摘 要

通过一种表面包埋改性的工艺研究将表面惰性，与树脂粘结性差的UHMWPE纤维进行亲水性改性，并将纤维作为载体，环氧树脂作为基体，以四乙烯五胺作为固化剂的一种配方浇筑的复合树脂材料样条做力学性能测试，得到具体结果如下：

1.纤维经70℃的十氢萘 3wt% BPO溶胀8h，将其放入1wt%的OEO-5（聚乙二醇油酸酯）水溶液中处理1min，再在70℃的密闭容器中放置12h，后真空干燥清洗的改性工艺可使其接触角降至57.2°。纤维经70℃的十氢萘 3wt% AIBN溶胀4h将其放入1wt%的OEO-5水溶液中处理1min，再在70℃的密闭容器中放置12h，后真空干燥清洗的改性工艺可使其接触角降至55.9°。

2.加入BPO的改性纤维含量8wt%、12wt%四乙烯五胺的环氧树脂抗冲强度比未改性纤维复合树脂的高了43.5%。加入AIBN的改性纤维含量8wt%、12wt%四乙烯五胺的环氧树脂抗冲强度比未改性纤维复合树脂的高了66.7 %。

关键词 UHMWPE纤维 环氧树脂 力学性能

Performance of UHMWPE fiber/polymer composites

Abstract

The UHMWPE fiber with poor surface adhesion and poor adhesion to resin was hydrophilically modified by a surface-embedded modification process. The fiber was used as a carrier, epoxy resin was used as a substrate, and tetraethylenepentamine was used as a curing agent. A formula-cast composite resin material spline is used for mechanical performance testing and the specific results are as follows:

1. The fiber was swelled with decahydronaphthalene 3% by weight of BPO at 70℃. for 8 h, placed in a 1 wt% OEO-5 (polyethylene glycol oleate) aqueous solution for 1 min, and placed in a closed containe-r at 70℃. After 12h, the post-vacuum drying cleaning modification process can reduce the contact angle to 57.2°. The fibers were swelled with 70℃.decahydronaphthalene 3 wt.% AIBN for 4 h and placed in a 1 wt.% OEO-5 aqueous solution for 1 min, and then placed in a sealed container at 70℃. for 12 h. The vacuum drying cleaning modification process was then performed. The contact angle can be reduced to 55.9°.

2. The impact strength of the epoxy resin with modified fiber content of 8wt% and 12wt% tetraethylenepentamine added with BPO was 43.5% higher than that of the unmodified fiber composite resin. The epoxy resin with modified fiber content of 8 wt% and 12 wt% tetraethylenepentamine added with AIBN has a higher impact strength than the unmodified fiber composite resin by 66.7%.

Key words：UHMWPE fiber; epoxy resin; mechanical properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1超高分子量聚乙烯纤维的主要用途 1

1.1.1 海洋用品 1

1.1.2防具设备 2

1.1.3休闲体育用品 2

1.1.4其他复合材料的应用 3

1.1.5医用高分子材料 3

1.2 UHMWPE纤维表面化学处理方法 3

1.2.1化学试剂处理 4

1.2.2等离子体处理 4

1.2.3电晕放电处理法 5

1.2.4 辐射引发表面接枝处理 5

1.2.5 UHMWPE纤维表面物理处理方法 6

1.3包埋法处理 6

1.4 UHMWPE纤维复合材料 7

1.5 环氧树脂 7

1.6 本文的研究内容及特色 8

第二章 实验部分 9

2.1引言 9

2.2 实验原料 10

2.3 包埋改性 10

2.4 复合树脂的制备与力学性能测试 11

2.4.1 确定固化配方 11

2.4.2 复合树脂的力学性能测试 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 UHMWPE纤维的表面包埋改性工艺 12

3.1.1 溶胀时间对包埋改性效果的影响 12

3.1.2 引发剂种类对溶胀纤维凝胶含量的影响 12

3.1.3 包埋时间对包埋改性效果的影响 13

3.1.4 放置法工艺的确定 14

3.1.5 放置时间对包埋改性效果的影响 15

3.2 环氧树脂固化配方确定 15

3.3 改性纤维/环氧树脂复合材料的力学性能 17

3.3.1 BPO存在下改性纤维复合环氧树脂的力学性能 17

3.3.2 AIBN存在下改性纤维复合环氧树脂的力学性能 17

3.4 总结 19

第四章 结论 20

4.1主要结论 20

参考文献： 21

第一章 绪论

超高分子量聚乙烯纤维拥有超高的强度和模量，性能优良，但由于其极易结晶且分子链取向使之难以被溶剂侵入；分子链上规整的亚甲基结构使其摩擦系数变得很低。同样简单的亚甲基结构极大提高了链柔性，在－150 ℃的温度中，纤维也无脆化的情况，保持柔软的形态。鉴于超高分子量聚乙烯纤维拥有的高比强度、极大的模量、材质密度低、摩擦系数低、低温不脆化、不易老化、无毒、化学惰性等优点，目前被航海、航天、军工、医疗等领域高度重视^[1]。作为纤维材料应用广泛的它因为其分子链的亚甲基结构，不含极性基团，使得其作为复合材料载体的应用范围不足，表面的化学惰性与其它材料相容性差，成为了该纤维应用中的缺陷。对此，目前解决的方法常常是将其表面进行处理，通过改善其表面的界面结合能力，借此提高其复合树脂的性能。目前为止，应用于UHMWPE纤维的表面改性均在纤维结构上产生了不同程度的破坏已有的技术如氧化法、等离子体、物理电晕放电等。为了改善UHMWPE纤维表面性能，同时又保留其整体结构与性能的目的，本课题尝试将包埋法应用于UHMWPE纤维的表面改性当中去。这一尝试不仅为UHMWPE纤维的表面改性提供了新的思路，对实际工业生产也起到了重要的推进作用。选用环氧树脂作为复合树脂基体，探讨不同配方下的纤维复合树脂的力学性能以及改性带来的效果。

1.1超高分子量聚乙烯纤维的主要用途

1.1.1 海洋用品

绳缆

作为编织绳索，UHMWPE纤维有着模量足够高，强度足够大，化学性能优

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