一种测试超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种测试超高分子量聚乙烯耐磨性能的方法，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。 与现有技术相比，本发明专利技术具有快速、简易、合理等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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 0.1[im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弁钢轮 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 0.01^iriKRa0.14^im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3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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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#。 所述的摩擦环以200r/min的转速对磨200 1500r。所述的质量磨损量、磨痕宽度以及体积磨损量、摩擦系数通过多次测试计 算平均值，然后进行比较或进行相对值的比较得出超高分子量聚乙烯的耐磨性 能。与现有技术相比，本专利技术在塑料滑动摩擦磨损试验方法的基础上，使 UHMWPE与粗糙表面进行滑动摩擦磨损，测试在MH-20型摩擦磨损试验机上 进行，经处理后的UHMWPE标准样与摩擦环进行滑动摩擦，摩擦环上胶粘有 型号在280#~320#的砂纸，摩擦环转动速度固定在200r/min，摩擦圈数在 200 1500r。在国家标准"塑料滑动摩擦磨损试验方法"(GB3960-83)的基础上， 通过改进MH-20型摩擦磨损试验机用摩擦环，测试UHMWPE的质量磨损量与 磨痕宽度，评价不同分子量UHMWPE耐磨性能的差异，具有快速、合理的评 价UHMWPE板材料、管材料的耐磨性能等优点。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但不是限制本专利技术的范围。 本专利技术对试验中的摩擦介质、载荷、摩擦环转动速度等因素尽量与 GB3960-83所要求的保持一致，而摩擦副的粗糙程度对测试样品的磨损量有较 大影响，考虑到UHMWPE耐磨材料在实际应用中的摩擦磨损形式及其磨损机 理，通过改进MH-20型摩擦磨损试验机用摩擦环，测试UHMWPE的磨损量、 磨痕宽度，并判断不同分子量UHMWPE耐磨性能的差异。所述的GB3960-83各项标准包括摩擦磨损定义、试样、试验设备、状态调 节、试验条件、试验步骤、结果计算等除提到的摩擦环表面粗糙度发生改变外， 其余各项均适用于本专利技术方法。GB3960-83试验条件中涉及到的对磨2小时调整为摩擦环以200r/min的转速对磨200~1500r。耐磨性能评价可进行UHMWPE 不同测试样品绝对值比较，即测量后直接进行质量磨损量、磨痕宽度等指标的 比较，也可以进行相对值的比较。相对值比较可抵消并避免一些不可控因素诸 如摩擦副、摩擦环境等的变化对试验结果的影响，其方法是设定标准样条，每 次进行样条测试时，首先测试标准样条的磨损量与磨痕宽度，然后样条的测试 结果与标准样条的测试结果进行对比，通过相对值比较不同样条的耐磨性能。采用粗糙的砂纸与UHMWPE进行摩擦磨损研究，摩擦力度大，在摩擦磨 损初期以磨粒磨损为主，跑合期、稳定期短，甚至不明显，如在摩擦环上胶粘 280#砂纸，当进行250r摩擦时，UHMWPE的摩擦磨损特征明显，早已经达到 加速期。磨粒磨损的过程是硬质砂粒对UHMWPE光滑表面通过微刨犁、微剪 切和微切割作用把材料撕裂下来，同时在摩擦表面形成裂纹，摩擦磨损500r 时，UHMWPE表面因硬质颗粒的切削而脱落形成凹坑。同时，两摩擦表面生 热本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新威，张炜，张玉梅，洪尉，夏晋程，
申请(专利权)人：王新威，张炜，张玉梅，洪尉，夏晋程，
类型：发明
国别省市：31