超高分子量聚乙烯纤维复合材料用树脂基体的研究进展
超高分子质量聚乙烯纤维专用树脂的合成
１ １ 主 要 原 料 ．
试 验所用 主要 原料 列于 表 １ 。
１ ２ 试 验仪器 ．
收稿 日期 ：０ ０— ４—１ 修回 日期 ：０ ０— ５— ９ ２１ ０ ３； ２１ ０ ０ 。 作者简介 ： 晓龙 （ ９２一 ） 男 ， 毕 １８ ， 助理工程师 。２０ ０５年 ７月 毕业于云南大学材料物理与化学专业 ， 在齐鲁分公 司研究 现
研 究 与 开 发
齐Ｕ油Ｒ，１３ ３Ｈ Ｌ８ Ｑ 石Ｅ工２０Ｌ Ｅ —Ｙ Ｉ 化 Ｃ ＭＡ Ｔ １ Ｏ２ 鲁 Ｐ Ｏ ＥＣ ）７ １ Ｌ Ｔ Ｈ Ｉ８ Ｃ ８ Ｇ ０ ，（ ：Ｏ Ｎ
超 高分 子 质 量 聚 乙烯 纤 维专 用 树脂 的 合成
毕 晓龙 周建勇 李 晓庆 张建 民
（ 中国石化齐鲁分公司研究院 ， 山东淄博 ，５ ４ ０ ２ ５０ ）
ＷＰ Ｅ专用 树脂 的开 发有其 重要 意义 。 通 过对 聚合工 艺 的研究 ， 实验 室合 成 了 可 在 用于纤维纺丝的 Ｕ ＨＭＷＰ Ｅ树 脂 ， 且 所 使 用 催 并
化剂 体 系活性 较高 ， 聚合速 率平 稳 ； 聚合产 物的形
态好 ， 颗粒 大小分 布 窄 ， 适用 于纤 维纺 丝 。
超 高相对 分 子 质 量 聚 乙烯 （ 简称 Ｕ ＭＷＰ ） Ｈ Ｅ
通常 是指 粘 均 分子 质 量 在 １５×１。以上 的线性 ． ０ 结构聚 乙烯 ， 理机 械性 能 明显 优 于普通 聚乙烯 ， 物
１２Ｌ正 己烷 ， 动搅 拌 ， 时加 入 一定 量 的烷 基 ． 开 同
铝 己烷 溶液 和 催 化 剂 ， 动 Ｄ Ｓ控 制 系统 ， 温 启 Ｃ 升
Ｕ ＨＭＷＰ Ｅ纤维 是 近年来 发展 起来 的新产 品 ，
纳米改性增强超高分子量聚乙烯复合材料研究进展
纳米改性增强超高分子量聚乙烯复合材料研究进展摘要：超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种分子量超过150万､具有线性结构的热塑性工程塑料，其耐冲击性､耐磨损性､耐低温性､耐应力开裂性､抗粘附能力､自润滑性､耐化学腐蚀､无毒害性等优异的综合性能是其他聚合物材料无法比拟的｡鉴于UHMWPE优异的性能特点，其在生物医学､电子科学､建筑业､机械零件､运动器械､化工等领域具有广泛的应用；尤其在生物医学方面，由于UHMWPE优异的生理惰性，已作为人工关节､矫正外科零件､心脏瓣膜等在临床使用｡随着科技发展对聚合物材料的性能要求日益严格，对聚合物的改性增强也随之而来。
关键词：纳米改性；超高分子量聚乙烯；复合材料引言纤维增强复合材料作为复合材料行业的最重要分支，其发展基本可以追溯到20世纪40年代，当时为满足航空航天等高科技行业的迫切需要，玻璃纤维增强塑料被开发出来并成功应用。
随着60年代后碳纤维、硼纤维、芳纶等一些高性能纤维的出现，纤维增强复合材料的性能不断提升。
一、纳米改性UHMWPE复合材料（一）单相纳米材料填充改性UHMWPE单相纳米粒子填充改性UHMWPE制备复合材料，是通过表面活性剂改性纳米粒子填充UHMWPE制备纳米/超高分子量聚乙烯复合材料来改善聚合物的性能｡诸多专家学者在单相纳米材料填充改性超高分子量聚乙烯方面做了相当充分的研究，且大多以无机纳米材料填充聚合物为主｡单相填充UHMWPE的无机纳米粒子主要有Al2O3､ZnO､SiO2､TiO2､ZrO2､纳米蒙脱土（nano-MMT）､纳米羟基磷灰石（HA）､碳系纳米材料（石墨烯纳米片（GNS）､氧化石墨烯（GO）､多壁碳纳米管（MWCNT）､碳纳米纤维（CNF））等，采用单相纳米材料填充UHMWPE制备复合材料有效改善了聚合物的摩擦性能､力学性能､生物性､耐热性和导电性等｡（二）多相纳米材料填充改性UHMWPE多相纳米粒子改性超高分子量聚乙烯是通过填充不同的纳米材料进行UHMWPE的改性｡单相纳米材料填充改性后提高了聚合物的某些性能，但不一定能完全改善材料的其它应用缺陷，所以采用多相纳米粒子填充UHMWPE，通过纳米材料的协同作用来提高聚合物的综合性能｡雷毅等采用纳米Zn0和SiO2共混填充改性UHMWPE，并研究了复合材料的摩擦磨损行为，对比发现纳米ZnO和SiO2具有明显的协同效应｡张炜等采用表面改性纳米炭黑及纳米级Mg（OH）2､硼酸锌､纳米TiO2等作为阻燃剂制备了抗静电无卤阻燃型纳米/UHMWPE复合材料，既改善了超高分子量聚乙烯的热性能和抗静电性能，又提高了其阻燃性能｡二、纳米改性UHMWPE复合材料的性能（一）力学性能由于UHMWPE的硬度低，耐冲击性能较差，限制了其在很多领域的应用，所以需对UHMWPE进行增强改性提高力学性能以满足其在工程应用中的需求｡Ma Tian等通过偶联剂改性WS2填充UHMWPE制备复合纤维，显著提高了复合材料的抗冲击性，在添加量为4%（质量分数）时抗拉伸性能提高了10%｡Jin Tong等通过添加10%（质量分数）表面改性后的硅灰石纤维填充UHMWPE，最大程度地提高了复合材料的拉伸性能和抗冲击性｡Chen Yuanfeng等[7]通过液相超声分散GO与UHMWPE共混制备了GO/UHMWPE复合材料，当添加量为0.5%（质量分数）时，复合材料的屈服强度､抗拉强度和断裂伸长率等均比UHMWPE有不同程度的提升｡Stuerzel Markus等采用原位聚合法制备功能化石墨烯/超高分子量聚乙烯（FG/UHMWPE）纳米复合材料，当添加量为1.0%（质量分数）时复合材料的硬度､断裂伸长率和成核结晶度均得到不同程度的提高｡Wood Weston J等通过优化液体石蜡辅助熔混工艺制备CNFs/UHMWPE复合材料，结果显示CNFs的添加在提高复合材料硬度的同时，还使复合材料保持了纯UHMWPE的韧性和延展性｡Senatov F S等采用机械活化的纳米Al2O3填充UHMWPE，考察了纳米复合材料的力学性能，当添加量为3.0%（质量分数）时，复合材料的极限应力增大了38%，杨氏模量和硬度分别提高了1.58倍和1倍，复合材料的屈服强度和断裂伸长率也得到不同程度的提高，力学性能的改善得益于较大比表面积且形状不规则的纳米颗粒与聚合物的接触面积更大，从而增强了两者之间的附着力｡（二）电学性能聚合物具有比较高的介电常数，良好的绝缘性能，通过导电纳米材料对其改性能显著提高导电性能｡GaoJiefeng等通过液相法将MWCNTs负载至UHMWPE粉末颗粒表面形成二维导电网络，使超高分子量聚乙烯电阻率明显降低，且其渗流阀值仅为0.072%（体积分数）｡HuHongliang等制备了石墨烯包覆UHMWPE的导电复合材料，石墨烯纳米片在聚合物基体中形成导电隔离网膜结构，在0.028%（体积分数）的低渗流阀值时表现出优异的导电性｡狄莹莹等以水､乙醇和肼为混合媒介，通过超声分散方法并热压成型同样制备了具有隔离网状结构的GNS/UHM-WPE复合材料､MWCNTs/UHMWPE复合材料和MWC-NTs-GNS/UHMWPE复合材料，并对比分析了几种复合材料的导电性能以及力学性能｡结果表明：MWCNTs-GNS/UHMWPE和GNS/UHMWPE复合材料均具有低至0.148%和0.059%（体积分数）的渗流阀值，当填料含量为1.0%（质量分数）时，MWCNTs/UHMWPE复合材料的导电率高于相同填料含量的GNS/UHMWPE复合材料；多相填料填充的复合材料MWCNTs-GNS/UHMWPE的渗流阀值仅为0.039%（体积分数），表现出较高的导电性能，但随着填料含量的增加复合材料的力学性能有不同程度的降低｡（三）UHMWPE 纤维增强复合材料的制备经过本体改性的UHMWPE纤维，可以和基体树脂进行特异性结合。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维补强复合材料在超高强度.
