Nano⁃SiO2及PA6复合改性PE⁃UHMW的摩擦磨损性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.009

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (4): 47-52.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.009

Nano⁃SiO₂及PA6复合改性PE⁃UHMW的摩擦磨损性能研究

许荣霞(), 魏刚(), 魏莉岚, 吴洁萃, 蒋雨江

西华大学材料科学与工程学院，成都 610039

收稿日期:2021-12-30 出版日期:2022-04-26 发布日期:2022-04-24
通讯作者: 魏刚（1971-），博士，教授，主要从事高分子功能复合材料，材料摩擦学和耐磨/密封材料研究，wg_xhu@163.com
E-mail:1103532916@qq.com;wg_xhu@163.com
作者简介:许荣霞（1997-），女，硕士研究生，主要研究PE⁃UHMW材料的摩擦学性能，1103532916@qq.com
基金资助:
教育部春晖计划项目资助(Z2011079)

Friction and wear properties of PE⁃UHMW modified with nano⁃SiO₂ and PA6

XU Rongxia(), WEI Gang(), WEI Lilan, WU Jiecui, JIANG Yujiang

College of Material Science & Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China

Received:2021-12-30 Online:2022-04-26 Published:2022-04-24
Contact: WEI Gang E-mail:1103532916@qq.com;wg_xhu@163.com

摘要/Abstract

摘要：

采用电子万能试验机、M?2000型摩擦试验机、电子和光学显微镜等测试分析方法，重点考察了纳米二氧化硅（nano?SiO₂）及其与聚酰胺6（PA6）复合对超高分子量聚乙烯（PE?UHMW）摩擦磨损性能的影响。结果表明，随着nano?SiO₂用量的增加，PE?UHMW复合材料的摩擦因数和磨损率均呈现出先降低后升高的趋势；当nano?SiO₂含量为2 %时，复合材料具有最低的摩擦因数和磨损率；在nano?SiO₂含量为2 %基础上添加8 %的PA6时，复合材料表现出更低的摩擦因数和磨损率，分别为0.29和0.33×10^-9 g/（N?m）；添加nano?SiO₂有效抑制了PE?UHMW的黏着磨损和塑性变形，适量nano?SiO₂和PA6复合改性PE?UHMW形成了更加均匀致密的自润滑转移膜，磨损面变得更加平整光滑，表现为非常轻微的磨粒磨损特征。

关键词: 超高分子量聚乙烯, 纳米二氧化硅, 聚酰胺6, 摩擦, 磨损

Abstract:

The effects of nano?SiO₂ and its composites with polyamide 6 on the tribological properties of ultra?high molecular weight polyethylene （PE?UHMW） were investigated using electronic universal testing machine， M?2000 friction testing machine， electron and optical microscope. The results indicate that the friction coefficient and wear rate of PE?UHMW composites decreased at first and then tended to increase with an increase in the nano?SiO₂ content. The composites exhibited the lowest friction coefficient and wear rate at a nano?SiO₂ content of 2 wt%. When 8 wt% polyamide 6 was added into the PE?UHMW composite containing 2 wt% nano?SiO₂， the composites obtained a low friction coefficient of 0.29 and a low wear rate of 0.33×10^-9 g/（N?m）. The wear mechanism analysis indicated that the addition of nano?SiO₂ could effectively inhibit the adhesive wear and plastic deformation of PE?UHMW， and PE?UHMW composite with appropriate nano?SiO₂ and polyamide 6 can form a more uniform and compact self?lubricating transfer film， and the wear surface becomes more smooth and present a very slight abrasive wear characteristics.

Key words: ultra?high molecular weight polyethylene, nano?silicon dioxide, polyamide 6, friction, wear

中图分类号:

TQ325.1⁺2

许荣霞, 魏刚, 魏莉岚, 吴洁萃, 蒋雨江. Nano⁃SiO₂及PA6复合改性PE⁃UHMW的摩擦磨损性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 47-52.

XU Rongxia, WEI Gang, WEI Lilan, WU Jiecui, JIANG Yujiang. Friction and wear properties of PE⁃UHMW modified with nano⁃SiO₂ and PA6[J]. China Plastics, 2022, 36(4): 47-52.

图/表 8

样品编号	组分含量（质量分数）/%
样品编号	PE⁃UHMW	Nano⁃SiO₂	PE⁃HD⁃g⁃MAH	PA6
A	100	0	0	0
B	99	1	0	0
C	98	2	0	0
D	97	3	0	0
E	93	2	5	0
F	89	2	5	4
G	85	2	5	8
H	81	2	5	12

表1 样品配方

Tab.1 Formula of the samples

样品	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/%
A	32.41	384.08
B	33.14	378.87
C	33.42	366.72
D	32.12	349.01
E	33.78	344.17
F	30.59	281.65
G	28.45	200.65
H	23.06	152.13

表2 PE?UHMW复合材料的力学性能

Tab.2 Mechanical properties of PE?UHMW composites

图1 改性PE?UHMW复合材料的肖氏硬度

Fig.1 Shore hardness of modified PE?UHMW composites

图2 摩擦因数随时间的变化曲线

Fig.2 Variation curve of friction coefficient with time

图3 稳定时PE?UHMW复合材料的摩擦因数

Fig.3 Friction coefficient of PE?UHMW composite while being stabilized

图4 PE?UHMW复合材料的磨损率

Fig.4 Wear rate of PE?UHMW composite

图5 磨损形貌的SEM照片

Fig. 5 SEM of worn sections

图6 转移膜形貌的光学照片

Fig.6 Optical image of transfer film

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Nano⁃SiO₂及PA6复合改性PE⁃UHMW的摩擦磨损性能研究

Friction and wear properties of PE⁃UHMW modified with nano⁃SiO₂ and PA6

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