绕“Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE新型耐磨材料的研究”课题中的科学问题,采用销盘试验机（面-面接触）,在转速为60 rpm、法向为载荷40 kg±3、实验环境温度为20℃、相对湿度为60%和试验时间为1.5h的干摩擦条件下,对UHMWPE及Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE盘试样和对偶试样45#钢销展开了试验研究和理论探索。首先,对200万、300万、500万、900万分子量UHMWPE进行摩擦磨损试验,并为探讨其磨损机理,用SEM观测其磨损形貌。结果发现,300万分子量UHMWPE的摩擦系数最小;随着分子量的增大,UHMWPE的磨损量呈先减小后增大的趋势,其中300万分子量UHMWPE磨损量最小;磨损形貌也显示存在磨粒磨损和黏着磨损两种磨损机理,其中300万UHMWPE磨损明显最轻;可选择摩擦磨损性能优于其他3种分子量纯UHMWPE的300万分子量UHMWPE作为Schiff碱改性UHMWPE研究的基体原料。其次,合成了五种改性UHMWPE研究的添加剂:双水杨醛缩乙二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物、双水杨醛1,3-丙二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物、双水杨醛1,6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物、双水杨醛缩1,2-环己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物和双水杨醛缩邻苯二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物;分别测试了五种双水杨醛缩二胺型Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性300万分子量UHMWPE,且含四种不同质量分数（2.5%、5%、10%、15%）摩擦磨损行为,并为探讨其磨损机理,采用SEM观察磨损表面形貌,采用EDS测定磨损表面的主要元素组成,分析了结构单元对摩擦学改性活性的影响规律,结果发现:添加双水杨醛缩乙二胺、1,3-丙二胺、1,6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物能有效改善UHMWPE摩擦磨损性能,在10%质量分数范围内,随Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物加入量的增加,改性UHMWPE与钢销配副的摩擦系数和磨损量呈降低的趋势,即含10 wt%添加剂的改性UHMWPE减磨效果最佳,其中摩擦系数和磨损量最小的是含10 wt%的1,6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性的UHMWPE;而添加双水杨醛缩1,2-环己二胺和邻苯二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE共混材料的摩擦磨损性能并未改善;双水杨醛缩1,6-己二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE盘试样和钢销试样主要表现为磨粒磨损机制,并发现其添加剂中的Cu元素发生了选择性转移效应,减小了与其配副的钢销表面的摩擦磨损。研究表明与UHMWPE的亚甲基结构存在相似性的含C原子数更多的双水杨醛缩开链二胺Schiff碱Cu（Ⅱ）配合物的摩擦学改性活性可能最高,双水杨醛缩开链二胺优于缩环二胺和缩芳二胺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 Schiff 碱及其配合物的应用
• 1.1.1 医药方面的作用
• 1.1.2 分析化学领域的应用
• 1.1.3 催化活性领域的应用
• 1.1.4 金属缓蚀方面的应用
• 1.1.5 耐磨材料和润滑油添加剂方面的应用
• 1.2 UHMWPE 及其改性研究
• 1.2.1 UHMWPE 的概况
• 1.2.2 UHMWPE 的应用
• 1.2.3 UHMWPE 的改性研究
• 1.2.3.1 化学改性
• 1.2.3.2 物理改性
• 1.3 课题研究的意义及和研究内容
• 第2章 分子量对UHMWPE 的摩擦磨损行为的影响
• 2.1 前言
• 2.2 UHMWPE 材料的成型加工
• 2.2.1 成型方法
• 2.2.2 试验设备和所用物料
• 2.2.3 模压成型过程
• 2.3 不同分子量UHMWPE 的摩擦磨损试验
• 2.3.1 仪器设备
• 2.3.2 试样的准备
• 2.3.3 试验方法
• 2.3.3.1 摩擦系数测定方法
• 2.3.3.2 磨损量测定方法
• 2.3.3.3 磨痕表面形貌表征方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 摩擦系数分析
• 2.4.2 磨损量分析
• 2.4.3 磨损表面形貌分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE 的摩擦磨损研究
• 3.1 前言
• 3.2 Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物的制备
• 3.2.1 试剂与设备
• 3.2.2 Schiff 碱及其Cu（Ⅱ）配合物的合成示意图
• 3.2.3 实验部分
• 3.2.3.1 双水杨醛缩乙二胺Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物（1）的合成.
• 3.2.3.2 双水杨醛1,3-丙二胺Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物（2）的合成
• 3.2.3.3 双水杨醛1,6-己二胺Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物（3）的合成
• 3.2.3.4 双水杨醛缩1,2-环己二胺Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物（4）的合成
• 3.2.3.5 双水杨醛缩邻苯二胺Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物（5）的合成
• 3.2.4 结果与讨论
• 3.3 Schiff 碱Cu（Ⅱ）配合物改性UHMWPE 的摩擦磨损试验
• 3.3.1 改性UHMWPE 试样的制备
• 3.3.2 销-盘摩擦磨损试验及其表征方法
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.3.1 摩擦系数分析
• 3.3.3.2 磨损量分析
• 3.3.3.3 磨损机理分析
• 3.3.3.4 结构因素对摩擦性能影响的分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 全文主要结论及研究展望
• 4.1 全文主要结论
• 4.2 研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