现工业化连续生产。 郎彦庆等［１４、１５１采用过氧化物作引发剂，对ＵＨ．
机理研究的深入，处理的效果会越来越好，ｕＨＭｗＰＥ 纤维界面性能将会得到进一步的改善，以实现ｕＨ． ＭⅥ研￡纤维在航空航天、军事科技领域的广泛应用。
参考文献
ｌ栾秀娜，于俊荣，刘兆峰．超高相对分子质量聚乙烯纤维及其应用 ［Ｊ］．高科技纤维与应用，２００３，２８（３）：２３
２．４电晕放电处理法 电晕放电表面处理就是将清洁处理后的纤维置
能。这些方法对提高ＵＨＭＷＰＥ纤维与基体的层问
粘合作用效果不明显，故现阶段对这些方法的改性 研究不如前面介绍的方法多ｎ６、１
７｜。
由于目前所采用的方法，在提高纤维浸润性的 同时，均会不同程度降低了处理后纤维的力学性能， 限制了纤维的应用。有人提出了用复合处理的方法 对ＵＨＭＷＰＥ纤维进行处理，可以解决此问题。王成
等离子体处理由于仅作用在材料表面有限深度 内（几个分子），对纤维的力学性能不会有太大的影 响，因而受到了人们的关注。等离子体处理ＵＨＭ— ＷＰＥ纤维表面法分为低温等离子体处理和等离子
体引发接枝表面处理两种方法ｂ’６ Ｊ。本节只介绍低
温等离子体处理法，等离子体接枝处理法在辐照引
发表面接枝法中介绍。
所谓ＵＨＭＷＰＥ纤维低温等离子体表面处理就
产生沟槽，表面粗糙度增加，有利于与基体的机械结 合。这与液相氧化法处理效果相似。经过等离子体 处理后的ＵＨＭＷＰＥ纤维，其复合材料的层间剪切强
万方数据 度（ＩＩＬＳ）可提高３倍以上。
层，能有效地提高纤维与基体的粘结性能，因而具有
６２
纤维复合材料
２００６焦
工业应用前景。但由于工艺流程长，纤维需进行多 次清洁处理，工序难以实现连续性。在目前条件下 较难实现工业化连续生产。
官能团，易与基体形成化学键合，提高复合材料的层
间剪切强度【１２、１
３｜。
目前ＵＨＭＷＰＥ纤维的有些工业化商品是经过
简单的电晕放电处理，但是处理效果不是很明显。
并且电晕放电处理在很大程度上受到了作业间歇性
３结语
的限制。因此电晕放电处理要实现工业化、连续化 还存在很大的难度。
２．５化学交联处理法
在复合材料中起增强作用的ｕＨ嗍纤维由
纤维表面氧化、表面层交联和产生微孔［８’９］。
美国的Ｈｓｉｅｈ等人用ｃ如和Ｋ２ｃｒ０７处理纤维，
发现在酸性催化的条件下，环氧树脂对纤维的浸润 程度增加，树脂和纤维的界面粘结强度显著提高，但 在碱性催化的条件下却没有类似的效果。以色列的 Ｓｉｌｖｅｔｅｎ小组用铬酸、高锰酸钾和双氧水等试剂处理 了Ｓｐｅｔｒａ一１０００纤维，他们从射线微分析得到的能 量分散光谱发现：原丝表面含有２２％的羟基或者醚 基，且不能用乙醇洗去。铬酸刻蚀尽管降低了表面 的氧含量，但能提高纤维的粘结性，高锰酸钾和双氧
上通过辐射引发第二单体而进行接枝聚合，产生能 够与基体紧密结合的缓冲层，从而改善纤维与基体 间的粘结性。通常辐射源为ｒ、了射线、紫外光等， 目前所用的第二单体主要是丙烯类单体，如：丙烯酸
（ＡＡ）、丙烯酰胺（ＡＭ）、甲基丙烯酸缩水甘油酯 （ＧＭＡ）等。
境中浸泡，在改善纤维浸润性的同时导致了纤维力 学性能的较大损失；同时由于操作繁琐，对设备要求 高，废液的污染严重等问题。因此，液相氧化表面处 理法要实现连续化，还需要在处理介质、操作方法以 及设备方面做出较大改进。
度取向而导致的光滑表面。所有这些因素的共同作
此，在下面的论述中，按照具体的处理介质进行分类
阐述。 ２．１液相氧化处理法
所谓液相氧化表面处理法［３’４１就是通过化学试 剂对纤维表面进行氧化处理，从而改变纤维表面的 粗糙度和表面活性官能团的含量。用来处理ＵＨＭ— ＷＰＥ纤维的化学试剂都具有强氧化性，主要有铬 酸、高锰酸钾溶液和双氧水等。处理过程为：将洁净
