超高分子量聚乙烯的改性及摩擦磨損研究

1、超高分子量聚乙烯的改性及摩擦磨損研究1前言超高分子量聚乙烯(uhpe)是一種新型工程塑料，1958年由德國科學家創(chuàng)造了uhpe的合成方法，到60年代末國外實現(xiàn)了工業(yè)化消費。我國正式投產(chǎn)是在70年代末80年代初開場的，它具有耐磨損、耐腐蝕、耐沖擊、自光滑、摩擦因數(shù)孝耐低溫等優(yōu)良特性。超高分子量聚乙烯雖然有許多優(yōu)良特性但也有許多缺乏：硬度低、強度低、耐熱性能差、有蠕變性等，為了彌補這些缺乏和進一步進步其耐磨性可對其進展填料(超細玻璃微珠、二硫化鉬、滑石粉、玻璃纖維、碳纖維、聚四氟乙烯)改性。此外，應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用工礦條件和要求進展不同的改性。作者用-200型摩擦磨損試驗機進展了環(huán)(45#鋼)塊摩擦磨損

2、試驗研究，并在腐蝕磨損試驗機上進展了超高分子量聚乙烯沙漿磨損試驗。2實驗儀器、設(shè)備及原料和添加劑2.1原料和添加劑超高分子量聚乙烯：白色粉末，-型，北京助劑二廠消費；抗氧劑：北京化工三廠消費；偶聯(lián)劑：硅烷類，南京曙光化工總廠消費；超細玻璃微珠：450目，從發(fā)電廠粉煤灰挑選(圖1)；圖1超細玻璃微珠的形貌(圖略)二硫化鉬：200目，市售；碳纖維：遼寧錦州斌富隆塑料(圖2)；圖2碳纖維的形貌(圖略)聚四氟乙烯：型號7a-j(約200目)，日本三井株式會社消費(圖3)；圖3聚四氟乙烯的形貌(圖略)玻璃纖維：南京化工研究院消費(見圖4)；圖4玻璃纖維的形貌滑石粉：200目，市售。2.2實驗設(shè)備-200

3、型磨損試驗機，宣化材料試驗廠消費。sh型腐蝕磨損試驗機，宣化材料試驗機廠消費，轉(zhuǎn)速為低速中的高速(683r/in)。2.3測試儀器稱重儀器：湘儀-島津電子分析天平ael-200，中國長沙湘儀天平儀器廠。2.4試件制備試件毛坯的制備采用燒結(jié)壓制法，詳細工藝為：把配好的原料稱重裝進噴灑過脫模劑的模具中，然后放進烤箱在195下烘80in后，取出模具放到壓力機上加壓，壓力大小按制品上下端面面積考慮為8pa，模具在壓力機上加壓的同時進展自然冷卻，冷卻10in15in即可卸壓開模取出制品，就完成了1個試件毛坯的加工過程。試件毛坯通過機加工，加工成試件。3實驗3.1環(huán)塊試驗實驗采用-200型磨損試驗機，為了

4、加載更準確，把彈簧加載裝置改為杠桿加載，杠桿的力臂之比為31，如圖5所示。實驗分為油光滑和無油光滑兩種。無油光滑時測試摩擦因數(shù)和磨損量；油光滑(普通機油滴油光滑)時，由于磨損量太小因此只測試摩擦因數(shù)。圖5磨損試驗機加載裝置原理圖(圖略)1.塑料試件2.鋼圓環(huán)3.支撐座4.銷軸5.加載桿6.彈簧7.加載載荷試件在試驗、稱重之前要先清洗，清洗劑用丙酮，清洗裝置為無錫超聲電子設(shè)備廠消費的h66005超聲清洗器。清洗時間一般由試件的大小和臟污程度而定。本實驗清洗時間為15in。磨損量的測試按gb3960-88?塑料滑動摩擦磨損試驗方法?進展，為環(huán)塊試驗，環(huán)為45#鋼，粗糙度0.8，塊為塑料，試件載荷為

5、200n，環(huán)的轉(zhuǎn)速為200r/in，運轉(zhuǎn)時間10in(由于測試時間長時，塑料發(fā)熱出現(xiàn)外表熔化現(xiàn)象，所以運轉(zhuǎn)時間選為10in)。3.2沙漿磨損實驗沙漿磨損實驗在宣化材料試驗機廠消費的sh型腐蝕磨損試驗機上進展。圖6是試驗裝置的原理圖。速度為低速中的高速(683r/in)。石英沙40目70目，北京市房山三八石英廠消費。沙、水的比例(體積比)為14(水為自來水)。試件幾何尺寸和外表光潔度盡量一致，一次可測試4個試件。圖6沙漿磨損實驗的試驗裝置原理圖(圖略)1.沙漿容器2.試件3.上工作臺4.皮帶輪5.皮帶6.導向柱7.皮帶輪8.電動機9.底座4實驗結(jié)果與分析圖7是環(huán)塊磨損試驗時添加劑比例與磨損量的關(guān)

6、系，可以看出添加劑比例小時，隨著添加劑比例的增加磨損量明顯降低，當添加劑比例大于20%時，磨損量降低緩慢，個別出現(xiàn)磨損量增大現(xiàn)象。圖7環(huán)塊磨損時添加劑比例與磨損量的關(guān)系(圖略)玻璃微珠玻璃纖維碳纖維聚四氟乙烯*滑石粉圖8是在腐蝕磨損試驗機進展的沙漿磨損時添加劑的比例與磨損量的關(guān)系曲線。相對磨損率是指磨損量與磨損前的質(zhì)量之比，可以看出：磨損量隨著添加劑比例的增加反而增大，出現(xiàn)了和環(huán)塊磨損時不同的現(xiàn)象。這說明摩擦磨損是與工礦條件親密相關(guān)的，受工礦條件的影響極大，同一種材料在不同條件下磨損情況完全不同，也說明摩擦磨損是很復雜和難以確定的。圖8沙漿磨損時添加劑比例與磨損量的關(guān)系(圖略)玻璃微珠玻璃纖維碳纖維聚四氟乙烯*滑石粉圖9是環(huán)塊試驗時不同添加劑和不同比例與摩擦因數(shù)之間的關(guān)系曲線?？梢钥闯觯禾砑硬ＡЮw維和滑石粉對摩擦因數(shù)影響較大，使摩擦因數(shù)增大；添加玻璃微珠和碳纖維對摩擦因數(shù)幾乎沒有影響，添加聚四氟乙烯可降低摩擦因數(shù)。圖9環(huán)塊試驗時添加劑比例與摩擦因數(shù)之間的關(guān)系(圖略)玻璃微珠玻璃纖維碳纖維聚四氟乙烯*滑石粉5結(jié)論(1)環(huán)塊磨損時隨著添加劑比例增加磨損量減?。?2)沙漿磨損時隨著添加劑比例增加磨損量增加；(3)添加玻璃纖維和滑石粉使摩擦因數(shù)增大；(4)添加碳纖維和玻璃微珠對摩擦因數(shù)幾乎無影響；(5)添加聚四氟乙烯可使摩擦因數(shù)減小