[发明专利]一种测试超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料检测评价领域，具体涉及一种测试超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是分子量在100万～400万甚至更高的聚乙烯，由于其分子链长，分子量极高，具有其它树脂所不具有的一些优异品质，如耐冲击、耐磨损、自润滑、耐化学腐蚀、耐低温等。UHMWPE是目前已发现的耐磨性能最好的塑料，并超过某些金属材料，所以其板材、管材广泛应用于石油、煤炭、矿山、冶金、热电、选矿、粮食加工等行业的长距离输送。

UHMWPE的耐磨性用一般塑料磨耗实验法难以便捷的测试其耐磨程度。目前，塑料摩擦磨损性能评价主要采用滑动摩擦磨损试验。D.Dowson等对UHMWPE在干摩擦状态下与不锈钢摩擦副的磨损进行研究，在不锈钢的表面粗糙度为0.05～0.1μm时，UHMWPE的磨损量最小。Imado等发现在相同条件下，UHMWPE磨损率对负荷敏感性不大，但对滑动过程的敏感性很大。何春霞进行了UHMWPE滑动磨损试验研究，考察了对磨钢轮的粗糙度、对磨时间及载荷对磨损量和摩擦系数的影响。结果表明：在相同试验条件下，UHMWPE与45#钢轮对磨时比与SiC盘对磨时的磨损量要小。郭治天等研究发现，干摩擦条件下，不锈钢表面粗糙度对UHMWPE的摩擦磨损有较大影响。表面粗糙度在0.01μm<Ra<0.14μm之间时，磨损率有较小的值。这说明，在实验所给条件下，存在合适的表面粗糙度范围，使UHMWPE的磨损率最小，当粗糙度大于或小于这一范围时，磨损率都增大。陈战等在实践中还总结出UHMWPE工程塑料的摩擦磨损性能与其分子量、填料等因素有关，并且受载荷、滑动速度、温度、湿度等因素的影响：UHMWPE的耐磨性随分子量的增大而提高，当分子量超过10⁶趋于稳定；UHMWPE的摩擦因数随载荷的增大而降低，磨损量随载荷的增大而呈折线增加；UHMWPE的摩擦因数随滑动速度的增大而呈曲线变化：玻璃化温度以下，UHMWPE的摩擦因数随温度的升高而变大；玻璃化温度以上则变小；相对湿度对UHMWPE的摩擦因数影响很小，摩擦因数随相对湿度的增大而略有降低。填料能有效地减小UHMWPE的摩擦和磨损。

从摩擦磨损机理方面分析，UHMWPE的摩擦磨损性能可通过变形与粘着两方面来解释。其中变形包括与发生摩擦的物体在接触区的完全能量分散以及分子链间弱键的断裂，而粘着作用主要取决于聚合物材料的分子相互作用力大小，其中摩擦热对分子间作用力影响明显。UHMWPE的热导率非常低，摩擦界面上的热量不易导出而引起温度升高，容易导致分子结构受到破坏。作为摩擦学材料时，材料表面局部温度的升高，导致材料硬度、剪切强度等机械性能的降低，引起摩擦系数的变化以及磨损量、磨痕宽度的增强。另外，由于粘弹性，UHMWPE作为摩擦学材料的抗蠕变性能差，蠕变与摩擦热交互作用，摩擦磨损过程存在蠕变-摩擦-磨损-蠕变的复合摩擦磨损过程。

目前，滑动摩擦的摩擦磨损机理主要通过磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损以及腐蚀磨损等几种磨损机理来解释。通过粗糙表面与UHMWPE进行摩擦磨损，符合UHMWPE应用过程中的摩擦磨损形式与磨损机理。现有的对塑料耐磨性能进行评价的方法一般是采用国家标准“塑料滑动摩擦磨损试验方法”(GB3960-83)，通过塑料与光滑表面对磨来进行耐磨性能测试，该方法耗时长，且无法评价UHMWPE等高耐磨性塑料的耐磨性能，对不同分子量以及不同品级的UHMWPE耐磨性能也区分不开。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速、简易、合理的测试超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种测试超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法，其特征在于，该方法是在国家标准“塑料滑动摩擦磨损试验方法”(GB3960-83)的基础上，将胶粘有砂纸的摩擦环固定在MH-20型摩擦磨损试验机上，固定摩擦环转动速度，经样品与摩擦环对磨，测试超高分子量聚乙烯的质量磨损量与磨痕宽度并计算体积磨损量、摩擦系数，获得不同分子量、不同品级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为100万～1000万。

所述的试样包括不同型号的超高分子量聚乙烯板材或管材。

所述的试样为厂家提供的板材、管材的检验产品，或为平板硫化机或螺杆挤出机制备的样品。

所述的摩擦环胶粘的砂纸型号为280#～320#。