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【6h】

超高分子量聚乙烯基固体润滑剂添加剂改性及应用研究

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目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 固体润滑剂的历史与发展

1.3 超高分子量聚乙烯基固体润滑剂国内外研究现状

1.4 固体润滑剂的分类

1.4.1 软金属类固体润滑剂

1.4.2 金属化合物类固体润滑剂

1.4.3 无机物类固体润滑剂

1.4.4 有机物类固体润滑剂

1.5 UHMWPE基固体润滑剂

1.5.1 超高分子量聚乙烯结构、性能及成型工艺

1.5.2 UHMWPE物理机械性能的改进

1.5.3 加工性能的改进

1.6 UHMWPE基固体润滑剂填料改性与应用机理

1.6.1 化学镀铜机理

1.6.2 聚乙烯蜡接枝马来酸酐

1.6.3 摩擦机理

1.6.4 表界面理论

1.6.5 均匀性定量表征原理—图像处理技术

1.7 本论文研究目的、意义及主要内容

1.7.1 本论文的目的及意义

1.7.2 本论文的主要内容

第2章 UHMWPE基固体润滑剂添加剂改性研究

2.1 原材料的选择

2.2 碳纤维表面化学镀铜

2.2.1 碳纤维化学镀铜工艺流程

2.2.2 碳纤维表面预处理工艺

2.2.3 碳纤维化学镀铜

2.3 石墨表面的化学镀铜

2.3.1 石墨镀前预处理

2.3.2 石墨化学镀铜

2.4 马来酸酐接枝聚乙烯蜡(PEW)工艺研究

2.5 性能测试

2.5.1 镀铜碳纤维、镀铜石墨X-ray衍射分析

2.5.2 镀铜碳纤维、镀铜石墨SEM、TEM表征

2.5.3 PEW及PEW-g-MAH红外光谱表征

2.5.4 聚乙烯蜡接枝马来酸酐接枝率的测定

2.5.5 PEW及PEW-g-MAH DSC测试

2.6 结果分析与讨论

2.6.1 镀铜石墨微观表征与分析

2.6.2 碳纤维化学镀铜微观表征

2.6.3 PEW接枝MAH结果分析

2.7 本章小结

第3章 UHMWPE基固体润滑剂的制备

3.1 UHMWPE基固体润滑剂研制工艺流程

3.2 性能测试

3.2.1 UHMWPE基固体润滑剂摩擦磨损实验

3.2.2 表面能测试

3.3 UHMWPE基固体润滑剂摩擦实验结果及混合均匀性表征分析

3.3.1 UHMWPE基固体润滑剂摩擦结果分析

3.3.2 UHMWPE基固体润滑剂混合均匀性表征分析

3.4 表面能测试结果分析

3.5 本章小结

第4章 UHMWPE基固体润滑剂挤出工艺研究

4.1 挤出成型工艺用UHMWPE基固体润滑剂配方

4.2 UHMWPE基固体润滑剂挤出工艺

4.3 UHMWPE基固体润滑剂产品试验结果分析

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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摘要

本论文拟通过对UHMWPE基固体润滑剂粉体材料表面进行改性,研究探讨高分子基固体润滑剂添加剂如石墨、碳纤维等表面化学镀铜改性工艺,采用XRD、SEM、TEM、XPS进行微观结构表征,利用图像识别技术计算其镀层铜颗粒的粒径及镀层均匀性;利用正交实验设计方法,对高分子基固体润滑剂添加剂聚乙烯蜡接枝马来酸酐、碳纤维化学镀铜等工艺进行优化,测定马来酸酐接枝率,并对其进行IR、DSC等表征;制备UHMW-PE基固体自润滑复合材料,测试UHMWPE基固体润滑材料的摩擦磨损、表面能等性能,并利用图像识别技术定量表征其混合均匀性;设计超高分子量聚乙烯固体润滑剂配方,并采用挤出成型工艺生产,研究配方、工艺、模具之间的相关性以及对固体润滑剂产品性能的影响。
  主要得出以下结论:(1)镀铜石墨XRD、SEM、TEM表征:石墨表面化学镀铜后,石墨表面包覆有纳米级的铜颗粒;通过图像处理技术表征,石墨颗粒越小,纳米铜包覆均匀性越好;(2)镀铜碳纤维XPS、XRD、SEM、TEM表征:碳纤维属PAN基碳纤维,在碳骨架的表面含有C=O及C-O-C极性基团;铜颗粒均匀附着在碳纤维表面有凹槽和微孔处,铜镀层与碳纤维结合得很紧密;根据正交试验分析结果得出碳纤维镀铜最佳工艺参数配方为:CuSO4·5H2O15g/L, EDTA25g/L,NaOH16g/L。(3)聚乙烯蜡接枝马来酸酐正交实验结果表明:PEW接枝MAH最佳配方工艺为马来酸酐(MAH)5g,引发剂(BPO)0.4g,PEW50g,温度140℃,反应3h,接枝率4.2%;PEW接枝前后红外光谱分析表明PEW分子链上接枝有MAH分子;DSC及TG曲线表明PEW-g-MAH的熔点Tm(86.6℃)比PEW熔点Tm(85.1℃)略高,且PEW-g-MAH的热稳定性优于PEW;表面能测试结果表明PEW接枝MAH后的表面能(29.808×10-3J/m2)比接枝前(26.941×10-3J/m2)明显增大;(4)由摩擦磨损试验结果可知:镀铜石墨/UHMWPE的摩擦系数(0.233)比石墨/UHMWPE摩擦系数(0.246)小,磨损率略低;镀铜碳纤维/UHMWPE的摩擦系数(0.238)比碳纤维/UHMWPE的摩擦系数(0.242)略低;PEW-g-MAH/UHMWPE摩擦系数(0.271)、磨损率(0-074%)比PEW/UHMWPE润滑剂体系摩擦系数(0.261)、磨损率(0.046%)都明显增大;镀铜石墨/PEW-g-MAH/UHMWPE摩擦系数(0.227)、磨损率(0.032%),比未改性前明显降低;镀铜石墨/PEW-g-MAH/MoS2/UHMWPE润滑剂体系摩擦系数(0.218)、磨损率(0.030%)最小,证明UHMWPE固体润滑剂填料经化学镀铜、接枝改性,加入MoS2后,使得整个超高分子量润滑剂体系摩擦性能达到最佳。(5)图像处理技术对UHMWPE基固体润滑剂混合均匀性定量表征结果表明:不同的混合工艺对复合材料的混合均匀性产生影响。相同的配比,同样的混合速度,分散时间越长,均匀性越好。(6)1#和2#UHMWPE基固体润滑剂配方体系,经挤出成型制备的产品,其摩擦系数均比项目合作公司方产品下降较多,成膜性有较大改善;且1#UHMWPE基固体润滑剂产品,成膜性及润滑膜的附着强度都比2#优越,其综合摩擦性能最佳。

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