PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.05.004

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (5): 19-23.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.05.004

PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究

王轲, 龙春光()

长沙理工大学汽车与机械工程学院，长沙 410004

收稿日期:2022-01-19 出版日期:2022-05-26 发布日期:2022-05-26
通讯作者: 龙春光（1965—），男，教授，从事先进耐磨复合材料的设计、制造与应用研究， 642426853@qq.com
E-mail:642426853@qq.com
基金资助:
国家科技部国际合作专项基金(0102013DFG52800);湖南省自然科学基金(2018JJ2426)

Mechanical and tribological properties of ultra⁃high molecular weight polyethylene/sepiolite fiber composites

WANG Ke, LONG Chunguang()

School of Automobile and Mechanical Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410004，China

Received:2022-01-19 Online:2022-05-26 Published:2022-05-26
Contact: LONG Chunguang E-mail:642426853@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

采用硅烷偶联剂KH550对海泡石纤维（Sep）进行了改性，采用平板硫化机通过热压成型法制备了超高分子量聚乙烯（PE?UHMW）/Sep和PE?UHMW/改性海泡石纤维（O?Sep）复合材料，并通过红外光谱仪（FTIR）、电子万能试验机、扫描电子显微镜（SEM）等对Sep 及O?Sep的表面结构和复合材料的力学性能、摩擦学性能及磨痕形貌进行了表征和测试。结果表明，O?Sep表面存在KH550分子，其在复合材料中分布比Sep更为均匀；当O?Sep含量达到6 %（质量分数，下同）时，复合材料力学性能和摩擦学性能表现最佳，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为32.1 MPa，171.2 MPa、138.3 GPa和17.62 kJ/mm²，比纯PE?UHMW分别提高了41.4 %、40.0 %、95.6 %和36.9 %；其摩擦因数和磨损量分别为0.124和 0.1 mg，比纯PE?UHMW分别提高了77.1 %和80 %。

关键词: 超高分子量聚乙烯, 海泡石纤维, 复合材料, 力学性能, 摩擦学性能

Abstract:

Sepiolite fibers （Sep） were modified with a silane?coupling agent （KH550）， and the ultra?high molecular weight polyethylene （PE?UHMW）/Sep and PE?UHMW/modified Sep （O?Sep） composites were prepared on a flat vulcanizer using a hot?pressing method. The surface structure of Sep and O?Sep and the mechanical and tribological properties of the composites were investigated using an infrared spectrometer， an electronic universal testing machine， and a scanning electron microscope. The results indicated that the KH550 molecules covered the surface of O?Sep， resulting in a uniform distribution of O?Sep in the composites. When the content of O?Sep fibers reached 6 wt%， the composites exhibited the optimal performance with tensile strength of 32.1 MPa， flexural strength of 171.2 MPa， flexural modulus of 138.3 GPa， and impact strength of 17.62 kJ/mm²， which were 41.4 %， 40.0 %， 95.6 %， and 36.9 % higher than those of pure PE?UHMW， respectively. The composites also revealed a friction factor of 0.124 and a wear amount of 0.1 mg， which were 77.1 % and 80 % higher than those of pure PE?UHMW， respectively.

Key words: ultra?high molecular weight polyethylene, sepiolite fiber, composite, mechanical property, tribological behavior

中图分类号:

TQ325.1⁺2

王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.

WANG Ke, LONG Chunguang. Mechanical and tribological properties of ultra⁃high molecular weight polyethylene/sepiolite fiber composites[J]. China Plastics, 2022, 36(5): 19-23.

图/表 6

图1 样品的FTIR谱图

Fig.1 FTIR spectra of the samples

图2 样品的拉伸性能

Fig.2 Tensile property of the samples

图3 样品的弯曲性能

Fig.3 Bending properties of the samples

图4 样品的冲击性能

Fig.4 Impact property of the samples

图5 样品的摩擦学性能

Fig.5 Tribological properties of the samples

图6 样品摩擦磨损表面的SEM照片

Fig.6 SEM images of wear surface of PE?UHMW and its composites

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Mechanical and tribological properties of ultra⁃high molecular weight polyethylene/sepiolite fiber composites

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