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摘 要

超高分子量聚乙烯有着众多的优异特性，在水润滑轴承领域使用非常广泛，为了进一步改善超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能，在超高分子量聚乙烯中加入剑麻纤维得到超高分子量聚乙烯改性材料。本研究主要是对相同工况下，不同质量百分比剑麻纤维/超高分子量聚乙烯改性材料的摩擦学性能进行探究。建立改性材料中剑麻纤维的质量百分比与复合材料摩擦学性能的对应关系。为超高分子量聚乙烯改性材料的实际工程应用提供试验基础。

本试验主要使用CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机、烘箱、电子天平、超景深三维显微镜、轮廓仪等实验设备，探究了在压力0.9MPa，转速50r/min的工况下，以蒸馏水为润滑介质，向超高分子量聚乙烯材料中分别加入质量百分比为0%、10%、20%、30%的剑麻纤维后所得到的超高分子量聚乙烯改性材料的吸水率、润滑性、耐磨性等摩擦学性能。

试验结果表明：向超高分子量聚乙烯中加入剑麻纤维得到的超高分子量聚乙烯改性材料摩擦学性能有明显的提高，但并不是剑麻纤维质量百分比越高材料的摩擦学性能越好。在本次试验工况下，剑麻纤维质量百分比为10%、20%的改性超高分子量聚乙烯材料摩擦学性能较好。实际使用时，应根据不同工况和使用需求，对超高分子量聚乙烯改性材料中剑麻纤维含量进行优化设计。

关键词：超高分子量聚乙烯；改性材料；剑麻纤维；摩擦学性能；水润滑

ABSTRACT

UHMWPE has many excellent properties and is widely used in the field of water lubrication. In order to further improve the friction and wear properties of UHMWPE, the modified material of UHMWPE is obtained by adding sisal fiber to UHMWPE. This study is mainly to investigate the tribological properties of sisal fiber / ultra-high molecular weight polyethylene modified materials under the same working conditions. the corresponding relationship between the mass percentage of sisal fiber in the modified materials and the tribological properties of the composites was established. To provide experimental basis for the practical engineering application of UHMWPE modified materials.

The main test Using CBZ-1 ship shafting friction and wear testing machine, oven, electronic balance, ultra-depth three-dimensional microscope, profilometer and other experimental equipment, the tribological properties of ultra-high molecular weight polyethylene modified material obtained by adding mass percentage of 0%,10%,20% and 30% of sisal fiber to ultra-high molecular weight polyethylene modified material under the condition of pressure 0.9 MPa, rotating speed 50 r/min were investigated.

The experimental results showed that the modified material of UHMWPE was obtained by adding sisal fiber to UHMWPE erasure performance has significantly improved, but it is not that the higher the mass percentage of sisal fiber, the better the tribological performance of the material. Under this test condition, the tribological properties of modified ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) materials with 10% and 20% mass of sisal fiber are better. In practical use, the content of sisal fiber in UHMWPE modified materials should be optimized according to different working conditions and requirements.

KEY WORDS: UHMWPE; modified material; sisal fiber; tribology performance; water lubrication

目 录

第一章 绪论 1

1.1选题目的及意义 1

1.2国内外的研究现状分析 1

1.2.1国外研究现状分析 2

1.2.2国内研究现状分析 3

1.3研究内容 5

第二章 试验 6

2.1试验材料 6

2.1.1剑麻纤维 6

2.1.2超高分子量聚乙烯 6

2.1.3复合材料 6

2.2实验设备 7

2.2.1CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机 7

2.2.2烘箱 7

2.2.3电子天平 8

2.2.4超景深三维显微镜 8

2.2.5轮廓仪 9

2.3试验设计 9

2.4小结 10

第三章 试验结果与分析 11

3.1吸水率 11

3.2摩擦系数 11

3.3磨损量 14

3.4超景深三维显微镜图像 15

3.5三维表面形貌分析 16

3.6小结 18

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2展望 20

致谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1选题目的及意义

随着世界经济的快速蓬勃发展，船舶运输在运输行业的地位不断提高，越来越多的船舶被投入使用，而船舶的尾轴承作为船舶中工作环境最恶劣的部件之一逐渐被重视起来，船舶的尾轴承对螺旋桨起着支持作用，是船舶推进系统的重要组成部分。最早被用作船舶尾轴承的是金属材料，但因为工作环境恶劣，工作中磨损严重，甚至会导致部件失效，后来人们用铁犁木替代了金属材料，但并没有从根本上解决部件磨损问题，在水质较差的航行条件下，铁犁木尾轴承磨损也是十分严重。滑油的泄露会严重污染海洋环境，在这些因素的推动下，用超高分子量聚乙烯及其改良性材料制造的水润滑尾轴承应运而生，这种新型的尾轴承不仅解决了传统尾轴管滑油泄露对海洋环境造成污染的问题，还解决了传统材料的磨损问题，而且振动及噪音较小，耐磨可靠承载能力高，这不仅是传统船舶的福音，也为军事带来了很多好处，比如较低的噪音可以增加潜艇等军用船舶的隐蔽性，较高的稳定性和可靠性可以提高特种船舶的工作强度的上限等。

超高分子量聚乙烯是当今世界综合性能最好的工程塑料。它综合了所有塑料的优越性能，有着极高的价值。随着超高分子量聚乙烯材料应用不断变得更加广泛，人们通过不断的试验和研究，得出了超高分子量聚乙烯改性材料，使复合材料的性能有了进一步的提升。摩擦学性能分析是将材料宏观耐磨性能与微观机制联系起来的有效手段，本课题通过实验及数据分析了超高分子量聚乙烯及其改良性材料的摩擦学性能，对其有了更加深入、深刻的了解与认识。

1.2国内外的研究现状分析

在船舶轴系结构中，水润滑轴承对减少摩擦损耗，增大机械效率有着重要的意义。用水作船舶尾轴承的润滑介质，可以提高轴承的稳定性、可靠性还可以减少滑油对海洋环境的污染。水润滑轴承的广泛应用，不仅简化了轴承结构，降低了故障率，而且减少了金属材料的消耗。最近几年很多国家都先后研究出了不同的新型水润滑轴承材料。而我国在这方面的研究起步比较晚，很多新型材料需要进口，这就大大增加了国内的船舶轴承的制造成本。所以，我国对新型的水润滑轴承材料的研究刻不容缓 ^[1]。

1.2.1国外研究现状分析

Levevt等^[2]将热塑性塑料的摩擦学特性与其形态特征和机械行为联系在一起。进行了九种不同的聚合物的摩擦磨损比较。通过大型线性往复式平板摩擦测试仪在100Cr6钢端面的干燥接触条件，在4MPa的接触压力和50mm/s的滑动速度的工况下，进行磨损试验，试验导致半结晶等级的结晶度增加。其中，PET和PPS显示出较高的结晶度相对增加。发现这两种材料摩擦加热足够到高但仍低于熔化温度范围时，可以改变材料接触表面的形貌。

Basu等^[3]对水润滑和油润滑条件下的 Sialon-TiB2 氮化硅陶瓷复合材料和ZrO2-TiB2 陶瓷两种复合材料的摩擦学性能进行了对比研究，探究得出在水润滑条件下 ZrO2-TiB2 复合材料耐磨性好。油润滑条件下氮化硅陶瓷复合材料的摩擦因数较低，摩擦学性能好。

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