[发明专利]一种超高分子量聚乙烯耐磨性能的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯的物化性能测试，尤其是涉及一种超高分子量聚乙烯耐磨性能的测试方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有普通聚乙烯及其它工程塑料不可比拟的耐磨性能，耐磨性居现存塑料之冠。目前评价UHMWPE的耐磨性能的装置有滑动磨损试验机、销-盘摩擦磨损试验机、砂浆磨损试验机三大类。砂浆磨损试验机为自由磨料式磨损试验机，试样在旋转过程中通过与砂浆中自由悬浮的磨料的冲撞作用而产生磨损。

研制特种新材料，必须有技术先进、方法可靠、测试精度高的材料耐磨性试验设备和评定方法。只有当材料耐磨性测试能够模拟和真实反映易损件的实际工况、测试数据具有高精度和高可靠性时，才有可能优选出综合性能优良、性能价格比高、满足特殊使用要求的耐磨材料。

Walley等模拟应用现场，设计了气流喷砂型冲蚀实验装置。研究结果表明，冲蚀磨损主要取决于操作参数(冲击速度、入射角、冲击时间等)、冲蚀粒子的性质(形状、硬度、粒子大小)和材料的性质三个因素。

王乙潜等对UHMWPE进行冲蚀实验时发现：冲蚀角不同，磨损率差别很大。冲蚀磨损有滑动、正面撞击和倾斜冲击三种形式。冲蚀角，是指测试样品表面与入射粒子轨迹之间的夹角。当冲蚀角为0°时，物料在材料表面滑动，产生水平方向的切削力，材料表面的磨损主要是研磨磨损，只有很轻微的撞击；当冲蚀角为90°时，物料颗粒垂直正面撞击材料表面形成凹坑，造成材料疲劳；当冲蚀角在0°-90°之间时，冲击形式为倾斜冲击，其冲击力可分解为垂直方向的撞击分力和水平方向的切削分力。此时，材料表面产生的磨损既有研磨磨损也有撞击磨损，因此既使材料表面研磨也使材料产生疲劳。当冲蚀角变大时，主要是撞击磨损，磨损率较低；当冲蚀角在15-30°范围内时，磨损率显著。

冲蚀角对测试样品冲蚀率的影响得出以下三角函数式：

E＝K(Asinα)n₁·(B-Csinα)n₂

式中，E(mm³/kg)是体积冲蚀率，α为冲蚀角，K，A，B，C，n₁，n₂是由冲蚀条件决定的系数。

由上式可看出，体积冲蚀率是由两部分组成，一部分是与冲击能量的垂直分量和塑性变形有关的参数，另一部分是与水平微切削机制有关的参数。

冲蚀角与冲蚀率之间的关系还可表现为ε＝A′cos2α·sin(nα)+B′sin2α式中，ε为冲蚀率，α为冲蚀角，n，A′，B′为常数。典型的脆性材料A′＝0，塑性材料B ′＝0，n＝π/2α。因为对于典型的塑性材料，在低冲击角时(15-30°)，材料流失方式除了裂纹扩展和脆性断裂，还有一定的切削作用。

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设备简单、成本低、能克服试验误差的超高分子量聚乙烯耐磨性能的测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超高分子量聚乙烯耐磨性能的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将装有超高分子量聚乙烯粉料的模具置于平板硫化机中，控制温度为210℃，预热5-15min，预热压力为5MPa，再将压力增加到10MPa进行全压，全压时间为30min，然后以15℃/min的冷却速率进行冷却，在温度为40℃时出模，得到样板，超高分子量聚乙烯板材或管材通过裁切得到样板；

(2)用酒精棉球擦洗样板，再将样板置于红外干燥箱中烘干并称重；

(3)将样板固定在砂浆试验机的固定夹具上，砂浆试验机内装有石英砂及水混合成的研磨砂浆，控制固定夹具的转速为1000-1400rpm，进行磨损试验3h；

(4)磨损试验结束后，将磨损后的样板取出，用酒精棉球擦洗样板，再将样板置于红外干燥箱中烘干并称重，计算重量磨损率，然后重复三个样板进行计算，得到平均磨损率。

所述的步骤(1)中超高分子量聚乙烯的粘均分子量为100-1000万。

所述的步骤(1)中样板形状为矩形，前部开有圆形开口。

所述的步骤(2)及步骤(4)中红外干燥箱的烘干温度为80-120℃。

所述的步骤(3)中砂浆试验机外侧设有冷却夹套，控制研磨砂浆的温度不超过23℃。

所述的步骤(3)中石英砂与水的重量比为2.5∶1。

所述的步骤(3)中石英砂经分筛处理后得到的规格为16-20目。

所述的步骤(3)中固定夹具为圆盘状，中间设有螺孔连接旋转杆，固定夹具的外圈上设有6个螺钉，样板通过螺钉固定在固定夹具上。