PEW-g-MAH/St改性UHMWPE纤维及有限元分析

为改善UHMWPE纤维与树脂基体之间的界面黏接性能,采用PEW-g-MAH/St对UHMWPE纤维进行上浆改性处理,并进行纤维拔出试验,测试纤维的红外光谱和表面形态,同时对纤维的拔出过程进行有限元分析.结果 表明:功能涂层能够显著提高纤维与基体之间界面层抵抗损伤和耐冲击的能力;改性纤维的拔出强度可达到1.341 MPa...     

超高分子量聚乙烯纤维表面改性研究进展

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维因具有高强高模低密等优异性能而受到广泛关注,但由于纤维表面惰性大、缺乏极性基团,导致其与树脂基体的黏结力低,限制了其在复合材料领域中的应用,因而需通过表面改性来提高其界面性能。本文综述了UHMWPE纤维表面改性的最新进展,介绍了UHMWPE纤维增强复合材料的界面性质及增强机理;概述了等离子体改性、辐照接枝改性、氧化刻蚀以及电晕改性和涂层改性等方法,并分析了这些技术的优势和局限性;最后,提出对UHMWPE纤维未来研究方向的展望。     

F-12芳纶的不饱和聚酯树脂表面改性研究

为了改善F-12芳纶与RFL树脂的黏结性能,分别采用硅烷偶联剂A-1100和A-174与不饱和聚酯树脂对F-12芳纶进行表面改性处理。采用SEM测试分析纤维表面成膜情况确定不饱和聚酯树脂用量,通过测试浸渍RFL树脂溶液后织物的抽拔强力和束纤维的断裂强力确定偶联剂用量。实验得出最优处理工艺为:①不饱和聚酯树脂用量20%+A1100用量2.0%,此时织物抽拔强力为49.22 N,束纤维的断裂强力为64.94N;②不饱和聚酯树脂用量20%+A174用量0.6%,此时织物抽拔强力57.84 N,束纤维的断裂强力为69.53 N。最后通过红外光谱验证了不饱和聚酯树脂+A174改性处理效果优于不饱和聚酯树脂+A1100的效果,这一结果与测试结果。     

等离子体处理工艺对UHMWPE纤维拉伸性能的影响

以1 600 D超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为原料,采用APP-350型常压等离子体混合处理设备对纤维进行表面处理,处理工艺包括电压(150、175、200 V)和时间(60、70、80、90、100、110 s);以水性聚氨酯(PU)、无水乙醇组成树脂体系,与处理前后的UHMWPE纤维复合制成UHMWPE/PU复合材料。利用Instron 3385H型万能材料试验机对处理前后的UHMWPE纤维及复合材料进行拉伸性能测试,重点分析了等离子体处理工艺(电压、时间)对UHMWPE纤维拉伸性能的影响规律。采用KYKY-2800B型SEM观察纤维的微观形貌变化。通过JC2000C型接触角测量仪测试纤维的接触角。结果表明:等离子体处理对UHMWPE纤维表面有明显的刻蚀作用;纤维接触角与拉伸性能均随着电压、时间的增加而下降;等离子体处理的UHMWPE/PU复合材料的拉伸性能明显好于未经处理的复合材料。     

N,N-二甲基乙酰胺/氯化钙体系对热致液晶聚芳酯纤维结构及性能的影响

为提高热致液晶聚芳酯(TLCP)纤维与基体材料的界面黏结性能,同时保持其优异的热学和力学性能,采用N,N-二甲基乙酰胺/氯化钙(DMAc/CaCl₂)体系对TLCP纤维进行表面改性制备TLCP/聚氨酯复合材料。借助单纤维万能测试仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、同步热分析仪和万能材料试验机等对改性前后的样品进行表征与分析。结果表明:TLCP纤维经DMAc/CaCl₂改性处理后表面条纹增多,平均粗糙度由96.42 nm增至438.60 nm;改性处理后的TLCP/聚氨酯复合材料的界面黏结性能有明显改善,平均剥离强度由0.71 N/mm提高到1.14 N/mm;改性后TLCP纤维分子结构无明显变化,纤维结晶结构不变,结晶度由69.00%降至64.45%;当DMAc体积分数不超过30%时,纤维的力学性能无明显下降。     

