超高分子量聚乙烯纤维的表面改性研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 实验
1. 1 实验材料 超高分子量聚乙烯纤维 :宁波大成新材料股份
有限公司 ;铬酸钾 ( K2 CrO4 ) : 分析纯 ,天津市大茂 化学试剂厂 ;重铬酸钾 ( K2 Cr2 O7 ) :分析纯 ,国药集 团化学试剂厂 ;浓硫酸 :分析纯 ,平湖化工试剂厂 ; 乙二醇 :分析纯 ,上海玻尔化学试剂有限公司 ;环氧 树脂 (618) 、三乙烯四胺 :化学纯 ,国药集团化学试 剂厂 。 1. 2 纤维表面处理 1. 2. 1 纤维处理过程
τ
=
F
πnd
l
(M
Pa)
[6]
式中 : F———最大拔出强力 (N ) ;
n———纤维的根数 ;
d———纤维直径 (mm ) ;
l———纤维埋入长度 (mm ) 。
纤维包埋及黏结强度测试装置如图 1所示 。
图 1 纤维包埋及黏结强度测试装置示意图
2 结果与讨论
2. 1 正交试验分析 在超声频率为 25 kHz下进行正交试验 ,主要
当设定的温度稳定后把要处理的超高分子量聚乙烯纤维放人玻璃器皿中待一定的时间后取出并用去离子水清洗几遍直到用ph试纸测试水洗溶液为中性为止最后放在50c烘箱中烘干编号备2010122样品制备在预备实验的基础上对超高分子量聚乙烯纤维处理进行正交试验因素与水平表见表l
功能性整理技术 产业用纺织品 总第 233期
1. 3 测试 1. 3. 1 纤维力学性能测试
用上海华龙测试仪器公司生产的 wdw220型微 机控制电子万能机测试纤维强度 ,隔距 50 mm ,拉 伸速度 10 mm /m in, 测 30次取平均值 。 1. 3. 2 纤维接触角测试
用上海中晨数字技术 设备 有限公 司生 产的
JC2000A 静滴接触角 /界面张力仪测定纤维接触
关键词 :超高分子量聚乙烯纤维 ,超声波 ,表面处理 ,单丝抽拔 ,黏结性 中图分类号 : TS102. 527. 7; TS195. 54 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7093 (2010) 02 - 0036 - 05
超高分子量聚乙烯 (UHMW PE)纤维是 20 世 纪 90年代出现的高科技高性能纤维 ,是目前公认 的三大高技术纤维 (碳纤维 、芳纶 、超高分子量聚 乙烯纤维 )之一 。超高分子量聚乙烯纤维相对分 子质量极高 ,主链结合好 、取向度和结晶度高 ,比强 度是当今纤维之最 ,而且密度小 、模量高 ,能抗紫外 线和耐化学物品腐蚀 ,并具有突出的抗冲击 、抗切 割韧性优点 ,使其成为先进复合材料用增强纤维的 首选 [ 122 ] 。
本文研究超声下液态氧化法处理超高分子量 聚乙烯纤维 ,采用强氧化性酸铬酸溶液 ,对纤维的
收稿日期 : 2009 - 05 - 19 作者简介 :金军 ,男 , 1983年生 ,在读硕士研究生 。主要从事高 性能纤维方面的研究 。
— 36 —
处理工艺参数进行了探讨 ,并对纤维的处理效果进 行了表征 。超声波不同于一般的机械振动 ,它可以 清洁纤维表面 ,减少界面区的薄弱点 ;在液体下产 生空化 、声流及激波作用 ,刻蚀纤维表面 ,使表面凹 凸不平 ,粗糙度增加 ,并促进氧化反应的进行 [ 5 ] 。
