uhmwpe纤维表面改性及其复合材料界面初步探究

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1、学校代码：10255学号：2110273东华大学硕士学位论文UHMWPE纤维表面改性及其复合材料界面初步探究RESEARCHONSURFACEMODIFICATIONOFUHMWPEFIBERSANDPRELIMINARYINVESTIGATIONONTHECOMPOSITEINTERFACE学科专业：材料学作者姓名：贺建强指导教师：于俊荣答辩日期：2014年1月万方数据东华大学硕士学位论文UHMWPE纤维表面改性及其复合材料界面初步探究东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的

2、成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据东华大学硕士学位论文UHMWPE纤维表面改性及其复合材料界面初步探究东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学

3、位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据东华大学硕士学位论文UHMWPE纤维表面改性及其复合材料界面初步探究UHMWPE纤维表面改性及其复合材料界面初步探究摘要超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维具有很高的比强度和比模量，经常用作复合材料中的增强材料。但是由于其表面光滑且呈化学惰性，纤维表面和树脂基体间的粘结性能较差，大大限制了UHMWPE纤维在复合材料领域的应用。因此，对UHMWPE纤维进行表面改性成为了必须。而在其增强复合材料的研究和应用中，复合材料的界面力学性能对复合材料的整体

4、性能有着至关重要的影响。本论文着重探究了铬酸溶液氧化改性法对UHMWPE纤维的表面改性，并与介质阻挡（DBD）等离子体改性做对比。此外采用拉曼光谱技术和微滴包埋纤维拉伸试验相结合来初步探究UHMWPE纤维复合材料界面的微观力学性能。论文首先以特定浓度的铬酸氧化液对UHMWPE纤维进行表面氧化改性。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和力学性能测试分析比较了改性前后纤维的表面官能团变化、形貌结构、结晶性能和力学性能变化。结果表明：经过处理后UHMWPE纤维表面产生了新的极性官能团，表面粗糙度增加，纤

5、维的亲水性能以及纤维-树脂界面粘结性能得到充分改善，纤维表层结晶度和晶粒尺寸下降明显，晶区取向度也相应降低，而芯层结晶度和晶粒尺寸只有轻微下降；当铬酸处理温度为55℃，处理时间为5min时，纤维IFSS值提高最多，I万方数据东华大学硕士学位论文UHMWPE纤维表面改性及其复合材料界面初步探究且纤维力学性能损失不大。其次，将处理前后的纤维制成UHMWPE纤维/树脂微滴状复合材料，并对纤维施加一定应力，探究在应力作用下微滴内纤维的受力分布情况，结果表明：对于未处理的纤维与环氧树脂微滴复合材料，在未受到应力时，微滴内UHMWPE纤维由于固化作用受力分布图呈现“M”状，应力增大

6、后，微滴内UHMWPE受力分布呈现“U”字形，微滴内的纤维所受的力会部分转移至树脂中；对比处理前后的UHMWPE纤维经环氧树脂微滴包埋后拉伸试验中的UHMWPE纤维应力分布，发现经过铬酸氧化处理后的纤维与环氧树脂界面应力传递效果更佳，纤维与微滴界面剪切应力也随位置而发生变化，在纤维/环氧微滴端点处最大，而在微滴中心位置则最小。然后，论文研究了不同浓度（K2Cr2O7:H2O:H2SO4=1:4:10~1:4:40）铬酸氧化液对UHMWPE纤维表面改性效果，结果表明：随铬酸氧化液浓度的增加，纤维-树脂界面剪切强度IFSS逐渐提高，至浓度为1:4:40时，IFSS值提高了7

7、5.5%；铬酸溶液浓度增加，UHMWPE纤维表面变得更加粗糙，其粗糙度值和刻痕深度也不断增加；结合纤维力学性能测试，铬酸氧化液的最佳处理条件为：处理浓度1:4:30（或1:4:20），处理温度55℃，处理时间5min。最后，论文研究了在氩气气氛条件下对UHMWPE纤维进行DBD等离子体改性，通过改变等离子体放电处理时间和气体流量来寻求改善纤维粘结性能的最佳条件，并与铬酸氧化法作比较。研究表明：等离子体处理最佳条件为：气体流量3L/min，处理时间30s；在此最佳II万方数据东华大学硕士学位论文UHMWPE纤维表面改性及其复合材料界面初步探