超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其界面性能研究进展

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维因具有高化学稳定性,高机械性能和低成本等优点而成为理想增强材料之一。然而,规整的非极性分子链结构致使UHMWPE纤维结晶度高、与树脂基体之间几乎无化学键合,本文因而与树脂的粘合性差。为此已经进行了许多纤维表面处理的工作,如紫外辐射、等离子体处理、聚合物涂层等。主要从湿法化学改性和干法化学改性这两方面入手,总结归纳了目前超高分子量聚乙烯纤维的界面改性研究现状,从物理和化学两个方面揭示界面增强机理以及界面性能与复合材料力学性能的关系,为超高分子量聚乙烯纤维的界面结构设计和改性提供科学理论依据和技术指导。     

超高分子量聚乙烯纤维的发展状况

介绍超高分子量聚乙烯纤维的结构性能,发展历程和现状.描述了纤维的生产工艺方法和用途,介绍了国内外主要生产厂商产品,以及国内外对超高分子量聚乙烯纤维的改性方法和应用.     

超高分子量聚乙烯纤维现状的研究

介绍超高分子量聚乙烯纤维的结构特点,性能及加工方法。描述了纤维在各领域的应用,介绍了国内外生产厂家对超高分子量聚乙烯的改性方法和应用。并指出其今后的发展。     

超高分子量聚乙烯纤维表面紫外接枝聚合改性研究

以二苯甲酮(BP)为引发剂,采用新型二步紫外接枝法在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面接枝了丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)等活性单体,利用全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-IR)、电子显微镜(SEM)分析证明了接枝层的存在,此外还通过紫外吸收光谱(UV)、全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-IR)、热裂解色谱质谱分析(Py-GCMS)对反应机理进行了分析.探索了接枝条件对接枝率的影响,接枝改性后的超高分子量聚乙烯纤维的粘结性能和亲水性能大大提升,其中界面剪切强度提升160.9％,水接触角从112.0°下降为67.88°.     

超高分子量聚乙烯纤维复合表面改性及其橡胶基复合材料的力学性能

针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与基体之间界面结合强度低的问题,采用超声波结合铬酸溶液氧化的复合工艺对UHMWPE纤维进行表面处理,并将处理后的纤维加入到天然橡胶(NR)中制备短切UHMWPE纤维/NR复合材料。结果表明:复合改性工艺可有效增加纤维表面粗糙度及表面含氧官能团含量,最佳改性工艺条件为:按照重铬酸钾、水及浓硫酸的质量比7∶12∶150配置铬酸溶液,将含有一定质量UHMWPE纤维的铬酸溶液放入35℃的超声波清洗仪中氧化5min,其中超声波频率为100kHz。与纯NR样品相比,在UHMWPE纤维与NR的质量比为0~6∶100范围内,随着处理后短纤维含量的增加,复合材料的拉伸强度逐渐减小,最大损失量达到50%;复合材料的硬度不断增大,最大增加量达到96%;复合材料的撕裂强度先增大后减小,在UHMWPE纤维与NR的质量比为5∶100时达到最大值,最大增加量达到49%。     

超高分子量聚乙烯纤维的等离子体表面处理

本文采用低温等离子体对超高分子量聚乙烯纤维进行表面处理,以改善其与环氧树脂的粘接性能,为进一步研制高性能轻型复合材料提供科学依据。实验结果表明处理后的纤维表面能大大提高,使环氧树脂能良好地浸润纤维;纤维与环氧树脂间粘接强度可提高近5—10倍。本文进一步分析了粘接性能改善的原因,并对粘接强度做出贡献的各种作用进行了综合的定量分析。     

单宁酸协同改性超高分子量聚乙烯纤维与环氧树脂复合材料

将单宁酸共混改性的环氧树脂与单宁酸-金属Na+络合改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行复合,从而改善了UHMWPE纤维与环氧树脂的界面强度,提高了纤维增强复合材料的整体性能.改性后纤维表面的单宁酸与树脂基体中的单宁酸在界面处形成"桥联"作用.单宁酸共混改性环氧树脂是为了在环氧树脂中引入羟基以增强其力学强度.结果...     