止 ,注入胶囊中 ;待固化 48 h后 ,将被树脂和胶囊 包裹的纤维取下 ,并把胶囊下端的纤维剪掉 ,量取 包埋在树脂中的纤维长度 ,然后用自制的抽拔实验 装置测试纤维与树脂的黏结强度 。用莱州市电子
仪器有限公司生产的 Model LLY206型电子单纱强 力仪测定纤维的拔出强力 ,测 5 次取平均值 ;隔距 10 mm ,拉伸速度 20 mm /m in; 由下式计算纤维界 面剪切应力 τ:
到改善纤维表面的目的 。但随着温度升高 ,纤维强 度下降幅度增大 。温度对接触角的影响如图 3 ( b) 所示 ,纤维接触角随着温度的提高而减小 ,且下降 幅度逐渐变大 ,说明了纤维的刻蚀可提高纤维的黏 结性能 。
( a)断裂强度
( a)断裂强度
( b)接触角 图 2 因素效应曲线图
2. 2 各因素对纤维表面处理的影响分析 2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2. 1 温度
度损失较大而失去利用价值 ,因此控制纤维的损伤 度是处理纤维的关键 。
对于多指标的正交试验分析可知 ,溶液配比对 处理纤维的影响比较小 ,因此下文省略了对它的分 析 。超声波对处理纤维有一定影响 ,因为超声波与 温度存在一定的关系 ,温度越高 ,超声波的能量传 递性越高 ,同时超声在液体中的空化作用越弱 ,所 以增加了超声波频率因素对处理纤维影响的分析 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2010年第 2期 产业用纺织品 功能性整理技术
表 1 因素与水平表
因 素
水平
1 2 3
A 溶液配比 (质量比 )
B 温度 /℃
K2 Cr2O7 ∶H2 SO4 ∶H2O = 1∶20∶2 20 K2 Cr2O7 ∶H2 SO4 ∶H2O = 1∶25∶2 40 K2 CrO4 ∶H2 SO4 ∶H2O = 1∶30∶2 60
C 时间 /m in 10 30 60
温度是影响纤维强度最大的因素 。一般来说 , 处理温度越高 ,铬酸溶液的氧化能力越强 ,对纤维 表面的处理效果越好 ,处理后的纤维与基体间的黏 结性能越好 ,但同时对纤维的损伤也越大 。在其他 处理条件不变的情况下 ,温度对纤维强度的影响如 图 3 ( a)所示 [图 3 ( a)中 raw 为未处理纤维 ,图 3 ( b) 、图 4和图 5 亦相同 ] ,随着温度的升高 ,纤维 强度逐渐下降 。在温度较低 ( 20℃、30℃)时 ,纤维 的强度损失不是很大 ,处理效果不明显 ,必定达不
首先按照不同的物质配比配制铬酸溶液 ,注入 大的玻璃器皿中 ,固定在超声波清洗机的水浴中 。 当设定的温度稳定后 ,把要处理的超高分子量聚乙 烯纤维放入玻璃器皿中 ,待一定的时间后取出 ,并 用去离子水清洗几遍 ,直到用 pH 试纸测试水洗溶 液为中性为止 ,最后放在 50℃烘箱中烘干 ,编号备
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
— 38 —
( b)接触角 图 3 温度对纤维性能的影响
(处理时间 20 m in)
2. 2. 2 时间 时间是影响纤维强度又一个重要因素 ,如图 4 (a) ,
随着时间的延长纤维断裂强度减小 ,特别是在 15 m in以后强度明显下降 。接触角随着时间的延 长而逐渐减小 ,但变化幅度趋小 ,说明并不是处理 的时间越长越好 ,接触角在一定时间后趋于定值 , 如图 4 ( b)所示 。 2. 2. 3 频率
