UHMWPE纤维表面处理及其复合材料性能
高强高模聚乙烯纤维性能和用途
高强高模聚乙烯纤维性能和用途〔一〕性能介绍UHMWPE纤维特殊的结构特征决定了它具有许多良好的优异的性能。
一般而言,高强高模聚乙烯纤维本身具有三种形状:即单丝、复丝和带子,形状规格不同其物理性能差异较大。
UHMWPE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量，而且能量吸收性能比芳纶优越，并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。
同时它还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低与突出的抗冲击、抗切割等优异性能。
它是目前强度最高的纤维之一，比强度能达到优质钢的15 倍，模量也很高，仅次于特种碳纤维。
断裂伸长率较其它特种纤维高，断裂功很大。
UHMWPE 纤维性能指标：回潮无沸水收缩率＜1％，熔点135～145℃，导热率〔沿纤维轴向〕20w/m k ，热膨胀系数－12×106/k21，介电常数〔22℃，介电强度 900kv/cm 。
〔1〕优良的力学性能高强高模聚乙烯纤维的密度为0.97g/cm3，只有芳香族聚酰胺纤维〔芳纶〕的2/3、高模碳纤维的1/2，而轴向拉伸性能很高。
Spectra1000纤维的比拉伸强度时现是高性能纤维中最高的，比拉伸模量比高模量碳纤维低，但比芳香族聚酰胺纤维高得多。
如果再考虑比重的话，它是一种非常独特的纤维，在保持良好性能同时，还能省重量。
高强高模PE纤维的理论值可达320km,约为芳纶的二倍。
由于复合材料的拉伸强度是由纤维控制的，因此高强高模聚乙烯纤维单向增强复合材料的纵向拉伸性能也很好。
几种高性能纤维的性能比拟表见表1—5。
图1—12是各种纤维的应力—应变曲线，从图上可以看到，强度在2.734~3.5N/texX 围内，高强高模聚乙烯纤维的断裂伸长率为3%~5%，相对于碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维来说，拉断该纤维所花费的能量是最大的。
图1—13对几种纤维的比强度、比模量进展了比拟。
从图中可以看出，高强高模聚乙烯纤维的比强度、比模量明显高于其他纤维，在一样质量的材料中，强度最高。
UHMWPE纤维三维复合无纺布经水性树脂含浸处理的高强防刺合成革贝斯的制备方法
UHMWPE纤维三维复合无纺布经水性树脂含浸处理的高强
防刺合成革贝斯的制备方法
汇总
一、引言
1.1UHMWPE纤维三维复合无纺布
UHMWPE纤维（超高分子量聚乙烯纤维）是目前社会发展的最前沿的
纤维高科技产品，其特点是强度高，耐磨性好，耐老化性优越，具有优良
的抗拉强度和抗压强度，抗紫外线和耐水性等特点，分散性好，可以与其
它纤维混合使用，形成UHMWPE纤维三维复合无纺布。
UHMWPE纤维三维复合无纺布在实际应用中，利用其高强度、低吸水性、耐低温、耐腐蚀性等的优异性能，与非织造布、涤纶面料、涤纶/聚
氨酯夹层或其它合金织物进行复合，可以制备出综合性能优异、耐磨性高、可拉伸性强的混合纤维和织物，具有广泛的应用价值和将来发展潜力。
1.2水性树脂含浸处理
水性树脂含浸处理是UHMWPE纤维三维复合无纺布的重要处理工艺，
包括水性树脂含浸暂时性及永久性处理两种方法。
根据UHMWPE纤维的特点，水性树脂含浸处理可以增加它的高温稳定性、耐腐蚀性及耐污染性，
改善它的织物强度，提高它的耐磨性。
2.1原料准备
高强防刺合成革贝斯的原料主要有新鲜牛皮和UHMWPE纤维三维复合
无纺布，新出厂牛皮经过剥皮、洗濯、入盐等处理成为制作原料。
UHMWPE纤维复合材料防弹机理和性能
ｔ ＨＭＷＰ ｏ ｏｉ ｉ ｅ ｐ ｃ ａ ｄｔｅｉｆ ｅｃ ｆｂ ｔａｅ ｅｓｔ，ｉ ａ ｃ ｐ ￣ ｄｉ ａ ｔ ｔｏ ｉｔｅｂ ｌｓｃｒ・ ｈ Ｕ ｅ Ｅ ｃｍｐ ｓｔ ｔｄ ｒｉ ａｔ ｎ ｌ ｎｅｏ ｕ ｒａｄ ｎ ｉ ｍｐ ｔｓｏｄａ ｓ ｅ ｎ ｍ ｈ ｎｕ ｔ ｙ ｎ ｍｐ ｃ ｈ ｄＯ ａｌ ｔ ｅ ｍｅ ｌｈ ｉｉ
２ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＩ ｔｕ ｆ ｃ ｎｅａｄＥ ｇ ｅｒ ｇＵ ｖｒｔ ｏ ＰＡ ，ａｊｇ ２００ ） ．ｎｉ ｅｉ ｓｔｅｏ ｉ ｃ ｎ ｎｉ ｅｉ ｎ ｅ ｉ ｆ Ｉ Ｎ ｎｎ ，１０７ ｎ ｎ ｎｉ ｔ Ｓ ｅ ｎ ｎ ｉ ｓｙ ｉ
ＡＢ Ｔ Ｓ ＲＡＣＴ Ｗ ｉ ｅｃｂｃｆ ｇ ｎ ｓｔｅｉ ａ ｔ ｏ ｙ ｔ ｆ ａｌ ｔ ｍｐｃ ｅｔ ｒ ｏ ｄ ｃｅ ｅＵ ｔ ｔ ｕ ｉ ｒ ｍｅ ｔ ｈｈ ａ ａ ｈ ｍｐｃ ｄ ，ａｌ ｌｓｉ ｉ ａｔ ｓ ａｅｃ ｎ ｕ ｔ ｉ ｔ ＨＭＷＰ ｏ ｂ ｏｏ ｂ ｉ ｃ ｔ ｓ ｄ ｎｈ Ｅ ｃｍｖ￣ ‘
２ ２ 试 验装 置 ．
观察靶 板在 受 到弹 片冲击 后 的弹孔形 态 。 当弹 片冲击速 度 较 高 时 ， 弹 体 侵 入 一 侧 ， 维 断 面光 在 纤 滑， 基本 为剪 切破 坏 ， 图 １ａ 所示 （ １ 示 冲击 如 （） 图 所
式 中 ： 。为 弹 片质 量 ； 为弹 片 入 射 速度 ； ｒ 弹 ｍ Ｖ为 片剩余 速度 。
２ ３ ２ 弹道 极 限速度 Ｖ ．． 劬
＝
（） ２
材 料及 其轻 质 复合装 甲设 计提供 参 考 。
２ ３ ３ 弹道 性能指 数 Ｂ Ｉ ．． Ｐ
Ｂｐｌ＝ Ｅ ｛ Ｄ Ａ Ａ
靶 板能 量 吸收公 式 为
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。
UHMWPE纤维增强防弹复合材料研究
第1期纤维复合材料㊀No.1㊀1352024年3月FIBER ㊀COMPOSITES ㊀Mar.2024UHMWPE 纤维增强防弹复合材料研究毛倩楠1,王宇皓1,安㊀苗1,张㊀娟2,刘国权1(1.国防工程研究院工程防护研究所,洛阳471023;2.陆军工程大学训练基地,徐州221004)摘㊀要㊀UHMWPE 纤维由于分子链上没有不饱和基团,对酸㊁碱和有机溶剂有很强的抗腐蚀性,耐光㊁热㊁老化性能优良,比强度和模量都很高,且能量吸收性和耐磨损性好,特别适合作为防护材料㊂文中UHMWPE 纤维防弹复合材料,是由改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE 纤维复合而成,针对其力学性能进行表征并根据实验结果优化组分配比及合成工艺,结果显示组分配比为EVAʒST =15ʒ85㊁ABIN =0.5%和TAIC =2%时制备的树脂复合材料具有合适的拉伸㊁剥离强度,这一配比的树脂复合材料可以获得最佳的抗冲击能力㊂研究成果为改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE 纤维复合材料用作防弹材料提供了实验基础和数据支撑㊂关键词㊀UHMWPE 纤维;聚苯乙烯树脂;复合材料;剥离强度UHMWPE Fiber Reinforced Bulletproof Composite MaterialMAO Qiannan 1,WANG Yuhao 1,AN Miao 1,ZHANG Juan 2,LIU Guoquan 1(1.Engineering Protection Research Department,Luoyang 471023;2.Training Base of Army Engineering University,Xuzhou 221004)ABSTRACT ㊀The UHMWPE fiber has strong corrosion resistance to acids,alkalis,and organic solvents due to the ab-sence of unsaturated groups on their molecular chain.The UHMWPE fiber has excellent light resistance,heat resistance,aging performance,high specific strength and modulus,and good energy absorption and wear resistance,especially suitable for protective materials.The UHMWPE fiber bulletproof composite material was composed of modified polystyrene resin and UHMWPE fiber.The mechanical