UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面性能研究進(jìn)展.pdf

《UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面性能研究進(jìn)展.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面性能研究進(jìn)展張小康．王耀先(華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海200237)摘要：本文探討了不同的纖維表面處理方法對(duì)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料界面性能的影響。介紹了等離子體處理、化學(xué)試劑處理、電暈處理等常用的UHMWPE纖維表面改性方法。通過對(duì)纖維的表面處理，纖維表面的粗糙度和極性基團(tuán)含量都有了提高．使纖維與樹脂基體的粘結(jié)性能得以改善。本文還論述了通過對(duì)樹脂基體改性提高UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面性能的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：UHMWPE纖維；表面改性；樹脂改性；界面粘結(jié)性；樹脂基復(fù)合材料1引言超高分子量聚乙烯(UHMWPE

2、)纖維也稱超高模量聚乙烯(UHMPE)纖維．是繼碳纖維、芳綸纖維的又一種高性能纖維。UHMWPE的分子量通常在100。600萬之間。分子為線型的高度取向的伸直鏈結(jié)構(gòu)，取向度可以接近100％。這種超分子結(jié)構(gòu)賦予了UHMWPE纖維一系列特殊性能。UHMWPE纖維的初始模量在100GPa以上．拉伸強(qiáng)度大于3．OGPa。UHMWPE纖維的密度只有0．979／cm，，其強(qiáng)度比碳纖維和芳綸都要高。UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的耐磨性能和抗沖擊性能是現(xiàn)有的高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料無法比擬的。UHMWPE纖維是由亞甲基(-CHrl形成的非極性材料，吸水率低于0．01％。具有耐化學(xué)性能、介電性能、自潤(rùn)滑性

3、、與生物相容性好等特點(diǎn)。UHMWPE纖維具有的一系列優(yōu)異性能。使得其在國(guó)防、軍事、航空航天、高性能復(fù)合材料、生物材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于纖維分子鏈?zhǔn)欠菢O性的全碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)。表面呈惰性，不易被樹脂潤(rùn)濕，其復(fù)合材料的界面結(jié)合弱，層間剪切強(qiáng)度(ILSS)低，大大限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，提高UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面粘結(jié)性成為該復(fù)合材料推廣應(yīng)用中亟待解決的重要問題。目前提高UHMWPE纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的界面性能可從兩方面人手：①提高UHMWPE纖維的表面能和活性；②降低樹脂基體的表面能和極性。目前最常用的且已成熟的方法是對(duì)纖維的表面進(jìn)行處理。常用于UHMWPE纖維表面改

4、性的方法主要有等離子體處理、化學(xué)試劑處理、輻射引發(fā)表面接枝處160理、電暈放電處理、涂層法等【21。經(jīng)過上述方法處理過的纖維。有的表面粗糙度發(fā)生了變化，有的則被引入了活性基團(tuán)。有的表面引入聚合物涂層等，其最終作用都是使纖維表面能發(fā)生了變化。改善了與基體的粘結(jié)性能。提高了ILSS，使復(fù)合材料的一系列性能得以提高。相比而言，對(duì)樹脂進(jìn)行改性降低表面能．從而提高與UHMWPE纖維相容性的方法和研究則鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本文從不同處理方法對(duì)UHMWPE纖維表面的處理效果和對(duì)復(fù)合材料的性能影響方面展開論述，探討了UHMWPE纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用樹脂基體的研究進(jìn)展。2UHMWPE纖維表面改性方法對(duì)其復(fù)合材料

5、性能的影響2．1等離子體處理等離子體表面處理主要是對(duì)材料進(jìn)行表面轟擊。表面轟擊的作用主要有：(1)使結(jié)合不牢的物質(zhì)脫離；(2)碰撞級(jí)聯(lián)作用引起的表面原子濺射作用；(3)轟擊離子和濺射原子通過碰撞作用產(chǎn)生沉積：(4)增強(qiáng)轟擊和吸附物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)而形成化學(xué)沉積物或產(chǎn)生易揮發(fā)的物質(zhì)形成表面刻蝕。等離子體處理僅涉及纖維的表面，一般在一到幾個(gè)分子間距內(nèi)進(jìn)行作用刻蝕。所以纖維自身的性能受影響較小。按處理的效果可以分為處理后表面不形成聚合物和形成聚合物兩種。兩者的區(qū)別在于收稿日期：2010-06．28基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50773019)作者簡(jiǎn)介：張小康(1985-)，男，碩士研究生，研

6、究方向?yàn)楹铣蓸渲皬?fù)合材料。玻璃鋼／復(fù)合材料增刊f第十八屆玻璃鋼／復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集1處理時(shí)使用的氣體不同，在N：、H：、O：、NH，、空氣等氣氛中處理時(shí)纖維的表面不形成聚合物．而會(huì)在纖維表面進(jìn)行刻蝕．增加纖維表面的粗糙度，從而增加與樹脂基體的接觸面積和結(jié)合力：而采用有機(jī)氣體(如丙烯酸)產(chǎn)生等離子體，除在纖維表面形成刻蝕外還會(huì)因?yàn)榫酆戏磻?yīng)在纖維的表面產(chǎn)生一層涂層，涂層能夠起到兩相粘結(jié)層的作用。提高復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度．同時(shí)也會(huì)使復(fù)合材料的柔韌性得以提高．降低層間破壞發(fā)生的可能性。提高復(fù)合材料的整體強(qiáng)度和沖擊韌性。由于涂層的存在使纖維性能受到的影響更小。姜生141對(duì)UHMWPE纖維

7、表面進(jìn)行介質(zhì)阻擋放電氬等離子體處理．分析了處理前后UHMWPE纖維／LDPE復(fù)合材料的縱、橫向拉伸性能的變化。研究發(fā)現(xiàn)未處理纖維制成的復(fù)合材料在起始階段曲線上有一曲折存在，這一曲折的應(yīng)力高于基體材料的應(yīng)力，說明負(fù)荷沒有通過基體傳遞給纖維，是由少量的缺陷纖維發(fā)生斷裂而形成的；但經(jīng)等離子體處理過的纖維制成的復(fù)合材料則沒有這種現(xiàn)象，說明處理后的纖維的表面粗糙度的增加彌補(bǔ)了這一不足。從拉伸曲線上可以看出當(dāng)負(fù)荷達(dá)到一定時(shí)，復(fù)合材料在瞬時(shí)解體破壞．但處理前