编号：NMJS09310
篇名：改性α-磷酸锆/超高分子量聚乙烯复合材料的制备及摩擦磨损性能
作者：王红兵 周阳升 郭煜晨 蓝建勇 叶小利 唐梓健 李小磊
关键词：超高分子量聚乙烯 磷酸锆 摩擦系数 磨损率 复合材料
机构：季华实验室超滑工程中心 华南理工大学机械与汽车工程学院
摘要：超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)是一种力学性能优良的自润滑高分子材料,但其耐磨粒磨损较差,磨损率大。采用改性二维α-磷酸锆(α-ZrP)填充以期改善PE-UHMW复合材料的摩擦磨损性能。首先采用三羟甲基氨基甲烷对α-ZrP进行插层剥离,然后用乙烯基三乙氧基硅烷对α-ZrP进行表面接枝修饰改性,以提高α-ZrP与PE-UHMW基体间的界面相互作用。对改性前后的α-ZrP进行了结构表征,结果表明α-ZrP表面接枝修饰成功并制备出改性α-ZrP(G-ZrP)。测试了不同G-ZrP含量的G-ZrP/PE-UHMW复合材料试样的摩擦磨损性能。结果表明,G-ZrP与PE-UHMW基体之间形成锚定黏结结构。当G-ZrP质量分数为2%时,G-ZrP/PE-UHMW复合材料试样的摩擦系数和磨损率分别为0.1720和3.594×10-6 mm3/(N·m),分别比纯PE-UHMW试样降低约9.0%和47.1%;磨痕深度为2μm左右,磨痕最浅,相比纯PE-UHMW样品(磨痕深度8μm左右)减少了约75%。在复合材料的摩擦过程中,G-ZrP在摩擦表面积聚产生了良好的自润滑介层作用,不仅有助于降低摩擦副间的直接接触,还能通过层间滑动降低摩擦系数。同时,表面乙烯基三乙氧基硅烷分子链之间的氢键作用以及与PE-UHMW分子链之间的锚定黏结结构,有助于滑动摩擦过程中的载荷转换,又能降低复合材料摩擦表面的变形和撕裂,减少了复合材料的磨损量,有效地改善PE-UHMW的摩擦磨损性能。
