填料改性UHMWPE复合材料的机械性能研究

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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%。
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