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采用吡咯液相化学沉积和气相化学沉积两种方法,以连续化的方式分别对超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行表面改性。从处理液浓度、处理时间和处理温度三方面进行优化,分别得出两种处理方法的最佳工艺条件。参照H.T.Chiu采用的吡咯液相化学沉积方法和文献报道的铬酸氧化改性的几种传统工艺对UHMWPE纤维进行表面改性。采用拔出实验对以上四种方法处理前后纤维与树脂的界面粘结性进行研究,并分别考察了处理效果随时间衰变的情况。还根据单丝强力实验和DSC曲线,对处理前后纤维的力学性能和耐热性进行了分析比较。
研究表明,采用铬酸氧化处理时以85℃处理10min最佳,处理后纤维与树脂的界面粘结强度提高约72.8%,但处理效果随时间衰变较大,纤维力学性能下降较大,纤维的耐热性也有一定程度的降低。
研究发现,吡咯液相化学沉积表面改性处理UHMWPE纤维的最佳工艺条件是:纤维经2.5mol/l三氯化铁水溶液室温预处理30min,然后在85℃吡咯单体中浸泡30min,最后清洗烘干。处理后纤维与树脂的界面粘结强度提高约77.6%,略小于H.T.Chiu采用的方法,但处理效果衰变情况要远好于H.T.Chiu采用的方法,处理后纤维的力学性能和耐热性均有一定的提高。
另外,毗咯气相化学沉积表面改性处理UHMWPE纤维的最佳工艺条件是:将UHMWPE纤维经过饱和三氯化铁水溶液室温预处理30min,然后将纤维放在吡咯蒸汽中反应24h,最后清洗烘干。处理后纤维与树脂的界面粘结强度提高约76%,处理效果随时间衰变不大,但纤维力学性能略有降低,纤维的耐热性没有明显的提高。
本研究还采用扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)、红外光谱(FTIR)等测试手段对纤维的微观性能、表面极性及其与树脂微观接触情况进行了全面的评价。