【摘 要】
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超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料具有低摩擦系数、优良的耐冲击性和耐腐蚀性等特点,被广泛应用于机械工业、医疗设备等领域。随着UHMWPE的工程应用不断拓展,对其耐磨性能和力学性能也提出了更高的要求,而UHMWPE表面硬度低、抗磨粒磨损和疲劳磨损性能差等缺点也开始限制其发展。为解决这些缺点,进一步拓宽UHMWPE的应用范围,本文选用综合性能优异的碳纤维粉末（CF）制备了CF/UHMWPE复合材料,
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超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料具有低摩擦系数、优良的耐冲击性和耐腐蚀性等特点,被广泛应用于机械工业、医疗设备等领域。随着UHMWPE的工程应用不断拓展,对其耐磨性能和力学性能也提出了更高的要求,而UHMWPE表面硬度低、抗磨粒磨损和疲劳磨损性能差等缺点也开始限制其发展。为解决这些缺点,进一步拓宽UHMWPE的应用范围,本文选用综合性能优异的碳纤维粉末（CF）制备了CF/UHMWPE复合材料,研究了模压成型工艺参数对CF/UHMWPE复合材料性能的影响,同时探究了CF对UHMWPE增强机理和CF/UHMWPE复合材料结晶动力学行为;最后采用CFT-I型材料表面性能综合测试仪研究了CF/UHMWPE复合材料摩擦学性能。本文的主要研究结论如下:1、研究了模压成型工艺参数对CF/UHMWPE复合材料性能的影响。以结晶度、拉伸强度为优化目标,差热分析、拉伸强度和SEM为表征手段,通过分析试样成型结晶机理,采用单因素试验法确定出最佳工艺参数:模压压力为40MPa,模压温度为190℃,保温时间为5h,冷却方式为随炉冷却。2、研究了CF/UHMWPE复合材料的非等温结晶动力学行为。分析得出了在CF/UHMWPE复合材料非等温结晶过程中,聚合物的结晶形核和生长均与结晶温度和冷却速率有关,当结晶过程中复合材料冷却速率增大,聚合物高分子链缺乏足够折叠堆砌进入晶格的时间,致使结晶过程受阻,结晶过冷度增大,结晶率降低。3、研究了硅烷偶联剂对CF表面改性工艺,及其对CF/UHMWPE复合材料性能的影响。经过KH-560硅烷偶联剂处理后的CF在UHMWPE基体材料中分散情况以及与UHMWPE基体材料之间的粘结性能得到明显改善,复合材料结晶度明显提高。同时CF/UHMWPE复合材料拉伸强度出现大幅增长,在CF含量为5%,达到31.4MPa;较未表面改性复合材料提升26.10%。4、研究了干摩擦环境下CF/UHMWPE复合材料摩擦学性能的影响。经过改性后的CF添加量在1%～20%范围内,CF的加入能够明显降低复合材料的摩擦系数和磨损量。其中添加5%CF的复合材料表现出极好的减磨抗磨性能。同时通过分析摩擦工况环境pv对复合材料的显著性发现:载荷p较速度v对复合材料摩擦学影响最大,应作为材料应用时优先考虑因素。5、研究了CF/UHMWPE复合材料在不同工况环境下磨损机理。分析发现:复合材料在中低载荷和速度条件下抗磨粒磨损性能较好,磨损机理主要以黏着磨损和疲劳磨损为主;在高速重载条件下,当超过复合材料临界pv值,复合材料发生失效引起材料表面融化,磨损机制以黏着磨损和磨粒磨损为主,磨损量较大。图63幅,表7个,参考文献76篇全文共43816字,参考文献76篇
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