辐照交联及老化对GO/UHMWPE复合材料生物摩擦学性能的影响

采用改良Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),通过热压成型工艺制备了GO/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,在真空环境下采用γ射线对其进行辐照交联处理,并将部分样品置于80℃环境下加速老化处理21d。利用摩擦磨损实验机研究了复合材料在小牛血清润滑介质下的摩擦学性能;利用扫描电子显微镜(SEM)和三维表面轮廓仪观察试样表面磨痕并计算相应的磨损率。结果表明,在小牛血清润滑介质下,GO填充与辐照交联改性处理可以降低UHMWPE的摩擦因数和磨损率,协同提高其耐磨性,但对摩擦因数的影响并不显著。加速老化处理显著增加辐照UHMWPE及辐照GO/UHMWPE复合材料的摩擦因数和磨损率,降低了其摩擦磨损性能。GO填充降低了辐照UHMWPE在加速老化处理后摩擦因数和磨损率,增强了其摩擦学性能。     

增强改性UHMWPE材料在水润滑条件下的磨损性能研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于其优异的自润滑特性、较好的耐磨性和耐腐蚀性等性能,被认为是一种较为适合的水润滑条件下的摩擦副材料。为了提升超高分子量聚乙烯在水润滑条件下的耐磨损性能,采用填充氧化石墨烯(GO)和辐照处理改善UHMWPE的耐磨损性能。采用接触角测量仪对试样进行了接触角测量。采用摩擦磨损试验机在水润滑条件下研究了辐照前后UHMWPE和UHMWPE/GO复合材料的磨损性能,并利用场发射扫描电镜(SEM)观察磨损后表面形貌。结果表明,GO的加入降低了UHMWPE的接触角,辐照处理也使得UHMWPE和UHMWPE/GO复合材料的接触角降低,提高了材料的湿润性;水润滑条件下,GO填充和辐照处理都能够提高UHMWPE的耐磨性,并且两者的共同作用可以得到抗磨损性能更优的辐照UHMWPE/GO复合材料。     

VE扩散对加速老化辐照GO/UHMWPE复合材料生物摩擦学性能的影响

采用热压成型结合低温扩散(120℃)的方法制备了维生素E(VE)-辐照氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料，并且，采用加速老化的方法(80℃,21 d)对其进行了进一步处理。利用摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜(SEM)等仪器研究了复合材料生物摩擦学性能的变化，计算摩擦因数和磨损率，分析了磨痕表面形貌及减摩耐磨机理。研究结果表明，加速老化处理后，复合材料的摩擦因数和磨损率分别增大了87.4%和99.5%,生物摩擦学性能明显降低；当加速老化处理过程中存在VE时，复合材料的摩擦因数和磨损率分别降低了33.7%和26.4%,生物摩擦学性能得到显著改善；加速老化处理导致复合材料表面出现疲劳磨损和磨粒磨损2种磨损形式，而VE具有明显的减摩作用。     

GO填充与老化处理对辐照交联UHMWPE/VE复合材料分子结构的影响

采用改良Hummers工艺制备了氧化石墨烯(GO),通过超声分散、液相球磨混合与热压成型工艺制备了超高摩尔质量聚乙烯/维生素E/GO(UHMWPE/VE/GO)纳米复合材料,在真空环境下采用γ射线对其进行辐照改性处理,并将部分样品置于80℃环境下热氧老化处理21 d。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了GO在UHMWPE/VE复合材料基体中的分散性,通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、示差扫描量热计(DSC)与凝胶含量实验对样品分子结构进行表征。研究结果表明,GO均匀地分散于UHMWPE/VE复合材料基体中;GO填充提高了辐照交联UHMWPE/VE复合材料的结晶度;GO填充略微降低了材料的凝胶含量;老化处理对辐照交联UHMWPE/VE/GO复合材料的分子结构未有明显影响。     

氧化石墨烯/超高摩尔质量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用改进的Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),采用溶液共混法制备出氧化石墨烯/超高摩尔质量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料。研究了GO/UHMWPE复合材料的拉伸力学性能和摩擦磨损性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的磨损表面,并对其磨损机理进行分析。结果表明,GO的添加提高了GO/UHMWPE复合材料的屈服强度和拉伸强度,降低了其断裂伸长率,其中,当GO质量分数为0.1%时效果最佳;GO填料改善了UHMWPE的抗磨损性能,当GO质量分数为0.1%时,磨损率最低,相比未填充时降低了38.5%。     