考察纤维的两项指标 ———断裂强度和接触角 ,断裂 强度越大越好 ,接触角越小越好 ,故采用综合平衡 法对结果进行分析 。
由正交试验结果可知 ,在纤维的断裂强度方 面 ,温度的影响最大 ,其次是时间 ,溶液配比影响较 小 ;在纤维的接触角方面 ,温度的影响也是最大的 , 其次是时间与溶液配比 ,时间和溶液配比影响程度 差别不大 。对图 2分析可看出 ,温度与时间是影响 纤维性能最大的两个因素 ,对指标的影响方式一 致 ,溶液配比稍有差别 。对纤维的刻蚀和氧化使纤 维与乙二醇的接触角减小 ,也使纤维的断裂强度下 降 ,减小纤维接触角和保持纤维的强度是一对矛 盾 。在纤维接触角比较小的情况下 ,由于纤维的强
频率是超声波的最重要参数之一 ,决定了超声 波的主要性能 。不同频率的超声波的波长是不同 的 ———频率越高 ,波长越小 。而波长最小的超声波 在穿过空隙时容易产生集数 ,不容易分散 ,因此在 液体中的空化 、乳化作用比较小 。如图 5所示 ,在 25 kHz下 ,由于超声波的频率低 ,空化作用比较明 显 ,对纤维的损伤稍大一点 ,但总体上频率对纤维 的断裂强度和接触角影响较小 ,说明对纤维的刻蚀 主要还是缘于铬酸的强氧化作用 。
( b)接触角 图 4 时间对纤维性能的影响
(处理温度 40℃)
( a)未处理
( a)断裂强度
( b)处理后 (处理温度 60℃,时间 5 m in) 图 6 处理前后纤维表面的电镜照片
( b)接触角 图 5 频率对纤维的性能影响
(处理温度 60℃,时间 5 m in)
2. 3 电镜分析 提高超高分子量聚乙烯纤维的表面黏结性 ,主
— 37 —
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
功能性整理技术 产业用纺织品 总第 233期
但是 ,超高分子量聚乙烯纤维化学上不活泼 , 表面能低 ,表面缺乏极性基团 ,且是高度对称的亚 甲基结构 ,使得纤维具有很高的结晶度和取向 度 [ 3 ] 。这一方面保证其具有较高的力学强度 ,另 一方面也使得纤维表面的化学惰性特别突出 ,集中 表现在与树脂基体制成复合材料后 ,界面结合力很 低 。针对这一问题 ,国内外开展了大量的研究工 作 ,主要方法有 [ 4 ] :等离子体处理 、电晕放电处理 、 辐射处理 、氧化处理等等 。
( a)断裂强度
镜照片 ,未处理的纤维表面光滑 ,外观形态比较均 匀 ;处理过的纤维表面出现了很多不规则的沟槽 , 表面的粗糙程度增加 ,从而提高了纤维的黏结性 。 2. 4 红外光谱分析
超高分子量聚乙烯纤维的结晶度和取向度都 很高 ,因此红外光谱图中碳氢键的红外反射信号较 强 ,具体有 3处特征吸收区域 ,见图 7。1号样品是 未处理的纤维 , 2 840～2 940 cm - 1范围内存在 2个 强吸收峰 ,属于 —CH2 的伸缩振动 ; 1 470 cm - 1存 在 1个中等强度吸收峰 ,属于 —CH2的变形振动 ;
要是对纤维表面进行刻蚀和氧化 。刻蚀作用提高 了纤维比表面积 ,增大了其与树脂的接触面积 ;氧 化作用在纤维表面引入了极性基团 ,提高了其与树 脂的浸润性 。图 6 给出了处理前后纤维表面的电
超高分子量聚乙烯纤维的表面改性研究
金 军 张慧萍 晏 雄 (东华大学纺织面料技术教育部重点实验室 ,上海 , 201620)
