纤维材质对UHMWPE水润滑轴承复合材料摩擦学性能的影响

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)在水润滑轴承领域具有巨大的发展潜力,然而单一的UHMWPE难以满足水润滑轴承的耐磨性需求,尤其是在低速重载工况下.通过纤维改性的方法可以提高其摩擦学性能,但是纤维材质的不同特性对于复合材料摩擦学性能的影响存在差异.通过热压模具分别制备剑麻纤维(Sisal fiber,SF)、碳纤维(Carbon fiber,CF)和聚酯纤维(Polyester fiber,PETF)与UHMWPE混合的定向纤维复合材料,并与纯UHMWPE做对照试验.利用R-tec往复摩擦试验机模拟不同载荷(5和10 N)和不同速度(20、40和60 mm/s)下铜球与不同复合材料的摩擦过程,通过邵氏硬度和极限抗弯强度试验对复合材料力学性能进行表征测试,采用接触角测试复合材料的浸润性,试验结束后用扫描电子显微镜观察表面磨损形貌.结果表明:纤维的力学性能,尤其是硬度和抗弯强度是影响定向纤维复合材料摩擦学性能的关键因素,所添加纤维在复合材料中强有力的支撑作用使摩擦学性能显著提高,纤维的耐磨性和浸润性是次要因素.试验工况下,CF/UHMWPE摩擦系数最低,且在低速重载(载荷10 N,速度20 mm/s)时的摩擦系数与纯UHMWPE相比降低了36.92%;添加耐磨性强的PETF纤维后,复合材料磨损体积与纯UHMWPE相比降低了30.56%.

UHMWPE纤维增强防弹复合材料研究

UHMWPE纤维由于分子链上没有不饱和基团,对酸、碱和有机溶剂有很强的抗腐蚀性,耐光、热、老化性能优良,比强度和模量都很高,且能量吸收性和耐磨损性好,特别适合作为防护材料。文中UHMWPE纤维防弹复合材料,是由改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE纤维复合而成,针对其力学性能进行表征并根据实验结果优化组分配比及合成工艺,结果显示组分配比为EVA∶ST=15∶85、ABIN=0.5%和TAIC=2%时制备的树脂复合材料具有合适的拉伸、剥离强度,这一配比的树脂复合材料可以获得最佳的抗冲击能力。研究成果为改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE纤维复合材料用作防弹材料提供了实验基础和数据支撑。

自成核行为在CF/PPS复合材料中的差异性与普适性

以半结晶高分子为基体的碳纤维增强热塑性复合材料,其基体的结晶行为将受到碳纤维表面性质与热历史的共同影响。当这种材料在经历反复加热冷却的热循环过程时,基体会产生自成核行为,其结晶过程变得更加复杂。通过三种T300级碳纤维分别制备了碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料,并探究了二次熔融温度与CF/PPS复合材料结晶行为的关系,揭示了不同碳纤维表面性质对CF/PPS复合材料自成核行为的影响。在此基础上阐明了CF/PPS复合材料基体自成核与CF异相成核的竞争关系。最后,通过冲压成型制得具有自成核行为的CF/PPS复合材料角片,验证了自成核对于CF/PPS复合材料二次热成型技术的有效性与重要性。

PE/PP混杂纤维应变硬化碱激发复合材料力学性能研究

应变硬化碱激发复合材料(SHAAC)兼具低碳环保和高韧性的优点,但高昂的成本限制了其工程应用。为降低成本,研究采用PP纤维替代PE纤维,开发了一种混杂PE/PP纤维SHAAC,并通过轴压与轴拉试验及成本分析,探讨了不同PP纤维替代率(0%、25%、50%、75%和100%,体积分数)对混杂PE/PP纤维SHAAC的轴压、轴拉性能和成本的影响。结果表明:采用PP纤维替代PE纤维时,SHAAC的轴压、轴拉强度及裂缝控制能力随着纤维替代率的增加而降低,但在PP纤维替代率低于75%时,SHAAC仍可呈现伪应变硬化和多缝开裂现象;当PP纤维替代率为50%时,SHAAC极限拉伸应变最高(8.40%),且能保持较高的轴压和轴拉性能,同时成本可降低29.00%,且综合性能与成本比值最高。

