1  前  言

       超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)是繼碳纖維、芳綸纖維之后出現的第三代高性能纖維，具有優良的力學性能。其密度只有芳綸纖維的2/3和高模碳纖維的1/2；軸向拉伸性能很高；比拉伸強度是現有高性能纖維中最高的；比拉伸模量除高模碳纖維外也是很高的，較芳綸纖維高得多；還具有優良的耐沖擊性能、優良的耐化學腐蝕性、優越的耐磨性能和
良好的電絕緣性等優點。

      但是，由于高強聚乙烯纖維軸向高度取向(>95%)和結晶度高(>99%)的光滑表面，本身由簡單的亞甲基組成，使得纖維表面不僅沒有任何反應活性點，還不能與樹脂形成化學鍵合，使其表面能低且不易被樹脂潤濕，又無粗糙的表面以供形成機械嚙合點，這樣就嚴重限制了其在樹脂基復合材料中的應用[3]。因此對UHMWPE纖維的表面進行改性處理，提高和樹脂基體的粘接性能，擴大在復合材料中的應用，一直是UHMWPE纖維一個很重要的研究方向。

       目前文獻報道的UHMWPE纖維表面處理方法主要有物理方法、化學方法、等離子體、輻射交聯、電暈放電等。各種處理方法都比較單一，將幾種方法結合起來對纖維表面進行處理的報道較少。

2  實  驗

2.1  原材料

    UHMW - PE纖維：DC85型，303 g/den的斷裂強度，寧波大成新材料有限公司：
    濃硫酸：分析純，武漢市化學試劑廠；
    重鉻酸鉀：北京市紅星化工廠：
    二苯甲酮：分析純，天津市遠航化學品有限公司：
    丙烯酰胺：分析純，武漢市橋口教學實驗工廠；
    丙酮：化學純，武漢市江廈精細化工廠：
    無水乙醇：分析純，武漢市江北化學試劑廠；
    E- 51環氧樹脂，C\/D - 128型，岳陽石油化工總廠環氧樹脂廠。

2.2酸腐蝕處理

    酸腐蝕處理工藝過程為：

      (1)按100:8:5的質量比配腐蝕液，量取濃硫酸500 ml、水74 ml，稱量重鉻酸鉀46 9，將它們配成混合溶液盛放在適當的塑料盆里，并在盆中央放置一裝滿水的玻璃瓶（防止纖維蓬亂）；

       (2)稱量UHMWPE纖維46 9，并將纖維繞盆中瓶子一圈一圈的浸入腐蝕液中泡5.5個小時，為防止纖維蓬亂，將纖維兩頭置于盆外.
 
       (3)取出纖維，用清水沖洗3次，然后放在50℃烘箱中烘干至恒重，編號、收好備用。

2.3紫外接枝處理

       紫外接枝處理工藝過程為：
       (1)稱量UHMWPE纖維43. Sg，用酸腐蝕處理，以備做紫外接枝用：
       (2)將準備做紫外接枝用的43.5 9纖維纏在預先準備好的鐵架子上：
       (3)稱量丙烯酰胺（接枝單體）15 9、二苯甲酮（光敏劑）2.5g，量取300 ml丙酮，將丙烯酰胺、二苯甲酮按6：1的比例配成丙酮溶液：
       (4)將(3)步中配成的溶液往鐵架上的纖維反復持續淋上幾分鐘，確保纖維濕透：
       (5)用30 w紫外燈先后放在鐵架上的里外各個面分別照射10分鐘：
       (6)用清水將處理過的纖維連續沖洗3次，然后放在so oo,r4t箱中烘干至恒重，編號、收好備用；
       (7)再稱量UHMWPE纖雛34 9，重復上面第2～6個步驟備用。

2.4復合材料試樣制備

       (1)配膠：將環氧樹脂(E- 44)、雙氰胺（80目）和二甲基咪唑(80目)按100：9：1的質量比配成膠液，外加20%的無水乙醇和丙酮的混合溶液稀釋。
       (2)纏繞：將處理過的纖維經浸膠后單向纏繞在自制的芯模上，待溶劑揮發后即得預浸料：
       (3)裁剪：將晾曬過的膠布裁剪成預先設計的尺寸，本實驗的尺寸為9 cmx9 cm;
       (4)壓制：將裁剪好的預浸料以90。角度疊在一起，用壓機在一定的溫度和壓力下壓制成板材，本實驗采用的壓制溫度為80℃、壓力5 MPa，保壓保溫時間3小·時。