摘 要 :针对超高分子量聚乙烯纤维表面黏结性差的缺点 ,采用超声下铬酸溶液处理纤维表面 。根据正交试 验 ,分析了处理过程中影响纤维性能的因素 ,并对各单独因素进行了探讨 。通过 SEM 和 FTIR 分析了 处理前后纤维的结构变化 ,并用自制的单丝抽拔装置对纤维黏结性进行了表征 。结果表明 :温度是影 响处理纤维效果的最主要因素 ,低于 60℃时 ,对纤维表面仅进行了刻蚀 ;温度达到 60℃时 ,在纤维表 面产生了极性基团 ,且表面刻蚀和产生极性基团都提高了纤维的黏结性 。
2010年第 2期 产业用纺织品 功能性整理技术
用。 1. 2. 2 样品制备
在预备实验的基础上 ,对超高分子量聚乙烯纤 维处理进行正交试验 ,因素与水平表见表 1。试验 采用 3水平 3因素 ,选用正交表 L9 ( 34 )安排试验 。 然后在正交试验的基础上 ,分别分析了不同因素对 纤维性能的影响 。
角 。将乙二醇液滴置于纤维表面 ,达到平衡后 ,通 过调节镜头焦距来获取清晰的图像 ,采用量高法计 算接触角 。
1. 3. 3 纤维表面官能团测试 用美国 N icolet公司生产的 NEXUS25700 型傅
里叶红外 —拉曼光谱仪对纤维进行表面扫描得红
外光谱图 。
1. 3. 4 纤维表面电镜测试 用日本电子株式会社生产的 JSM 25600LV 扫
描电子显微镜 ( SEM )观察纤维表面形态 ,比较处
理前后的纤维表面 。
1. 3. 5 纤维黏结性能测试
用自制的抽拔实验装置测试纤维与树脂的黏
结强度 。先取一去掉胶囊帽的胶囊 ,高度为 4 mm
左右 ,在其底部用针扎出一细孔 ,将纤维沿细孔穿 过该胶囊 ,以胶囊上端的纤维固定于一铁架上 ,悬 挂胶囊的纤维下端加上负荷 ,使纤维保持一定的张 力 ;然后将环氧树脂 618与三乙烯四胺按照 1∶3的 质量比比例调和 ,充分搅拌后静置到没有气泡为
1. 1 实验材料 超高分子量聚乙烯纤维 :宁波大成新材料股份
有限公司 ;铬酸钾 ( K2 CrO4 ) : 分析纯 ,天津市大茂 化学试剂厂 ;重铬酸钾 ( K2 Cr2 O7 ) :分析纯 ,国药集 团化学试剂厂 ;浓硫酸 :分析纯 ,平湖化工试剂厂 ; 乙二醇 :分析纯 ,上海玻尔化学试剂有限公司 ;环氧 树脂 (618) 、三乙烯四胺 :化学纯 ,国药集团化学试 剂厂 。 1. 2 纤维表面处理 1. 2. 1 纤维处理过程
τ
=
F
πnd
l
(M
Pa)
[6]
式中 : F———最大拔出强力 (N ) ;
n———纤维的根数 ;
d———纤维直径 (mm ) ;
l———纤维埋入长度 (mm ) 。
纤维包埋及黏结强度测试装置如图 1所示 。
图 1 纤维包埋及黏结强度测试装置示意图
2 结果与讨论
2. 1 正交试验分析 在超声频率为 25 kHz下进行正交试验 ,主要
当设定的温度稳定后把要处理的超高分子量聚乙烯纤维放人玻璃器皿中待一定的时间后取出并用去离子水清洗几遍直到用ph试纸测试水洗溶液为中性为止最后放在50c烘箱中烘干编号备2010122样品制备在预备实验的基础上对超高分子量聚乙烯纤维处理进行正交试验因素与水平表见表l
功能性整理技术 产业用纺织品 总第 233期
1. 3 测试 1. 3. 1 纤维力学性能测试
用上海华龙测试仪器公司生产的 wdw220型微 机控制电子万能机测试纤维强度 ,隔距 50 mm ,拉 伸速度 10 mm /m in, 测 30次取平均值 。 1. 3. 2 纤维接触角测试
用上海中晨数字技术 设备 有限公 司生 产的