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維補強複合材料在超高強度及防彈方面的應用謝國煌1*、韓錦鈴2、林士斌11國立台灣大學高分子科學與工程學研究所2國立宜蘭大學化材系本文以介紹超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 纖維複合材料之合成及其與克維拉(Kevlar) 纖維複合材料作為強度及防彈功能上之比較。
高分子基材是以兩類PU改質之樹脂作為基材，探討其間之影響；第一類樹脂係以不同分子量聚醇合成的聚胺酯來改質環氧樹脂，形成互穿網狀結構(IPN；Interpenetrating Polymer Network)之樹脂基材，第二類樹脂同樣以不同分子量聚醇合成之聚胺酯壓克力，搭配苯乙烯形成共交聯劑添加至不飽和聚酯樹脂系統中，以提昇不飽和聚酯樹脂之耐衝擊性質，並降低樹脂硬化時之體積收縮率。
聚胺酯改質環氧樹脂與UHMWPE纖維合成之複材，則以聚酯類的聚胺酯(PBA-type)具有最佳的機械強度改善效果，包括在抗張強度、耐衝擊強度、彎曲強度以及剪切強度等。
改善幅度均較原環氧樹脂增加達40%以上。
這是由於聚酯類的聚胺酯(PBA-type)系統與環氧樹脂有較佳的相容性，所以會比聚醚類的聚胺酯(PPG-type)系統有較佳的機械性質表現。
而以聚胺酯壓克力改質不飽和聚酯與UHMWPE纖維合成之複材，因利用其添加具可交聯性之聚胺酯於不飽和聚酯樹脂中以提昇其耐衝擊性質與降低複材之體積收縮率，耐衝擊性質隨著添加的聚胺酯壓克力的量提升而增加，且聚胺酯壓克力的含量在不飽和聚酯樹脂中越高，硬化時體積收縮率也越低，因此藉由調整聚胺酯壓克力的含量可調整不飽和聚酯樹脂的性質，進而提昇不飽和聚酯樹脂與UHMWPE纖維合成之複材的功能性及其應用價值。
UHMWPE纖維之表面改質；則以電漿及化學蝕刻之表面處理來改質UHMWPE纖維表面，利用電漿表面改質及化學蝕刻改質，均可達到UHMWPE纖維表面粗糙化的目的，進而達成表面改質的效果。
但可能由於改質過程對於纖維表面的結晶結構造成破壞，使得UHMWPE纖維的機械性質有所減損。
超高分子量聚乙烯纤维研究分析
一、超高分子量聚乙烯纤维的研究分析超高分子量聚乙烯纤维复合材料有两类：A纳米粒子（二氧化硅，蒙脱土纳米粒子，纳米粘土粒子，纳米环氧基体）或碳纤维增强超高分子量聚乙烯纤维，可提高其机械性能和耐热性能；B超高分子量聚乙烯纤维增强PMMA,聚氨酯、环氧树脂、丁苯橡胶和乙烯基树脂等。
A类研究空间较小，B类研究空间较大，但UPE纤维与基体树脂粘附性不好，所以考虑对UPE纤维进行表面改性或对基质进行表面改性，其中以前者为主。
其实此处对UPE纤维的改性有不合理之处，因为UPE纤维的特性就是自润滑，低粘附，作为材料我们应该顺着其本性扩展应用，而不应该逆其本性而强求善果。
不知为何现在有这么多文章都是关于UPE纤维改性的东西。
对UPE纤维改性的方法包括：等离子体处理以实现表面刻蚀和改性、紫外辐射引发接枝、化学引发接枝、电子束辐照处理导致接枝、伽马射线引发接枝、聚吡咯包覆表面改性、铬酸处理、电晕处理、化学氧化等各种方法。
二、超高分子量聚乙烯纤维的生产过程分析其生产过程如下：买到UPE粉体树脂，溶解，凝胶挤出，冷却，初步拉伸，萃取，干燥，多级拉伸。
该过程中已有的研究包括:所用溶剂，溶解过程温度控制，凝胶浓度，凝胶挤出温度、速度，挤出方法（压力挤出、螺杆挤出），喷丝孔开孔角度、直径、长度，萃取溶剂、时间、效率，萃取前后结晶度和拉伸性能的变化，拉伸温度和速率、多级拉伸，拉伸过程中聚集态和力学性能变化等。
基本上已经将该过程所有阶段可研究的点都研究过了。
三、超高分子量聚乙烯纤维的工业应用分析UPE纤维产品，高强，高模，质轻，耐用，韧性好，能承受高速应变，低介电常数，低损耗，抗疲劳，耐摩擦，抗穿刺，抗电离辐射，在深度太空中能抵抗极高速微小陨石。
应用在如下领域：高强绳索，商业渔网和渔线，工业绳索和吊索，防穿刺手套和服装，防风产品，管道增强，防弹背心、头盔和机车防护。
具体实例：UEP纤维用于深度采油的绳索；用于旧的石油管道的增强，以保持承受设计需求的压力，降低更换管道的成本；制成安全防护屏障，应用于陆地和海上安全防护；制成防弹背心、防弹头盔，战斗机和军用车的防弹功能；用于输电线路的支撑线，可以减轻电线的重量，并且降低成本，还可能减少输电线路支架的架设；制成防风面板或者幕帘，用于飓风来袭时的防护；制成更强更细更敏感更耐用的钓鱼线；制成防穿刺性极好，；寿命长且舒适的手套服装等。
树脂基复合材料研究进展
先进树脂基复合材料研究进展摘要：本文介绍了颗粒增强、无机盐晶须增强、光固化等类型的树脂基复合材料，亦指出热固性、环氧树脂基复合材料，并简述了制备方法和新技术的应用。
关键词：树脂基复合材料，颗粒增强，无机盐晶须增强，光固化，制备方法，新技术ADVANCE THE RESEARCH OF POLYMER MATRIX COMPOSITESABSTRACT: The particulate reinforced、inorganic salt whisker, light-cured of resin matrix composites were introduced in this paper,the thermosetting and thermoplastic resin matrix composites was also show in the paper.This paper also discussed the application of new preparation method and technology.Keywords: resin matrix composites,particulate reinforced,inorganic salt whisker, light-cured,preparation method,new technology先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成，并具有明显优于原组分性能的一类新型材料。
目前航空航天领域广泛应用的先进树脂基复合材料主要包括高性能连续纤维增强环氧、双马和聚酞亚胺基复合材料[1]。
树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、力学性能可设计性强等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料[2]。