碳纤维表面改性处理及其基本性能表征

为改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,提高碳纤维的摩擦性和表面浸润性,以T300碳纤维为原料,在空气条件下采用低温等离子体技术对碳纤维表面进行改性处理。通过正交试验分析法,得到等离子体处理的最佳方案;通过场发射扫描电镜观察得出,经过改性处理后的碳纤维表面变得凹凸不平且具有明显的剥离现象,表面粗糙度增加;通过傅里叶红外光谱测试分析得出,等离子体处理后碳纤维表面引进了-CH2-0H和-COH等新的官能团。等离子体处理使得碳纤维断裂强力减小,摩擦性能提高,表面浸润性提高。在制备碳纤维复合材料时有利于纤维与树脂的结合,利于碳纤维复合材料的制备。     

硅烷偶联剂对玄武岩织物拉伸性能的影响

试验使用不同浓度的硅烷偶联剂KH - 550对玄武岩纤维织物进行表面改性处理,采用Instron 3369型万能强力机测试了处理前后试样的拉伸性能,期望得出最佳的偶联剂浓度;利用FEI QUANTA200型扫描电子显微镜观察处理前后的玄武岩纤维表面形态,从微观角度分析KH - 550对玄武岩纤维的改性机理.结论是:当KH - 550的浓度为0.75％时,拉伸强度和弹性模量达到最大;观察处理前后的玄武岩纤维表面形态看出,KH - 550与玄武岩纤维发生偶联反应,附着在纤维表面形成一层薄膜,使其表面变得凹凸粗糙,有利于改善玄武岩长丝与有机聚合物间的界面黏结状况.表明采用KH - 550对玄武岩纤维织物进行表面改性处理,可以改善其表面,同时不损伤拉伸性能.     

双等离子体改性超高分子量聚乙烯复合材料的弹道响应

为揭示双等离子体改性对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料冲击性能的影响,采用真空辅助树脂灌注成型技术(VARI)制成UHMWPE复合材料,借助原子力显微镜等手段对改性前后的纤维表面进行观测,探究复合材料在低速及高速冲击时的抗冲击性能以及防弹机制。低速冲击载荷作为响应值构筑响应曲面模型,高速摄影机捕捉子弹侵彻改性前后复合材料的过程,分析板材的吸能情况并对侵彻后的试样进行表面观测。结果表明：未改性板材通过各层振荡式波动以形成严重分层来耗散能量;改性后的材料能有效地包覆住子弹,背弹面表层纤维呈现原纤化,断口处出现树脂大量富集,阻抗作用增强,吸能值较未改性材料提高45.59%。     

UHMWPE纤维的PEW-g-MAH涂层改性及性能研究

为了提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂之间的黏结性,以马来酸酐接枝聚乙烯蜡(PEW-g-MAH)为表面功能处理剂,对UHMWPE纤维进行表面涂层改性。详细介绍PEW-g-MAH的制备及纤维改性工艺,并对纤维的力学性能、形态结构、红外光谱及单纤维抽出性能进行测试,分析改性前后纤维表面极性基团、结晶度、断裂强度、表面形态及其与环氧树脂之间黏结性的变化。结果表明,改性纤维表面引入了一定数量的极性基团而且变得更加粗糙,纤维结晶度和断裂强度没有发生明显变化,单纤维抽出试验表明改性后纤维与环氧树脂之间的黏结力提高了49.68%。     

氢氧化钠处理对GF/VER复合材料界面及力学性能的影响

为改善玻璃纤维(Glass fiber, GF)与乙烯基酯树脂(Epoxy vinyl ester resin, VER)间界面性能，使用氢氧化钠溶液对GF进行表面改性处理。借助扫描电镜、红外光谱仪、万能材料试验机、摆锤冲击试验机等，分析改性前后GF的表面形态与化学结构的变化。测试改性前后GF/VER复合材料的单丝和纤维束界面剪切强度、弯曲强度、抗冲击强度。研究氢氧化钠处理对GF/VER复合材料的界面性能和力学性能的影响。结果表明：经过氢氧化钠溶液处理后，GF浸润性得到改善，表面变得粗糙，表面活性基团增多。单丝和纤维束的界面剪切强度相比改性前分别提升了25.31%、27.48%。GF/VER复合材料的弯曲强度与抗冲击强度相比改性前分别提升了20.96%、25.40%。     