JC2000A 静滴接触角 /界面张力仪测定纤维接触
关键词 :超高分子量聚乙烯纤维 ,超声波 ,表面处理 ,单丝抽拔 ,黏结性 中图分类号 : TS102. 527. 7; TS195. 54 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7093 (2010) 02 - 0036 - 05
超高分子量聚乙烯 (UHMW PE)纤维是 20 世 纪 90年代出现的高科技高性能纤维 ,是目前公认 的三大高技术纤维 (碳纤维 、芳纶 、超高分子量聚 乙烯纤维 )之一 。超高分子量聚乙烯纤维相对分 子质量极高 ,主链结合好 、取向度和结晶度高 ,比强 度是当今纤维之最 ,而且密度小 、模量高 ,能抗紫外 线和耐化学物品腐蚀 ,并具有突出的抗冲击 、抗切 割韧性优点 ,使其成为先进复合材料用增强纤维的 首选 [ 122 ] 。
本文研究超声下液态氧化法处理超高分子量 聚乙烯纤维 ,采用强氧化性酸铬酸溶液 ,对纤维的
收稿日期 : 2009 - 05 - 19 作者简介 :金军 ,男 , 1983年生 ,在读硕士研究生 。主要从事高 性能纤维方面的研究 。
— 36 —
处理工艺参数进行了探讨 ,并对纤维的处理效果进 行了表征 。超声波不同于一般的机械振动 ,它可以 清洁纤维表面 ,减少界面区的薄弱点 ;在液体下产 生空化 、声流及激波作用 ,刻蚀纤维表面 ,使表面凹 凸不平 ,粗糙度增加 ,并促进氧化反应的进行 [ 5 ] 。
止 ,注入胶囊中 ;待固化 48 h后 ,将被树脂和胶囊 包裹的纤维取下 ,并把胶囊下端的纤维剪掉 ,量取 包埋在树脂中的纤维长度 ,然后用自制的抽拔实验 装置测试纤维与树脂的黏结强度 。用莱州市电子
仪器有限公司生产的 Model LLY206型电子单纱强 力仪测定纤维的拔出强力 ,测 5 次取平均值 ;隔距 10 mm ,拉伸速度 20 mm /m in; 由下式计算纤维界 面剪切应力 τ:
到改善纤维表面的目的 。但随着温度升高 ,纤维强 度下降幅度增大 。温度对接触角的影响如图 3 ( b) 所示 ,纤维接触角随着温度的提高而减小 ,且下降 幅度逐渐变大 ,说明了纤维的刻蚀可提高纤维的黏 结性能 。
( a)断裂强度
( a)断裂强度
( b)接触角 图 2 因素效应曲线图
2. 2 各因素对纤维表面处理的影响分析 2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2. 1 温度
度损失较大而失去利用价值 ,因此控制纤维的损伤 度是处理纤维的关键 。
对于多指标的正交试验分析可知 ,溶液配比对 处理纤维的影响比较小 ,因此下文省略了对它的分 析 。超声波对处理纤维有一定影响 ,因为超声波与 温度存在一定的关系 ,温度越高 ,超声波的能量传 递性越高 ,同时超声在液体中的空化作用越弱 ,所 以增加了超声波频率因素对处理纤维影响的分析 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2010年第 2期 产业用纺织品 功能性整理技术
表 1 因素与水平表
因 素
水平
1 2 3
A 溶液配比 (质量比 )
B 温度 /℃
K2 Cr2O7 ∶H2 SO4 ∶H2O = 1∶20∶2 20 K2 Cr2O7 ∶H2 SO4 ∶H2O = 1∶25∶2 40 K2 CrO4 ∶H2 SO4 ∶H2O = 1∶30∶2 60