用复合材料设计的航空结构可实现20％一30％的结构减重；复合材料优异的抗疲劳和耐腐蚀性，能提高飞机结构的使用寿命，降低飞机结构的全寿命成本；复合材料结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本。
UHMWPE_PCH复合材料性能研究
采用美国ＥＤＡＸ公司的扫描电子显微镜，观察 复合材料拉伸断面状况。 ２结果与讨论 ２．１力学性能
２．３吸水性能
复合材料由于其结构上的特殊性，在使用过程中非
常容易吸水。吸水率的高低既影响其尺寸的稳定性，更
容易影响其他的相关性能。ＵＨＭＷＰＥ／ＰＣＨ复合材料吸
水性能如表２所示，当树脂质量分数为５３％时，复合材
宇航材料工艺２００９年第１期
万方数据
料吸水率为Ｏ．２８％。 表２不同树脂质量分数ＵＨＭＷＰＥ／ＰＣＨ的吸水性能
量分数为５５％时，拉伸强度及模量达到最大值，强度 为５１２ ＭＰａ，模量为１２．６ ＧＰａ，之后随着树脂含量的 增加，复合材料的拉伸强度及模量略有下降。复合材 料的弯曲强度也呈先上升后下降的趋势，当树脂质量 分数为５３％时，弯曲强度可达１５７ ＭＰａ。 ２．２介电性能 ２．２．１温度对介电性能的影响
关键词复合材料，透微波材料，介电性能
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＵＨＭＷＰＥ／ＰＣＨ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ
Ｚｈｕ Ｄａｎ
Ｗａｎｇ Ｙａｏｘｉａｎ
Ｚｈａｎｇ Ｘｉｎｇｌｕ
Ｃｈｅｎｇ Ｓｈｕｊｕｎ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｕｈｒａｆｉｎｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｓ．ｒｉＭｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ
吸湿率低。当树脂质量分数为５３％，吸水率为
０．２８％；当吸湿时间为１６８ ｈ时，ｕＨＭｗＰＥ／ＰｃＨ复合 材料的吸湿率仅为０．４３％。
改性超高分子量聚乙烯纤维在复合材料中的应用
改性超高分子量聚乙烯纤维在复合材料中的应用简介：改性超高分子量聚乙烯（Modified Ultra-High Molecular Weight Polyethylene，简称MUHMWPE）是一种新型的聚合材料，其独特的性能使其在复合材料领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍MUHMWPE纤维在复合材料中的应用，包括增强材料、填料和增韧剂等方面。
1.增强材料：MUHMWPE纤维作为增强材料可以显著提高复合材料的强度和刚度。
由于MUHMWPE纤维具有极高的拉伸强度和模量，可以作为增强材料用于增加复合材料的力学性能。
研究表明，将MUHMWPE纤维与复合材料基体进行组合，可以显著提高材料的拉伸强度、压缩强度和冲击强度等力学性能，以及耐磨损性能。
MUHMWPE纤维增强的复合材料广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域，提高产品的承载能力和使用寿命。
2.填料：MUHMWPE纤维作为填料可以改善复合材料的热性能和防火性能。
由于MUHMWPE纤维具有较低的熔点和热导率，可以有效降低填料中的热传导性能，提高复合材料的绝热性能。
此外，MUHMWPE纤维具有良好的热稳定性和阻燃性，可以作为填料用于提高复合材料的防火性能。
研究表明，将MUHMWPE纤维作为填料加入复合材料中，可以显著提高材料的热稳定性、防火性能和耐热性能，降低材料的热传导性能，提高复合材料的使用寿命和安全性能。
3.增韧剂：MUHMWPE纤维作为增韧剂可以提高复合材料的韧性和耐冲击性。
由于MUHMWPE纤维具有良好的延展性和抗撕裂性能，可以有效增加复合材料的韧性和耐冲击性能。
研究表明，将MUHMWPE纤维作为增韧剂加入复合材料中，可以显著提高材料的韧性和耐冲击性能，降低材料的脆性断裂特性，提高复合材料的耐久性和安全性能。
总结：改性超高分子量聚乙烯纤维作为一种新型的材料，在复合材料领域有着广泛的应用前景。
将MUHMWPE纤维作为增强材料、填料和增韧剂加入复合材料中，可以显著提高复合材料的力学性能、热性能、防火性能、韧性和耐冲击性。
超高分子量聚乙烯纤维表面改性技术研究现状
为了解决UHMWPE纤维与基体结合粘结性差的问题，长期以来各国的学者作了许多相关的研究，也取得了一定的进展。
一些常用的方法主要有等离子处理，电晕放电处理，辐照处理以及氧化法处理等等。
1 等离子处理等离子体处理由于仅作用在材料表面有限深度内(几个分子)，对纤维的力学性能不会有太大的影响，因而受到了人们的关注。
等离子体处理UHMWPE纤维表面的方法分为低温等离子体处理和等离子体引发接枝表面处理两种方法。
韩国的Sung In Moon，Jyongsik Jang 研究了氧气等离子处理后UHMWPE与乙烯基酯树脂的粘结性能的变化，他们发现处理后的纤维与未处理的纤维比较，横向拉伸强度提高，这表明复合体的界面粘结性能得到了改善，且通过SEM观察发现纤维表面产生很多微陷，这有利于纤维与树脂之间的机械互锁作用，同时他们用有限元分析的方法研究了UHMWPE与基体之间力的传递。
Hengjun Liu等人采用氩气对UHMWPE 纤维进行等离子处理，研究结果显示处理后的纤维耐磨性和硬度都得到了提高，同时其表面的润湿性也得到了提高。
之后的研究中他们又将UHMWPE在氧气等离子体在微波电子回旋共振系统中进行处理研究纤维性能的改变，他们发现纤维的硬度和耐磨性都得到了提高的同时纤维的表面产生了许多含氧的活性基团，增加了纤维与基体的润湿性和粘结性。
Zhang YC等人针对超高分子量聚乙烯纤维表面能低与基体结合性能差的缺点，采用了在常压下对纤维进行等离子处理改性的方法，实验中采用的纤维是表面包裹有纳米二氧化硅的UHMWPE纤维，等离子处理所用的载气为氩气和氧气的混合气体(100:1)，处理后纤维的表面能明显提高与基体的润湿角减小，通过红外光谱分析后发现在纤维表面产生了很多的含氧活性基团，大大提高了其与树脂的结合性能。
