本文關(guān)鍵詞：超高分子量聚乙烯纖維的表面改性及其復(fù)合材料性能研究

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【摘要】：隨著高性能復(fù)合材料的迅速發(fā)展,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維樹脂基復(fù)合材料由于具有諸多優(yōu)異性能而在眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。雖然UHMWPE纖維具有優(yōu)異的性能,如高強度和剛度、耐化學(xué)性、質(zhì)輕和低溫下良好的機械性能,但是其表面呈惰性并且與極性聚合物(如環(huán)氧樹脂)間的粘結(jié)性差,限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。因此本文采用多巴胺沉積以及二次功能化對UHMWPE纖維進行表面改性,以改善其界面粘結(jié)性能。首先采用多巴胺氧化自聚合反應(yīng)對UHMWPE纖維進行表面改性,結(jié)果表明:多巴胺改性后的纖維表面涂覆一層均勻的聚多巴胺層,粗糙度增加。經(jīng)過對多巴胺改性后的纖維進行超聲處理發(fā)現(xiàn)聚多巴胺與纖維之間有一定的粘結(jié)強度。單絲斷裂力測試結(jié)果表明多巴胺改性并沒有對纖維自身的力學(xué)性能產(chǎn)生損害。當(dāng)多巴胺濃度為2 mg/mL、反應(yīng)時間為24 h的條件下,UHMWPE纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度最大為0.920 MPa,相比較于未改性的纖維提高了 28.31%。分別以小分子多氨基化合物己二胺(HMDA)和大分子多氨基化合物聚乙烯亞胺(PEI)為二次功能化單體,對多巴胺改性后的UHMWPE纖維進行二次功能化。通過FTIR和XPS分析證明了纖維表面聚多巴胺層上成功接枝了 HMDA和PEI并引入了活性官能團,從SEM圖看出二次功能化改性后的纖維表面粗糙度明顯增加。在HMDA濃度為10 mg/mL、反應(yīng)時間為9 h的條件下,改性后的UHMWPE纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度最大為1.310 MPa,比未改性的UHMWPE纖維相比較提高了 82.71%;在PEI反應(yīng)濃度為5 mg/mL、時間為24 h的條件下,改性后的UHMWPE纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度最大為1.185 MPa,比未改性的UHMWPE纖維相比較提高了 65.27%。相比較于未改性的UHMWPE纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,多巴胺改性后的纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸斷裂強力有所增加,經(jīng)過二次功能化之后有了進一步提高。由復(fù)合材料的斷裂截面可以發(fā)現(xiàn)纖維與樹脂之間的界面性能得到改善,并且兩相之間不易發(fā)生剝離現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ342.61;TB332

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本文編號：1280561