C 时间 /m in 10 30 60
温度是影响纤维强度最大的因素 。一般来说 , 处理温度越高 ,铬酸溶液的氧化能力越强 ,对纤维 表面的处理效果越好 ,处理后的纤维与基体间的黏 结性能越好 ,但同时对纤维的损伤也越大 。在其他 处理条件不变的情况下 ,温度对纤维强度的影响如 图 3 ( a)所示 [图 3 ( a)中 raw 为未处理纤维 ,图 3 ( b) 、图 4和图 5 亦相同 ] ,随着温度的升高 ,纤维 强度逐渐下降 。在温度较低 ( 20℃、30℃)时 ,纤维 的强度损失不是很大 ,处理效果不明显 ,必定达不
首先按照不同的物质配比配制铬酸溶液 ,注入 大的玻璃器皿中 ,固定在超声波清洗机的水浴中 。 当设定的温度稳定后 ,把要处理的超高分子量聚乙 烯纤维放入玻璃器皿中 ,待一定的时间后取出 ,并 用去离子水清洗几遍 ,直到用 pH 试纸测试水洗溶 液为中性为止 ,最后放在 50℃烘箱中烘干 ,编号备
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
— 38 —
( b)接触角 图 3 温度对纤维性能的影响
(处理时间 20 m in)
2. 2. 2 时间 时间是影响纤维强度又一个重要因素 ,如图 4 (a) ,
随着时间的延长纤维断裂强度减小 ,特别是在 15 m in以后强度明显下降 。接触角随着时间的延 长而逐渐减小 ,但变化幅度趋小 ,说明并不是处理 的时间越长越好 ,接触角在一定时间后趋于定值 , 如图 4 ( b)所示 。 2. 2. 3 频率
考察纤维的两项指标 ———断裂强度和接触角 ,断裂 强度越大越好 ,接触角越小越好 ,故采用综合平衡 法对结果进行分析 。
由正交试验结果可知 ,在纤维的断裂强度方 面 ,温度的影响最大 ,其次是时间 ,溶液配比影响较 小 ;在纤维的接触角方面 ,温度的影响也是最大的 , 其次是时间与溶液配比 ,时间和溶液配比影响程度 差别不大 。对图 2分析可看出 ,温度与时间是影响 纤维性能最大的两个因素 ,对指标的影响方式一 致 ,溶液配比稍有差别 。对纤维的刻蚀和氧化使纤 维与乙二醇的接触角减小 ,也使纤维的断裂强度下 降 ,减小纤维接触角和保持纤维的强度是一对矛 盾 。在纤维接触角比较小的情况下 ,由于纤维的强
频率是超声波的最重要参数之一 ,决定了超声 波的主要性能 。不同频率的超声波的波长是不同 的 ———频率越高 ,波长越小 。而波长最小的超声波 在穿过空隙时容易产生集数 ,不容易分散 ,因此在 液体中的空化 、乳化作用比较小 。如图 5所示 ,在 25 kHz下 ,由于超声波的频率低 ,空化作用比较明 显 ,对纤维的损伤稍大一点 ,但总体上频率对纤维 的断裂强度和接触角影响较小 ,说明对纤维的刻蚀 主要还是缘于铬酸的强氧化作用 。
( b)接触角 图 4 时间对纤维性能的影响
(处理温度 40℃)
( a)未处理
( a)断裂强度
( b)处理后 (处理温度 60℃,时间 5 m in) 图 6 处理前后纤维表面的电镜照片
( b)接触角 图 5 频率对纤维的性能影响
(处理温度 60℃,时间 5 m in)
2. 3 电镜分析 提高超高分子量聚乙烯纤维的表面黏结性 ,主
— 37 —
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