Z-F. Li等以丙烯酰胺为单体利用等离子接枝的方法处理超高分子量聚乙烯纤维，他们发现处理后的纤维的强度与原纤维相比并没有明显的变化，然而在复合材料层间剪切强度(ILSS)的测试中发现，经过接枝处理的纤维与树脂的结合强度明显高于未处理的纤维，且处理效果与处理功率和时间有关，当等离子功率为30W，处理时间为10min时，剪切强度达到最大值。
纤维级超高分子量聚乙烯的制备及性能研究
摘 要 ： 采用 自 制新型 高效 负载 型 ＱＸ １ 化剂 ， 成 了用于纺 丝 的纤维级 超高 分 子量 聚 乙烯 （ Ｈ － ａ一催 合 Ｕ Ｍ
Ｗ Ｅ ， 了中试 以及工业化生产 ； Ｐ ） 进行 考察了反应温度 、 应压力等 工艺条件对 Ｕ Ｍ Ｅ性能 的影 响 ， 反 Ｈ ＷＰ 并考 察 了其纺丝性能。结果表明 ：Ｔ 一 催化剂 体系聚合活 性较高 ， 达 ５ｘ ０ ／ ｇ・ ） Ｑ Ｅ１ 可 １ ｓ （ ｈ 以上 ， 反应动力 学平
随着 反应
密度 ： 用 意 大 利 Ｃ ａｔ 司 ３Ｓ Ｖ ５０ ８ 采 ｅｓ 公 ５ Ｆ ６５３ 密度 计 ， Ｇ ０３ １８ 按 Ｂ１３ － ９６进行 测试 。
拉 伸 强 度 ： 用 ＩＳ Ｒ Ｎ ４６ 采 Ｎ Ｔ Ｏ ４ ７试 验 机 ， 按
温度的升高而大幅下降 ， 反应温度升高 ， 不仅提高
由图 ２可 以看 出 ， Ｔ － 催 化 剂 聚 合 动 力 学 Ｑ Ｅ１ 行 为表现 为 聚 合 速 率 在 反 应 初 期 迅 速 达 到 最 大
ＭＩ２气 体微 量 水 分 析 仪 ： 国 Ｐ ｎｍｅｉｓ公 司 ｓ 美 ａａ ｔｃ ｒ 制 ； Ｑ５型液 体微量 水分 析仪 ： Ａ － 日本平 沼公 司制 ； ２Ｌ淤 浆聚合 反应 釜 、 组合式 控温 水浴 ： 定做 。
１ ３ 催 化剂 ＱＴ － ． Ｅ １的制备
伸直 链结 构 ， 向度接 近 １０ ， 有 良好 的 力学 取 ０％ 具 性 能和 优 异 的 综 合 性 能 ， 用 潜 力 巨大 。 Ｕ 应 ＨＭ— ＷＰ Ｅ纤维 主 要 用 于 防 弹制 品 和高 强 度 缆 绳 等方
超 高分子量聚乙烯 纤维的发展
超高分子量聚乙烯纤维的发展超高分子量聚乙烯（Ultra-High Molecular Weight Polyethylene，UHMWPE）纤维是一种独特的材料，具有极高的耐磨性、强度、韧性和化学稳定性，在工业、医疗、体育等领域有广泛应用。
本文将从UHMWPE纤维的性能、制备、应用等方面进行探讨。
一、UHMWPE纤维的性能1. 耐磨性：UHMWPE纤维比钢铁更耐磨，其耐磨性是尼龙的7倍，聚酯的10倍，玻璃纤维的100倍以上。
这种高耐磨性使UHMWPE纤维在制作耐磨件方面表现出极高的价值。
2. 强度：UHMWPE纤维的强度在所有合成纤维中处于领先地位，其强度比钢铁还要高2倍，高强度使UHMWPE纤维能够承受高载荷的作用，因此在制备高强度绳索、缆绳等方面有广泛应用。
3. 韧性：UHMWPE纤维在高强度条件下仍具有良好的柔韧性，这是其他高强度纤维所不具备的特点，这种韧性使UHMWPE纤维能够承受高强度冲击和振动负载，并具有出色的抗裂性和耐冲击性能。
4. 化学稳定性：UHMWPE纤维在广泛的化学环境下表现出极好的耐腐蚀性和化学稳定性。
1. 溶液纺丝法：将UHMWPE分散到溶剂中，通过旋转圆盘或旋转柱使其形成纤维，然后将纤维拉伸并进行固化。
1. 工业领域：UHMWPE纤维可用于制作各种耐磨件、密封件、轴承和滑动件等，因为它的耐磨性比其他合成材料更好，而且它的化学稳定性和绝缘性能更佳。
2. 医疗领域：UHMWPE纤维可用作人工关节、人工心脏瓣膜等医疗器械的材料，因为它的化学稳定性、生物相容性以及抗磨损性能都很优异。
3. 体育领域：UHMWPE纤维可用于制作高强度绳索、缆绳、保护装备等，它具有轻质、高强度、柔韧等特性，使得运动员能够更安全、更有效地进行体育运动。
总之，UHMWPE纤维的性能优异，制备工艺和应用范围也越来越广泛，未来还有很大的发展潜力。
新一代超高分子量聚乙烯复合材料的研究
新一代超高分子量聚乙烯复合材料的研究超高分子量聚乙烯（UHMWPE），又称特高分子量聚乙烯（HMPE），是一种优异的高分子材料，具有卓越的物理、化学、力学性能和优异的抗冲击功效。
由于这些特性，UHMWPE常被用于制造高性能材料、工业用途和医疗设备等领域。
然而，UHMWPE由于其结晶性能稍差，所以其性能劣于碳纤维强化材料和陶瓷材料，并且难以处理成更复杂的结构。
为了克服这些限制，科学家和工程师们开始发展新一代超高分子量聚乙烯复合材料，其中包括以UHMWPE为基础制造的基质材料，并结合其他材料，如碳纤维、玻璃纤维、石墨、金属和陶瓷等，以达到高性能要求。
这一领域正在经历着飞速的发展，并为未来的高技术领域提供了无限的可能。
新型超高分子量聚乙烯复合材料的结构新型超高分子量聚乙烯复合材料的结构在设计上具有很大的多样性。
复合材料可以使用各种不同的添加剂和填充物，以提高UHMWPE的性能，并同时减少成本。
通常，复合材料的制造过程是通过给UHMWPE的分子链添加细颗粒状的添加剂或填充物，使得复合材料获得更好的机械性能和化学稳定性。
同时，在制造超高分子量聚乙烯复合材料时，还需要考虑分子链的纵向排列方式以及添加剂或填充物的分布方式。
分子链纵向排列的方法有很多种，例如层间复合，封绘复合和混合复合等。
这些方法可以控制UHMWPE的性能，以适应特定应用场景的需求。
添加剂和填充物的分布方式是制造超高分子量聚乙烯复合材料非常重要的一步工作，不同分布方式的选择可以实现复合材料在强度、刚度、韧度等方面的良好平衡。
例如，将添加剂和填充物分散在UHMWPE中，使之均匀分布，可以提高材料的韧性，并增加材料的抗冲击性，而将填充剂制成大块，则可以提高材料的刚度和硬度。
新型超高分子量聚乙烯复合材料的特点新型超高分子量聚乙烯复合材料具有多种有益特性，包括高强度、高刚度和优异耐磨性等。
这些特性使得复合材料具有广泛的应用前景，可用于制造用于航空、汽车、航天和医疗设备等领域的高性能材料。
超高分子量聚乙烯复合材料的制备与性能研究
超高分子量聚乙烯复合材料的制备与性能研究超高分子量聚乙烯是一种新型的工程塑料材料，它具有较高的分子量和强度，优异的耐化学腐蚀性能，以及出色的耐磨性和抗氧化性能，使其在汽车、电器、医疗器械等领域得到广泛应用。
然而，由于其高分子量和熔融粘度较高，加工难度较大，且不易与其他材料进行复合。
因此，如何提高超高分子量聚乙烯的加工性能和材料性能，成为了制备超高分子量聚乙烯复合材料的研究热点之一。
