[發明專利]一種測試超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法

無效

• 申請號: 200910048183.3
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101509860A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 王新威;張煒;張玉梅;洪尉;夏晉程
• 申請（專利權）人: 上海化工研究院
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N19/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙志遠

技術領域

本發明屬于高分子材料檢測評價領域，具體涉及一種測試超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是分子量在100萬～400萬甚至更高的聚乙烯，由于其分子鏈長，分子量極高，具有其它樹脂所不具有的一些優異品質，如耐沖擊、耐磨損、自潤滑、耐化學腐蝕、耐低溫等。UHMWPE是目前已發現的耐磨性能最好的塑料，并超過某些金屬材料，所以其板材、管材廣泛應用于石油、煤炭、礦山、冶金、熱電、選礦、糧食加工等行業的長距離輸送。

UHMWPE的耐磨性用一般塑料磨耗實驗法難以便捷的測試其耐磨程度。目前，塑料摩擦磨損性能評價主要采用滑動摩擦磨損試驗。D.Dowson等對UHMWPE在干摩擦狀態下與不銹鋼摩擦副的磨損進行研究，在不銹鋼的表面粗糙度為0.05～0.1μm時，UHMWPE的磨損量最小。Imado等發現在相同條件下，UHMWPE磨損率對負荷敏感性不大，但對滑動過程的敏感性很大。何春霞進行了UHMWPE滑動磨損試驗研究，考察了對磨鋼輪的粗糙度、對磨時間及載荷對磨損量和摩擦系數的影響。結果表明：在相同試驗條件下，UHMWPE與45#鋼輪對磨時比與SiC盤對磨時的磨損量要小。郭治天等研究發現，干摩擦條件下，不銹鋼表面粗糙度對UHMWPE的摩擦磨損有較大影響。表面粗糙度在0.01μm<Ra<0.14μm之間時，磨損率有較小的值。這說明，在實驗所給條件下，存在合適的表面粗糙度范圍，使UHMWPE的磨損率最小，當粗糙度大于或小于這一范圍時，磨損率都增大。陳戰等在實踐中還總結出UHMWPE工程塑料的摩擦磨損性能與其分子量、填料等因素有關，并且受載荷、滑動速度、溫度、濕度等因素的影響：UHMWPE的耐磨性隨分子量的增大而提高，當分子量超過10⁶趨于穩定；UHMWPE的摩擦因數隨載荷的增大而降低，磨損量隨載荷的增大而呈折線增加；UHMWPE的摩擦因數隨滑動速度的增大而呈曲線變化：玻璃化溫度以下，UHMWPE的摩擦因數隨溫度的升高而變大；玻璃化溫度以上則變小；相對濕度對UHMWPE的摩擦因數影響很小，摩擦因數隨相對濕度的增大而略有降低。填料能有效地減小UHMWPE的摩擦和磨損。

從摩擦磨損機理方面分析，UHMWPE的摩擦磨損性能可通過變形與粘著兩方面來解釋。其中變形包括與發生摩擦的物體在接觸區的完全能量分散以及分子鏈間弱鍵的斷裂，而粘著作用主要取決于聚合物材料的分子相互作用力大小，其中摩擦熱對分子間作用力影響明顯。UHMWPE的熱導率非常低，摩擦界面上的熱量不易導出而引起溫度升高，容易導致分子結構受到破壞。作為摩擦學材料時，材料表面局部溫度的升高，導致材料硬度、剪切強度等機械性能的降低，引起摩擦系數的變化以及磨損量、磨痕寬度的增強。另外，由于粘彈性，UHMWPE作為摩擦學材料的抗蠕變性能差，蠕變與摩擦熱交互作用，摩擦磨損過程存在蠕變-摩擦-磨損-蠕變的復合摩擦磨損過程。

目前，滑動摩擦的摩擦磨損機理主要通過磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損以及腐蝕磨損等幾種磨損機理來解釋。通過粗糙表面與UHMWPE進行摩擦磨損，符合UHMWPE應用過程中的摩擦磨損形式與磨損機理。現有的對塑料耐磨性能進行評價的方法一般是采用國家標準“塑料滑動摩擦磨損試驗方法”(GB3960-83)，通過塑料與光滑表面對磨來進行耐磨性能測試，該方法耗時長，且無法評價UHMWPE等高耐磨性塑料的耐磨性能，對不同分子量以及不同品級的UHMWPE耐磨性能也區分不開。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種快速、簡易、合理的測試超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種測試超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法，其特征在于，該方法是在國家標準“塑料滑動摩擦磨損試驗方法”(GB3960-83)的基礎上，將膠粘有砂紙的摩擦環固定在MH-20型摩擦磨損試驗機上，固定摩擦環轉動速度，經樣品與摩擦環對磨，測試超高分子量聚乙烯的質量磨損量與磨痕寬度并計算體積磨損量、摩擦系數，獲得不同分子量、不同品級的超高分子量聚乙烯的耐磨性能。

所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量可以為100萬～1000萬。

所述的試樣包括不同型號的超高分子量聚乙烯板材或管材。

所述的試樣為廠家提供的板材、管材的檢驗產品，或為平板硫化機或螺桿擠出機制備的樣品。

所述的摩擦環膠粘的砂紙型號為280#～320#。