功能性整理技术 产业用纺织品 总第 233期
但是 ,超高分子量聚乙烯纤维化学上不活泼 , 表面能低 ,表面缺乏极性基团 ,且是高度对称的亚 甲基结构 ,使得纤维具有很高的结晶度和取向 度 [ 3 ] 。这一方面保证其具有较高的力学强度 ,另 一方面也使得纤维表面的化学惰性特别突出 ,集中 表现在与树脂基体制成复合材料后 ,界面结合力很 低 。针对这一问题 ,国内外开展了大量的研究工 作 ,主要方法有 [ 4 ] :等离子体处理 、电晕放电处理 、 辐射处理 、氧化处理等等 。
( a)断裂强度
镜照片 ,未处理的纤维表面光滑 ,外观形态比较均 匀 ;处理过的纤维表面出现了很多不规则的沟槽 , 表面的粗糙程度增加 ,从而提高了纤维的黏结性 。 2. 4 红外光谱分析
超高分子量聚乙烯纤维的结晶度和取向度都 很高 ,因此红外光谱图中碳氢键的红外反射信号较 强 ,具体有 3处特征吸收区域 ,见图 7。1号样品是 未处理的纤维 , 2 840～2 940 cm - 1范围内存在 2个 强吸收峰 ,属于 —CH2 的伸缩振动 ; 1 470 cm - 1存 在 1个中等强度吸收峰 ,属于 —CH2的变形振动 ;
要是对纤维表面进行刻蚀和氧化 。刻蚀作用提高 了纤维比表面积 ,增大了其与树脂的接触面积 ;氧 化作用在纤维表面引入了极性基团 ,提高了其与树 脂的浸润性 。图 6 给出了处理前后纤维表面的电
超高分子量聚乙烯纤维的表面改性研究
金 军 张慧萍 晏 雄 (东华大学纺织面料技术教育部重点实验室 ,上海 , 201620)
摘 要 :针对超高分子量聚乙烯纤维表面黏结性差的缺点 ,采用超声下铬酸溶液处理纤维表面 。根据正交试 验 ,分析了处理过程中影响纤维性能的因素 ,并对各单独因素进行了探讨 。通过 SEM 和 FTIR 分析了 处理前后纤维的结构变化 ,并用自制的单丝抽拔装置对纤维黏结性进行了表征 。结果表明 :温度是影 响处理纤维效果的最主要因素 ,低于 60℃时 ,对纤维表面仅进行了刻蚀 ;温度达到 60℃时 ,在纤维表 面产生了极性基团 ,且表面刻蚀和产生极性基团都提高了纤维的黏结性 。
2010年第 2期 产业用纺织品 功能性整理技术
用。 1. 2. 2 样品制备
在预备实验的基础上 ,对超高分子量聚乙烯纤 维处理进行正交试验 ,因素与水平表见表 1。试验 采用 3水平 3因素 ,选用正交表 L9 ( 34 )安排试验 。 然后在正交试验的基础上 ,分别分析了不同因素对 纤维性能的影响 。
角 。将乙二醇液滴置于纤维表面 ,达到平衡后 ,通 过调节镜头焦距来获取清晰的图像 ,采用量高法计 算接触角 。
1. 3. 3 纤维表面官能团测试 用美国 N icolet公司生产的 NEXUS25700 型傅
里叶红外 —拉曼光谱仪对纤维进行表面扫描得红
外光谱图 。
1. 3. 4 纤维表面电镜测试 用日本电子株式会社生产的 JSM 25600LV 扫
描电子显微镜 ( SEM )观察纤维表面形态 ,比较处
理前后的纤维表面 。
1. 3. 5 纤维黏结性能测试
用自制的抽拔实验装置测试纤维与树脂的黏
结强度 。先取一去掉胶囊帽的胶囊 ,高度为 4 mm
左右 ,在其底部用针扎出一细孔 ,将纤维沿细孔穿 过该胶囊 ,以胶囊上端的纤维固定于一铁架上 ,悬 挂胶囊的纤维下端加上负荷 ,使纤维保持一定的张 力 ;然后将环氧树脂 618与三乙烯四胺按照 1∶3的 质量比比例调和 ,充分搅拌后静置到没有气泡为