一、超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法以下是目前常用的超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法：1.高分子共混法将超高分子量聚乙烯与其他聚合物进行混合，在一定温度下混合均匀，并将其成型。
通过聚合物相容化剂的作用，可以使不相容的高分子形成共混体系，从而制备出高性能的聚合物材料。
2.增容剂改性法使用增容剂改性法可以降低超高分子量聚乙烯的熔融粘度，提高其加工性能。
一般采用双酚A、聚苯乙烯、聚乙烯醇等增容剂进行改性，通过与超高分子量聚乙烯进行混合，形成增容剂改性聚乙烯复合材料。
3.填料增强法通过在超高分子量聚乙烯中添加一定量的填料，如玻璃纤维、炭黑等填料，可以显著提高超高分子量聚乙烯的强度、刚度和耐磨性能，形成填料增强聚乙烯复合材料。
4.表面改性法超高分子量聚乙烯的表面可以通过表面改性，降低其表面能，使得其与其他材料更容易结合。
常用的表面处理方法包括等离子体处理、化学改性等方法。
二、超高分子量聚乙烯复合材料的性能研究超高分子量聚乙烯复合材料的性能研究主要包括其力学性能、耐热性能、耐化学腐蚀性能等方面。
1.力学性能填料增强聚乙烯复合材料和增容剂改性聚乙烯复合材料相比，具有较高的强度和刚度。
而高分子共混聚乙烯复合材料的力学性能则取决于共混体系的相容性和物理交联程度。
2.耐热性能超高分子量聚乙烯的耐热性能较差，但是经过增容剂改性或填料增强处理后，可以显著提高其热稳定性。
3.耐化学腐蚀性能超高分子量聚乙烯具有出色的耐化学腐蚀性能，其耐酸碱性、耐氧化性能等方面均较优秀。
超高相对分子质量聚乙烯纤维用原料的性能研究
（． １ 东华 大学 纤维材料 改性 国家重点 实验 室，上海 ２ １２ ；２ 东华 大学 材料科学与工程 学院，上海 ２ １２ ； ０６０ ． ０ ６０ ３ 东华大学 化 学纤维研 究所，上 海 ２ １２ ） ． ０６０
摘 要 ： 究了不同厂 家纺丝用超高相对分子质量聚 乙烯 （ ＨＭＷＰ 树脂 的性能，并进行 了ＵＨＭＷＰ 的纺丝试验 ，发现 它 研 Ｕ Ｅ） Ｅ
（ ． ｔｅＫ ｙＬ ｂ ｒ ｏｙｆｒ ｏｉｃｔ ｎｏ ｈｍｉ ｌ ｉｅ ｎ ｏ ｍ ｒ ａ ｒ ｌ Ｄ ｎ ｈ ａＵ ｉ ｒｔ， ｈｎ ｈｉ １ Ｓ ｔ ｅ ａ ｏａ ｒ ｄｆ ａ ｏ ｆ ｅ ｃ ｂｒ ａｄＰ ｌ ｅ ｔ ｉ ｓ ｏ ｇ ｕ ｎ ｅｓｙ Ｓ ａｇ ａ ａ ｔ ｏＭ ｉ ｉ Ｃ ａＦ ｓ ｙ Ｍ ｅａ ， ｖ ｉ
Ｋ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ａ ｈ ｇ ｌｃ ｌｒｗｅ ｇ ｔ ｏ ｙ ｔ ｙ ｅ ｅ ｐ ｙ ｉ ａ ｐ ｏ ｅ ｉ ｓ ｓ ｉ ｎ ｎ ； ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｅ ； ｅ ｒ ｓ ｕ ｔ — ｉ ｈ ｍｏ ｅ ｕ ａ ｉ ｈ ｌ ｅ ｈ ｌ ｎ ； ｈ ｓｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｅ ； ｐ ｎ ｉ ｇ ｒ ｐ ｔ ｃ ａ ｉ ａ ｐ ｏ ｅ ｉｓ ｔ
Ｃ ｉａ ３ Ｍａ — ｄ ｉｅ Ｒ ｓａｃ ｓｔｔ Ｄｏ ｇ ｕ ｉｅｓ ， Ｓ ａｇ ａ， ２ ２ Ｃ ｉ ｈｎ ； ． ｎｍａ ｅ ｂ ｒ ｅｅｒｈＩ ｔｕｅ ｎ ｈ ａ Ｆ ｎｉ ， Ｕｎｖ ｒ ｔ ｉ ｙ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ０ ｈｎ １ ６ ａ） Ａｂ ｔ ｃ： ｈ ｒｐ ｒｅ ｆ ｌａｈｇ ｌｃ ｌ ｅｇ ｔ ｏｙ ｔｙｅｅ（ ＨＭＷＰ ） ｅｉｓ ｓｄｂ ｉ ｅｅ ｔａｔ－ ｓｒ ｔ Ｔ ｅｐｏ ｅｔ ｓ ｔ —ｉｈｍｏｅｕａ ｗ ｉｈ ｌｅ ｌ ａ ｉ ｏ ｕｒ ｒ ｐ ｈ ｎ Ｕ Ｅ ｒｓ ｅ ｙｄｆ ｒｎ ｆｃ ｎｕ ｏ
超高分子量聚乙烯材料的研究进展
超高分子量聚乙烯材料的研究进展摘要：分子含量极高的聚乙烯(UHMWPE)通常是指分子量均匀大于100万颗粒的长链线性聚乙烯材料，具有高强度、抗冲击性、耐磨性、自润滑性和电阻率主要产品包括纤维、薄膜、管道、板材、棒材、孔隙和异质材料。
这些技术广泛应用于航空和空间、国防、海洋工程、铁路运输、市政建设、石油化工、采矿、电力和能源材料等领域。
关键词：超高分子量；聚乙烯材料；研究进展；引言UHMWPE是一种聚乙烯材料，可以达到超过150万甚至800万分子量。
超高分子量的超高分子量使其分子链连接得如此紧密，以至于它们没有熔化，从而显示出与普通聚乙烯材料不同的分子和物理性能。
这尤其适用于管道、医疗接头等领域广泛使用的耐久性、低温性能、冲击载荷、物理惯性和非毒性。
但是，超高分子量聚乙烯在使用摩擦时会产生大量热量，超高分子量聚乙烯的线性低热量结构无法及时导出摩擦引起的热量，从而可能导致超高分子量聚乙烯的分子结构突变和运动强度疲劳，进而影响材料的摩擦性能。
因此，提高超高分子量聚乙烯材料的导热系数，提高材料的抗逆性，延长超高分子量聚乙烯的寿命是非常重要的。
1聚乙烯结构在聚乙烯的化学结构中存在多个“-CH2”单元，即便是如此简单的化学结构，由于合成条件不同，也会产生许多种类的聚乙烯产品，这些不同种类的聚乙烯产品在性能上会呈现完全不同的性质。
产生这一现象的主要原因是合成种类和合成条件不同，会导致形成的分子密度和分子结构强度有较大差异。
聚乙烯是由乙烯发生聚合反应产生的，聚合反应有一定的发生条件。
聚乙烯是热塑性树脂的一种，乙烯聚合产生聚乙烯的方法有许多种，聚合方法的差异会导致聚乙烯在化学结构，聚合物特性等各个方面呈现较大的差异。
不同的聚合反应会产生分子量不同的聚乙烯，因此根据这一特性可以将聚乙烯划分为低密度聚乙烯和高密度聚乙烯。
低密度聚乙烯的密度较小，因此由低密度聚乙烯制作的化学材料硬度较低，在实际应用中通常用于农业中的塑料薄膜、生活常用塑料袋等。
纤维用超高分子量聚乙烯研究
纤维用超高分子量聚乙烯研究超高分子量聚乙烯（Ultra-high-molecular-weight polyethylene，简称UHMWPE）是一种重要的高性能工程塑料，具有优异的力学性能、化学性能和热稳定性，被广泛应用于纤维材料领域。
超高分子量聚乙烯是以乙烯为原料通过聚合反应制备而得。
在聚合过程中，乙烯分子通过共聚反应形成高分子链，聚乙烯的分子量通常达到几十万至几百万克/摩尔。
这种高分子量的聚合物链使得超高分子量聚乙烯具有出色的机械性能，如高抗拉强度、高模量和高冲击韧性。