低密度PP增强复合材料在重卡保险杠上的轻量化应用分析

基于两种材料性能要求,分析研究低密度PP增强复合材料与传统PP增强复合材料在汽车保险杠上格栅、下格栅以及大灯装饰板等产品上的模态、强度性能,并验证效果。结果发现:在密度为0.978g/cm^(3)左右的情况下,低密度PP增强复合材料相比传统PP增强复合材料可减重10%以上,抗拉强度提升4.89%以上,但弯曲模量降低8.64%以上。从产品性能来说,保险杠部位的前四阶模态均大于等于35 Hz,同时最大应力强度仅为1.12 MPa,不存在断裂风险,满足设计要求。

UHMWPE/PP/PP基无机填料母粒复合材料的制备及表征

研究自制的PP基增强母粒对UHMWPE/PP共混体系的增韧、增强作用,并通过力学性能测试及扫描电子显微镜研究其增韧、增强效果。结果表明,PP基玻璃纤维(GF)母粒对UHMWPE/PP共混体系的增韧、增强作用优于添加增容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)、GF的简单混合方法,这是因为前者试样中GF与UHMWPE/PP共混体系界面粘结的牢固程度大于后者。UHMWPE/PP共混体系中加入PP基纳米CaCO3母粒能够同时起到增强和增韧的作用。

PP/UHMWPE原位成纤复合材料的混炼及成型工艺研究

采用超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)原位成纤增强、增韧聚丙烯 (PP)。讨论了混炼剪切力、成型冷却方式和UHMWPE熔体粘度对材料力学性能的影响。发现提高剪切力 ,加快冷却速度均有利于力学性能的提高 ,配比为 90 / 10的PP/UHMWPE的缺口冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率可达 88 6kJ/m2 、45 1MPa和 570 % ,分别是PP 1330的 3 5倍、1 5倍和 2 5倍 ;而UHMWPE相对分子质量增加所引起的粘度上升则有损改性效果。DSC谱图发现PP 1330的乙烯嵌段与UHMWPE可形成共晶 ,淬冷则可使共晶的含量显著增加 ,从而加强了两相间的结合力。

UHMWPE/CF混编三维编织复合材料的弯曲性能

为获得最佳的混编排列方式,基于三维四向编织结构,以碳纤维(CF)和超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维为增强体,以环氧树脂(EP)为基体,采用真空导入工艺设计制备了三维编织UHMWPE/CF/EP复合材料,并研究了不同混编排列方式预制件复合材料的弯曲性能。结果发现:韧性UHMWPE纤维的加入改变了非混杂碳纤维三维编织树脂基复合材料的弯曲破坏模式,破坏模式呈现为塑性破坏特征;基于CF和UHMWPE纤维数量之比为1∶1的情况下,采用逐块排列混编方式的复合材料的弯曲性能最佳,较之逐束排列混编方式的复合材料提高24.28%。

UHMWPE防弹复合材料正交试验设计与分析

铺层结构和成型工艺是影响超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight Polyethylene,UHMWPE)纤维复合材料弹道防护性能的重要因素。为评估各因素对UHMWPE纤维复合材料防弹性能的影响程度,基于正交试验设计建立了铺层角度以及包括温度、压强、时间三个热压成型工艺条件下的4因素3水平正交表并进行了9组弹道极限试验。通过对试验结果进行极差和方差分析表明,各试验因素对弹道防护影响程度由大到小依次为铺层角度、成型时间、成型压强和成型温度。此外,研究发现:[(0°/90°)_(2)]_(2n)和[(-45°/45°)_(2)]_(2n)铺层复合材料弹道冲击吸能体现为多破坏模式协同耗能,而[(0°/90°)_(2)/(-45°/45°)_(2)]n准各向铺层复合材料的弹道冲击吸能体现为单一破坏模式耗能;综合考虑防弹性能和成本确定的最优组合为成型温度120℃、压强25 MPa、时间20 min,铺层角度[(0°/90°)_(2)]_(2n)。

