超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面改性研究
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维具有优异的力学性能，是用于纤维增强复合材料的主要高强高模纤维之一。但UHMWPE纤维表面能低，使得15HMWPE纤维与树脂基体的界面粘结强度较低，限制了UHMWPE纤维在复合材料领域的应用。因此，研究UHMWPE纤维的表面处理方法以提高其与树脂基体的界面粘结性便成为本文的研究重点。
本文较系统地研究了等离子体表面处理UHMWPE纤维，结果表明，等离子体辉光放电对纤维表面有刻蚀和活化作用，纤维表面粗糙度的提高使纤维与树脂间机械啮合作用增强，纤维表面产生的活性基团可与树脂的端基产生共价键作用，这两者作用使得改性后纤维-树脂界面粘接强度有不同程度地提高。此外，等离子体处理的时间及气氛对纤维表面浸润性能及力学性能也有显著影响。
研究了先经空气、氩气等离子处理再吡咯液相沉积聚合法表面改性UHMWPE纤维，制得了聚吡咯-空气-超高分子量聚乙烯(PPy-Air-UHMWPE)纤维和聚吡咯-氩气-超高分子量聚乙烯(PPy-Ar-UHMWPE)纤维，实现了“纤维-树脂”界面增效的目的。研究表明，与单纯的进行等离子体处理和单纯进行吡咯化学沉积聚合相比较，复合处理后的PPy-Air-UHMWPE纤维和PPy-Ar-UHMWPE纤维与树脂间界面剪切强度都有了显著地提高。磨损实验证明，相对于直接吡咯沉积聚合的PPy-UHMWPE纤维，经复合处理后纤维的聚吡咯层与纤维大分子间结合力较强，聚吡咯经数千次磨损后不易脱落。
探讨了涂覆杂化浆料表面改性UHMWPE纤维，采用溶胶-凝胶技术对纳米SiO2先驱体进行原位改性，制备了环氧/纳米SiO2杂化浆料。研究发现：相对于未处理的UHMWPE/环氧复合材料，涂覆杂化浆料后，复合材料的层间剪切强度大幅提高，同时UHMWPE纤维力学性能没有损失。
将上述改性方法改性后的连续纤维织成织物，并运用RTM成型工艺制作复合材料，从宏观的角度探讨了“纤维-树脂”界面的增效。研究表明，织物组织结构对复合材料的层间剪切强度有影响，其中斜纹组织效果更佳；处理方式对复合材料层间剪切性能的影响较大，与先改性纤维后织成织物相比，直接改性织物的效果更好；相对于PPy-UHMWPE纤维，复合处理后的PPy-Air-UHMWPE纤维和PPy-Ar-UHMWPE纤维复合材料的层间剪切强度都显著提高；表面涂覆杂化浆料的改性方法对提高复合材料的层间剪切强度也有较好的效果。
超高分子量聚乙烯纤维;表面改性;等离子体;吡咯沉积;杂化浆料
天津工业大学
硕士
纺织材料与纺织品设计
肖长发
2010
中文
TQ342.61
97
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）