纤维是一种具有高强度和高模量的材料，因此超高分子量聚乙烯被广泛应用于纤维材料的制备中。
其主要应用包括防弹纤维、绳索、缆绳、运动器材、船舶、航空航天和汽车行业等。
首先，超高分子量聚乙烯的优异力学性能使其成为一种常见的防弹材料。
由于其高抗拉强度和高冲击韧性，UHMWPE纤维广泛应用于防弹背心、头盔等个人防护装备中。
其独特的分子结构使得子弹在与纤维碰撞时受到分散和吸收，从而有效提高了防御能力。
其次，超高分子量聚乙烯纤维具有低密度和高强度的特点，使其成为一种理想的绳索和缆绳材料。
其高强度和低伸长率使得超高分子量聚乙烯纤维非常适合用于制备各种绳索和缆绳，如登山绳、拉桨绳、牵引绳等。
同时，其良好的耐磨性和低湿吸收性也使得超高分子量聚乙烯纤维成为航海、航空航天中不可或缺的材料。
超高分子量聚乙烯纤维还被广泛应用于运动器材制造领域。
由于其低摩擦系数和优异的耐磨性，超高分子量聚乙烯纤维成为滑雪板底板的理想选择。
其低湿吸收性和高抗弯模量也使其成为制造曲棍球杆等运动器材的重要材料。
此外，超高分子量聚乙烯纤维在船舶领域也有广泛应用。
由于其低密度和高强度，在船舶绳索、船用缆绳和船舶齿轮等方面具有优异性能。
其低渗透性和良好的抗化学腐蚀性也使其成为船舶管道系统的理想选择。
总而言之，超高分子量聚乙烯纤维具有优异的力学性能、化学性能和热稳定性，因此被广泛应用于纤维材料领域。
单宁酸协同改性超高分子量聚乙烯纤维与环氧树脂复合材料
关 键 词 :超 高 分 子 量 聚 乙 烯 纤 维 ;单 宁 酸 ;协 同 改 性 ;界 面 强 度
中 图 分 类 号 :TQ327
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1000-7555(2021)04-0092-07
超高分子量 聚 乙 烯(UHMWPE)纤 维 具 有 优 异 的高比强度、高比 模 量,是 比 强 度 最 高 的 纤 维。 且 具 有优越的抗冲击性 和 抗 切 割 性,以 及 抗 紫 外 线 辐 射、 防 中 子 和 γ 射 线 、耐 磨 、耐 化 学 腐 蚀 、有 较 长 的 挠 曲 寿 命性等特点[1,2],使 UHMWPE 纤维 增 强 复 合 材 料 广 泛应用于军事防护、航空航 天、体 育 用 品 等 领 域 。 [3~5] 但 是 纤 维 表 面 平 滑 、无 活 性 基 团 ,与 树 脂 基 体 结 合 时 , 容易发生 纤 维 与 树 脂 基 体 脱 胶 等 问 题,限 制 了 其 应 用 。 [6~9] 因此,改 善 纤 维 与 树 脂 基 体 之 间 的 界 面 强 度 ,增 加 复 合 材 料 的 整 体 性 能 势 在 必 行 。
1 实验部分
1.1 药品和仪器 单宁酸:主 要 成 分 为 多 元 酸,纯 度 96%,购 自 上
海阿拉丁试剂有限 公 司;环 氧 树 脂 (双 酚 a型 二 缩 水 甘油醚,商品名 E-51,环氧当量为210~230g/mol)、 固化剂1,3-二 (氨 甲 基)苯:购 自 天 津 希 恩 思 生 化 科 技有限公司;800D/400F 型 UHMWPE 纤维:购自连 云港神特材料 有 限 公 司;三 羟 甲 基 氨 基 甲 烷 (Tris)、 无 水 乙 醇 、氯 化 钠 等 :均 为 分 析 级 ,购 自 天 津 风 船 化 学 试剂科技有限公司。
高性能复合材料的树脂基体研究进展
韧性 ；④定性等作用 。
１ ． １ 环 氧树 脂 ｆ Ｅ Ｐ １
纤维 增强 聚合 物 基复合 材 料 的 比强 度 、比刚度很
大 ，但 这 仅 限 于 增 强 材 料 的纤 维 方 向特 性 。 由 于增 强 纤 维 是 复 合 材 料 的主 要 原 材 料 ，为 适 应 耐 高温 和 多功 能 复
离Ｊ ： 生 能 复合材料 的 腊 基体研 究进展
孙 远 君 （ 哈 尔滨玻 璃 钢研究 院 ，黑龙 江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ６ ）
摘 要 ：对 高 性 能 树 脂 基 复 合 材 料 的基 体 进 行 了 简要 介 绍 ，主 要 讨 论 了环 氧 树 脂 以及 热 固性 树 脂 基 复 合 材 料
一
类高性 能热固性树脂 ，它拥有 良好 的介电性能 、耐热
（ ４ ）核壳结 构 聚合 物增 韧 。其他 树 脂基 质类 型有 性 能和机械性能 ，与改性 Ｂ ＭＩ 、低损耗 Ｅ Ｐ相 比，Ｃ Ｅ树 Ｂ Ｍ Ｉ 树脂 、有机 硅树脂 、酚醛树脂 、乙烯基 酯树脂 、氰 脂 的介 电常数较 前者 小 １ ０ ％左 右 ，介 电损 耗降 低 约一
或 韧 性 会 大 大 提 高 。但 由于 其 最 大 缺 点 为 固化 后 质 脆 、 耐 冲 击 以 及 应力 裂 纹 的 能 力 不 强 ，塑 性 变 形 被 限制 ，从
一
方 面 ，不 同材料之 间的膨胀 与收缩 率不同 ，容易发生
应 力 ，导 致 开 路 而失 效 ，所 以 ，应 该 对其 改 性 方 可 能 ，具有代表性 的有 环氧 有 着质脆 、抗 冲击韧性 差等缺点 ，而且长 时间使用后 ， 在 晶片发射 的紫外光 照射 下会产 生黄变 、老化等现象 ， 热固性树 脂通常 是均相 脆性材料 ，而增韧后 的热 固性树 致 使 其透 光率 下 降 ，减 小 了 Ｌ Ｅ Ｄ器 件 的亮度 。此外 ， 脂 通常是 多相体 系 ，当刚性无机粉体填料 、弹性体 、热 环 氧 树 脂 的 热 阻 为 ２ ５ ０ ～ ３ ０ ０ ℃／ Ｗ ， 热 量 蓄 积 会 导 致 塑性树脂 等适 当地分散在热 固性树脂 基体 中时 ，断裂 能 Ｌ Ｅ Ｄ器件温度升高 ，加 快器件光衰 ，降低使用 寿命 。另
超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的研究现状
超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的研究现状
朱武;黄苏萍;周科朝;李志友
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2005(019)003
【摘要】介绍了超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的发展、制备和应用,指出了今后超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料的研究方向.