2.5  單絲拔出實驗

       (1)在一塊表面平整的木板上，用手鋸小心地鋸一條縫（單絲穿過用）作為夾板；
       (2)在夾板上平鋪固定一張聚酯薄膜，在縫的位置處用小號繡花針輕輕扎一個孔：
       (3)在夾板上方固定一根鐵絲用于懸掛纖維單絲，將纖維單絲掛在鐵絲上，再從聚酯薄膜的針孔中穿過夾板，并在夾板下面將纖維打結，然后在結上掛一個小小的重物用于將纖維拉直；
       (4)稱取70克環氧樹脂(E- 44)、固化劑(650“)62克及稀釋劑丙酮溶液，按質量含量各為45%、40%和15%配制樹脂膠液[8-10]，充分攪勻：
       (5)將配好的膠液用滴管小心地滴在纖維絲與聚酯薄膜的相交處，并任由樹脂自由鋪開，然后讓其室溫固化48小時，最后固化的樹脂厚度為1. 3mm，如圖1：
       (6)用帶掛鉤的手枰將單絲以一定的速率從固化后的樹脂中拔出，記下拔出載荷。

              
2.6測試設備及方法

    測試設備：T- 30A微機控制電子萬能實驗機，光學纖維鏡等：
    測試方法：彎曲強度按(B1449 - 83進行。

3  結果與討論

    表1為纖維表面處理后其復合材料彎曲強度測試結果，表2為纖維表面處理后其單絲拔出強度的測試結果。
                

       從表1、表2可知，用酸腐蝕處理過的纖維制成的試樣的彎曲強度是未處理的2.4倍，拔出載荷也超出2倍：用紫外接枝處理的纖維制成的試樣的彎曲強度是未處理的1.3倍，拔出載荷約1.6倍：經雙重處理（酸腐蝕+紫外接枝）后的彎曲強度、拔出載荷均約是未處理的3倍。這說明雙重處理（酸腐蝕+紫外接枝）的效果最明顯，其復合材料彎曲強度和單絲拔出載荷都有明顯增加，酸腐蝕的效果也較好，而由純紫外接枝處理的效果不太好，這是因為用鉻酸腐蝕液對纖維進行處理使纖維表面同時得到了物理和化學改性。

      (1)物理改性：通過對各組分纖維單絲的顯微鏡觀察可以看到，酸腐蝕處理過的纖維表面相對未處理過的纖維有明顯的凹槽（如圖2）。UHMWPE纖維高度結晶，出現凹槽可能是纖維表面的非晶區（或者還有部分晶區）被鉻酸溶掉，并且表面產生粗糙痕跡和片狀小包，這就增大了增強纖維與樹脂基體的接觸面積，也更加有利于樹脂基體對增強纖維的浸潤。
                 
       (2)化學改性：鉻酸是一種酸性很強的酸，在處理過程中會使纖維表面氧化而引入極性基團，從而增加與樹脂基體的粘結性。其氧化機理可以理解為先生成四價鉻的中間產物，然后水解生成醇，再進一步氧化斷鏈生成烯、醛、酮和羧基等，反應方程為:
          
       紫外光照射高聚物表面能引起化學變化，能使纖維表面的含氧量增加，使其表面發生交聯，在纖維表面有接枝物，改善其濕潤性和粘結性。同時相對于酸腐蝕處理來說，減少了對纖維大分子鏈的損害程度，因此可保持纖維的力學性能。但實驗結果表明，純紫外接枝處理纖維的效果不明顯，可能由于本實驗中用的是30w的紫外燈管功率太小，在一定程度上影響了紫外接枝處理的效果。

4結論

       (1)用鉻酸對超高分子量聚乙烯纖維進行酸腐蝕處理可以對其表面活性起到比較明顯的改進作用，而紫外接枝處理的效果不是很明顯：

       (2)酸腐蝕和紫外接枝兩種處理方法合用比用單一的處理方法效果好，說明用其他的幾種處理方法合用也可能會比單一的方法好，今后可以從改進樹脂配方及幾種處理合用的方法繼續研究。