超高相对分子质量聚乙烯纤维的表面粘结性能研究

在萃取阶段用表面改性剂溶液对超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）冻胶纤维进行表面处理，然后经过多级热拉伸制得改性纤维。对萃取液进行了紫外吸光度分析，并对改性前后纤维的表面化学结构、力学性能和表面粘结性能进行了比较。结果表明；经表面处理的纤维表面引入许多极性基团，纤维粘结强度随拉伸倍数增加而提高，纤维粘结性能得到较大改善；表面处理对纤维的力学性能影响不大。其中EVA的改性效果最为明显，3级拉伸后纤维的粘结强度提高了100％．     

Surface Treatment of UHMWPE Fibers for Adhesion Promotion in Epoxy Polymers

Surface of Ultra-high molecular weight polyethylene （UHMWPE） fiber were treated by chromic acid chemical etching, pyrrole chemical vapour phase deposition and the complex of these two methods, respectively. The change of surface properties and structure of fibers were discussed by Fiour Transform Infrared Spectroscope （FTIR）, Dynamic Mechanical Analysis （DMA） and Scanning Electron Microscope （SEM）. The results show that some new oxygenous groups could be found on surface of UHMWPE fiber after chromic acid chemical etching, which enhanced intemolecular interaction with polypyrrcle. The adhesion of the fiber and resin natrix increased after pyrrole chemical vapour deposition. When chromic acid etching combined with pyrrole chemical vapor deposition, the treated fiber not only has the same properties as original fiber bat also outstanding adhesion to epoxy resin matrix, and its composites have better mechanic properties shear strength）, resulting from intemolecular interaction treated fiber and polypyrrole.     

Adhesion of PBO Fiber in Epoxy Composites

The high mechanical and thermal performance of poly p-phenylene- 2, 6-benzobisoxazole ( PBO ) fiber provides great potential applications as reinforcement fibers for composites. A composite of PBO fiber and epoxy resin has excellent electrical insulation properties, therefore, it is considered to be the best choice for the reinforcement in high magnetic field coils for pulsed magnetic fields up to 100 T.However, poor adhesion between PBO fiber and matrix is found because of the chemically inactive and/or relatively smooth surface of the reinforcement fiber preventing efficient chemical bonding in the interface, which is a challenging issue to improve mechanical properties. Here, we report the surface modification of PBO fibers by ultraviolet (UV)irradiation, O2 and NH3 plasma, as well as acidic treatments. The interfacial adhesion strength values of all the treatments show the similar level as determined for aramid fibers by pull-out tests, a significant impact on fibermatrix-adhesion was not achieved. The surface free energy and roughness are increased for both sized and extracted fibers after plasma treatments together with maleic anhydride grafting. The sized fiber shows marginal improvement in adhesion strength and no change in fiber tensile strength because of the barrier effect of the finish.For the extracted fiber, different surface treatments either show no apparent effect or cause reduction in adhesion strength. Atomic force microscopy (AFM) topography analysis of the fracture surfaces proved adhesive failure at the fiber surface. The fiber surface roughness is increased and more surface flaws are induced, which could result in coarse interface structures when the treated fiber surface has no adequate wetting and functional groups. The adhesion failure is further confirmed by similar adhesion strength and compression shear strength values when the fiber was embedded in various epoxy resins with different temperature behavior. The tensile strength of fiber is sensitive to surface treatment conditions as revealed by a bimodal Weibull statistical distribution analysis. Considerable strength reduction occurred, particularly for cases of acidic and plasma treatments, while UV irradiation shows the better ability to retain fiber strength.     