UHMWPE的接枝改性及其与Nano-PTFE复合材料的摩擦学性能

通过紫外光引发聚合将全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯共聚物(PFAMAE)单体接枝到超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)上,制备出超高摩尔质量聚乙烯接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯共聚物(UHMWPE-g-PFAMAE)。再采用热压成型法制备出UHMWPE-g-PFAMAE/纳米聚四氟乙烯(nano-PTFE)复合材料。采用红外光谱(FTIR)对接枝前后的UHMWPE进行表征,并借助磨损试验机和扫描电子显微镜(SEM)考察了UHMWPE、UHMWPE-g-PFAMAE和UHMWPE-g-PFAMAE/nano-PTFE复合材料的摩擦学性能和机理。结果表明,PFAMAE单体已成功接枝到UHMWPE上;与纯UHMWPE相比,UHMWPE-g-PFAMAE的摩擦因数和磨损率均明显减小;在UHMWPE-g-PFAMAE中加入nano-PTFE后,复合材料的摩擦因数和磨损率进一步降低,当nano-PTFE质量分数为1%时,复合材料的性能最佳。接枝改性有效抑制了纯UHMWPE的磨粒磨损和塑性变形,加入适量的nano-PTFE,UHMWPE-g-PFAMAE/nano-PTFE复合材料仅表现为轻微的疲劳磨损。     

SBF氧化降解对辐照交联GO/VE/UHMWPE复合材料结构和力学性能的影响

采用氧化石墨烯(GO)增强、维生素E (VE)混入超高分子量聚乙烯(UHMWPE)基底材料,通过模压成型工艺制备GO/VE/UHMWPE复合材料,在真空环境下进行γ射线辐照处理,并将部分样品置于模拟体液(SBF)中浸泡6个月。采用差示扫描量热仪(DSC)分析浸泡前后样品的热学性能;利用摩擦试验机(MFT-5000)研究试样力学性能的变化。研究结果表明,辐照交联和GO填充均显著提高试样的结晶度,球压痕硬度和划痕系数;长期浸泡会提高试样的表面结晶度; VE混入和GO填充降低SBF对UHMWPE的氧化降解速率。     

填料填充UHMWPE交联塑料磨粒磨损性能研究

本文采用二氧化硅、炭黑和还原铁粉三种填料对UHMWPE交联体系进行填充改性,采用模压烧结成型法制备了改性UHMWPE交联塑料,实验结果表明:三种填料对磨损率的影响比较一致,当二氧化硅含量6%、炭黑含量8%、还原铁粉含量2%时,磨粒磨损率最小。在磨粒磨损实验中,还原铁粉的含量对磨粒磨损率的影响最大。     

Gamma辐照及加速老化对PE-UHMW/GO 纳米复合材料干摩擦磨损性能的影响

采用超声分散,球磨混合和热压成型制备超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/氧化石墨烯(GO)纳米复合材料,并对其进行Gamma辐照和加速老化处理。采用万能材料试验机测试复合材料的压缩强度,采用摩擦磨损试验机测试复合材料的干摩擦磨损性能。结果表明,辐照的PE-UHMW/GO的压缩强度比未辐照的PE-UHMW/GO增加6.109%,辐照+加速老化的PE-UHMW/GO的压缩强度比辐照的PE-UHMW/GO下降14.747%。GO和辐照增加了PE-UHMW的平均摩擦系数,辐照+加速老化的PE-UHMW/GO的平均摩擦系数最大,其值为0.168。添加GO和辐照降低了PE-UHMW的平均磨损率,辐照的PE-UHMW/GO的平均磨损率最低,为1.666×10-4mm3/(N·m);辐照+加速老化增加了PE-UHMW的平均磨损率,GO能抑制PE-UHMW磨损性能降低。辐照与辐照+加速老化的PE-UHMW/GO的磨损形式主要是疲劳磨损,而辐照+加速老化的PE-UHMW的磨损形式主要为磨粒磨损。     