超高分子量聚乙烯纤维紫外接枝处理

以超高分子量聚乙烯纤维布为处理对象,研究了紫外接枝处理过程中各种因素对处理后复合材料层间剪切强度的影响,发现以丙烯酰胺为接枝单体时的处理效果最好,并用扫描电镜、红外光谱以及XPS研究了纤维处理前后表面性能、表面形貌的变化。      

三种纤维改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学性能

以未处理和偶联剂KH550处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维为填充材料,以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体,用模压成型法制备了三种纤维改性UHMWPE复合材料,对复合材料的硬度、弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率进行了实验研究,用光学显微镜观察分析了拉伸断面形貌。结果表明,未处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维改性UHMWPE复合材料硬度较纯UHMWPE分别提高了11.76%、21%和6%。经KH550处理的三种纤维改性UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度均优于未处理纤维的复合材料,已处理的SiC纤维/UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度提高较大。KH550处理的三种纤维与UHMWPE基体界面粘接紧密,未处理纤维与UHMWPE基体粘接较差。     

超高分子质量聚乙烯纤维研究进展

芳纶、碳纤维、超高分子质量聚乙烯纤维并称为世界三大高性能纤维.因其可作为尖端武器的重要基础材料以及在民用领域具有广阔的应用前景,因此得到了极大的关注.由于国内研发水平的差距和国外的技术垄断,我国高性能纤维的研发虽然取得了相关进展,但仍然需要大量的进口.加强对高性能纤维的研究,具有重要的战略意义.系统地介绍了超高分子质量聚乙烯纤维的优良力学性能、优异的耐化学介质性能、优异的耐冲击性能和防弹性能及相应的用途.回顾了超高分子质量聚乙烯纤维的产业发展历史,展望了它们的应用前景,并对其进一步的研究、开发提出了相关建议.     

UHMWPE人工髋关节的接枝改性进展

随着人口老龄化与疾病年轻化趋势的发展,髋关节股骨头坏死、关节炎等病变的基数也在逐年增长,给患者的身体带来了疼痛,也会生活带来了诸多不便,而人工髋关节置换术的出现,为病变患者消除病痛、恢复关节正常活动及功能提供了有效途径.目前常用的人工髋关节的摩擦副由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)衬垫与金属股骨头两部分组成,其中,UHMWPE具有良好的力学性能、耐磨性、生物相容性等,但仍是人工关节最薄弱的环节,存在长期与金属接触摩擦产生磨损颗粒的现象,并会进一步引起骨溶解及无菌松动而导致炎症反应,为此,出现了UHMWPE的纳米材料填充改性与辐照交联改性,后者包括改性后的后处理工艺.以上方法通过利用纳米填料的特殊纳米结构及将UHMWPE的线性结构转变为三维体型结构,虽然在一定程度上改善了UHMWPE的耐磨性,但磨损颗粒并未消除,UHMWPE的生物相容性也未得到明显改善,且改性程度会因UHMWPE力学性能的下降而受限.基于此,UHMWPE的化学接枝改性技术得以应用.化学接枝改性可以在界面间形成化学键,提升基体的润滑、耐磨等性能,对基体的力学性能影响较小,并能获得与天然软骨相类似的结构,延长了人工髋关节的使用寿命.本文首先介绍了UHMWPE的辐照、接枝改性及聚合物刷的水化润滑原理;其次详细介绍了2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(MPC)、磺酸甜菜碱(SB)、聚乙烯醇水凝胶(PVA-H)和其他有机物对UHMWPE的接枝改性,及其在润滑、摩擦磨损、生物相容性等方面的效果,简单对比了UHMWPE、交联UHMWPE与接枝UHMWPE的临床结果,并展望今后人工髋关节可从衬垫、股骨头及临床应用等方向进行深入研究.     

UHMWPE/CNTs导电复合体系的电性能

制备了低逾渗值的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/多壁碳纳米管(CNTs)导电复合材料,CNTs分布于UHMWPE粒子的表面和界面处。研究了UHMWPE/CNTs复合材料的温度电阻行为,发现在基体熔点附近,电阻急剧增加,并达到一最大值,然后电阻开始下降,体现负温度电阻效应(NTC)。分析了复合材料电阻松弛时间的升温速率的依赖性,结果表明,升温速率越快,电阻的松弛时间越短。     

初生态超高分子量聚乙烯的多级孔洞结构研究

采用TG、DSC、SEM以及1H自旋-自旋驰豫等方法,探究了不同牌号、聚合条件和分子质量初生态超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的热性能及多尺度孔洞结构。利用小分子溶剂环己烷为探针,建立了核磁驰豫谱表征UHMWPE多尺度孔洞结构的方法,该方法可以真实地反映原料内孔洞结构及其分布。研究结果表明：UHMWPE的起始热失重温度为325 ℃,最大降解速率对应温度为480 ℃,具有较好的热稳定性;各UHMWPE样品的熔点在134~137 ℃之间,熔程在110~150 ℃之间,结晶温度在118~121 ℃之间,且随着分子量的增大,各样品的结晶度降低;UHMWPE粉末是由直径在数十微米以内的次级粒子构成,微粒间有一定的间隙,以纤维状结构相连,次级微粒还存在更小的内部结构,基本形成了尺寸不同的多级孔洞结构;UHMWPE样品中环己烷的1H自旋-自旋驰豫时间为0.023~2 101.750 ms,基本反映了不同尺度的宏观孔洞结构和非晶区微孔结构。     

