超高分子量聚乙烯纤维的表面接枝及其与橡胶粘合性能的研究
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维具有优良的耐冲击、耐腐蚀性能，低密度以及高的拉伸强度等优点。但是，由于纤维表面惰性而且光滑，纤维和基体之间差的粘附性能严重限制了UHMWPE纤维作为补强材料在复合材料领域中的应用。本课题采用了紫外光接枝，在UHMWPE纤维表面接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，以此来改善了纤维和橡胶之间的粘合特性。 本论文研究了纤维表面紫外光接枝的工艺条件。实验探索了反应容器、反应溶剂、接枝反应单体的浓度对于接枝反应的影响。实验通过紫外分光光度计发现，实验室中采用的试管对于360nm的紫外光具有很好的透过性，可以用作紫外光接枝的反应容器。实验以水、丙酮、正庚烷，甲醇作为溶剂，采用傅立叶红外变换(FTIR)来测试纤维表面的化学组成，发现只有甲醇用作溶剂时，纤维表面出现碳基和环氧基团的特征峰。实验进一步通过X射线光电子能谱(XPS)，扫描电镜(SEM)证明其纤维表面包覆了一层聚甲基丙烯酸缩水甘油酯。通过H抽出实验表征纤维和橡胶之间的粘合特性，测试结果表明，改性后纤维和橡胶的最大抽出力达到39.7N，相对于未改性的纤维，提高了16％。 本论文进一步探究了臭氧-紫外光接枝工艺。纤维预先经过臭氧处理，在纤维表面引入含氧极性官能团，随后纤维进行紫外光接枝。实验探索了紫外辐照时间和单体浓度对于接枝的影响。实验通过FTIR，XPS和SEM发现，经过臭氧-紫外光接枝的纤维表面包覆了一层均匀而且致密的甲基丙烯酸缩水甘油酯层。臭氧处理一方面刻蚀了纤维表面，提高了纤维的比表面积，另一方面引入了活性官能团，有利于接枝反应的发生。H抽出力的实验结果表明，经过臭氧-紫外接枝的纤维橡胶的最大抽出力为61.0N，相对于未处理的纤维提高79％。 论文进一步探究了亚铁离子加入对于臭氧-紫外光接枝的影响。在接枝溶液中同时加入亚铁离子和二苯甲酮，可以进一步提高纤维和橡胶粘合特性。H抽出实验结果表明，该方法处理的纤维和橡胶的最大抽出力为83.7N，提高了145％。
超高分子量;聚乙烯纤维;紫外光接枝;表面改性;橡胶复合材料;粘合性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王文才
2015
中文
TQ342.61;TQ316.63
84
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）