properties of UHMWPE fiber were characterized and the group allocation ratio and synthe-sis process were optimized according to the experimental results,which provided experimental basis and data support for the material to be used as a protective material.KEYWORDS ㊀UHMWPE fiber;polystyrene resin;composite;peel strength通讯作者:刘国权,男,研究生硕士,正高级工程师㊂研究方向为工程材料㊂E -mail:442961927@1㊀引言近年来,由于世界各地区冲突和战争不断,恐怖事件蔓延不止,军事装备工业得到迅猛发展,因此防弹材料的开发和研究越来越受到重视,投入应用的品种也越来越多,如防弹背心㊁头盔,以及坦克㊁飞机㊁舰船等的防护部件㊂超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE),又被称为超高强-高模聚乙烯纤维(UHS -HMPE )或伸长链聚乙烯纤维(ECPE),是20世纪70年代由荷兰的Pennings 首先成功地采用 凝胶纺丝-热拉伸 的方法得到,并由DSM 公司进行工业化生产,其主要过程是将纤维复合材料2024年㊀超高分子量聚乙烯树脂热溶解于溶剂中,在速冷的条件下形成凝胶后,高温下挤出呈纤维,在经过脱溶剂化处理和拉伸取向,得到高结晶度的超高强-高模聚乙烯纤维[1-4]㊂在纺丝过程中,通过数十倍的高度拉伸时大分子链沿轴向充分舒展,形成了平行排列的伸直链结构,显著减少了内部缺陷,使UHMWPE纤维具有远高于常规PE材料的高结晶度和高取向度㊂通常其结晶度在85%以上,而取向度则高于95%㊂UHMWPE纤维不仅强度和模量比Kevlar高,而且密度比Kevlar还要低,只有0.97g/ cm3,Kevlar为1.47g/cm3,因而其应变波速比Kevlar要高出许多,纤维弹道防护性能超过了以Kevlar为代表的芳族聚酰胺纤维,断裂伸长率大于高强碳纤维,成为防弹领域里一种极具吸引力的高技术纤维[5-8]㊂但是,聚乙烯纤维是一种非极性材料,经过凝胶热拉伸后,分子链完全伸展,纤维内部高度取向和高度结晶,表面会在拉伸应力下产生一层弱界面层(约10-100nm),UHMWPE纤维表面为惰性表面,不易被树脂润湿,即不能形成力学咬合作用,这些都对复合材料中UHMWPE纤维与树脂的粘附性有着负面的影响[9-12]㊂经过研究领域分析为了充分利用UHMWPE纤维的潜能,急需优化制备工艺以便能制造一种UHMWPE纤维防弹复合材料[13-15]㊂2㊀实验制备改性树脂材料制备:先采用减压蒸馏法提纯市售的苯乙烯;将提纯后的苯乙烯树脂置于油浴温度为70ħ的烧瓶中,均匀分成八份,用电子天平按苯乙烯树脂质量比0㊁5%㊁10%㊁15%㊁20%㊁25%㊁30%㊁35%称取不同乙烯-醋酸乙烯酯(EVA),分别加入苯乙烯(ST)中,充分搅拌,使其均匀混合成8种透明溶液;按质量比0㊁1%㊁2%㊁3%㊁4%用电子天平称取三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC),分别加入到8种透明溶液中,混合均匀后得到不同配比的EVA改性ST树脂;用YD1201N精密电子天平称取树脂胶液总量0.5%的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN),溶于少量苯乙烯溶液中混合均匀,浇铸在预先准备好的钢制模具中,静置10min消除气泡,然后将装置密封,放入鼓风干燥箱中,升温至70ħ,保温6h;将温度升至90ħ,保温2h,冷却后脱模得到改性PS浇铸体的平板试样㊂改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE纤维复合材料制备:防弹复合材料的制备:将超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维在改性聚苯乙烯弹性体中充分浸渍后,放置在平板模具上用真空袋密封,真空泵抽真空达到-0.08MPaʃ0.01;改性聚苯乙烯弹性体和超高分子量聚乙烯纤维织物的质量分数比约为1ʒ9;将试样放入烘箱,将烘箱温度采用梯度升温的方式,固化温度为100ħ/4h+120ħ/4h使得改性聚苯乙烯弹性体充分固化,冷却后制备得到复合材料㊂3㊀结果与讨论3.1㊀树脂基体的组成与力学性能表征EVA含量胶液在50ħ下粘度随时间变化如表1所示㊂可以看出,随着EVA含量的增加,树脂胶液的粘度迅速增大㊂聚苯乙烯(PS)的粘度在25ħ下时小于1mPa㊃s,当EVA含量增加到10%时,体系粘度增加到200mPa㊃s以上;当EVA含量增加到35%时,体系粘度增加到1000mPa㊃s以上㊂随着时间的延长,树脂胶液的粘度逐渐增大但并不明显,可以认为在60min内,树脂胶液的工艺特性变化不大㊂此阶段树脂粘度的增大可能原因有两个:一是苯乙烯在此温度下,由于AIBN的存在,进行了少量的自由基聚合;二是50ħ下,苯乙烯在开放体系中有部分挥发,导致体系的粘度增大㊂从复合材料成型工艺经验判断,EVA含量为15% -35%时,粘度为500mPa㊃s~1000mPa㊃s,均能满足复合材料湿法成型㊂表1㊀50ħʃ2ħ恒温下改性树脂的粘度EVA质量分数/%粘度/mPa㊃s0min10min20min30min40min50min60min00.780.750.710.760.780.850.9057875787982891001021421521422524124927015501503514526543566587207657827938008048138172581282683784185086087030906924933948952965970351018104610511060106710721083 25ħ下不同EVA含量改性树脂的粘度如表2631㊀1期UHMWPE纤维增强防弹复合材料研究所示,相比50ħ时,高EVA含量的体系粘度急剧增加,当EVA含量达到30%时粘度高达6800mPa ㊃s,已经不适合手糊工艺㊂因此,从工艺性来考虑,改性树脂中EVA含量不宜大于20%㊂表2㊀25ħʃ2ħ恒温下改性树脂的粘度FVA含量/%05101520253035粘度/mPa㊃s0.826530854412212278680112000树脂的力学性能与复合材料的防弹性能密切相关,当复合材料受到子弹冲击时,为了能够最大范围内吸收子弹的冲击能量,所用树脂基体要能够与纤维保持同步伸长和断裂,进而发挥其抗弹作用㊂不同EVA质量分数下改性树脂的力学性能如表3所示,可以看出,随着EVA质量分数的逐渐增加,改性树脂的拉伸强度也相应增大,拉伸模量和弯曲模量逐渐降低,弯曲强度先增加后降低,断裂延伸率逐渐增大㊂改性树脂浇铸体拉伸强度和断裂延伸率随EVA含量的增加而增加是因为EVA和聚苯乙烯二者的模量相差较大,EVA的加入使得树脂的韧性增强,拉伸性能得到提高㊂同时改性树脂良好的柔韧性也使其具有很高的断裂延伸率㊂弯曲强度随EVA含量先增加后下降,由于PS是典型的脆性材料,当柔韧性好的EVA含量较低时,和PS共固化过程中,能改善其脆性,增加韧性,使得试样弯曲强度升高,当EVA含量超过20%时,改性PS由强韧材料转变成橡胶状态,使得承载能力下降㊂因此,从改性PS的力学性能来看,EVA含量在15-20%较为合适㊂表3㊀不同EVA质量分数下改性树脂的力学性能EVA质量分数/%05101520253035拉伸强度/MPa33.644.757.864.467.567.969.672.7拉伸模量/GPa 2.712.642.412.261.870.75--断裂延伸率/%2.622.743.613.898.9955.610461231弯曲强度/MPa67.471.680.889.772.5---弯曲模量/GPa 2.642.602.342.211.67---为了进一步考察树脂组成对浇铸体力学性能的影响,选用EVA含量为10%㊁15%㊁20%和25%的体系作为研究对象,研究了不同TAIC含量对树脂体系拉伸强度和弯曲强度的影响,如表4所示㊂可以发现,随着TAIC添加量的增加,树脂浇铸体的拉伸强度和弯曲强度先增大后减小,当TAIC含量达到2%时,各EVA含量的浇铸体拉伸和弯曲强度均能达到较大值㊂出现这种现象的原因是随着交联剂TAIC含量的增多,树脂基体交联度增大,树脂中以化学键链接的分子链增多,抵抗外力的变形能力增强,因此材料抗外界载荷能力有所提升㊂随着交联剂TAIC含量的继续增加,复合材料交联度过高,材料内部应力不能均匀载荷,容易集中于局部结构中,分子链之间难以发生相对滑移,链段间发生化学键交联产生更多易断的短链,树脂脆性增大,抗拉变形能力下降,导致改性聚苯乙烯树脂的强度降低㊂表4㊀不同TAIC添加量下改性树脂的拉伸性能TAIC含量/%10%EVA树脂强度/MPa15%EVA树脂强度/MPa20%EVA树脂强度/MPa25%EVA树脂强度/MPa 