纳米二氧化硅修饰玻纤表面对玻纤增强聚丙烯复合材料性能的影响

基于纳米颗粒比表面积高的特性，将超声震荡分散后的纳米SiO₂通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面制备玻璃纤维/聚丙烯热塑性复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）表征纳米SiO₂在玻纤表面的分布状态及其与纤维树脂的结合情况，结果表明纳米颗粒在纤维表面分布状况良好，纤维与树脂能较为紧密地结合。通过动、静态力学测试表征复合材料的界面结合情况及整体力学性能，结果表明复合材料在动态热机械分析（DMA）测试下具备良好的综合界面性能；与空白组对比，复合材料的层间剪切强度最高提升约86%，拉伸强度最高提升约300%，弯曲强度最高提升约94%。     

循环伏安法对PAN基高模碳纤维阳极氧化表面处理的研究

以未表面处理的PAN基高模碳纤维(HMCF)为工作电极,分别用NH4H2PO4、NH4HCO3和KOH为电解质,进行循环伏安多重扫描,以研究HMCF在不同电解质中的电化学反应行为以及电解质的氧化能力。同时采用连续恒流阳极氧化的方法对HMCF进行表面处理,验证循环伏安法得到的结论。通过联碱滴定、SEM等方法表征处理前后纤维表面官能团、表面形貌的变化;处理前后纤维与环氧树脂界面粘接性能的变化通过层间剪切强度(ILSS)表征。循环伏安结果显示:在NH4H2PO4溶液中扫描时氧化反应峰值电流最高,表明纤维表面生成的官能团最多;在KOH溶液中扫描时平台电流最高,表明纤维表面粗糙度提高幅度最大。联碱滴定结果表明NH4H2PO4溶液处理后纤维表面官能团含量提高最多;SEM结果显示KOH溶液处理后纤维表面粗糙度增加最明显;这两点验证了循环伏安多重扫描的结果。用NH4H2PO4、KOH处理后的纤维与环氧树脂ILSS达到75MPa、60MPa,分别提高240%和170%。     

VARTM制备麻纤维增强环氧树脂复合材料研究

通过对黄麻纤维热处理、碱处理、硅烷偶联剂处理和异氰酸酯处理进行表面改性,并对改性黄麻纤维布进行热压工艺处理,最后采用VARTM成型工艺制备黄麻纤维增强环氧树脂复合材料,并对其性能进行了系统研究.通过扫描电镜(SEM)分析表明,热处理和碱处理的黄麻纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结未得到明显改善,而通过硅烷偶联剂和异氰酸酯处理的黄麻纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结性能得到了显著的提高.将硅烷偶联剂和异氰酸酯处理的黄麻纤维布通过热压处理不仅可以增加复合材料中黄麻纤维体积含量,而且可以提高复合材料的综合性能,复合材料力学性能研究表明,经硅烷偶联剂处理后的黄麻纤维增强复合材料拉伸强度、模量和弯曲强度分别提高了18.6%,71.4%和50.2%.经异氰酸酯处理的黄麻纤维增强复合材料的拉伸强度、模量和弯曲强度分别提高了16.3%,34.0%和50.3%.     

碳纤维用环氧树脂上胶剂的改性研究

在环氧树脂乳液中分别加入了3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷（DMDC）和7k型水溶性胺类固化剂，以提高碳纤维上胶剂的集束性。研究了固化剂用量、种类对上胶剂稳定性、集束性及复合材料界面粘接性能的影响。采用离心沉降法评价了上胶剂的稳定性，通过傅立叶红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）分析了上胶剂的化学结构和复合材料的破坏断口。结果显示，7k型水溶性固化剂可以提高环氧树脂乳液的稳定性，明显改善碳纤维的集束性，同时提高碳纤维与环氧648基体树脂间的界面粘接性能，使复合材料的层间剪切强度（ILSS）从77MPa提高到86.5MPa。     

环氧复合材料基体与凸端有机短纤维间的界面特性研究

采用单丝拔出试验和动态力学分析研究了环氧树脂基复合材料中基体与凸端的有机短纤维之间的界面特性。两种试验方法均表明：凸端的有机短纤维由于端部变大,可以提高纤维与基体之间的界面粘结强度,也有利于纤维末端界面剪切应力的传递。     

溶胶-凝胶法Al2O3涂层碳纤维的制备与表征

该文研究了溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备氧化铝(Al2O3)涂层时勃姆石溶胶浓度、涂层厚度和材料的层间剪切强度的关系，发现Al2O3涂层的厚度与勃姆石溶胶浓度基本呈线性关系，并且随着溶胶浓度的提高，涂层厚度增加，试样的层间剪切强度表现为先增加后下降的趋势。在勃姆石溶胶的浓度为0．27mol／L左右时，所得Al2O3涂层的厚度约为30nm，环氧基复合材料的层间剪切强度达到最大值。X射线光电子能谱和扫描电子显微镜分析表明，在碳纤维表面形成的Al2O3薄膜均匀、完整。     