用于中子屏蔽的碳化硼/超高分子量聚乙烯复合材料研究

采用热压成型工艺,制备用于中子屏蔽的碳化硼/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,研究了热压温度、硅烷偶联剂添加量、碳化硼含量对材料的冲击强度、弯曲强度等性能的影响,通过FTIR,SEM及能谱分析偶联剂添加效果.同时研究了碳化硼含量对材料中子屏蔽效率的影响.结果表明,当成型温度小于200℃时,温度的提高对材料力学性能有提高作用;KH570硅烷偶联剂对碳化硼有较好的偶联作用,适当添加KH570增强了碳化硼与UHMWPE之间的结合力,当添加量超过3％(质量分数,下同)后,偶联剂在碳化硼表面形成多余吸附层,减弱了基体与颗粒之间的结合力,降低了冲击强度;碳化硼含量提高,颗粒的团聚增加,大颗粒在基体中形成缺陷,导致材料脆性增加,降低了材料冲击强度;中子衰减系数随碳化硼含量增加而提高,随样品厚度的增加而减小;样品厚度较薄时,材料主要吸收热中子,当样品厚度增加时,快中子在材料内部发生多次碰撞,能量降低后也被吸收掉.     

纳米改性增强超高分子量聚乙烯复合材料研究进展

纳米材料具有极大的比表面积、宏观量子隧道效应、体积效应和尺寸效应;采用具有特殊性能的纳米材料填充改性聚合物是增强聚合物材料性能的最有效方法之一。通过单相或多相纳米材料填充改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE),可使复合材料的性能得到不同程度的改善和提高。综述了纳米材料改性增强UHMWPE复合材料的摩擦学性能、力学性能、电学性能、生物相容性、热学性能等;展望了纳米填充UHMWPE复合材料的发展方向和应用前景;提出采用微量的高性能纳米材料改性聚合物以大幅度提高复合材料的性能是未来研究的重要方向。     

PBO纤维的合成及表面改性研究进展

本文介绍了聚对苯撑苯并双啄唑（PBO）纤维的合成方法和目前常见的PBO纤维的表面改性方法,如化学试剂处理、偶联剂处理、等离子体处理、辐射处理、电晕处理、酶处理等表面改性技术的研究进展。     

PBO纤维表面改性研究进展

综述了目前PBO纤维的表面改性方法,主要包括等离子体处理、表面化学处理、辐射处理、偶联剂处理以及共聚改性的研究进展。分析了各种改性方法的原理并指出各种改性方法的优势及存在的问题。展望了PBO纤维增强复合材料的应用前景,指出今后纤维表面改性仍是PBO纤维增强树脂复合材料的研究重点。     

Biomimetic apatite formation on Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) using modified biomimetic solution

Modifications were performed on a biomimetic solution (SBF), according to previous knowledge on the behavior of ions present in its composition, in order to obtain apatite coatings onto Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) without having to use polymer pre-treatments that could compromise its properties. UHMWPE substrates were immersed into a 30% H₂O₂ solution for a 24-h period and then submitted to a biomimetic coating method using standard SBF and two other modified SBF solutions. Apatite coatings were only obtained onto UHMWPE when the modified SBF solutions were used. Based on these results, apatite coatings of biological importance (calcium-deficient hydroxyapatite—CDHA, amorphous calcium phosphate—ACP, octacalcium phosphate—OCP, and carbonated HA) can be obtained onto UHMWPE substrates, allowing an adequate conciliation between bonelike mechanical properties and bioactivity.     

PBO纤维性能及表面改性的研究进展

目的综述聚对苯撑苯并二唑(PBO)纤维的性能及其表面改性方法的研究进展。方法从PBO纤维的力学性能、热稳定性、化学稳定性及光稳定性等方面进行简单说明;从化学表面刻蚀、共聚改性、偶联剂处理、等离子体处理、辐射处理及生物载体处理等对PBO纤维表面改性方法进行阐述。结果 PBO纤维性能优异,但纤维表面化学惰性极强,必须对其进行表面改性;各种改性方法各有优缺点。结论目前的PBO纤维表面改性方法仍然存在较多的不足,有待发现一种环保且高效的改性方法。