拉伸强度弯曲强度拉伸强度弯曲强度拉伸强度弯曲强度拉伸强度弯曲强度060.877.364.489.767.572.567.9-163.581.466.390.469.575.469.420.1 267.180.570.289.471.684.372.742.2 365.478.262.685.164.585.165.155.6 460.277.157.968.665.368.865.158.93.2㊀UHMWPE/改性PS复合材料的力学性能表征不同EVA:ST比例下复合材料拉伸强度和拉伸模量如表5所示㊂可见,当交联剂TAIC含量为2%时,随着EVA:ST比例的增大,复合材料拉伸强度有一定增大㊂原因是随着EVA含量的提高树脂韧性更好㊁与材料的界面粘接性也越好,在受到拉力时树脂的应力传递效果更好能更多地吸收能量,使拉伸强度增大㊂复合材料拉伸模量随EVA 含量增加的变化不大,基本保持在10GPa以上,其原因主要是改性PS与UHMWPE纤维的界面结合相对于传统玻璃纤维与环氧的界面要差一些,在拉伸作用下纤维没有断裂界面就破坏了㊂除了树脂中EVA与ST的比例外,交联剂含量也是影响复合材料力学性能的因素㊂不同EVA含量㊁AIBN添加量为0.5%时,不同交联剂TAIC添加量下复合材料的731纤维复合材料2024年㊀拉伸和弯曲性能实验数据如表6和表7所示㊂随着TAIC含量的增加,复合材料的拉伸强度和拉伸模量呈现先增大后减小的趋势㊂这是因为随着交联剂含量的增加,树脂基体交联度增加,当TAIC添加量为2%时,复合材料的拉伸和弯曲强度基本达到最大值㊂随着TAIC添加量的继续增加,复合材料的拉伸和弯曲强度下降㊂这是因为交联度过高时,材料内部应力不能均匀承载,易集中于局部结构,分子链间的相对滑移逐渐困难,导致复合材料拉伸和弯曲强度降低㊂表5㊀不同EVA含量复合材料的拉伸强度和拉伸模量(TAIC=2%,ABIN=0.5%)EVA含量/%拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa1016312.11516910.42017011.12519911.0表6㊀不同TAIC含量下复合材料的拉伸强度和模量(ABIN=0.5%)TAIC含量%10%EVA复合材料15%EVA复合材料20%EVA复合材料25%EVA复合材料拉伸强度MPa拉伸模量GPa拉伸强度MPa拉伸模量GPa拉伸强度MPa拉伸模量GPa拉伸强度MPa拉伸模量GPa016011.316412.016710.917610.8 116212.616611.616811.118710.8 216312.116910.417011.119911.0 316113.216111.216411.118010.9 416012.215511.516511.116710.9表7㊀不同TAIC含量下复合材料的弯曲强度和模量(ABIN=0.5%)TAIC含量%10%EVA复合材料15%EVA复合材料20%EVA复合材料25%EVA复合材料弯曲强度MPa弯曲模量GPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa01439.3214410.414310.11397.44 11479.611469.811429.331347.25 21519.341509.311449.281547.46 31459.1714810.01459.221468.03 41379.4014610.21509.791518.07针对不同的EVA:ST比例的复合材料试样进行剥离强度试验,据此直观量化复合材料的界面粘接性㊂不同比例的EVA:ST树脂制备的防弹复合材料剥离性能如图1所示,做等高线得到复合材料的平均剥离强度如表8所示,随着EVA与ST比例的增加,复合材料剥离强度增大㊂在复合材料加热固化过程中,UHMWPE纤维部分呈溶体状和树脂基体发生缠结,进而使两者界面粘接性增加㊂但聚苯乙烯是弱极性的,链段中只有碳碳饱和的主链和苯环侧基,当树脂中聚苯乙烯含量较高时,树脂基体较脆,因而剥离强度稍低㊂EVA是由无极性的乙烯单体和极性的乙酸乙烯单体共聚而成,随着EVA 含量的增大,树脂体系中还存在EVA接枝苯乙烯共聚物,使树脂和纤维间粘接性增大,表现为剥离强度的增加㊂831㊀1期UHMWPE纤维增强防弹复合材料研究图1㊀不同EVA:ST 比例对复合材料剥离强度的影响表8㊀不同EVA :ST 比例下复合材料的剥离强度EVA:ST 比例最大剥离强度/(N /5mm)最小剥离强度/(N /5mm)平均剥离强度/(N /5mm)EVAʒST =10ʒ9011.69.5110.6EVAʒST =15ʒ8515.710.413.7EVAʒST =20ʒ8016.210.913.6EVAʒST =25ʒ7518.411.714.8为考察交联剂添加量对复合材料剥离强度的影响,对于EVA ʒST 比例为15ʒ85㊁AIBN 含量为0.5%㊁同一固化条件下,研究了随着TAIC 添加量的增加,复合材料的剥离强度的变化趋势,如图2和表9所示㊂可以看出,随着TAIC 含量的增加,复合材料的剥离强度是逐渐下降的㊂在TAIC 添加量为2%时,复合材料的剥离强度出现添加TAIC 后的最大值㊂原因是未添加TAIC 时,树脂基体中还存在EVA 接枝苯乙烯等共聚物,与纤维的界面粘接性好;而随着TAIC 的加入,树脂的交联度增大,更多的苯乙烯交联成聚苯乙烯,虽然能够使树脂基体耐热性变好,但同时导致树脂基体变脆内聚力增强㊁和纤维的粘接作用减弱,因此复合材料剥离强度下降㊂表9㊀EVAʒST =15ʒ85下不同TAIC 含量对复合材料剥离强度的影响TAIC 含量%平均剥离强度/(N /5mm)最大剥离强度/(N /5mm)最小剥离强度/(N /5mm)015.119.610.9111.515.79.2213.216.310.0311.413.58.2410.513.17.94㊀结语(1)制备出聚苯乙烯树脂基体,探究了不同931纤维复合材料2024年㊀图2㊀EVAʒST=15ʒ85下不同TAIC含量对复合材料剥离强度的影响EVA含量对树脂体系粘度的影响,并表征了其力学性能,结果表明EVA含量在15%~20%较为合适㊂(2)进行了增强纤维材料的选择㊁复合材料制备工艺的确定,制备出改性PS/UHMWPE纤维复合材料,并研究了复合材料的拉伸性能㊁剥离性能㊂EVAʒST=15:85,ABIN=0.5%和TAIC=2%的树脂制备的复合材料具有合适拉伸㊁剥离强度,这一配比的树脂复合材料可以获得最佳的抗冲击能力㊂与传统防弹复合材料的制备相比,该防弹复合材料对固化温度和压力要求不高,成型工艺简便㊁设备简单㊁成本低廉,且便于大尺寸和异形件的一次成型,产品尺寸和形状不受限制,产品表面平滑规整㊂参考文献[1]赖娘珍,王耀先.芳纶纤维增强复合材料研究进展[J].玻璃钢/复合材料增刊,2010:5:164-167.[2]俞喜菊.防弹纤维复合材料中树脂的性能研究[D].上海交通大学,2007.[3]杨丽丽,吴晓青.不同厚度UHMWPE层合板抗侵彻性能的数值模拟[J].纤维复合材料,2014,03:36-38. [4]王荣国,武卫莉,谷万里.复合材料概论[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.[5]Zhou Y,Wang Y,Xia Y,et al.Tensile behavior of carbon fiber bundles at different strain rates[J].Materials Letters,2010,64 (3):246-248.[6]Goldsmith W,Dharan C K H,Chang H.Quasi-static and ballistic perforation of carbon fiber laminates[J].International Journal of Solids&Structures,1995,32(1):89-103.[7]Zmij V I,Rudenkyi S G,Shepelev A plex Protective Coat-ings for Graphite and Carbon-Carbon Composite Materials[J]. Materials Sciences&Applications,2015,06(10):879-888.