超高分子量聚乙烯纖維的表面改性及其復(fù)合材料性能研究.pdf

1、隨著高性能復(fù)合材料的迅速發(fā)展，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維樹脂基復(fù)合材料由于具有諸多優(yōu)異性能而在眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。雖然UHMWPE纖維具有優(yōu)異的性能，如高強度和剛度、耐化學(xué)性、質(zhì)輕和低溫下良好的機械性能，但是其表面呈惰性并且與極性聚合物（如環(huán)氧樹脂）間的粘結(jié)性差，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。因此本文采用多巴胺沉積以及二次功能化對UHMWPE纖維進(jìn)行表面改性，以改善其界面粘結(jié)性能。
　　首先采用多巴胺氧化自聚合反應(yīng)對UHMWPE纖維

2、進(jìn)行表面改性，結(jié)果表明:多巴胺改性后的纖維表面涂覆一層均勻的聚多巴胺層，粗糙度增加。經(jīng)過對多巴胺改性后的纖維進(jìn)行超聲處理發(fā)現(xiàn)聚多巴胺與纖維之間有一定的粘結(jié)強度。單絲斷裂力測試結(jié)果表明多巴胺改性并沒有對纖維自身的力學(xué)性能產(chǎn)生損害。當(dāng)多巴胺濃度為2 mg/mL、反應(yīng)時間為24 h的條件下，UHMWPE纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度最大為0.920 MPa，相比較于未改性的纖維提高了28.31％。
　　分別以小分子多氨基化合物己二胺(

3、HMDA)和大分子多氨基化合物聚乙烯亞胺(PEI)為二次功能化單體，對多巴胺改性后的UHMWPE纖維進(jìn)行二次功能化。通過FTIR和XPS分析證明了纖維表面聚多巴胺層上成功接枝了HMDA和PEI并引入了活性官能團(tuán)，從SEM圖看出二次功能化改性后的纖維表面粗糙度明顯增加。在HMDA濃度為10 mg/mL、反應(yīng)時間為9h的條件下，改性后的UHMWPE纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度最大為1.310 MPa，比未改性的UHMWPE纖維相比較提高

4、了82.71％;在PEI反應(yīng)濃度為5 mg/mL、時間為24 h的條件下，改性后的UHMWPE纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度最大為1.185MPa，比未改性的UHMWPE纖維相比較提高了65.27％。
　　相比較于未改性的UHMWPE纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，多巴胺改性后的纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸斷裂強力有所增加，經(jīng)過二次功能化之后有了進(jìn)一步提高。由復(fù)合材料的斷裂截面可以發(fā)現(xiàn)纖維與樹脂之間的界面性能得到改善，并且兩相之間不