PTFE复合材料力学性能及摩擦磨损机理的研究

研究了锡青铜粉不同含量的聚四氟乙烯（PTFE）复合材料的摩擦磨损性能,以及添加后对其力学性能的影响,并研究不同润滑介质下的摩擦磨损机理。结果表明：填充锡青铜粉后材料密度增大,邵氏硬度变大,拉伸强度下降;磨损率大幅下降;磨损过程以疲劳磨损为主,在干摩擦条件下伴有磨粒磨损。     

不同表面改性对竹纤维/超高分子量聚乙烯复合材料摩擦学性能的影响

采用不同浓度氢氧化钠(Na OH)溶液对竹纤维(BF)的表面碱预处理,再使用硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)三种不同表面改性后,与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉料共混,通过模压成型工艺制备BF/UHMWPE复合材料。借助傅立叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)研究改性前后BF的化学结构和热稳定性变化,使用摩擦磨损试验机测试三种不同表面改性BF增强UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能,通过扫描电镜(SEM)观察改性前后BF的表面结构及复合材料的摩擦表面形貌并分析磨损机理。结果表明,10%NaOH和KH550协同改性能有效改善BF与UHMWPE的界面相容性,此时制备的复合材料干滑动摩擦因数为0. 11,磨损率较纯UHMWPE下降了46%,耐磨性显著提高,表现为轻微的疲劳磨损。     

钛酸钾品须填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能研究

用钛酸钾晶须(PTW)对超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)进行填充改性,考察了复合材料的摩擦磨损性能,研究了其结晶情况,观察了磨损表面形貌并分析了其机理.结果表明随着PTW用量的增加,复合材料的硬度、结晶度以及维卡软化点都有所增大.PTW提高了复合材料的耐磨性,但摩擦系数有所上升.PTW的加入使得UHMWPE的磨损机理从黏着磨损和塑性变形改变成疲劳磨损和轻微的塑性变形,提高了其抗磨粒磨损的性能.     

钛酸钾晶须填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能研究

用钛酸钾晶须（PTW）对超高摩尔质量聚乙烯（UHMWPE）进行填充改性，考察了复合材料的摩擦磨损性能，研究了其结晶情况，观察了磨损表面形貌并分析了其机理。结果表明：随着PTW用量的增加，复合材料的硬度、结晶度以及维卡软化点都有所增大。PTW提高了复合材料的耐磨性，但摩擦系数有所上升。PTW的加入使得UHMWPE的磨损机理从黏着磨损和塑性变形改变成疲劳磨损和轻微的塑性变形，提高了其抗磨粒磨损的性能。     

GO填充对辐照交联UHMWPE/VE复合材料吸水率及润湿性的影响

通过热压成型工艺制备了超高分子量聚乙烯/维生素E/氧化石墨烯(UHMWPE/VE/GO)复合材料,随后在真空环境下采用γ射线对其进行辐照交联处理,采用红外光谱仪分析了复合材料的分子结构,并利用接触角测量仪测定不同液体在复合材料表面的接触角,分析了其表面润湿性,进而计算出复合材料的表面自由能,同时分析了复合材料吸水率的变化。结果表明:GO填充对辐照处理前后UHMWPE/VE复合材料的分子结构未产生明显影响,GO的添加略微提高了UHMWPE/VE复合材料的吸水率,显著提升了复合材料的润湿性及表面能。     

PHB与纳米Cu对PTFE/GF复合材料摩擦学性能的影响

考察了聚苯酯(PHB)与纳米铜(Cu)协同改性对聚四氟乙烯/玻纤(PTFE/GF)复合材料摩擦磨损性能的影响,探讨了复合材料的磨损表面形貌及磨损机理.结果表明,当PHB质量分数为6％时,PTFE/GF/PHB复合材料的摩擦因数最低,达到0.175,但磨损率较大,为6.84×10-6mm3/(N·m).在此基础上,采用PHB与纳米Cu复合改性PTFE/GF复合材料,当纳米Cu质量分数为0.3％和PHB质量分数为6％时,复合材料的摩擦学性能最佳,摩擦因数为0.194,磨损率仅为1.60×10-6mm3/(N·m).纳米Cu的加入使复合材料的摩擦因数能较早达到平稳阶段.SEM分析表明,PTFE/GF复合材料表现为严重的磨粒磨损,磨损表面出现深且宽的犁沟;与PTFE/GF复合材料相比,PTFE/GF/PHB复合材料磨粒磨损得到极大改善,磨粒磨损程度大大减小;PTFE/GF/6％ PHB/0.3％纳米Cu复合材料的磨损面更加光滑平整,表现为极轻微的磨粒磨损,耐磨性最好.     

