项目名称: 薄膜拉伸-层压构筑取向CNT/UHMWPE纳米复合材料及其耐磨特性研究

项目编号: No.51503021

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 余小峰

作者单位: 长沙理工大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 高应力作用下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)所表现出的低耐磨性是限制其服役寿命的关键问题。本项目通过薄膜热拉伸工艺来调控碳纳米管(CNTs)在UHMWPE中的取向排列,再经薄膜层压工艺来组装CNT浓度与取向程度可控的CNT/UHMWPE纳米复合材料,从而提高其耐磨性。通过研究CNT/UHMWPE纳米复合材料在薄膜拉伸-层压工艺中的形态、结构演变,探索CNTs在聚合物基体中取向排列的调控机制;研究磨损过程中材料形态、结构及组分变化,揭示CNT/UHMWPE纳米复合材料取向结构在磨损行为中的作用机理,进而用于指导高耐磨的CNT/UHMWPE制品的制备。本项目不仅为制备CNT/聚合物纳米复合材料高耐磨制品提供了新思路,还有助于丰富和发展聚合物纳米复合材料的摩擦学理论,同时对发展其它聚合物纳米功能复合材料也具有重要的借鉴意义。

中文关键词: 取向;碳纳米管;超高分子量聚乙烯;薄膜层压;耐磨性

英文摘要: The poor wear resistance of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) under long-term high stress is the key hindrance of extending the part service life. In this project, a novel method based on the orientation construction of carbon nanotubes (CNTs) after being mixed with UHMWPE, is developed to improve the wear performance of UHMWPE. In this method, firstly the extruded casting CNT/UHMWPE film is hot-stretched to construct the orientation of CNTs dispersed in the PE film, then the films of different orientation structure and component percent of CNTs are collected and stacked together layer by layer, during which the sequence and the direction of the films can be changed by the design. The stacking films with designed sequences are hot compacted under pressure and the CNT/UHMWPE part is fabricated with the desired outstanding wear performance. To discover the regulation mechanism of the CNTs orientation structure in the UHMWPE, the morphology and structure development of the CNT/UHMWPE nanocomposites during the film hot-stretching and film stacking process will be investigated in detail. Furthermore, the morphology, structure and the composition of the CNT/UHMWPE nanocomposites during the wear process will be studied to reveal the working mechanism of the oriented structure on improving the wear performance, which is expected to direct the preparation of the CNT/UHMWPE parts with high wear resistance. The approval of this project will not only provide a new way to producing the CNT/polymer parts with high wear performance, but also contribute to the development of the tribological theory on the polymer nanocomposites, having a great significance for reference to other functional polymer nanocomposites as well.

英文关键词: orient;CNT;UHMWPE;film stacking;wear resistance

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