[8]陈磊,徐志伟,李嘉禄,等.防弹复合材料结构及其防弹机理[J].材料工程,2010,2010(11):94-100.[9]冯新娅.剪切增稠流体的动态响应及其在防护结构中的应用[D].北京理工大学,2014.[10]Laible,R.C.Ballistic Materials and Penetration Mechanics.[J]. American Journal of Forensic Medicine&Pathology,1982,3(2): 190.[11]张佐光,李岩,殷立新,梁志勇.防弹芳纶复合材料实验研究[J].北京航空航天大学学报,1995,03:1-5. [12]夏军佳,卫甘霖,张征定.纤维力学性能与防弹性能的关系[J].高科技纤维与应用,2003,05:45-48. [13]郑震,杨年慈,施楣梧,黄可龙.硬质防弹纤维复合材料的研究进展[J].材料科学与工程学报,2005,06:905-909+ 914.[14]郑震,施楣梧,周国泰.超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料及其防弹性能的研究进展[J].合成纤维,2002,04:20-23 +26.[15]金子明,隋金玲,张菡英,沈峰,曲志敏.纤维增强复合防弹板研究进展及抗弹性能研究[J].玻璃钢,2001,01:1-6.041。
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％。
高强高模聚乙烯纤维_UHMWPE_综述_花银祥
0引言高强高模聚乙烯纤维（又称超高分子量聚乙烯纤维，简称UHMWPE）是一种具有战略意义的高性能纤维，是继碳纤维和芳纶之后的第三大工业化高性能纤维，该纤维外观为白色，具有强度高、模量高、质量轻、化学稳定性好、耐光性好、耐低温、使用寿命长等许多优异的性能，还具有良好的耐化学腐蚀、比能量吸收高、电磁波透射率高、摩擦系数低、优良的耐冲击和抗切割性能，以及不吸水、与生物相容性好等特点，并且是所有高强高模纤维中密度最小的纤维，也是唯一一种能够在水面上漂浮的纤维，具有优秀的物理机械性能。
其比强度是目前在使用的纤维中最高的，比对位芳纶还高40％，是优质钢丝的15倍以上，使用温度可低至零下150℃［1－2］。
高强高模聚乙烯纤维因其优异的性能而广泛应用于国防、航空、航海、体育器材、个体防护等领域，特别是近些年国内外高强高模聚乙烯纤维的生产和应用都有很大发展［1］，是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、雷达防护罩、导弹罩、防弹装甲、舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、航天航空结构件、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、滑雪撬、钓竿、球拍以及牙托材料、医用移植物、整形缝合材料等的极佳材料，已在防弹，绳缆等领域有着成熟的应用，在航空航天、深海、医疗等尖端领域有着广泛的使用前景。
如下主要就UHMWPE纤维的发展情况、性能、改性及其应用方面加以介绍，并对今后的发展前景进行了预测。
1高强高模聚乙烯纤维（UHMWPE）发展历史及发展状况高强高模聚乙烯纤维（UHMWPE）是采用冻胶纺丝———超倍热拉伸技术制得的高性能纤维，这种方法和技术是荷兰人首先发明提出的，美国在世界上首先形成生产该纤维的中试装置并进行商品化生产，且开始进行产品开发应用，主要应用于高性能绳、缆索和防护服、防御装置、盔甲和防弹类制品［3］。
1984年，荷兰与日本合资建立了中试工厂，1990年荷兰开始在本国进行商品化生产，主要致力于提高纤维的性能规格，因此，生产装置不断地完善、改进。
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。
UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备及其力学性能研究的开题报告
UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备及其力学性
能研究的开题报告
1. 研究背景和意义：
UHMWPE纤维是一种具有很高强度和刚度的高分子材料，被广泛应用于船舶、防弹衣、绳索等领域。
随着科技的发展，UHMWPE纤维的性
能和应用领域不断拓展，针织复合材料成为了研究的热点之一。
本研究
旨在探究UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备工艺和力学性能，为其在工业领域的应用提供理论和实践基础。
2. 研究内容：
（1）UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备工艺研究，包括纤维
的选择和预处理、纬编针织工艺的确定、复合材料的加工等方面；
（2）UHMWPE纤维纬编针织复合材料的力学性能测试与分析，包
括拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、冲击强度等方面的测试，以及施加
不同条件下复合材料的损伤分析。
3. 研究方法：
（1）材料方面：选择具有较好性能的UHMWPE纤维作为研究材料，并根据其特性进行预处理，通过纬编针织工艺制备出UHMWPE纤维纬编针织复合材料；
（2）测试方面：采用万能试验机、弯曲测试机、冲击试验机等仪器设备对复合材料进行力学性能测试，优化测试方案，分析数据得出结论；
（3）分析方面：通过观察损伤后的复合材料及其断口形态，对其损伤机制进行分析与总结。
4. 预期目标和意义：
通过本研究，将探索新型UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备工艺，为其在实际工业中的推广应用提供技术支持；同时，对其力学性能进行测试与分析，为此类复合材料在军事、航空、汽车、船舶等领域的应用提供理论基础，并有望为新型复合材料的研究提供借鉴和启示。
UHMWPE纤维的表面改性研究进展
受到 人们 的重 视 。
１． 活性染料工艺 １１
流程： 精练一水洗 （Ｏ ０Ｃ） ６ ～７ 一染色一水洗 （ 。 ６ Ｃ） ０
一
皂煮 一水洗 （ 。 。 ６ Ｃ） ０
Ｎａ Ｓ ｚ Ｏ４
ＮａＣＯ３ ｚ
氧化作用在纤维表面导入羧基、羰基 、 磺酸基等含氧极性
基 团 ；同时 纤维 表 面 弱界 面层 因溶于 处理 液 中而 被破 坏 ， 甚 至分 子链 断 裂 ，形成 凹 凸不平 的表 面 增 加纤维 的 比表
皂煮 ：皂粉 ２ ／ Ｌ，９ 。 １ ｉ，浴比 １：０ ｇ ８Ｃ ０ｍｎ ３。
纤维技术 Ｆ 工
＿ ， —一
ＵＨＭＷ Ｐ 维 的表 面 改性 Ｅ纤
研究进展
摘要：文章论述 了Ｕ ＭＷＰ 超高相对 分子质量聚 乙烯） Ｈ Ｅ（ 纤维表面改性的几种方
法 ：化 学试剂处 理 法、 等 离子体 处理 法 、 电晕放 电处 理 、辐射 引 发表 面接 枝处 理 等；分析 了这 些 方法 的改性原 理 及取得 的 效果和 工业化 进展 ， 出 了ＵＨ 提 ＭＷＰ Ｅ纤
维普资讯
－
—
・
—二 ｌ ｃ
ｙ 纤维技术 Leabharlann 比起常用的纯棉和涤 ／ 棉织物具有一定的 自熄效果 医院 养老院中得到应用。
，
可 在
Ｕ ＨＭＷＰ （ Ｅ 超高相对分子质量聚 乙烯 ）纤维是在 １７ ９ ５年由荷 兰 ＤＳ 公 司采用凝 胶纺丝 超拉伸技术研 Ｍ 制成功并实现工业化生产的高强高模纤维。采用凝胶 纺
对 Ｕ ＭＷＰ Ｈ Ｅ纤维进行表面处理 的目的是清除或强
UHMWPEHA复合材料的制备及性能研究的开题报告
UHMWPEHA复合材料的制备及性能研究的开题报告标题：UHMWPEHA复合材料的制备及性能研究摘要：UHMWPE（超高分子量聚乙烯）和HA（羟基磷灰石）是具有良好生物相容性、力学性能和生物活性的材料，因此被广泛应用于医疗、生物工程以及医疗器械等领域。
本研究通过对UHMWPE和HA进行复合制备，并通过物理、化学和力学性能测试，研究其复合材料的性能。
结果表明，UHMWPEHA复合材料具有优良的生物相容性、力学性能、生物活性、抗氧化和抗腐蚀性等特性，可用于开发高性能医疗器械、生物工程材料以及医用植入材料等领域。
关键词：UHMWPEHA复合材料，制备，生物相容性，力学性能，生物活性。
1. 研究背景与意义UHMWPE和HA是两种具有良好生物相容性的材料，其中UHMWPE 因其良好的力学性能和生物相容性，被广泛应用于医用植入材料、生物工程材料和医疗器械等领域；而HA是一种天然矿物质，具有良好的骨组织替换活性和生物相容性，因此被广泛应用于骨组织修复、牙科修复和医疗器械等领域。
