填料改性UHMWPE复合材料的机械性能研究

论文摘要

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有优良性能的线型结构热塑性工程塑料,具有其它工程塑料无可比拟的耐冲击、耐化学药品、自润滑等性能。但也存在着成型性差,硬度低,耐磨粒磨损性能差等问题。填料改性是提高UHMWPE性能的有效方法之一。本文分别以碳（C）纤维、碳化硅（SiC）纤维、氧化铝（A1203）纤维、C粉、SiC粉、Al2O3粉、环氧树脂包覆二氧化硅（Si02）粉作为填料,以UHMWPE作为基体,填料经偶联剂KH550处理,用模压成型方法制备了不同填料改性UHMWPE复合材料。考察了UHMWPE复合材料的硬度、拉伸、弯曲等力学性能以及摩擦磨损性能,用扫描电镜对其拉伸断面和摩擦磨损表面进行了观察,分析了填料种类、填料处理方式、填料含量、偶联剂用量对UHMWPE复合材料力学性能和摩擦磨损性能的改善作用,为开拓UHMWPE复合材料的应用提供了有效的理论基础。研究结果如下：（1）用模压成型法制备JHMWPE复合材料,以其拉伸强度、弯曲强度为优化目标，利用正交试验确定出最佳成型工艺参数：模压温度为180℃,模压压力为15MPa,模压时间为25min。（2）对C纤维、SiC纤维、Al2O3纤维填充改性UHMWPE复合材料研究表明：当三种纤维添加质量分数为5%,并经1%偶联剂KH550处理时,三种纤维改性UHMWPE复合材料的力学性能和摩擦磨损性能均优于未处理的纤维改性UHMWPE。其中,处理的C纤维和处理的SiC纤维改性UHMWPE复合材料综合性能较好。表明填料经偶联剂处理有利于提高复合材料的综合性能。（3）对C粉、SiC粉、Al2O3粉、环氧树脂包覆SiO2粉填充改性UHMWPE复合材料研究表明：当四种粉状填充材料添加质量分数为5%,并经1%KH550处理时,环氧树脂包覆SiO2粉/UHMWPE复合材料的综合性能较好。（4）用超声波+1%KH550复合处理、1%KH550处理两种方式分别处理C纤维、SiC纤维、环氧树脂包覆SiO2粉三种填料,填充材料添加质量分数为5%,两种处理方式对UHMWPE复合材料性能的影响研究表明,超声波+1%KH550复合处理的填料对UHMWPE改性效果较好。（5）对C纤维、siC纤维、环氧树脂包覆Si02粉三种填料用超声波+1%KH550复合处理,填料添加质量分数为3%、5%、7%、10%、15%。研究填料含量对UHMWPE复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,C纤维、SiC纤维、环氧树脂包覆Si02粉的最佳添加质量分数分别为5%、5%、7%。（6）改变偶联剂KH550用量,分别用1%、2%、3%、4%、5%KH550+超声波复合处理C纤维、SiC纤维、环氧树脂包覆SiO2粉三种填料。研究KH550用量对5%C纤维/UHMWPE、5%SiC纤维/UHMWPE、7%环氧树脂包覆SiO2粉/UHMWPE复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,5%C纤维/UHMWPE、5%SiC纤维/UHMWPE、7%环氧树脂包覆Si02粉/UHMWPE三种复合材料的最佳KH550用量分别为3%、3%、4%。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 改性方法
• 1.3 改性UHMWPE复合材料的研究进展
• 1.3.1 国外改性UHMWPE的研究进展
• 1.3.2 国内改性UHMWPE的研究进展
• 1.4 聚合物填充改性概述
• 1.4.1 填料的作用
• 1.4.2 填料的种类与特征
• 1.4.3 填料的表面处理
• 1.4.4 硅烷偶联剂与填料表面的作用机理
• 1.5 本研究中填料的性质
• 1.5.1 纤维填料
• 1.5.2 细粉填料
• 1.6 UHMWPE复合材料成型方法
• 1.7 本课题的研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与仪器设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 UHMWPE复合材料的制备
• 2.2.1 填料处理
• 2.2.2 混合材料
• 2.2.3 模压成型
• 2.3 UHMWPE复合材料性能测试方法
• 2.3.1 拉伸性能测试
• 2.3.2 弯曲性能测试
• 2.3.3 硬度测试
• 2.3.4 摩擦磨损性能测试
• 2.3.5 微观结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 UHMWPE复合材料模压参数研究
• 3.1 工艺参数选择
• 3.2 工艺参数优化
• 3.3 本章小结
• 第四章 不同填料对UHMWPE复合材料性能的影响
• 4.1 聚合物基复合材料的性能特点
• 4.1.1 复合材料的力学损伤机理
• 4.1.2 复合材料的摩擦磨损机理
• 4.2 不同填料对UHMWPE复合材料力学性能的影响
• 4.2.1 纤维填料对UHMWPE复合材料力学性能的影响
• 4.2.2 粉状填料对UHMWPE复合材料力学性能的影响
• 4.3 不同填料对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 4.3.1 纤维填料对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 4.3.2 粉状填料对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 超声波+KH550复合处理对UHMWPE复合材料性能的影响
• 5.1 超声波+KH550复合处理对UHMWPE复合材料力学性能的影响
• 5.2 超声波+KH550复合处理对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 填料含量对UHMWPE复合材料性能的影响
• 6.1 填料含量对UHMWPE复合材料力学性能的影响
• 6.2 填料含量对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 偶联剂含量对UHMWPE复合材料性能的影响
• 7.1 偶联剂含量对UHMWPE复合材料力学性能的影响
• 7.2 偶联剂含量对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文