T-800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究

针对制备高性能碳纤维缠绕复合材料的要求,以TDE-85树脂为主体树脂、AG-80树脂为添加树脂,选用混合芳香胺固化剂,研究了一种适合于T-800碳纤维复合材料缠绕成型的树脂基体。结果表明,该树脂的黏度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,其浇铸体具有优异的耐热性能与机械性能,而其制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,缠绕强力环层间剪切强度达到81MPa、拉伸强度高于2500MPa,适合T-800碳纤维的湿法缠绕成型。     

建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂的性能研究

为详细分析建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂的性能,提出建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂的性能研究方法,从不同聚酰胺树脂含量、不同预聚体配比与含量两个角度,测试建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂使用在建筑材料中的使用性能.测试结果显示:聚酰胺树脂含量为10 g,黏度将提升至100000 mPa·s,对改性E-51环氧树脂胶黏剂的工艺性存在负面影响;聚酰胺含量增多,改性E-51环氧树脂胶黏剂拉伸强度、压缩强度逐渐变小,剪切强度值逐渐变大;将二乙烯三胺和聚酰胺按照6.6:1.1比例混合后,改性E-51环氧树脂胶黏剂使用性能最佳;制作预聚体时,OH:NCO的最佳比例为1:3,预聚体含量为35 g时,建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂剪切强度最高、胶黏剂力学性能最佳.     

PBO纤维表面二氧化钛涂层的构建及其抗紫外光性能研究

为提高聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维的抗紫外老化性能,以3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为桥梁,在PBO纤维表面构建二氧化钛(TiO2)涂层,并考察了纤维改性前后的表面形貌、界面剪切强度(IFSS)、以及紫外光照射前后的力学性能等变化.研究结果表明,在PBO纤维表面构建二氧化钛涂层后,PBO纤维与树脂的界面剪切强...     

一种新螺环单体的合成及对F-44的改性研究

由羟基香茅醛合成了多元醇3,7-二甲基-2,2-二羟甲基-1,6辛二醇并由它合成了螺环原碳酸酯单体3、9-二羟甲基-二（6-甲基-5-羟基）-2-庚基-1,5,7,11四氧杂螺环[5、5]十一烷单体以及它的预聚体,并用其来改性酚醛环氧树脂F-44．利用红外光谱对多元醇。螺环单体及预聚体进行了表征．依据DSC测试结果确定了固化温度：利用万能材料实验机测试了固化改性酚醛环氧树脂的力学性能．实验表明。预聚体的加入提高了酚醛环氧树脂的剪切强度和拉伸强度．     

制备长玻纤增强聚丙烯复合材料的熔融浸渍过程分析

以玻璃纤维/聚丙烯为研究对象,建立热塑性熔融树脂浸渍纤维的理论模型,模型表征在实验过程中不同加工工艺条件、熔体黏度以及纤维结构对树脂完全浸渍纤维束所需时间的影响,同时探讨了相关机理。树脂浸渍纤维的程度通过所制试样的层间剪切强度来表征,并通过扫描电镜对预浸带界面进行研究,结果表明：纤维束在浸渍机头中的停留时间、浸渍机头的温度、纤维束展宽以及选择不同的树脂基体,均将影响树脂与纤维两相间的界面结合,并最终影响材料的力学性能;树脂基体中添加相容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）在玻璃纤维和树脂基体两相间能够起到交联作用,明显提高两相间的界面结合强度,使得复合材料的力学性能优于未添加PP-g-MAH的试样,但在基体中添加过多的PP-g-MAH,试样的力学性能则表现出下降的趋势。     