UHMWPEHA复合材料将两种材料的优点融合在一起，具有生物相容性高、力学性能良好和生物活性强等优点，在生物医学领域具有广阔的应用前景。
2. 研究方法与内容本研究将采用热压法将UHMWPE和HA制备成复合材料，并通过扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、压缩测试、拉伸测试等物理、化学和力学性能测试，研究其复合材料的性能。
3. 研究计划与进度安排本研究将分为四个阶段进行：（1）文献综述和研究背景的阐述，预计用时2周。
（2）UHMWPEHA复合材料的制备，预计用时4周。
（3）UHMWPEHA复合材料的物理、化学和力学性能测试，预计用时6周。
（4）数据分析和结果讨论，撰写毕业论文，预计用时8周。
总计预计3个月完成以上研究计划。
4. 预期成果与应用价值本研究将制备UHMWPEHA复合材料，并通过物理、化学和力学性能测试，研究其复合材料的性能。
改性玻璃纤维填充UHMWPE材料制作及其性能概述.doc
改性玻璃纤维填充UHMWPE材料制作及其性能概述第一章绪论1.1.UHMWPE 的性能与应用UHMWPE 是聚乙烯聚合物PE）的一种，是由乙烯加聚而成的高分子化合物，在分子结构中仅含有C、H两种元素，分子量在150 万以上。
聚乙烯是通用合成聚合物中产量最大的品种[1]，种类繁多，应用广泛，UHMWPE作为其中的一种，由于性能优异，且价格低廉，可被广泛应用于工业、农业、包装及日常生活中，正受到越来越广泛的关注，得到越来越深入的研究[2, 3]。
UHMWPE 在微观结构上的特点赋予了其优异的宏观性能，如较平衡的物理力学性能和良好的化学惰性等。
将UHMWPE 的性能与应用简介如：UHMWPE 为粉末状固体，密度为0.936-0.964g/cm3。
密度是讨论PE 聚合物时最常用的描述指标之一，往往通过密度就可以对UHMWPE的物理性能做出大致的判断[4]。
对UHMWPE 而言，密度通常和结晶度密切相关，从某种程度上讲样品的密度也揭示了UHMWPE 的结晶情况。
密度受样品分子量、支链含量以及制备工艺等多个因素的影响。
当其他条件相近时，样品的密度会随着支链含量、分子量以及结晶速率的下降而增加，随取向度的增加而增加[5, 6]。
UHMWPE 具有良好的拉伸力学性能、弯曲性能、冲击性能等机械性能。
拉伸力学性能通常是表征聚合物物理力学性能的首要数据。
UHMWPE 具有比较大的杨氏模量，说明材料具有优异的刚性，不容易发生形变。
屈服应力很高，材料能承受的载荷较大。
断裂拉伸比，即样品在拉伸断裂时的长度与初始长度的比值较小，为3。
断裂应力较小，很大程度上也是由于断裂伸长率较小的原因。
..1.2.UHMWPE 复合材料的成型与加工PE 只有通过加工成型才能获得所需的形状、结构和性能，成为有价值的材料与制品。
PE 主要是通过熔融加工过程成型为各种产品，在加工时要经历一定温度下熔体流动过程。
常用加工成型方法有挤出、注塑、吹塑、热成型、纺丝[12]等，均属于熔融成型过程，因此，必须对PE 进行熔融或溶解使之成为聚合物流体。
超高分子了聚乙烯纤维 模量
超高分子了聚乙烯纤维模量全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：超高分子量聚乙烯纤维（Ultra-high molecular weight polyethylene fiber，简称UHMWPE fiber）是一种优质、高性能的合成纤维材料，具有很高的强度和模量，被广泛应用于军事、航空航天、汽车、运动器材和防护用品等领域。
本文将从超高分子量聚乙烯纤维的特性、制备工艺、结构特征及其模量等方面展开讨论。
一、超高分子量聚乙烯纤维的特性超高分子量聚乙烯纤维具有以下特点：1. 超高的分子量：UHMWPE纤维的平均分子量可达到100万至5000万之间，是普通聚乙烯的数百倍。
2. 高强度：UHMWPE纤维的拉伸强度非常高，比强度可达到3.5GPa以上。
3. 高模量：UHMWPE纤维的模量在200-500GPa之间，是普通钢材的2-6倍。
4. 低密度：UHMWPE纤维的密度仅为0.97g/cm³，是水的0.9倍，比钢铁轻很多。
5. 良好的耐磨性和抗冲击性：UHMWPE纤维具有出色的耐磨性和抗冲击性，适用于制作抗弹、防弹、防割等功能性产品。
6. 耐化学腐蚀：UHMWPE纤维对酸碱、溶剂等化学物质的侵蚀能力很强，具有优异的耐化学腐蚀性。
7. 耐高温性能：UHMWPE纤维的熔点高达137℃，短期耐高温性能良好。
UHMWPE纤维是通过高聚物溶液纺丝、拉丝拉伸、热固化和表面处理等工艺制备而成的。
其主要制备工艺包括以下几个环节：1. 高聚物合成：通过聚合反应合成高分子量的聚乙烯。
2. 溶液纺丝：将高分子量聚乙烯溶解在适量的溶剂中，形成高浓度均匀的聚合物溶液。
3. 拉丝拉伸：在高温高压下，通过机械和热力作用将聚合物溶液均匀拉丝成纤维。
4. 热固化：将拉丝后的纤维在高温下热固化，使其分子链结晶得以完善，提高纤维的强度和模量。
5. 表面处理：对纤维表面进行化学处理或物理处理，改善纤维的表面性能，增强其与其他材料的结合力。
EVA共混改性UHMWPE纤维的表面性能
然后 经 由喷丝孔挤 出进入 冷 却水 浴 骤冷 成 Ｕ ＨＭ— ＷＰ Ｅ冻 胶纤 维 ， 冻胶纤 维 置于 二 甲苯 中进 行 二 将
次超声 萃 取 ， 取 时 间 和 萃 取 浴 比分 别 为 ６ｍｎ 萃 ｉ
共混改性
力学性能 界 面剪切强度
中图 分 类 号 ： Ｑ４ ． Ｔ ３２ ７
文献识别码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ０ １０４ （０ １０—０１０ １０—０ １２１）５００．４
超 高 相 对 分 子质 量 聚 乙烯 （ Ｈ Ｕ ＭＷＰ 纤 维 Ｅ）
树脂 Ｅ 、 ４４ 固化剂 ５ ３ 上海树 脂厂 产 。 ９：
（ ．东 华 大 学 高性 能 纤 维 及 制 品教 育 部 重 点 实 验 室 ， 海 ２ １２ ； １ 上 ０ ６０ ２ ．东 华 大 学 纤 维 材 料 改 性 国家 重 点 实 验 室 ， 海 ２ １２ ） 上 ０ ６０
摘 要： 以乙烯 一 乙烯酯共聚物（ Ｖ ） 醋酸 Ｅ Ａ 作为共混改性 剂 ， 将其溶解在超 高相对分 子质量聚 乙烯 （ Ｈ — Ｕ Ｍ
乙烯 结 晶热焓之 比则 可求 得纤维 的结 晶度 和重ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
晶度 。
１ １ 原 料 ．
结 晶性 能 ： 用 日本理 学 Ｄ ＭＡ ． Ｂ型广 角 采 ／ ＸＲ
Ｕ ＭＷＰ 粉 末 ： 均 相 对 分 子 质 量 为 Ｈ Ｅ 粘
５ ×１ 。 ０
，
ｘ射 线衍 射 仪 （ Ｘ 用 粉末 法 在 ２０为 ｌ。一 ＷＡ Ｄ） ０
１３ 分 析测试 ．
UHMWPELCPU复合材料的结构与性能研究的开题报告
UHMWPELCPU复合材料的结构与性能研究的开题报告一、研究背景和意义UHMWPE是一种高分子聚合物，其在低温下具有非常高的强度和抗冲击性能。
UHMWPE通常用于制造防护衣、高强度绳索、帆布和其他应用。
UHMWPE由于其出色的性能在船舶、航空航天、医疗、建筑等领域得到了广泛的应用。
LCPU是一种超高分子聚合物，其在高温和高压下具有出色的机械性能。
LCPU具有高耐热性、耐化学腐蚀性和耐疲劳性能，也被广泛应用于航空航天、汽车、包装和电子等领域。
UHMWPELCPU复合材料将两种材料的特点相结合，能够提供更好的综合性能，如强度、刚度、抗冲击性、疲劳寿命等。
因此，研究UHMWPELCPU复合材料的结构和性能，对于推动新型高性能材料的发展，提高现有材料的应用性能，具有重要意义。
二、研究目标和内容本研究旨在探究UHMWPELCPU复合材料的结构和性能，主要包括以下内容：1. 合成UHMWPELCPU复合材料，并通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段分析材料的结构特征、形貌和物理性能。
2. 测试UHMWPELCPU复合材料的力学性能，包括拉伸强度、屈服强度、断裂韧性和冲击强度等指标。
3. 研究UHMWPELCPU复合材料的疲劳寿命和疲劳损伤机理。
三、研究方法和计划1. 合成UHMWPELCPU复合材料，将UHMWPE和LCPU按一定比例混合，在高温下进行挤出、压片等工艺，制备复合材料。
2. 通过SEM观察复合材料断口形貌，XRD分析复合材料的物相结构；通过拉伸、弯曲、压缩和冲击等测试方法测得复合材料的力学性能。
3. 利用旋转弯曲疲劳试验机研究UHMWPELCPU复合材料的疲劳寿命和疲劳损伤机理。
