改性α-磷酸鋯/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備及摩擦磨損性能

編號：NMJS09310

篇名：改性α-磷酸鋯/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備及摩擦磨損性能

作者：王紅兵 周陽升 郭煜晨 藍建勇 葉小利 唐梓健 李小磊

關(guān)鍵詞： 超高分子量聚乙烯 磷酸鋯 摩擦系數(shù) 磨損率 復(fù)合材料

機構(gòu)： 季華實驗室超滑工程中心 華南理工大學機械與汽車工程學院

摘要： 超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)是一種力學性能優(yōu)良的自潤滑高分子材料,但其耐磨粒磨損較差,磨損率大。采用改性二維α-磷酸鋯(α-ZrP)填充以期改善PE-UHMW復(fù)合材料的摩擦磨損性能。首先采用三羥甲基氨基甲烷對α-ZrP進行插層剝離,然后用乙烯基三乙氧基硅烷對α-ZrP進行表面接枝修飾改性,以提高α-ZrP與PE-UHMW基體間的界面相互作用。對改性前后的α-ZrP進行了結(jié)構(gòu)表征,結(jié)果表明α-ZrP表面接枝修飾成功并制備出改性α-ZrP(G-ZrP)。測試了不同G-ZrP含量的G-ZrP/PE-UHMW復(fù)合材料試樣的摩擦磨損性能。結(jié)果表明,G-ZrP與PE-UHMW基體之間形成錨定黏結(jié)結(jié)構(gòu)。當G-ZrP質(zhì)量分數(shù)為2%時,G-ZrP/PE-UHMW復(fù)合材料試樣的摩擦系數(shù)和磨損率分別為0.1720和3.594×10-6 mm3/(N·m),分別比純PE-UHMW試樣降低約9.0%和47.1%;磨痕深度為2μm左右,磨痕最淺,相比純PE-UHMW樣品(磨痕深度8μm左右)減少了約75%。在復(fù)合材料的摩擦過程中,G-ZrP在摩擦表面積聚產(chǎn)生了良好的自潤滑介層作用,不僅有助于降低摩擦副間的直接接觸,還能通過層間滑動降低摩擦系數(shù)。同時,表面乙烯基三乙氧基硅烷分子鏈之間的氫鍵作用以及與PE-UHMW分子鏈之間的錨定黏結(jié)結(jié)構(gòu),有助于滑動摩擦過程中的載荷轉(zhuǎn)換,又能降低復(fù)合材料摩擦表面的變形和撕裂,減少了復(fù)合材料的磨損量,有效地改善PE-UHMW的摩擦磨損性能。