偶联修饰纳米蒙脱土/超高分子量聚乙烯基复合材料的摩擦磨损性能

通过模压烧结法制备了超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)与硅烷(silane,s)和钛酸酯(titanate,t)偶联剂修饰的纳米蒙脱土(nano-montmorillonite,nano-MMT)复合材料,nano-MMT含量由0到15%(质量分数,下同)。采用45#钢为摩擦对偶件的往复滑动式摩擦磨损试验机,在室温干摩擦条件下测试了复合材料的摩擦学性能,实验条件为:接触压力P=8.0kN、滑动速度v=1.8m/min、时间t=3h;用扫描电镜观察了复合材料磨损表面的形貌并分析了磨损机理。结果表明:随nano-MMT含量的增加,偶联修饰的nano-MMT/UHMWPE复合材料的硬度、摩擦系数和磨损率增加;偶联修饰改善了复合材料的摩擦学性能;与钛酸酯相比,硅烷偶联修饰nano-MMT/UHMWPE复合材料的硬度和摩擦学性能更好。用5%硅烷偶联修饰的nano-MMT,5%钛酸酯偶联剂修饰的nano-MMT和5%nano-MMT增强的UHMMPE复合材料的摩擦系数μ、摩擦温度θ、磨损率W分别为:μs=0.124,μt=0.135,μ=0.180;θs=92℃,θt=96℃,θ=94℃;Ws=4.25×10-7mm3/(N.m),Wt=6.31×10-7mm3/(N.m),W=18.80×10-7mm3/(N.m);两种偶联修饰复合材料的表面磨损情况相似,含5%nano-MMT的复合材料主要表现为粘着磨损,而含15%nano-MMT的复合材料主要表现为表层和亚表层的脆性疲劳断裂。