4. 计划在两个月内完成复合材料的制备和结构特征分析；在三个月内完成复合材料的性能测试；在六个月内完成复合材料的疲劳性能测试和机理研究，并撰写完毕毕业论文。
四、研究预期结果和贡献本研究预期可以:1. 合成制备出具有优异性能的UHMWPELCPU复合材料，为新型高性能材料的开发提供了一定的参考。
钢背UHMWPE纤维织物复合材料的摩擦学性能分析
第34卷第1期中国表面工程Vol. 34 No. 1 2021 年 2 月CHINA SURFACE ENGINEERING Feb. 2021d oi：10. 11933/j. issn. 1007-9289.20201214001钢背UHMWPE纤维织物复合材料的摩擦学性能分析+林羽东郭智威K2袁成清(1.武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430063;2.国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉430063)摘要：纤维织物增强钢背复合材料因具备优异的力学与摩擦学性能在航空航海等领域备受关注，在无油或少油工况下具有较 好的应用前景。
使用改性处理的超高分子量聚乙稀（Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维织物作为增强材 料，利用环氧树脂热压在不锈钢环上制备UHMWPE纤维织物增强钢背复合材料，研究其与45钢盘在环-环端面干摩擦状态 下的摩擦学特性，考察纤维织物层数与摩擦转速对材料摩擦学性能的影响，对磨损前后复合材料厚度及45钢质量进行测取，利用表面轮廓仪与扫描电子显微镜对复合材料及对偶件磨损面进行观察与分析。
结果表明，三种织物结构均能改善不锈钢 的摩擦磨损特性，其中一层织物结构所表现的综合摩擦特性最好，在试验工况下摩擦因数与磨损率平均降低了 77. 7%与67. 2%,在试验工况下主要发生磨粒磨损;二层与三层织物由于具备下层织物的支撑，故在较高转速下能保持材料自身良好的 摩擦学特性，二层织物在试验工况下摩擦因数与磨损率平均降低了 7丨.5%与65. 7%,三层织物则为73. 1%与60. 3%,由于摩 擦热M的积聚同时伴有树脂碎屑与破碎纤维的加人，其在高速下主要经历黏着磨损与疲劳磨损试验表明，织物结构于干摩 擦工况下表现出较优的摩擦特性与可靠性，能较好地胜任无油或少油作业。
关键词：UHMWPE;纤维织物；钢背；摩擦磨损；复合材料中图分类号：TB331;TH117Tribological Properties of Steel Backing UHMWPE Fabric CompositeLIN Yudong1’2GUO Zhiwei1'2YUAN Chengqing1’2(1. School of Energy and Power Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063, China；2.Reliability Engineering Institute,National Engineering Research Center for Water Transportation Safety,Wuhan 430063, China)Abstract ：Fabric reinforced steel backing composites have attracted much attention in the fields of aviation and navigation since it owns excellent mechanical and tribological properties, which has good application prospects under oil-free or low-oil conditions. The modified ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fabric was used as the reinforcing part, and the composites was attached to the stainless steel ring by hot pressing with epoxy resin. I he tribological properties of the composites against 45 steel with a ring-on-ring configuration in dry sliding were studied. The influence of the number of fabric layers and the sliding velocity on the tribological properties of the material was investigated. The thickness of the composite and the mass of the 45 steel before and after the tests was measured. The profilometer and scanning electron microscope were used to observe and analyze the worn surface of the composites and their counterparts. The results show that the fabric layer can greatly improve the friction and wear characteristics of stainless ste e l, and with one layer exhibits the best tribological characteristics under the experiment conditions, while under the experimental conditions, the friction coefficient and wear rate are reduced by 77.1%and 67. 2%on average, mainly produces abrasive wear；Due to the lower fabric ,the composite with more layers can maintain the better tribological characteristics of the fabric itself at higher sliding velocity, the friction coefficient and wear rate of the two-layer fabric under the experimental conditions are reduced by 71. 5%and 65. 7% on average, while the three-layer fabric are 73. 1% and 60. 3% respectively. Owing to the accumulation of frictional heat with accompanied by the addition of resin chips and broken fibers, it mainly experienced adhesive wear and fatigue wear at the higher sliding velocity. The **国家自然科学基金青年科学基金项目（51509195)。
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
【相关文献】
1.多巴胺仿生修饰及聚乙烯亚胺二次功能化表面改性超高分子量聚乙烯纤维
2.不同表面改性对竹纤维/超高分子量聚乙烯复合材料摩擦学性能的影响
3.超高分子量聚
乙烯纤维表面改性方法研究进展4.超高分子量聚乙烯纤维表面改性研究进展5.超高分子量聚乙烯纤维表面改性研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
等离子体处理后UHMWPE纤维与LDPE复合材料的性能
中 图分 类 号 ：Ｑ ２ ．１Ｔ ３６６ Ｔ ３７ １ ；Ｑ １ ． ７
Ｐｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ｌ ｓ ａ ｔ ｅ ｔ ｄ ＵＨＭ Ｗ ＰＥ／ ｏ ｅ ｔｅ ｆ ｐ ａ ｍ ｒ ａ ｅ ＬＤＰＥ ｏ ｐ ｓｔ ｓ ｃ ｍ ｏ ｉｅ
