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本文采用液相氧化改性技术,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行表面改性,考察不同改性工艺对纤维表面形貌、表面化学组成、表面湿润性、热性能及结晶性能的影响;综合液相氧化改性和溶液结晶,制备“类竹节”状UHMWPE纤维复合增强体并将原始 UHMWPE纤维、重铬酸钾溶液处理的UHMWPE纤维、高锰酸钾溶液处理的UHMWPE纤维及“类竹节”状UHMWPE纤维增强体分别添加到环氧树脂基体中制备 UHMWPE纤维/环氧树脂复合材料,研究 UHMWPE纤维的种类、含量以及长度对复合材料力学性能的影响。 本论文工作如下: (1) UHMWPE纤维液相氧化改性 使用重铬酸钾溶液和高锰酸钾溶液对原始纤维进行液相表面改性处理。重铬酸钾溶液改性的工艺条件是:重铬酸钾、水及浓硫酸按照质量比为7:12:150配制重铬酸钾溶液,将纤维放入35℃的重铬酸钾溶液中氧化5分钟。高锰酸钾溶液改性的工艺条件是:高锰酸钾、浓硝酸按照质量比为1:30配制重铬酸钾溶液,将纤维放入25℃的高锰酸钾溶液中氧化1分钟。液相表面改性处理后纤维表面沟壑明显,表面粗糙程度增加;纤维表面产生了两种含氧极性基团:-OH、-C=O;纤维与乙二醇和水的接触角都相应减小;纤维的熔融温度略有提升,纤维的结晶度有所提高。 (2) UHMWPE纤维/环氧树脂复合材料的制备及性能表征 本文首创了“环氧树脂无溶剂成型”工艺技术,该成型方法不需要使用任何有机溶剂,具备无毒性、简易、快速且易清洁的优点。采用该成型方法制备得到了 UHMWPE短纤在树脂基体中均匀分布的复合材料。根据实验结果得出,力学性能中层间剪切强度得到的改善最为明显;增强体中“类竹节”状 UHMWPE纤维增强效果最佳。 (3) UHMWPE纤维/环氧树脂复合材料的增强机理 通过建立力学模型,经理论计算,研究平直 UHMWPE纤维和“类竹节”状UHMWPE纤维/环氧树脂复合材料的破坏过程和破坏机制,比较两种形状UHMWPE纤维增强体在对复合材料性能贡献方面的差别,从而考察“类竹节”状 UHMWPE纤维对复合材料性能增强的优势。