UHMWPE对有机PTC复合材料的稳定作用

利用传统的熔融-混合方法制备碳黑填充的聚丙烯(PP)/超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)复合物。当PP/UHMWPE质量比大于3/7时,碳黑填充PP/UHMWPE复合物的正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)效应类似于碳黑填充的纯PP聚合物;但当质量比等于或小于3/7时,复合物所表现的PTC效应非常相似于碳黑填充的纯UHMWPE聚合物。在复合物中采用粘度非常高的聚合物作为一种组分可以有效消除NTC效应。

酚酞型聚芳醚酮与硅烷偶联剂协同改性CF/PPS复合材料

本文使用不同浓度的KH570溶液和0.5wt%的PEK-C溶液依次对碳纤维进行改性处理,并通过模压成型制备了CF/PPS复合材料,使用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、万能材料试验机等手段表征改性后的CF/PPS复合材料。结果表明,使用2wt%的KH570溶液和0.5wt%的PEK-C溶液依次处理碳纤维后,复合材料的界面性能和弯曲性能大幅提升,相较于未经改性处理的CF/PPS复合材料,其弯曲强度由709 MPa提高至953 MPa,提升约34.4%,ILSS则由23.8 MPa提高至53.3 MPa,提升约123.9%。

PTFE原位成纤对PP/MWCNTs/PTFE复合材料发泡性能和力学性能的影响

采用共混造粒和微孔发泡注塑成型工艺,制备了聚四氟乙烯(PTFE)原位成纤增强的聚丙烯/多壁碳纳米管/聚四氟乙烯(PP/MWCNTs/PTFE)微孔复合材料,并对其结晶、流变、微孔发泡和力学性能进行了测试和表征。结果表明:与不加PTFE的PP/MWCNTs复合材料相比,PTFE的加入可以提高PP/MWCNTs/PTFE复合材料的结晶度,增大储能模量,降低损耗因子;PTFE的加入可以改善PP/MWCNTs/PTFE复合材料的泡孔结构,使泡孔密度增大,泡孔直径减小;相比PP/MWCNTs复合材料,当PFTE的加入量为1%(质量分数)时,PP/MWCNTs/PTFE复合材料的断裂伸长率提高了67.5%,抗拉强度提高了21.1%,杨氏模量提高了12.5%。

基于声发射信号模式识别的UHMWPE/LDPE复合材料损伤机制分析

测定了UHMWPE/LDPE复合材料在准静态拉伸作用下的声发射(AE)信号,用无监督模式识别方法对预处理后的AE信号进行分类,据此分析了几种试样(0°、90°和[+45/°-45°])的损伤机制。研究表明,模式识别(PR)方法能识别出试样中基体开裂、纤维-基体界面脱粘、纤维抽拔和纤维断裂等损伤模式,识别结果与利用扫描电子显微镜(SEM)对破坏断面观察得到的结果一致。UHMWPE/LDPE复合材料的AE信号特征只受损伤模式的影响而与试样类型无关,PR方法能有效地区分不同损伤模式的AE信号,每种损伤模式的AE信号累计数对应变的关系曲线能清楚地反映复合材料的损伤进程。AE信号的PR分析为复合材料的损伤机制分析提供了准确依据。

UHMWPE纤维复合材料防弹机理和性能

以立方体弹片作为冲击体,对UHMWPE纤维复合材料进行了大量的弹道冲击实验;基于实验结果和冲击波理论,研究了UHMWPE纤维复合材料受冲击时的表观破坏形态和微观损伤机理以及靶板面密度、冲击速度、冲击方式等因素对材料防弹性能的影响规律。