ＪＡＮ ｈ ｎ Ｉ Ｇ Ｓ ｅｇ
Ａ ｓ ａｔ Ｉ ｏ ｅ ｏ ｉｐｏｅ ｕｔ ｈｇ ｏ ｃｌｒｗ ｉ ｔｐｌ ｔｙ ｎ （ Ｈ ＷＰ ｂｔ ｃ ｒ ｎ ｒ ｒｔ ｍ ｒｖ ｌａｉ ｍ ｌ ｕ ｅ ｈ ｏ ｅ ｌ ｅ Ｕ Ｍ Ｅ） ｆ ｅ ｎ ｒ ｃａ ｄ ｒ ｈ ｅ ａ ｇ ｙ ｈ ｅ ｉ ｒＳ ｉ ｅ ａｉ ｂ ｔｆ ｌ
Ｋ ｙ ｗ ｒ ｓ ｕｔ ｈｇ ｏ ｃ ｌ ｅ ｔ ｐｌｅ ｙｅｅ ｉ ｅ； ｐａｍ ｒ ｔ ｅｔ ｓｒ ｃ ｍ ｄｆ ａｏ ； ｅ ｏ ｄ ｌａｉ ｍ ｌ ｕ ｗ ｉ ｏ ｔ ｌ ｆ ｒ ｌ ａ ｔ ａ ｎ； ｕ ａｅ ｏｉｃｔｎ ｒ ｈ ｅ ａ ｒ ｈ ｇ ｙｈ ｎ ｂ ｓ ｅｍ ｆ ｉ ｉ
等 离 子体 处 理后 Ｕ ＨＭＷＰ Ｅ纤 维 与Ｌ Ｐ Ｄ Ｅ复 合 材 料 的性 能
姜 生
（ 通纺织职业技术学 院 纺染系 ， 苏 南通 南 江 ２６０ ） ２０７
摘
要
为 了改 善 超 高分 子量 聚 乙 烯 纤 维 的 界 面 性 能 ， 其 进 行 介 质 阻 挡 放 电氩 等 离 子 体 处 理 以 进 行 表 面 改 性 。 对
ｃ ｍｐ ｓｔ ｏ ｏ ｉｅ；ｉｔｒａ ｉｌｐ ｐ ｒｙ ｎｅｆ ｃａ ｒ ｅ ｏ ｔ
超 高分 子量 聚 乙烯 （ Ｈ ｗＰ ） 维 具有 非 极 性 ｕ Ｍ Ｅ纤 的亚 甲基 线性 长链 结 构 ， 有其 他 纤 维 所无 法 比拟 具
超高模量聚乙烯纤维复合材料的制备与性能研究
第14卷1997年 第3期8月复 合 材 料 学 报A CTA M A T ER I A E COM PO S ITA E S I N I CA V o l .14 N o.3A ugust 1997 本文于1996年10月28日收到修改稿,1996年7月8日收到初稿。
航空科学基金课题超高模量聚乙烯纤维复合材料的制备与性能研究李 岩 过梅丽 冼杏娟3 蔡忠龙3 张佐光(北京航空航天大学材料科学与工程系,北京100083) (3香港理工大学)摘 要 研制了用于U HM PE 纤维表面处理的连续化学处理装置。
将经过处理的U HM PE 纤维与环氧树脂体系制备成复合材料。
用复合材料的短梁剪切强度评价纤维处理效果。
测定了复合材料的压缩性能、弯曲性能和冲击性能(包括平面冲击、缺口与非缺口冲击)。
结果表明,U HM PE 纤维复合材料的韧性极好,虽然其刚度较低,压缩强度与弯曲强度较差。
这种复合材料的失效模式主要是纤维与基体的脱粘、分层、纤维屈曲和大变形,而不是纤维的断裂。
关键词 超高模量聚乙烯纤维,复合材料,制备工艺,力学性能中图分类号 V 258,TB 324 自超高模量聚乙烯纤维(以下简称为U HM PE 纤维)问世以来,人们就对它在高性能复合材料中的应用十分关注。
因为,与传统的增强纤维相比,它最大的特点是密度低、比拉伸强度和比拉伸模量高、韧性好,而且还有出色的介电性以及优异的耐湿、耐磨与耐蚀性[1～3]。
但是,作为增强纤维,它也有缺点。
除了表现在压缩性能差和耐热性低以外,最致命的弱点是它与树脂基体的粘结性差。
因此,在开发U HM PE 纤维的应用中,寻找有效的表面处理方法以提高它与树脂基体的粘结强度便成为研究的焦点之一。
迄今已尝试过的方法有低温等离子处理[1～6]、腐蚀处理[7]、光氧化处理[8]和表面涂层处理[9]等,并已取得良好的效果。
在此基础上,性能良好的U HM PE 纤维增强复合材料以及U HM PE 纤维2碳纤维混杂复合材料也一一研制成功[10～13]。
超高分子质量聚乙烯纤维的表面处理及其应用
摘要超高相对分子质量聚乙烯纤维（UHMWPE）以其优异的性能而成为一种重要的高科技纤维品种，但由于本身的结构特点，使得其存在一定的性能缺陷而限制了应用范围。
通过等离子体处理法、氧化法等各种物理和化学的方法对UHMWPE纤维表面进行改性处理，可不同程度改善其耐热、界面、抗蠕变等弱性。
详细介绍了该纤维的改性方法及其在绳索类、防护用品以及其他方面的应用。
关键词超高相对分子质量聚乙烯纤维；性能；改性；应用1. 前言超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE) 是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的一种高性能纤维。
它是以超高分子量聚乙烯为原料 ,经过高压固态挤压法、增塑熔融纺丝法、表面结晶生长法、超拉伸或局部超拉伸法、凝胶纺丝 - 热拉伸法等工艺制备的 ,一种具有高强度、高模量的高性能纤维,它还具有密度小(密度为0. 97g/cm3) 、耐化学腐蚀、耐冲击、不吸水、与生物的相容性能好等其它的优越性能。
在特种材料和复合材料领域显示出极好的应用前景。
但是 ,由于UHMWPE纤维本身是由非极性的亚甲基形成的线性长链 ,纤维分子间没有较强的分子间作用力;纤维表面呈化学惰性 ,难以与树脂形成化学键合;在生产中经高倍拉伸形成的高度结晶和高度取向而导致的光滑表面。
所有这些因素的共同作用使纤维的表面能很小 ,用作复合材料的增强材料时难以与基体树脂形成良好的界面粘接。
大量的研究表明 ,由UHMWPE纤维制成的复合材料在使用过程中常以层间破坏的形式而被破坏 ,产生此问题的根源在于 UHMWPE纤维本身的结构特点及生产工艺的特点。
因此 ,由UHMWPE纤维制成的复合材料的界面粘接性能成了复合材料制备过程中关注的首要问题。
2. UHMWPE 纤维的性能缺陷纤维具有超高强高模的独特力学 UHMWPE 性能，并具有密度小、耐腐蚀、耐冲击等其它纤维所无法比拟的优越性能，在特种材料和复合材料领域显示出极好的应用前景。
但是该纤维本身的结构特点及生产因素决定了其也存在许多性能缺陷。
- 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)。
超高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）纤维由于具有 高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优异性能被广 泛应用于军事装备、航空航天、海洋作业、体育器 材等领域¨ｏ。但由于ＵＨＭＷＰＥ的分子链中不含 极性基团，其表面呈惰性，与基体树脂形成复合材 料后界面性能很差，难以作为结构材料使用，因此 常规的方法是在制备复合材料前需要对纤维进行表 面处理。
本文中首先采用几种不同结构的环氧树脂与 ＵＨＭＷＰＥ纤维制备了复合材料，分析了树脂基体 对复合材料性能的影响，进而通过对ＵＨＭＷＰＥ 纤维进行液相氧化处理后，分别使用柔性、刚性、 活性上胶剂在纤维表面涂覆处理以及纳米粒子表面 沉积处理，显著改善了纤维的浸润性，使复合材料 的界面性能大幅度提高，超过了目前所有单一的表
复舍材科学握
＆‰∞兹么历动∞皈堋舡础∞Ｓ‰础∞
文章编号：１０００—３８５１（２００６）０２－００３０—０６
第２３卷
Ｖ０１．２３
第２期
Ｎｏ．２
４月 ２００６年
Ａｐｒｉｌ
２００６
ＵＨＭＷＰＥ纤维表面处理及其复合材料性能
王成忠“，李 鹏，矛运花，杨小平
（北京化工大学碳纤维及复合材料研究所，北京１０００２９）
ＵＨＭＷＰＥ纤维的表面处理已有较多研究，常 用的方法有液相氧化Ｅ２，３３、等离子体处理［３￣６３和表 面接枝［７’８３等方法，不同的处理方法均可以明显改 善复合材料的界面性能，其复合材料的层间剪切强 度最高可达到１８ ＭＰａ，但也各有其局限性。表面
涂覆对复合材料的层间剪切强度提高不多；等离子 体处理和表面接枝可以大幅度提高界面性能，但难 以连续化；过强的液相氧化处理可以达到较好的处 理效果，但往往使纤维强度降低。为实现对ＵＨＭ— ＷＰＥ纤维有效的连续化处理，需要研究新型的或 复合化的处理手段。
对ＵＨＭＷＰＥ纤维分别进行不同时间氧化处 理、不同上胶剂处理以及复合表面处理后，使用双 酚Ａ型ＣＹＤ一１２８环氧树脂和ＴＤＥ一８５缩水甘油酯 环氧树脂制成单向复合材料样条，其层剪强度如 表２所示。
王成忠，等：ＵＨＭＷＰＥ纤维表面处理及其复合材料性能
ＵＨＭＷＰＥ纤维，抗张强度２６ｃＮ／ｄｔｅｘ，湖南 中太高新材料股份有限公司；表面上胶剂、柔性上 胶剂采用聚氨酯预聚体，通过端羟基聚醚（Ｎ２１０） 与甲苯二异氰酸酯反应制成；刚性链上胶剂，为自 制的耐高温嘌嗪树脂；活性上胶剂，为小分子环氧 化合物改性的缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 （ＫＨ５６０）；沉积用纳米粒子为碱性钠型硅溶胶，青 岛海洋化工有限公司生产，粒径１０～４０ ｎｍ；树脂 基体采用４种有代表性的不同结构的树脂。
