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超高相对分子质量聚乙烯纤维表面改性研究 宋俊，肖长发，安树林，贾广霞 (天津工业大学材料系，天津300160) 摘要采用铬酸刻蚀、吡咯化学气相沉积及两种方法并用对超高相对分子质量聚乙烯 性能的变化。结果表明，铬酸处理后纤维表面出现新的合氧基团，有利于改进纤维与树脂基 体的结合；化学气相沉积聚吡咯后，纤维与树脂基体之间的黏结性能得到明显改善；将两种方 法适当并用，处理后的纤维不仅能保持纤维原有特点，而且与环氧树脂基体有良好的复合性 能，所得纤维复合材料具有较好的力学性能(剪切强度)，是一种较理想的方法。 关键词超高分子质量聚乙烯纤维表面处理复合材料 O 引言 由于UHMWPE纤维表面的惰性和非极性，浸润性差，纤维与树脂，特别是与热固性基体树脂之间的粘 接性差，限制了其作为增强材料在纤维复合材料中的应用，因此对UHMWPE纤维表面改性的研究一直受到 人们的重视。目前对UHMWPE纤维表面的处理方法主要包括：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及溶胀结晶法等‘1，21。本文采用吡咯化学气相沉积对UHMWPE纤维表面进 行处理，分析和讨论了纤维表面结构与性能的变化。 1 实验部分 1．1原材料 ． 原材料包括：UHMWPE纤维，南京化工集团生产；重铬酸钾，化学纯；浓硫酸；三氯化铁，分析纯；吡咯，分 析纯；环氧树脂618；稀释剂711；缩胺105固化剂。 1．2 UHMWPE纤维的表面处理 将UHMWPE纤维置于一定浓度的铬酸溶液中，处理不同时间后取出，用蒸馏水洗净，烘干备用。 将UHMWPE纤维在一定浓度三氯化铁溶液中处理一定时间后置于真空容器中，使一定量的气相吡咯 沉积并聚合在纤维表面。 1．3测试与分析 用UJ一6型单丝强力仪测试纤维强度，试样夹距1cm，拉伸速度1cm／min。 era／rain，有效 用微珠法【31测定纤维的表面剪切强度，其中树脂微滴直径100—600斗m，卡钳运动速度l 试验次数20次。 用Perkin 用Broker公司TENSOR27型傅里叶变换红外光谱(mR)进行试样表面的红外分析。 用FEI公司QUANTA200型扫描电子显微镜(SEM)观察试样的表面形貌。 ·102· 2结果与讨论 图1为处理前后UHMWPE纤维的FrIR谱图。由图可知吡咯处理纤维与原纤维相比没有发现新的吸 收峰，只是吸收峰的大小发生了变化，据此推断经吡咯化学气相处理后的UHMWPE纤维与原纤维之间没有 163 发生化学反应，只是发生了分子间的作用力。原纤维在1 cm。1处有一个小峰，而铬酸刻蚀后的UHMWPE 纤维在此处的峰消失，但在1099cm以处出现了一个相对较大的吸收峰，这可能是原纤维1163cm。时的峰 为C—C骨架峰，而当经过铬酸处理后纤维表面出现了新的C—O弋基团，这个新的基团的出现掩盖了原 来的C—C峰。 莲 褥 翅 嘲 图1处理前后UHMWPE纤维的红外谱图 纤维的储存模量比原纤维及铬酸处理后的纤维的模量有了明显的提高，玻璃化转变温度也略有提高，由 高可能是纤维非晶区发生了结晶行为。这与文献[4]报道液相法处理纤维的结果是一致的，因此可以推断， 运动所致。 盛_‘、啦 图2温度对不同处理后UHMWPE纤维模量和耗散因数的影响 ——PCVD；一一一一CAE；……All 痕，这是由于UHMWPE纤维中处于伸直链状态的纤维大分子在卷绕过程中受到非平行于拉伸方向的分力 所致pJ。由图3(b)可见，经吡咯气相沉