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超声下液态氧化法对超高分子量聚乙烯纤维的表面改性研究

作　者: 金军
导　师: 晏雄
学　校: 东华大学
专　业: 纺织工程
关键词: 超高分子量聚乙烯纤维超声铬酸溶液表面改性粘结性
分类号: TQ342.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 127次
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内容摘要

超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维,是具有高度取向伸直链结构的纤维。由于其密度小,高强高模、良好的耐腐蚀性和耐冲击性等性能,使其在国防、建筑、医疗、航空航海等领域具有广泛的应用前景。然而,实际上,超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料并没有得到很好的应用。这是由于纤维在化学上不活泼,表面能低,表面缺乏极性基团,且是高度对称的亚甲基结构,使得纤维具有很高的结晶度和取向度。这一方面保证其具有较高的力学强度,另一方面却使得纤维表面的化学惰性特别突出,集中表现在与树脂基体制成复合材料后,界面结合力很低。因此,这一问题亟待解决。本文采用在超声下,利用铬酸溶液对纤维进行表面改性。实验中通过正交实验及单因素独立分析,探讨了各工艺参数对处理纤维效果的影响,得到如下结论:温度是影响处理纤维的最主要因素,其次是时间,溶液配制和超声频率的影响相对较小。当温度低于60℃时,对纤维表面仅进行了刻蚀,高于60℃时,在纤维表面产生了极性基团,且都提高了纤维的粘结性。处理时间并不是越大越好,随着时间的延长,纤维粘结强度提高幅度逐渐变小,趋向于一定值。为了检验处理纤维的效果,利用扫描电镜、红外光谱、热行为分析和接触角分析,并通过纤维处理前后,纤维与环氧树脂的粘结强度的变化以及LDPE/UHMWPE复合材料单向板纵向、横向、45°偏轴方向拉伸强度的变化,确定出最佳处理纤维的工艺参数是:溶液配制为K₂CrO₇·H₂SO₄:H₂O=1:25:2、时间为5min、温度为70℃以及超声频率为25KHz。超声下铬酸溶液处理纤维的改性方法,可以使纤维的粘结性能得到较大的改善,从而使UHMWPE纤维在复合材料方面获得更大的实际应用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-20
  1.1 前言  11
  1.2 UHMWPE纤维简介  11-14
  1.3 UHMWPE纤维表面性能改性的研究现状  14-17
  1.4 UHMWPE纤维及其复合材料应用现状  17-18
  1.5 本课题研究的目的、意义及内容、方法  18-20
2 纤维表面改性机理  20-24
  2.1 超声波概述  20-22
  2.2 铬酸溶液概述  22-23
  2.3 本章小结  23-24
3 样品制备与性能测试  24-33
  3.1 UHMWPE纤维与基体概述  24-25
  3.2 原料性能测试  25-30
  3.3 样品制备  30-31
  3.4 样品性能测试  31-32
  3.5 本章小结  32-33
4 超声下铬酸溶液对 UHMWPE纤维表面处理的工艺研究  33-43
  4.1 正交实验  33-35
  4.2 单因素对纤维表面处理的影响  35-38
  4.3 纤维粘结性能分析  38-41
  4.4 本章小结  41-43
5 改性 UHMWPE纤维力学性能和粘结性能测试与分析  43-55
  5.1 改性UHMWPE纤维力学性能分析  43
  5.2 改性UHMWPE纤维与环氧树脂粘结性能测试与分析  43-45
  5.3 LDPE/UHMWPE复合材料力学性能测试与分析  45-54
  5.4 本章小结  54-55
6 结语  55-57
  6.1 本文主要结论  55
  6.2 问题与展望  55-57
参考文献  57-60
硕士期间发表文章  60-61
致谢  61

超声下液态氧化法对超高分子量聚乙烯纤维的表面改性研究

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