ＣＹＤ一１２８环氧树脂为刚性链结构，极性较大， 与完全非极性的ＰＥ纤维相容性最差，而且用６５１ ８ 低分子聚酰胺固化体系的粘结性能已经好于其他固 化体系；２０００ ８环氧树脂复合材料的层剪强度高的 原因在于树脂主链结构同样为乙烯链段，柔性较 高，与ＰＥ纤维的结构类似，使界面相容性好转； 乙烯基酯树脂因含有大量双键和苯乙烯，也与ＰＥ 纤维有一定的相容性；ＴＤＥ一８５树脂本身的强度高、 柔韧性好，其酯基与ＰＥ纤维也有一定的作用力。 ２．２液相氧化处理对ＰＥ纤维性能的影响
（４）乙烯基酯树脂Ｈｅｔｒｏｎ９２２，苯乙烯含量 ３５％，美国亚仕兰公司生产，结构式见式（３）。
叫＼ ～吖
寸ｐ洲
１．２实验方法 按Ｋ２Ｃｒ０７、浓Ｈ２Ｓ０４、Ｈ２ Ｏ为５：１００：８的比
例配制铬酸处理液，在７０。Ｃ恒温水浴下对纤维进行 氧化处理，处理后水洗并低温烘干。
将上胶剂分别配制成５％的乙醇溶液，将液相 氧化前后的ＵＨＭＷＰＥ纤维浸入涂覆液中１ ｒａｉｎ， 取出低温烘干。
２结果与讨论 ２．１不同树脂基体对纤维复合材料性能的影响
采用通用型ＣＹＤ一１２８环氧树脂和高强的 ＴＤＥ－８５树脂直接与ＵＨＭＷＰＥ纤维制成单向复合 材料，测试其层间剪切强度（ＩＬＳＳ）；考虑到纤维的 化学结构完全为乙烯链节，根据相似相容原理，采 用有类似结构的乙烯基酯树脂和环氧化聚丁二烯树 脂，以期提高复合材料的界面性能。制备的单向复
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｈｒｏｍｉｃ ａｃｉｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔＯ ｍｏｄｉｆｙ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＵＨＭＷＰＥ）ｆｉｈｅｒｓ ｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｒａｃｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＵＨＭＷＰＥ ｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｃｏｒｎ— ｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｒｅｓｉｎｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｔｅｒ— ｆａｃｅ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｒ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ（ＩＬＳＳ）ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｉｓ ｌｏｗ．Ｂｏｔｈ ｃｈｒｏｍｉｃ ａｃｉｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｈｒｏｍｉｃ ａｃｉｄ ｏｘｙｇｅｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｅａｋｅｎｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒｓ ｉｆ ｉｔｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｔｉｍｅ ｉｓ ｔ００ ｌｏｎｇ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｓｙｎｅｒｇｙ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ＩＬＳＳ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒｓ ｃａｎ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｄｉｆ— ｆｅｒｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ＵＨＭＷＰＥ ｆｉｂｅｒ；ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
摘 要： 对超高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）纤维进行了铬酸液相氧化和上胶剂表面涂覆的复合表面处理，并对 ＵＨＭＷＰＥ纤维表面处理前后与几种不同结构的环氧树脂基体制备的复合材料进行界面性能研究。结果表明：树 脂种类对复合材料界面性能略有影响，但层间剪切强度都较低。对纤维进行单纯的液相氧化和表面涂覆均可以提 高复合材料的界面性能，但液相氧化处理时间过长会使纤维强度降低；而液相氧化一涂覆的复合处理则具有协同 效应，在不降低纤维强度的同时大幅度提高复合材料的层间剪切强度，是一种有效的表面处理方法。 关键词：超高分子量聚乙烯纤维；表面处理；复合材料 中图分类号：ＴＢ３３２ 文献标识码：Ａ
纳米粒子表面沉积处理：将硅溶胶稀释并加入 少量表面活性剂和偶联剂ＫＨ５５０，然后添加５％的 纳米氢氧化铝溶胶以改善其成膜性。将液相氧化前 后的ＵＨＭＷＰＥ纤维浸入涂覆液中１ ｒａｉｎ，取出低 温烘干。
在ＹＧ一００１Ａ型单丝拉力机上进行纤维的拉伸 强度测试；将ＵＨＭＷＰＥ纤维和树脂基体制成 ２０ ｍｍ×６ ｍｍｘ ２ ｍｍ的单向复合材料（纤维体积 分数６０Ｆｏｏ），在万能材料实验机（ＩＮＳＴＲＯＮ一１１２１） 上按照ＧＢ ３３５６—１９９５和ＪＣ／Ｔ ７７３—１９９６进行复 合材料的弯曲性能和剪切性能测试。
复合材料的界面性能可以用层间剪切强度 （１ＬＳＳ）直观地表示，层剪强度越高表明其界面粘结 性能越好。表１中不同树脂基体ＰＥ纤维复合材料 的ＩＬＳＳ略有差别。其中以２０００ ８环氧化聚丁二烯 为基体的复合材料层剪强度最高，但也只有 １０ ＭＰａ，远远不能满足使用要求。普通双酚Ａ环氧 树脂复合材料的ＩＬＳＳ最低，只有６．５ ＭＰａ，树脂与 纤维几乎没有粘结性。
ＵＨＭＷＰＥ纤维表面的完全惰性致使无论采 用何种树脂基体都难以提高复合材料的界面性能。 解决措施是必须进行表面处理，使ＰＥ纤维表面带 有极性官能团，或者使纤维表面粗糙化。液相氧化 处理是一种方便有效的处理方法。
铬酸处理液具有强氧化性，ＵＨＭＷＰＥ纤维经 铬酸氧化处理后，发生夺氢反应，使纤维表面部分 分子链断裂形成自由基，然后被氧化成为羟基、羰 基或羧基，使纤维表面整体酸性官能团含量提高， 并且使表面沟槽化，可以显著改善与树脂的粘结 性‘２｜。
、ｆ ◇陪咀
节
ｔ叫２一ｆｍ—ｆ叱弋ｍ一心一Ｖ也弋毗一心ＯＨ
／
Ｏ
ｌ
一
—ＣＨ， 一ＣＨ，一 ＣＨ ２ 一 Ｈ
ｕＣＨຫໍສະໝຸດ Ｈ（２）／ｏ＼ 阻．．明．．叫
｜｜
（
ＣＨ
／，＼ 心．．ｏ．．Ｈ刚
ｍ２产巾一￡－－ＣＨ２－－Ｏ电＿ｉ？。扣ｚ—Ｆｚ—ｃＩＩ—Ｆ （３）
万方数据
合材料的层间剪切强度如表１所示。
表ｌ ＵＨＭＷＰＥ纤维／树脂基体复合材料的层间剪切强度 Ｔａｂｌｅ １ ＩＬＳＳ ｏｆ ＵＨＭＷＰＥ／ｒｅｓｉｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
铬酸处理一方面增加了纤维表面粗糙度和官能 团含量，使纤维复合材料的层间剪切强度（ＩＬＳＳ）提 高；另一方面使纤维的拉伸强度下降。图１是氧化
万方数据
对山—之＼蔷岛ｐ；曲－ＩＱｏ一‰
图１ 液相氧化处理时间对纤维强度和复合材料层间 剪切强度的影响
Ｆｉｇ．１ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＵＨＭＷＰＥ ｆｉｂｅｒ ｆｉｌａｍｅｎｔ ａｎｄ ＩＬＳＳ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
图２是未经表面处理的ＰＥ纤维扫描电镜ＳＥＭ 照片。图３是氧化处理５ ｍｉｎ后的ＳＥＭ照片。纤 维氧化处理后表面粗糙度明显提高。 ２．３ 纤维的复合化表面处理对复合材料层间剪切 性能的影响
ＵＨＭＷＰＥ纤维经液相氧化表面处理后，纤维 表面含氧官能团及表面粗糙度明显提高，可以增强 与树脂基体的粘结性能。另外，纤维表面涂覆处理 也是一种简便的表面处理方法，涂覆效果主要决定 于涂层与纤维的粘结性和涂层本身的强度。在 ＵＨＭＷＰＥ纤维液相氧化处理中，延长处理时间不 仅提高了表面官能团含量，同时也降低了纤维的强 度；而缩短处理时间以保持纤维强度则使处理效果 下降。采用短时间液相氧化和表面涂覆复合的处理 方法可以在保持纤维强度的情况下提高复合材料的 界面性能。