纳米SiO_2填充改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

通过冷压烧结成型工艺制备了纳米二氧化硅(SiO_2)填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,探究了不同添加比例的纳米SiO_2/PTFE复合材料在不同转速下摩擦磨损情况。采用三维视频显微镜观察了样品的表面磨痕深度,借助扫描电镜观察摩擦表面形貌并分析磨损机理。结果表明,填充纳米SiO_2后的PTFE复合材料其摩擦因数虽有一定程度的升高,但其体积磨损率却大幅降低。且当纳米SiO_2填充质量分数为5%时,复合材料的体积磨损率降到最低,并在转速为80 r/min时较纯PTFE降低了89.5%。观察分析微观形貌发现,随着纳米SiO_2含量的增大,复合材料的磨损机理逐渐由犁耕磨损和黏着磨损向磨粒磨损转变,且当纳米SiO_2填充含量为10%时,出现轻微的疲劳磨损。     

纳米Al_2O_3填充超高分子量聚乙烯的生物摩擦磨损性能研究

用纳米Al2O3对人工关节软骨UHMWPE进行填充改性,在生理盐水润滑条件下,评价了其摩擦磨损性能。结果表明,纳米Al2O3的加入,在一定程度上提高了UHMWPE的硬度,与钛合金对磨时的摩擦系数随Al2O3含量(<10%)的增加而增加;与不锈钢对磨时,摩擦系数有所增加;不同Al2O3含量(<10%)的UHMWPE,磨损率比纯UHMWPE低。纯UHMWPE的磨损表现为明显的犁沟以及塑性变形,加入纳米Al2O3的UHMWPE的磨损主要表现为磨粒磨损和轻微的塑性变形。     

润滑条件对PTFE复合材料摩擦学性能的影响

对3种聚四氟乙烯复合材料与45#钢和表面阳极氧化铝合金配副进行了摩擦性能测试,测定了不同润滑条件下聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能。用扫描电子显微镜观察了聚四氟乙烯复合材料与表面阳极氧化铝合金摩擦磨损后的表面形貌。结果表明:在油润滑条件下,聚四氟乙烯复合材料摩擦因数和磨痕宽度最小,在干摩擦条件下,聚四氟乙烯复合材料摩擦因数最大;在水润滑条件下,聚四氟乙烯复合材料磨痕宽度最大;在油润滑条件下,摩擦表面可形成均匀连续的转移膜和润滑油膜,表面光滑,从而降低了磨损。     

锡青铜粉改性PTFE复合材料对铝合金摩擦磨损性能的研究

通过添加锡青铜粉对聚四氟乙烯(PTFE)材料进行改性,探讨了复合材料在干摩擦和油润滑条件下与铝合金和阳极氧化铝合金的磨损机理。结果表明:填充锡青铜粉后,复合材料对铝合金在干摩擦和油润滑条件下的磨损加剧,拉伤了对偶,磨损以磨粒磨损和疲劳磨损为主;复合材料对阳极氧化铝合金在油润滑条件下耐磨性能有所改善,在干摩擦条件下,锡青铜粉从基体料中脱落,对偶表面出现了较深的犁沟,磨损以磨粒磨损和粘着磨损为主。     

不同摩擦环境下GO/UHMWPE复合材料摩擦学行为研究

为推动超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在医学材料领域的应用,通过模压成型法制备氧化石墨烯(GO)/UHMWPE复合材料,并在干摩擦环境、去离子水及小牛血清中研究复合材料摩擦学行为。结果表明,随着GO的添加,复合材料的硬度明显增加。复合材料的摩擦系数在干摩擦过程中最大,去离子水过程中次之,小牛血清中最小。此外,同样条件下,GO/UHMWPE复合材料摩擦系数均比纯UHM WPE的大。三种条件下,磨损率与摩擦系数呈现相同的趋势,但是同样条件下,GO/UHMWPE复合材料磨损率明显小于纯UHM WPE。最后结合磨痕表面微观形貌,揭示不同摩擦环境下材料的磨损机制。