单宁酸表面改性PE⁃UHMW纤维及其界面性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.08.005

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (8): 26-32.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.08.005

单宁酸表面改性PE⁃UHMW纤维及其界面性能研究

陈天欢¹(), 严成², 蒋干兵², 郭帅³, 颜甜甜², 钱坤¹, 俞科静²()

^1.江南大学纺织科学与工程学院，江苏无锡 214122
^2.连云港神特新材料有限公司，江苏连云港 222000
^3.连云港纤维新材料研究院有限公司，江苏连云港 222000

收稿日期:2023-12-04 出版日期:2024-08-26 发布日期:2024-08-19
通讯作者: 俞科静（1982—），女，教授，从事安全防护复合材料的结构设计、制备与应用研究，yukejing@jiangnan.edu.cn
E-mail:chentianh02@163.com;yukejing@jiangnan.edu.cn
作者简介:陈天欢（1999—），女，硕士研究生，从事高性能纤维生产技术及表面改性研究，chentianh02@163.com
基金资助:
连云港市重大技术攻关?揭榜挂帅项目(CGJBGS2104)

Study on surface modification of PE⁃UHMW fiber by tannic acid and its interfacial property

CHEN Tianhuan¹(), YAN Cheng², JIANG Ganbing², GUO Shuai³, YAN Tiantian², QIAN Kun¹, YU Kejing²()

^1.School of Textile Science and Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China
^2.Lianyungang Shente High?tech Materials Co，Ltd，Lianyungang 222000，China
^3.Lianyungang Fiber New Material Research Institute Co，Ltd，Lianyungang 222000，China

Received:2023-12-04 Online:2024-08-26 Published:2024-08-19
Contact: YU Kejing E-mail:chentianh02@163.com;yukejing@jiangnan.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

使用单宁酸（TA）对超高分子量聚乙烯（PE⁃UHMW）纤维进行表面改性，研究了金属离子种类及反应时间对单宁酸与金属离子（TA⁃［M］）改性对PE⁃UHMW纤维性能的影响，并在TA⁃［M］改性溶液中引入聚乙烯亚胺（PEI），研究了PEI分子量对TA⁃［M］⁃PEI改性PE⁃UHMW纤维性能影响，以及PEI对TA涂层稳定性的影响。结果表明，TA涂层成功涂覆在PE⁃UHMW纤维表面，在纤维表面引入了羟基官能团。TA⁃Fe改性12 h后纤维与环氧树脂（EP）的界面剪切强度较改性前提高了102.03 %；与聚氨酯树脂（PU）界面剪切强度提升了97.78 %。TA⁃Fe改性12 h后纤维与PU的界面粘接强度提高了44.35 %；与EP的界面粘接强度提高了58.50 %。氨基化合物PEI能够改善TA涂层的稳定性，超声清洗实验后PE@TA⁃Fe⁃PEI600比PE@TA⁃Fe界面黏结强度下降少。

关键词: 超高分子量聚乙烯纤维, 单宁酸, 表面改性, 界面增强

Abstract:

In this paper， tannic acid （TA） was used to modify the surface of ultra⁃high molecular weight polyethylene （PE⁃UHMW） fiber. The effects of metal ion type and reaction time on the properties of PE⁃UHMW fiber modified by tannic acid and metal ion （TA⁃［M］） were studied. Polyethyleneimine （PEI） was introduced into TA⁃［M］ modified solution. The effect of PEI molecular weight on the properties of TA⁃［M］⁃PEI modified PE⁃UHMW fiber and the effect of PEI on the stability of TA coating were studied. The results indicated that the TA coating was successfully coated on the surface of PE⁃UHMW fiber， and the phenolic hydroxyl functional group was introduced on the surface of the fiber. The interfacial shear strength between fiber and epoxy resin （EP） increased by 102.03 % after TA⁃Fe modification for 12 h. The interfacial shear strength with polyurethane resin （PU） increased by 97.78 %. The interfacial bonding strength between fiber and PU increased by 44.35 % after TA⁃Fe modification for 12 h. The interfacial bonding strength with EP increased by 58.50 %. The amino compound PEI can improve the stability of TA coating. After ultrasonic cleaning experiment， the interfacial bonding strength of PE@TA⁃Fe⁃PEI600 decreased less than that of PE@TA⁃Fe.

Key words: ultra?high molecular weight polyethylene fiber, tannic acid, surface modification, interface enhancement

中图分类号:

TQ325.1⁺2

陈天欢, 严成, 蒋干兵, 郭帅, 颜甜甜, 钱坤, 俞科静. 单宁酸表面改性PE⁃UHMW纤维及其界面性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 26-32.

CHEN Tianhuan, YAN Cheng, JIANG Ganbing, GUO Shuai, YAN Tiantian, QIAN Kun, YU Kejing. Study on surface modification of PE⁃UHMW fiber by tannic acid and its interfacial property[J]. China Plastics, 2024, 38(8): 26-32.

图/表 18

图1 PE⁃UHMW纤维表面改性示意图

Fig.1 Surface modification schematic diagram of the PE⁃UHMW fiber

图2 改性前后PE⁃UHMW纤维的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectra of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图3 改性前后PE⁃UHMW纤维的SEM照片

Fig.3 SEM images of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图4 TA氧化及与金属离子的反应机理示意图

Fig.4 Schematic diagram of TA oxidation and its reaction mechanism with metal ions

图5 改性前后PE⁃UHMW的拉伸强度

Fig.5 Tensile strength of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图6 样品的XIFSS

Fig.6 XIFSS of the samples

图7 纤维表面树脂微球形貌

Fig.7 Morphology of the resin microspheres on the fiber surface

图8 TFBT测试结果

Fig.8 TFBT test results

图9 改性前后PE⁃UHMW纤维的FTIR谱图

Fig.9 FTIR spectra of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图10 改性前后PE⁃UHMW纤维的SEM照片

Fig.10 SEM images of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图11 改性前后PE⁃UHMW的拉伸强度

Fig.11 Tensile strength of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图12 样品的XIFSS

Fig.12 XIFSS of the samples

图13 改性前后PE⁃UHMW纤维的FTIR谱图

Fig.13 FTIR spectra of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图14 改性前后PE⁃UHMW纤维的SEM照片

Fig.14 SEM images of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图15 TA与PEI的反应机理示意图

Fig.15 Schematic diagram of TA reaction mechanism with PEI

图16 改性前后PE⁃UHMW的拉伸强度

Fig.16 Tensile strength of the PE⁃UHMW before and after modification

图17 样品的XIFSS

Fig.17 XIFSS of the samples

图18 清洗前后改性纤维的界面黏结强度

Fig.18 Interface bonding strength of the modified fiber interface before and after cleaning

参考文献 12

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Study on surface modification of PE⁃UHMW fiber by tannic acid and its interfacial property

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