【总页数】4页(P67-69,79)
【作者】朱武;黄苏萍;周科朝;李志友
【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
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超高分子量聚乙烯纤维的进展
超高分子量聚乙烯纤维的开展在总结论述超高分子量聚乙烯纤维概念、用途的根底上，分析其在国内外不同国家的开展与应用现状，并重点阐释其在我国的产生、开展历程及取得的庞大功效;对世人了解我国超高分子量聚乙烯纤维开展状况，具有重要的释疑意义。
1超高分子量聚乙烯纤维概述超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维和芳纶纤维以后的世界第三代高强、高模、高科技的特种纤维。
超高分子量聚乙烯纤维在水中的自由断裂长度能够延伸至无穷长，而在一样粗细的情形下，超高分子量聚乙烯纤维能经受8倍于钢丝绳的最大质量，在军事、工业、航空、航天等领域均有重要应用。
超高分子量聚乙烯纤维最重要的功能确实是能够起到防弹、防刺的作用，用其制作的防弹衣质量、强度与传统的防弹衣相较都要轻得多，强度也高很多。
超高分子量聚乙烯纤维假设按质量计算其强度，要比芳纶高出40%，能够称之为现今世界上强度最高的聚乙烯纤维。
活着界三大特种纤维中，超高分子量聚乙烯纤维质量最轻，化学稳固性也最好，而且具有耐磨、耐弯曲性能、张力疲劳性能和抗切割性能。
但超高分子量聚乙烯纤维活着界上也属于稀缺物资，其生产技术难度是专门大的，目前，在国际上只有美国、荷兰、日本的三家化工公司能够进展工业化生产，而国内年产量那么较少，多存在装置规模小等问题。
据预测，在以后10年，世界对超高分子量聚乙烯纤维的年需求量将抵达20万吨以上，市场开展潜力庞大。
在我国，其已被列为国家"十一五"期间重点研发产品。
2国外超高分子量聚乙烯纤维生产与开展现状1)超高分子量聚乙烯纤维在荷兰的开展荷兰帝斯曼公司是世界上生产迪尼玛品牌高性能聚乙烯纤维的最大厂商。
该公司于2006年在美国北卡罗来纳州建成并投产了高强聚乙烯纤维迪尼玛的生产线，这是该公司的第三次扩产扩能，这就使该公司生产超高分子量聚乙烯纤维的生产线数量抵达了9条。
自此，其在全世界的迪尼玛纤维生产能力提高了约18%，抵达了4700吨/年。
而要紧应用于单向防弹板制作的此类纤维生产能力那么提高25%，抵达了2500吨/年。
超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其界面性能研究进展
超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其界面性能研究进展
李露露;韩立新;王爽芳;严成;蒋干兵;孙洁;俞科静
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2022(53)4
【摘要】超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维因具有高化学稳定性,高机械性能和低成本等优点而成为理想增强材料之一。
然而,规整的非极性分子链结构致使UHMWPE纤维结晶度高、与树脂基体之间几乎无化学键合,本文因而与树脂的粘合性差。
为此已经进行了许多纤维表面处理的工作,如紫外辐射、等离子体处理、聚合物涂层等。
主要从湿法化学改性和干法化学改性这两方面入手,总结归纳了目前超高分子量聚乙烯纤维的界面改性研究现状,从物理和化学两个方面揭示界面增强机理以及界面性能与复合材料力学性能的关系,为超高分子量聚乙烯纤维的界面结构设计和改性提供科学理论依据和技术指导。
【总页数】9页(P4088-4096)
【作者】李露露;韩立新;王爽芳;严成;蒋干兵;孙洁;俞科静
【作者单位】江南大学生态纺织教育部重点实验室;连云港神特新材料有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TB332
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作者简介:何洋,男,1979年生,在读硕士研究生,从事高分子材料的合成及复合材料的制备。
超高分子量聚乙烯纤维复合材料用树脂基体的研究进展何 洋1 梁国正1 吕生华1 王结良1 陈成泗2 陈孟群2 胡开波2(1.西北工业大学化工系,西安710072);(2.宁波大成新材料股份有限公司,宁波315000)摘 要 本文从提高超高分子量聚乙烯(U HMWPE )纤维与基体的粘接性入手,介绍了目前U HMWPE 纤维复合材料常用的聚氨酯类、橡胶类、乙烯酯类树脂体系的特点和应用现状及前景。
分析了U HMWPE 纤维复合材料作为防弹材料、结构材料等的优点和目前所存在的问题,针对这些问题提出了解决的思路。
关键词 超高分子量聚乙烯纤维,粘接性,树脂基体,防弹材料Study progress of resin matrix based on UHMWPE f ibre composite materialHe Yang 1 Liang Guozheng 1 L üShenghua 1 Wang Jieliang 1 Chen Chengsi 2 Chen Menqun 2 Hu Kaibo 2(1.The Chemical Engineering Department ,Northwestern Polytechnical University ,Xi ’an 710072)(2.Ningbo Dacheng New Material Co.,Ltd ,Ningbo 315000)Abstract Because of the poor adhesion properties of U HMWPE fibre with resin matrix ,most of the study were focused on fiber surface treatment and made little affect.In this work ,the properties and application of resin and modified resin system ,such as PUR 、rubber 、V ER and epoxy which is commonly used by U HMWPE fibre are introduced.The advantage and problem of U HMWPE composites as bulletproof and structure material are also dis 2cussed.K ey w ords U HMWPE fibre ,adhesion properties ,resin matrix ,bulletproof material 超高分子量聚乙烯(U HMWPE )纤维由于具有高强度(σΕ1716CN/dtex )、高模量(E Ε440CN/dtex )、低密度、耐腐蚀、耐冲击、自润滑效应、耐应力开裂、防中子和γ射线等优异性能而被广泛应用于军事装备、航空航天、航海运输、渔业捕捞、石油开采、生物工程、体育器材等领域。
但由于U HMWPE 纤维在高温下使用强度低,蠕变明显,而且分子链中不含极性基团,使其惰性的分子链很难与通用的树脂基体粘接形成综合性能优良的复合材料而使其应用大大受到限制。