纳米SiO2修饰玻纤表面对玻纤/聚丙烯复合材料界面性能的影响

借助纳米颗粒的高比表面积特性,将纳米二氧化硅通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面,制备玻璃纤维/聚丙烯（PP）热塑复合材料。通过SEM表征纳米二氧化硅在玻璃纤维表面的分布形态,结果表明纳米颗粒在纤维表面分散良好;通过界面剪切强度测试（IFSS）和界面断裂韧性测试（G_ⅡC）表征复合材料界面的静态力学性能,结果显示材料的界面剪切强度与界面断裂韧性同时获得了较大的提升;动态热机械分析测试（DMA）的结果表明复合材料在动态测试下的综合界面结合性能均得到较大的提升。     

电化学处理程度对碳纤维结构及性能的影响

采用质量分数为5%NH4HCO3溶液对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行不同程度的电化学处理。采用X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)表征电化学处理前后碳纤维表面化学成分和表面微观结构的变化规律。将碳纤维样品与环氧树脂制成复合材料,探究该复合材料的层间剪切强度(ILSS)。研究结果表明:经过3组电化学处理后,碳纤维表面含氧官能团增多、表面有序度下降、复合材料的ILSS提高1.94倍;继续经过3组电化学处理,碳纤维表面含氧官能团下降、表面有序度回升、复合材料的ILSS提高1.53倍;纤维表面含氧官能团含量越多,纤维的结构破坏程度越低,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS越高。在大规模电化学处理碳纤维过程中,选择3组电化学处理碳纤维,既能大幅度改善碳纤维表面活性,又不会严重影响碳纤维的表面结构。     

紫外辐照表面接枝纤维的表征

本文通过电子能谱法,全反射红外光谱法、纤维染色性能和吸湿性能的测定,纤维与环氧树脂粘结后拔出力的测试等表征了经紫外辐照表面接枝的高强高模聚乙烯纤维和高强聚酯纤维的表面接枝程度,这些实验结果同时也肯定了紫外辐照接枝纤维的表面性能得到了很好的改善。     

单纤维拔出试验表征硼纤维/环氧界面剪切强度研究

设计了一种单根硼纤维拔出试样制备方法,并测试了不同树脂基体的硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度;研究了单根硼纤维拔出界面破坏过程.结果表明:单根硼纤维拔出过程中,首先在纤维包埋起始部位和包埋端部产生裂纹,最后包埋中间部位的树脂基体破坏.摩擦力承担着较大的纤维拔出载荷;加入15%的液体丁腈橡胶硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度为33.69 MPa.     

碳纤维/环氧树脂复合材料在爆炸冲击下的微损伤分析

采用光学显微镜和 JEM- 6 30 1F场发射扫描电镜 ,观察了多向编织碳纤维 /环氧树脂复合材料在不同载荷下的断口和微损伤形貌 ,并分析其破坏形式和损伤过程。目的是为复合材料的结构设计和制造提供依据。实验结果表明 :低速加载下断裂过程依赖于应力的传递特性 ,表现为脆断 ,纤维断裂主要是由纤维表面缺陷引起的。在爆炸冲击下 ,试件碎裂区纤维呈现出剪切断裂和脱粘拔出 ,纤维间树脂呈层状或河流状花样 ;爆炸产生的复杂应力将首先择优作用于编织束界面上 ,形成沿束界面扩展的裂纹     

超高分子量聚乙烯纤维混凝土抗多次冲击性能研究

工程上常设计混凝土棚洞结构抵抗山区落石的冲击,以此保护山区公路。棚洞结构面临落石多次冲击作用,本文在混凝土中引入超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维),从而达到有效增强混凝土延性,并提高混凝土抗多次冲击能力的目的。对此,本文设计了5种纤维掺量的UHMWPE纤维混凝土,系统开展了抗压强度实验、抗折强度实验、抗多次冲击性能实验研究,分析了纤维掺量对混凝土基本力学性能的影响。结果表明：UHMWPE纤维对混凝土的抗压强度没有明显增强作用,但能提高混凝土的抗折强度,显著增强混凝土的抗多次冲击性能。当纤维掺量为1.2 kg/m3时,混凝土的抗压和抗折强度最高,并且抵抗落块多次冲击的性能最优,其承受抗冲击次数比素混凝土多12次。