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填料改性超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

作　者: 袁楠
导　师: 熊党生
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: 超高分子量聚乙烯复合材料填充改性摩擦磨损
分类号: TQ325.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 436次
引　用: 4次
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内容摘要

超高分子量聚乙烯被广泛用作全关节置换构件的承载材料已有超过35年的历史。然而在UHMWPE人工关节的长期使用中，磨屑已成为其失效的主要因素。本文分别以纳米ZrO₂、纳米SiO₂、微米PTFE粉末对UHMWPE进行填充改性。重点研究了颗粒填充对UHMWPE的摩擦磨损性能的影响。本文以模压法研制了UHMWPE及其填充改性复合材料，利用红外光谱测试来研究改性前后UHMWPE的分子结构的变化，并测量样品的洛氏硬度和接触角，为复合材料摩擦磨损的研究提供参考依据。磨损实验分别以蒸馏水、生理盐水和小牛血清为润滑条件，对磨面材料采用CoCrMo合金和Si₃N₄陶瓷，考察填充颗粒含量、填充颗粒粒径大小、填充颗粒种类以及摩擦副对UHMWPE及其复合材料摩擦磨损性能的影响，通过分析摩擦过程、计算磨损率和观察磨损表面形貌来综合分析UHMWPE的磨损行为。实验结果表明，适量的颗粒填充使UHMWPE的硬度和润湿性都有所提高。摩擦磨损实验表明，填充改性后UHMWPE的磨损率减小。填充不同粒径纳米颗粒时，较大粒径的纳米粒子对UHMWPE磨损改善较好；纳米颗粒的表面处理对UHMWPE的摩擦磨损性能影响不大，填充经偶联剂KH570处理的纳米粒子剂量较少时，对UHMWPE耐磨性改善较好。摩擦副为CoCrMo合金环时，填充2％ZrO₂-02的复合材料耐磨性改善最佳。摩擦副为Si₃N₄陶瓷环时，填充3％SiO₂-03的复合材料耐磨性最好。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-20
  1.1 UHMWPE的结构与性能  8-9
  1.2 UHMWPE的应用  9
  1.3 UHMWPE的摩擦磨损改性研究  9-11
  1.4 填充改性UHMWPE的摩擦学研究  11-15
    1.4.1 无机填料改性UHMWPE的摩擦学研究  11-13
    1.4.2 有机填料改性UHMWPE的摩擦学研究  13-15
  1.5 UHMWPE摩擦磨损性能的影响因素  15-17
  1.6 本文的设计思路及理论背景  17-20
第二章 UHMWPE及其复合材料的研制  20-26
  2.1 实验材料  20-22
    2.1.1 超高分子量聚乙烯  20
    2.1.2 纳米ZrO_2与纳米SiO_2  20-21
    2.1.3 聚四氟乙烯  21-22
  2.2 试样制备  22-26
    2.2.1 实验设备  22
    2.2.2 制样机理  22-23
    2.2.3 制备方法  23-26
第三章 UHMWPE及其复合材料性能测试  26-32
  3.1 红外吸收光谱测试  26
  3.2 塑料洛氏硬度的测定  26-27
  3.3 接触角测定  27-28
  3.4 摩擦磨损性能测试  28-32
    3.4.1 实验设备  28-29
    3.4.2 摩擦副  29-30
    3.4.3 润滑剂  30
    3.4.4 磨损率的测量  30-31
    3.4.5 磨痕表面形貌检测  31-32
第四章 UHMWPE基复合材料的结构、硬度及润湿性  32-38
  4.1 红外吸收光谱测试  32-35
    4.1.1 简介  32
    4.1.2 红外光谱法的基本原理  32-33
    4.1.3 实验结果分析  33-35
  4.2 硬度结果讨论  35-37
  4.3 浸润性结果讨论  37-38
第五章 UHMWPE基复合材料的摩擦磨损性能  38-62
  5.1 引言  38
  5.2 实验结果讨论  38-62
    5.2.1 纳米ZrO_2填充UHMWPE复合材料  38-44
      5.2.1.1 摩擦系数  38-42
      5.2.1.2 磨损率  42-44
    5.2.2 纳米SiO_2填充UHMWPE复合材料  44-49
      5.2.2.1 摩擦系数  44-47
      5.2.2.2 磨损率  47-49
    5.2.3 PTFE填充UHMWPE复合材料  49-52
      5.2.3.1 摩擦系数  49-51
      5.2.3.2 磨损率  51-52
    5.2.4 填料种类对UHMWPE摩擦磨损性能的影响  52-54
      5.2.4.1 摩擦系数  52-53
      5.2.4.2 磨损率  53-54
    5.2.5 ZrO_2+PTFE／UHMWPE混杂复合材料的摩擦磨损性能研究  54-55
    5.2.6 磨损机理研究  55-62
      5.2.6.1 引言  55-56
      5.2.6.2 磨损表面形貌分析  56-62
第六章结论  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士期间发表的论文  68

填料改性超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

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