不同结构UHMWPE纤维纬编针织复合材料弯曲性能

以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为原料,在电脑横机上编织出较理想的UHMWPE纤维纬平针、罗纹、畦编针织结构织物。采用VARTM工艺、(0°,90°)3s铺层方式成功制备了六层纬平针、六层罗纹以及六层畦编UHMWPE纤维纬编针织复合材料板。对三种复合材料板的弯曲性能及其影响因素进行研究,比较并分析其弯曲应力-挠度变化曲线和破坏形式。结果表明:三种UHMWPE纤维纬编针织结构增强复合材料的弯曲应力-挠度曲线具有非线性特征,曲线均类似于抛物线;其中,纬平针织结构复合材料的弯曲强度最大,罗纹次之,畦编最小;承受弯曲破坏的主要是树脂基体,没有出现增强体断裂、撕开等现象,表明由高强聚乙烯纤维制成的增强体材料具有较强的韧性与较高的强力。

UHMWPE交织双轴向纬编复合材料高应变率压缩性能研究

利用SHPB装置对UHMWPE交织双轴向纬编针织物/乙烯基酯树脂复合材料进行了高应变率压缩实验,研究了该材料的应变率效应和能量吸收。结果表明:等离子体处理后,复合材料的高应变率压缩性能有了较大的提高,放电功率100W是一个较为合适的处理条件。UHMWPE交织双轴向纬编复合材料呈现出一定的应变率敏感性:随着应变率的增加,最大应力、压缩模量、断裂应变能密度相应增大。由于交织双轴向纬编结构中的针织线圈及经纬纱交织作用,其具有较好的抗冲击性能。

短玻纤和SiO_2颗粒增强PA66/UHMWPE复合材料的力学性能

制备了PA66/UHMWPE/HDPE g MAH共混合金, 并对其力学性能和微观结构进行了研究。结果表明: 随着UHMWPE含量的增加, 共混合金缺口冲击强度显著提高, 拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量下降。为了弥补强度和刚性的损失, 使材料同时具有良好的韧性、强度和刚性, 采用了短玻璃纤维和无机粒子混杂增强PA66/UHMWPE/HDPE g MAH(80/20/20)。经短玻纤和无机粒子混杂增强后, 材料的拉伸强度、弯曲强度、模量和刚性都明显提高, 同时材料缺口冲击强度保持较高水平, 比尼龙66提高72 9%。

UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用改性环氧树脂的制备及性能

用甲基丙烯酸改性环氧树脂E-51制备了UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用基体树脂,主要研究了反应时间和催化剂用量对改性环氧树脂及复合材料性能的影响。结果表明,当甲基丙烯酸与环氧树脂摩尔比为1.1∶1.0、催化剂二乙基胺用量为0.35%(质量分数)、反应温度为110℃时,改性反应6h所得改性环氧树脂与UHMWPE纤维/碳纤维的复合材料的性能较好。用FTIR、DMA、SEM对改性环氧树脂及复合材料的结构和性能进行了表征,甲基丙烯酸改性环氧树脂对UHMWPE和碳纤维具有较好的粘接性。

UHMWPE/蒙脱土纳米复合材料结构与流动性的关系

采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵对微米尺度的蒙脱土进行离子交换,所得有机蒙脱土与少量引发剂和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)共混后,在双螺杆挤出机上进行反应挤出,得到了具有一定流动性能的UHMWPE/蒙脱土纳米复合材料。该纳米复合材料熔体的流动性能较UHMWPE高出许多;用X衍射、透射电子显微镜等表征方法研究了这种纳米复合材料的相结构,通过稳态和动态流变试验研究了其流变性能与蒙脱土含量的关系,分析了UHMWPE熔体大分子解缠结机理。

纳米CuO填充UHMWPE基复合材料摩擦学性能的研究

利用MM 200型摩擦磨损试验机研究了不同质量含量的纳米CuO填充UHMWPE基复合材料在干摩擦条件下与45#钢对磨时的摩擦学性能。并利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析磨损表面形貌及磨损机理。结果表明,纳米CuO/UHMWPE复合材料的摩擦性能与纯UHMWPE相比大部分均有提高,但耐磨性明显优于后者,纳米CuO在复合材料中的最佳含量在15%～17%左右。