合材料的层间剪切强度；同时在纤维表面生成含氧
纳米二氧化硅溶胶表面涂覆的复合化表面处理，并 对ＵＨＭＷＰＥ纤维／环氧树脂复合材料进行了界面性 能研究。结果表明，单纯的液相氧化和表面涂覆均 可以提高复合材料的界面性能，但液相氧化处理时 间过长会使纤维强度降低，而复合化处理则具有协
同效应，可以不降低纤维强度而大幅度提高复合材 料的层间剪切强度，是一种有效的表面处理方法。
Ｂｕｔ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｏｏｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｏｎｄｉｎｇ
ｃａｎ
Ｃｏ．，Ｉ皿，Ｙｕｅｙａｎｇ ４１４０１４，Ｈｕｎａｎ）
ｈｉｇｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｆｉｂｅｒ
ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ．ｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ
ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ
ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ
ａｒｅ
ａｎｄ
ｐｌａｓｍａ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
４期
田晓伟：ＵＨＭＷＰＥ纤维表面改性技术的研究进展
６１
大，显著提高纤维和基体之间的粘结性能。 冼杏娟等人用重铬酸钾在Ｈ２ｓ０４的水溶液中对 ＵＨＭＷＰＥ纤维进行氧化处理后，在６０℃恒温条件下 将其放入氧化磷的乙醚溶液中，反应２０ｍｉｎ，随后将 纤维用乙醚清洗，最后将纤维放入６０℃的二乙烯三 胺和异戊四醇的混合溶液中反应５ｈ，即得到改性 ＵＨＭＷＰＥ纤维。反应后的纤维由于引入了酰氯极 性基团，加上氧化过程中形成的沟槽，使得纤维和基 体的层间粘合性能得到极大的改善。
２．２等离子体处理法
紫外光引发接枝是先引发光敏剂，如二苯甲酮 （ＢＰ），再由光敏剂引发单体接枝到纤维表面。美国 联信公司的Ｎｇｕｙｅｎ和他的同事以二苯甲酮作光敏 剂，紫外光引发丙烯酸接枝到纤维表面。研究发现
纤维与树脂间的粘结强度受预浸时问、处理温度、紫 外光辐射强度、光敏剂的种类和浓度的影响。东华 大学的刘兆峰小组先后在纤维的紫外光辐照方面做 了大量的工作，他们用三烯丙基氰尿酸作交联剂、苯 酮作光敏剂、丙酮作溶剂，将洁净的纤维在氮气气氛 中进行紫外光辐照。结果表明：在１小时内，随辐照 时间的增加，纤维中的凝胶含量从０％增加到２５％，
第４期 ２００６年１２月
纤维复合材料
ＦｍＥＲ
ＣｏⅣⅡ－ｃ熔Ｉ’ＴＥｓ
Ｎｏ．４
６０
Ｄｅｃ．，２００６
ＵＨＭＷＰＥ纤维表面改性技术的研究进展
田晓伟
（巴陵石化环氧树脂事业部，湖南岳阳４１４０１４）
摘要超高相对分子质量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）纤维以其优异的性能而成为一种重要的高科技纤维品种，但由于本
身的结构特点，导致纤维与基体之间的界面粘接性能较差而限制了其应用。通过液相氧化法、等离子体处理法等 各种方法对ＵＨＭＷＰＥ纤维表面进行处理，可不同程度改善其界面粘结性能。本文详细介绍了ＵＨＭＷＰＥ纤维的表 面改性方法及其进展。 关键词超高分子量聚乙烯纤维；界面；改性
ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ
ＵＨＭＷＰＥ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ
ｉｔｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ａｌｓｏ
ｉｎｔｒｅｄｕｃｅｄ
ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．
ＫＥＹ＼＾ｆＯＲＤＳ
ＵＨＭＷＰＥ ｆｄ］ｅｒ；Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：Ｍｏｄｍｃａｄｏｎ
１前言
超高分子量聚乙烯纤维（ＵＨＭＷＰＥ）是继碳纤 维、芳纶纤维之后出现的一种高性能纤维。它是以
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｓｕｒｆａｃｅ
Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ
ＵＨＭＷＰＥ
Ｆｉｈｅｒ
耶睑Ｎ Ｘｉａｏ—Ｗｅｉ
（Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｂａｌｉｎｇ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ＡＢＳＴＲＡＣＴ’１１伧ＵＨＭＷＰＥ ｆｉｂｅｒ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
首要问题。
２
ＵＨＭＷＰＥ纤维的表面处理
对ＵＨＭＷＰＥ纤维的表面进行处理，按照处理方
超高分子量聚乙烯为原料，经过高压固态挤压法、增
塑熔融纺丝法、表面结晶生长法、超拉伸或局部超拉
法的原理不同，可以分为物理改性和化学改性。而 根据所使用的改性介质的不同，又可以细分出很多 种方法。在研究改性效果的时候要注意到，一种方
的ＵＨＭＷＰＥ纤维浸入介质中，在指定的温度下氧化
用使纤维的表面能很小，用作复合材料的增强材料 时难以与基体树脂形成良好的界面粘接［３ｊ。大量的 研究表明，由ＵＨＭＷＰＥ纤维制成的复合材料在使用 过程中常以层间破坏的形式而被破坏，产生此问题 的根源在于ＵＨＭＷＰＥ纤维本身的结构特点及生产 工艺的特点。因此，由ＵＨＭＷＰＥ纤维制成的复合材
加拿大的Ｂｒｏｗｎ等人。刊用氨等离子处理的ＵＨ．
ＭＷＰＥ纤维增强环氧树脂复合材料，经用扫描电镜 观察发现：未处理的复合材料拉伸或剪切时，断面上 出现明显的纤维和树脂分离区；而处理过的断面上 出现纤维的微纤化、内部剪切断裂和基体断裂，这表 明基体与纤维粘结性加强。美国的Ｔｉｓｓｔｉｎｇｔｏｎ等人 发现，氧等离子体处理显著提高了ＵＨＭＷＰＥ纤维／ 环氧树脂复合材料的剪切强度，即提高了界面的粘 结强度，该复合材料粘结强度的增大，纤维和环氧树 脂间接触角的减小，是由三方面的贡献共同造成的：
于其自身的结构缺陷，只有在经过各种表面处理后 才具有实际的应用价值。尽管目前采用了一系列的 可用方法对ｕＨＭｗＰＥ纤维进行表面处理，但其和碳 纤维与基体的粘结性能相比仍有较大的差距。上述
各种方法的研究已有较大进展，随着对表面处理的
化学交联法是直接采用引发剂引发单体在纤维 表面的接枝，与辐照引发接枝法相似，但是可以避免 辐照接枝法在设备上的投入，此法工序简单，容易实
是将洁净的ＵＨＭＷＰＥ纤维置于等离子处理装置的
此后，凝胶含量基本保持稳定在２５％～３０％之间。 辐照后，纤维的力学性能和耐热性能都得到了一定