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超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型工程塑料,国内外称其为“神奇的材料”,具有良好的应用前景。尽管UHMWPE的耐磨性能居塑料之冠,但是在一些应用领域,如人工关节、流动改性制品,其耐磨性能仍不足,这限制了其商业应用。因此,UHMWPE的耐磨改性—如何高效地提升UHMWPE制品的耐磨性能以及何种结构更利于UHMWPE制品的耐磨性能—引起了工业界和学术界的广泛关注。本文系统地研究了 UHMWPE及其复合物的磨损行为,并尝试建立结构-性能关系,以期对UHMWPE的耐磨改性提供理论指导。首先,本文考察了分子量(ca.67:100:685 × 104g mol-1)对UHMWPE磨损行为的影响。结果表明,随着分子量的增大,UHMWPE的耐磨性能逐渐增强。为了揭示分子量效应的微观本质,系统地解析了不同分子量聚乙烯样品的多级结构,包括晶区结构、无定形区结构、中间相含量以及表面结构和性能。通过将样品的耐磨性能与其多级结构相关联,发现了分子量影响UHMWPE磨损行为的关键因素为缠结分子量(Me)和中间相含量(χi)—随着Me的减小和χi的增大,UHMWPE的耐磨性能增强。其次,本文考察了碳化硅(SiC)填料浓度(0,0.5-5.0 wt%)对UHMWPE磨损行为的影响。结果表明,随着填料份数的增多,UHMWPE/SiC复合物的耐磨性能先增强后减弱。为了揭示填料浓度效应的微观本质,系统地解析了含不同填料浓度的UHMWPE复合物的多级结构,包括UHMWPE基体结构和SiC填料引入的外在效应。通过将样品的耐磨性能与其多级结构相关联,发现了填料浓度影响UHMWPE磨损行为的关键因素为填料的外在效应—SiC填料能够有效分担UHMWPE基体承受的载荷并传递转移界面摩擦热,因而能够提高UHMWPE的耐磨性能;相对过多的填料在UHMWPE基体内会严重团聚,磨损过程中易脱落造成三体磨损而劣化了 UHMWPE的耐磨性能。最后,本文考察了 SiC填料粒径(0,40-600 nm)对UHMWPE磨损行为的影响。结果表明,随着填料粒径的增大,UHMWPE/SiC复合物的耐磨性能先增强后减弱。为了揭示填料粒径效应的微观本质,系统地解析了含不同填料粒径的UHMWPE复合物的多级结构,包括UHMWPE基体结构、基体-填料相互作用和SiC填料的外在效应。通过将样品的耐磨性能与其多级结构相关联,发现了填料粒径影响UHMWPE磨损行为的关键因素除分子链缠结、中间相含量和SiC填料的外在效应外,还包括晶粒尺寸(D)—随着D的增大,UHMWPE的耐磨性能增强。