毕业设计论文改性UHMPE塑料的磨损性能研究.doc

改性UHMPE塑料的磨损性能研究 PAGE 2 前言 超高分子量聚乙烯（UHMPE）是一种线型结构的、具有优异综合性能的热塑性工程塑料，最早是由西德的赫斯特（Hoechst）公司于1958年开发研制成功[1]。它的分子结构与普通聚乙烯完全相同，但相对分子质量可达（1～4）×106。随着相对分子质量的大幅度升高，UHMPE表现出普通PE所不具备的优异性能，尤其是优异的物理力学性能，如耐冲击性、耐磨损性、耐化学药品性、耐低温性、耐应力开裂性、抗粘附能力以及优良的电绝缘性、安全卫生及自润滑性等性能。另外UHMPE耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269 虽然UHMPE具有许多优异的特性，但也有一些不足，如熔体流动速率（MFR）接近于零，熔点高（190～210℃）、粘度大，极难加工成型等。另外与其它工程塑料相比，具有表面硬度低、热变形温度低、弯曲强度和耐蠕变性较差、抗磨粒磨损能力差等缺点，影响了其使用效果和应用范围。为了克服UHMPE的这些缺点、弥补其不足，使UHMPE在条件要求较高的某些场所得到应用，需要对其进行改性。 目前常用的改性方法主要有物理方法（如填充、共混、增强等）及化学方法（如共聚、接枝、交联等）。改性的目的是在不影响UHMPE主要性能的前提下，提高其熔体流动性或针对UHMPE自身性能的缺陷进行复合改性，如改进熔体流动性、耐热性、抗静电性、阻燃性、耐磨性、耐冲击性能及表面硬度等，使其能在专用设备或通用设备上成型加工，改善加工和使用性能。 填料填充是主要的改性方法之一，通过填充改性得到的UHMPE基复合材料，其磨擦性能能够得到较好的改善[2]。本课题是以UHMPE作为基体材料，通过加入三种不同的改性填料，如还原铁粉、SiO2、MoS2对其进行填充改性，采用模压烧结成型的方法制备试样，进行砂浆磨损、磨粒磨损、拉伸强度、硬度性能测试，并且利用扫描电子显微镜观测磨损表面形貌、拉伸断口形貌，初步分析磨损和断裂机理。探索改性后UHMPE的耐磨性能变化规律，获得较优异的填充改性配方，满足生产需要。 1 UHMPE的改性方法及改性塑料磨损性能研究现状 1.1 UHMPE的应用及改性目的 UHMPE具有其它工程塑料无法比拟的综合性能，在国民经济的各个领域，尤其是耐磨输送、设备衬里、各种机械零部件等方面的应用具有独特优势，能满足许多行业和部门对材料的特殊要求，应用领域在不断扩大，目前已在采矿、纺织、化工、造纸、包装、运输、机械、石油、农业、建筑、电气、食品、医疗、体育等领域得到应用，并开始进入常规兵器、船舶、汽车等领域。另外，由于UHMPE优异的生理惰性，已在临床医学上使用，作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等。 为提高其表面硬度、热变形温度、弯曲强度和耐蠕变性、抗磨粒磨损能力等，常对其进行改性，以扩大其使用领域，实现高的性能化、功能化、专业化、系列化，具体如下所列： 1）提高综合性能； 2）提高力学性能，如强度、低温韧性等； 3）提高耐热性能； 4）提高其加工性能； 5）降低吸水性，提高制品尺寸稳定性； 6）提高耐燃烧性； 7）降低材料的成本。用无机填料填充改性工程塑料后，既降低了材料的成本，又改善了成型收缩与挠曲性。 8）实验材料的功能化，提高其使用性能。如材料的导电性小，对一些需要防静电、导电的用途需进行抗静电或导电改性，使其具有防静电、导电、电磁屏蔽的功能。 1.2 UHMPE改性方法概述 1.2.1 物理改性 所谓的物理改性是指把树脂与其它一种或多种物料通过机械方式进行共混，以达到某种特殊的要求，它不改变分子构型，但可以赋予材料新的性能。目前主要的物理改性方法有填料改性、低熔点、低黏度树脂改性、流动剂改性等。 1）填料改性 填料改性是将填充材料填充于UHMPE中，在适当的加工设备上采取适当的加工工艺，如混炼、浸渗制成填充改性塑料，然后再成型加工成塑料制品。虽然UHMPE具有优异的综合性能，但在表面硬度、耐高温性以及抗磨损性能等方面仍有缺陷。目前，UHMPE的填充改性填料主要是金属粉、金属氧化物、硬质耐磨填料等，在UHMPE中添加填料进行改性后可以明显提高其耐热性能、力学性能、拉伸强度、韧性，特别是UHMPE的耐磨性能。从而制备出结构性能优良的耐磨材料或其他特殊性能的改性材料。 2）共混改性 由于HDPE、LDPE、PP、PA、聚酯、橡胶等都是低熔点、低黏度聚合物，它与UHMPE混合形成共混体系，当共混体系被加热到熔点以上时，UHMPE树脂就会悬浮在这些共混剂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料[3]。其中使用较多的是HDPE和LDPE，UHMPE与LDPE或HDPE共混可使其成型加工性能获得显著改善。 3）用流动改性剂改性 流动改性剂可以促进长链分子的解缠，并在大分子之间起润滑作用，改善大分