针对这一问题,目前的研究思路是从界面的胶接理论中找到改善复合材料界面粘接性能的最佳实施途径。
1 界面胶接理论[1,2]当两种同类或不同类的固体由于介于两表面之间的另一种物质(或两种固体中的一种)的作用而牢固结合起来的过程成为粘接,粘接过程中发生了复杂的物理和化学变化。
为了便于被粘接物牢固地粘接在一起,必须在粘接过程中使胶粘剂呈液态并且完全浸润被粘接固体的表面,完全浸润是获得高强第30卷第10期化工新型材料Vol 130No 1102002年10月N EW CHEMICAL MA TERIAL SOct.2002度粘接的必要条件。
液体对固体表面发生浸润时,固体、液体及界面的表面张力之间存在如下的关系:γc =γ1cos θ+γs l (杨氏公式) 式中γc 为固体表面张力,γ1为液体的表面张力,γs l 为界面的表面张力,θ为浸润角,如图1所示。
当θ减小时,说明液体越容易在固体表面浸润;当θ趋近于0时,该液体的表面张力为固体的临界表面张力。
以γc 表示即:γc =γ1+γs l ,γs l 很小,可近似认为γc =γ1,即当液体的表面张力与固体的表面张力相同时,浸润效果最好。
图1 液体与固体表面的浸润示意图由以上分析结合Shell P J 等人[3,4]的研究得出以下结论:胶粘剂与被粘物的表面张力相等且极性相同时,界面张力最小,粘接强度最大,实际中常用SP 值(溶度参数)代替γc ,SP 与分子的内聚能密度(CED )有关,SP =(CED )015,SP 相近的物质混合容易达到良好的浸润效果,从而得到较佳粘接性能。
因此一般来说,对固体材料进行粘接必须满足下列条件:①液态胶粘剂与被粘物表面的接触角尽可能地小,以达到完全浸润;②胶粘剂粘度越小,越容易浸润;③对基本表面进行必要的处理,用物理及化学方法清除“薄弱界面”并赋予适当的粗糙度。
针对U HMWPE 纤维复合材料界面粘接问题,国内外出现了很多改善二者界面性能的方法。
比较流行的做法是对纤维表面进行必要的处理。
2 纤维表面的处理U HMWPE 纤维表面的处理有几种实施办法:(1)用二甲苯、铬酸、高锰酸钾等强氧化性物质对U HMWPE 纤维表面进行氧化处理,使其表面凸凹不平,粗糙程度加大,从而提高其粘接性能。
(2)用丙烯酸类单体(AA 、AM 、GMA 等)接枝在U HMWPE 纤维链上,提高纤维与树脂基体的粘接性能。
(3)采用电晕、等离子处理U HMWPE 纤维,使其表面形成极性基团,从而提高其与树脂基体的粘接性能。
由于上述3种办法都是以牺牲纤维的综合性能为代价的(纤维的性能下降20%左右),而且拉伸强度和模量下降尤为明显,故采取纤维表面物理或化学处理的办法来提高其与树脂基体的粘接性能是得不偿失的。
而寻找或合成树脂基体来提高粘接性是一条行之有效、有发展前景的途径,并且我们可以用所确定的树脂基体的优异性能来弥补U HMWPE 纤维的其他缺陷。
3 UH MWPE 纤维复合材料用树脂基体需具备的条件 (1)能够改善界面的粘接性,对纤维具有良好的浸润性。
(2)固化温度不能高于120℃。
这是由于U HMWPE 纤维在熔点(150℃)以上处于橡胶态,熔体延展性差,受力易断裂,受热后收缩较大,对纤维性能影响很大[5]。
(3)基体所用的溶剂必须是易挥发的低毒溶剂。
(4)满足U HMWPE 纤维复合材料作为防弹材料、结构材料等方面的性能要求。
满足以上条件的树脂基体主要有以下几类:聚氨酯类、橡胶类、不饱和聚酯(热固性乙烯酯)。
4 聚氨酯类(PUR )聚氨酯类树脂是最早被采用作为UHMWPE 纤维复合材料用树脂基体的。
由于聚氨酯中含有柔性的分子链,故具有极好的抗弯、抗冲击等机械性能,击碎吸收能大,有较强的剥离强度和化学稳定性以及优异的耐低温性能而被认为是理想的防弹材料基体。
采用Baxenden 化学公司生产的Wit 2coflex130Matt 热塑性聚氨酯与U HMWPE 纤维制成纤维网状的预浸料,将网片按0°/90°/0°/90°铺层用压延辊生产出280g/m 2的层压材料,经后处理测试其防弹性能,得如下结果(表1)表1 Witcoflex 130PUR 基体基础的U D 层压板材料防弹性能评价[6]威胁层压板含网片数面密度/(kg/m 2)V50/(m/s )吸收能/(J/kg ・m 2)17颗FSP 2571061729189mm Parabellum 102183882118357GECO 185124742227162×51NB752112833151 注:其中V50为实验用子弹有一半穿透防弹材料的最小发射速度。
由表1可以看出,Witcoflex130PUR 基体材料・30 ・化工新型材料第30卷的吸收能很高,适于提供对发射弹丸的保护,而且研究发现,无定形的聚氨酯比结晶状态的可以产生更小的凸伤。
无定形的热塑性聚氨酯Witcoflex130与结晶状态的Dispercollu42的防弹性能比较见表2。
表2 Witcoflex130与结晶状态的Dispercollu42的防弹性能比较威胁基体层数面密度/(kg/m2)V50/(m/s)凸伤/mm9mm Parabellum Witcoflex13010218341229mm Parabellum Dispercollu421021833927 7162natoball Witcoflex13075211279428 7162natoball Dispercollu4275211179634 注:凸伤是指弹丸作用在防弹材料上导致冲击点的后面形成的较大的变形。
由表2可以看出,层数越多,防弹效果(V50)越好,且结晶态和无定形的热塑性聚氨酯在提供对发射弹丸的保护上(V50)效果不相上下,但在防止凸伤方面,无定形的热塑性聚氨酯更胜一筹。
从上述实验中我们可以看出,热塑性PUR具有相当优异的防弹性能,但由于其与UHMWPE纤维的粘接性能不佳,而且热塑性PUR属于弹性体,高温蠕变性很明显,很难适应目前UHMWPE纤维复合材料作为结构材料使用时对综合性能的较高的要求。
5 橡胶类由于橡胶类胶粘剂具有粘着时成膜性能良好,胶膜富于韧性,抗震性,对纤维具有良好的浸润性[7],而被作为防弹类U HMWPE纤维复合材料用树脂基体广泛采用。
根据高分子材料的溶解性原则[8],对于非极性的U HMWPE纤维应该选用非极性的橡胶来提高其界面粘接效果。
目前主要是采用以下几类橡胶及其共聚物:异戊橡胶、丁苯橡胶、以及苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物D1107和苯乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物G1650等。
采用D1107和G1650树脂基体制造的U HMWPE纤维层压板获得了良好的防弹性能,其性能指标见表3。
表3 几种橡胶基体的防弹性能的评价[9]基本类型基体含量基体模量/(MPa)面密度/(kg/m2)V50/(m/s)SEA/(J m2/kg)交联聚异戊二烯1516%01695146103815 D1*******%11385126563812 G1*******%13186106503817 LDPE2814%1866105703014聚已酸内酯2510%3456105893210环氧2515%34486105732918 注:SEA—比吸收能即层压板单位面密度吸收能量。