改性芳纶与环氧树脂复合体的制备及其防刺性能

为提升芳纶织物的防穿刺效果,采用氧等离子体表面处理技术改性的芳纶1414织物与环氧树脂复合制备环氧芳纶复合体。分析了等离子体处理对织物功能改性的影响,研究了环氧树脂涂覆织物后复合体的防刺性能。结果表明:采用氧等离子体处理,在处理功率为600 W、处理18 min时,织物表面纤维刻蚀明显,含氧基团增多,润湿性提高,但织物拉伸强度有所下降;当环氧树脂涂覆在等离子体改性后的芳纶织物上,树脂中环氧基团与芳纶中含氧活性基团键合牢固,复合体黏结强度较好,拉伸强度较未经处理的芳纶织物增加了7.89%,复合体防穿刺效果较普通芳纶1414织物提升显著,且多层组合结构的防刺效果更优异。     

等离子体处理对聚乳酸纤维表面性能的影响

探讨等离子体处理对聚乳酸纤维的表面改性效果。采用氩气介质阻挡放电等离子体对聚乳酸纤维进行表面改性,并用分散染料对改性后的纤维进行染色,研究了改性后聚乳酸纤维的表面形貌、化学结构、染色性能及断裂强度的变化规律。结果表明:随着等离子体处理时间的延长,聚乳酸纤维表面的粗糙程度逐渐增加,亲水性显著增强,同时纤维的染色性明显提高,当处理时间达到90s时,聚乳酸纤维的表面性能获得较理想的改善效果。认为:氩气介质阻挡放电等离子处理能明显改善聚乳酸纤维的表面性能和染色性能。     

PPy-UHMWPE纤维结构与性能的研究

针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与树脂界面黏结性能较差的问题,以三氯化铁为氧化剂,采用液相沉积聚合方法制备了聚吡咯-超高分子量聚乙烯（PPy-UHMWPE）复合纤维,然后将微滴直径在300-700μm的环氧树脂滴在纤维上,并对纤维/微滴试样进行拉出实验。结果表明,经吡咯沉积聚合后,PPy-UHMWPE纤维与环氧树脂的界面剪切强度有较大提高,约为未处理纤维与环氧树脂界面剪切强度的3倍。通过SEM、FTIR、DSC、DMA研究处理前后纤维表面形貌和结构的变化,表明在PPy-UHMWPE复合纤维中,PPy与UHMWPE分子链间无化学键作用,PPy-UHMWPE纤维的熔融峰为单峰,且熔点略有下降。     

氧气等离子体预处理对UHMWPE/PANI复合纤维导电性能的影响

采用原位聚合法制备了UHMWPE/PANI复合导电纤维。为提高复合纤维的电导率,采用了氧气等离子体对UHMWPE纤维进行预处理,研究了处理时间、反应功率和氧气压强等因素对复合纤维导电效果的影响,并用扫描电镜观察了等离子处理对UHMWPE纤维表面形貌的影响。结果表明：氧气等离子预处理增大了UHMWPE纤维的粗糙度,提高了其表面能,UHMWPE/PANI复合纤维的电导率增大,在功率90W,压强40Pa的处理条件下处理2min,复合纤维的电导率可以达到0.18S/cm。随着等离子体处理时间的延长、反应功率的提高及氧气压强的增大,复合纤维的电导率均呈现先增大后减小的趋势。     

