超高分子量聚乙烯纤维表面纳米ZnO可控生长及其界面性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.05.009

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (5): 47-54.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.05.009

超高分子量聚乙烯纤维表面纳米ZnO可控生长及其界面性能研究

严成¹(), 李露露², 陈天欢², 郭帅¹, 俞科静²()

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

收稿日期:2023-08-17 出版日期:2024-05-26 发布日期:2024-05-20
通讯作者: 俞科静（1982—），女，教授，研究方向为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:yancheng@lgt126.com;yukejing@jiangnan.edu.cn
作者简介:严成（1984—），男，硕士研究生，研究方向为高性能纤维生产技术及表面改性，yancheng@lgt126.com
基金资助:
连云港市重大技术攻关?揭榜挂帅项目(CGJBGS2104)

Controllable growth and interfacial properties of ZnO nanoparticles on surface of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene fiber

YAN Cheng¹(), LI Lulu², CHEN Tianhuan², GUO Shuai¹, YU Kejing²()

^1.Lianyungang shente high?tech materials Co，Ltd，Lianyungang 222000，China
^2.School of Textile Science and Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China

Received:2023-08-17 Online:2024-05-26 Published:2024-05-20
Contact: YU Kejing E-mail:yancheng@lgt126.com;yukejing@jiangnan.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

首先在超高分子量聚乙烯（PE⁃UHMW）纤维表面形成聚多巴胺涂层，再通过水热法在纤维表面原位生长ZnO纳米阵列。对聚乙烯亚胺（PEI）介导的合成体系ZnO长径比、改性前后PE⁃UHMW纤维的界面性能进行了研究，并揭示了其增强机理。结果表明，ZnO纳米阵列的生长并未对纤维的热稳定性及结晶度产生影响，对纤维的损伤较小；当PEI浓度为3 mmol时，ZnO长径比最高；改性后纤维界面黏结强力提升了63.6 %，层间剪切强度提升了70.14 %。

关键词: 超高分子量聚乙烯纤维, 表面改性, 聚多巴胺, 氧化锌纳米阵列

Abstract:

A polydopamine coating was first formed on the surface of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene （PE⁃UHMW） fibers， followed by an in⁃situ growth of ZnO nano⁃arrays grown on the fiber surface using a hydrothermal method. The aspect ratio of ZnO obtained from the PEI⁃mediated synthesis and the interfacial properties of PE⁃UHMW fibers before and after modification were investigated， and the enhancement mechanism was revealed. The results indicated that the growth of ZnO nano⁃arrays did not affect the thermal stability and crystallinity of the fibers， and there was less damage to the fibers. The system obtained the highest aspect ratio of ZnO at a PEI concentration of 3 mmol/mL. The interfacial bond strength and interlaminar shear strength of the fibers were enhanced by 63.6 % and 70.14 %， respectively， after the modification.

Key words: ultra?high molecular?weight polyethylene fiber, surface modification, polydopamine, zinc oxide nano?array

中图分类号:

TQ325.1⁺2

严成, 李露露, 陈天欢, 郭帅, 俞科静. 超高分子量聚乙烯纤维表面纳米ZnO可控生长及其界面性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 47-54.

YAN Cheng, LI Lulu, CHEN Tianhuan, GUO Shuai, YU Kejing. Controllable growth and interfacial properties of ZnO nanoparticles on surface of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene fiber[J]. China Plastics, 2024, 38(5): 47-54.

图/表 14

图1 不同PEI浓度合成ZnO的SEM照片

Fig.1 SEM images of ZnO synthesized with different concentrations of PEI

图2 不同浓度PEI合成ZnO的（a）长度、直径及（b）长径比

Fig.2 （a） Length， diameter and （b） aspect ratio of ZnO synthesized with different concentrations of PEI

图3 样品的AFM图像

Fig.3 AFM images of the samples

图4 PE⁃UHMW纤维改性前后的拉曼光谱

Fig.4 Raman spectra of the PE⁃UHMW fibers before and after modification

图5 样品的XPS全谱及精细谱

Fig.5 XPS full and fine spectra of the samples

图6 PE⁃UHMW纤维及PE⁃UHMW⁃PDA⁃ZnO纤维的XRD谱图

Fig.6 XRD patterns of PE⁃UHMW fiber and PE⁃UHMW⁃PDA⁃ZnO fiber

图7 样品的TG和DTG曲线

Fig.7 TG and DTG curves of the samples

图8 样品的DSC曲线

Fig.8 DSC curves of the samples

图9 TFBT测试结果

Fig.9 Results of TFBT tests

图10 样品的SEM照片

Fig.10 SEM images of the samples

图11 不同PEI浓度复合材料的断面EDS图像

Fig.11 EDS images of cross⁃sections of the composites with different concentrations of PEI

图12 不同复合材料体系层间剪切测试结果

Fig.12 Interlaminar shear test results of different composite systems

图13 平纹层合板短梁剪切后分层的SEM照片

Fig.13 SEM images of delamination of short beams of plain laminates after shearing

图14 不同复合体系中增强机理示意图

Fig.14 Schematic diagram of the reinforcement mechanism of different composite systems

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超高分子量聚乙烯纤维表面纳米ZnO可控生长及其界面性能研究

Controllable growth and interfacial properties of ZnO nanoparticles on surface of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene fiber

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