酸碱处理对超高相对分子质量聚乙烯纤维纸性能的影响

采用湿法成形工艺制备了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维纸,并分析了不同酸、碱处理条件对UHMWPE纤维纸性能的影响。结果表明,随着酸、碱质量分数及相应处理时间的增加,UHMWPE纤维纸的抗张强度保留率呈现下降趋势,质量分数30%H_2SO_4和质量分数20%NaOH分别处理6 h后,UHMWPE纤维纸抗张强度保留率均在90%以上,处理48 h后,UHMWPE纤维纸抗张强度保留率保持在80%以上,且质量分数30%H_2SO_4处理48 h后UHMWPE纤维纸被氧化出现了羰基、羟基等活性基团,质量分数20%Na OH处理48 h后活性基团出现不明显,表明酸处理更适合做UHMWPE纤维纸的改性处理。     

氧等离子体改性对聚酰亚胺纤维表面性能的影响

为增强聚酰亚胺纤维的界面黏附性能,采用氧等离子体技术对聚酰亚胺纤维进行不同时间的改性处理,借助X射线光电子能谱仪、场发射扫描电子显微镜、接触角表面性能测定仪,以及单纤维碎裂法等分析改性处理对聚酰亚胺纤维表面性能的影响。结果表明:在气压为10 Pa,功率为100 W的工艺条件下,采用氧等离子体处理4 min时聚酰亚胺纤维表面改性效果最佳;与原丝相比,此时纤维表面O与C元素含量比增加了108%,含氧基团C—O、C=O的含量分别由7.6%、10.3%增加到20.4%、19.2%;纤维表面产生均匀致密的微裂缝,其与树脂间界面剪切强度由29.88 MPa增加到46.13 MPa,增强率达54%;聚酰亚胺纤维与水的接触角从110°左右减小至55°以下,由疏水表面变为亲水表面。     

常压等离子体射流对PBO纤维表面改性

采用常压等离子体射流(APPJ)在不同处理时阃和功率下对聚对苯撑苯并二噁唑(PBO))纤维进行表面改性,以提高其与环氧树脂基体间的界面粘结性能.通过SEM、XPS和静态接触角测试对处理前后纤维的表面形态、元素组成和表面浸润性能进行分析与表征,并采用Micro-bond测试方法测量纤维/环氧问界面剪切强度IFSS,利用单纤维拉伸测试评价等离子体处理对纤维力学性能的损伤.结果表明:PBO纤维经APPJ处理后,表面浸润性能得到改善,IFSS提高了27.85%～130.96%,而纤维强力损伤很小.     

氧气等离子体处理对超高分子量聚乙烯纤维力学性能的影响

探讨氧气等离子处理对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维力学性能的影响。通过SEM分析处理前后纤维表面形貌的变化,并分别改变等离子处理时间、反应功率及氧气压强,研究各因素对纤维力学性能的影响程度。试验结果表明:经氧气等离子处理后,UHMWPE纤维表面因等离子刻蚀作用而变得粗糙,纤维表面能提高,纤维断裂强度较未处理时有一定的降低,而断裂伸长率有所增加。     

三维正交机织玻纤复合材料界面改性及弯曲性能研究

纤维/基体界面特性影响复合材料性能,为提高纤维/基体界面性能,基于纤维表面热处理与硅烷偶联剂改性相结合的方法处理三维正交机织物。分别以改性前后织物为增强体,树脂与固化剂的混合胶液为基体,采用VARTM工艺成型复合材料。测试试样沿0°和90°方向的弯曲性能。结果表明,试样沿0°方向的弯曲强度略有下降,而弹性模量增加。沿90°方向的弯曲强度和弹性模量均增加。由此可知,硅烷偶联剂改性可以提高纤维/基体界面结合强度,从而改善了复合材料的力学性能。纤维FTIR谱图和试样断裂截面SEM图也证实纤维/基体结合强度得到了提高。     

DBD等离子体处理芳纶织物的表面性能

为改善芳纶织物的表面黏结性能,采用常压氩气介质阻挡放电(DBD)等离子体处理对芳纶织物进行表面改性,研究处理时间对芳纶织物的表面形貌、表面化学成分、润湿性能、单纱断裂强力和剥离强度的影响规律。结果表明:DBD等离子体处理后,芳纶纤维的表面被刻蚀,粗糙程度明显增加;纤维表面氧、氮极性基团含量增加;纤维的表面润湿性和黏结性能均显著提高,且在处理时间为60 s时达到最优;等离子体处理对芳纶织物断裂强力的影响较小。