具有“化学键作用”梯度过渡层双重界面的设计及复合材料界面性能调控机理研究

本项目针对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维与树脂基体粘结能力差的不足，提出基于"化学键作用"的梯度过渡层双重界面调控机理来提高其界面粘结性能，并通过"等离子体-吡咯化学沉积聚合"双效方法"实现。通过界面化学反应控制和界面应力控制两方面对双效法改性技术进行设计和调控，找到改性工艺条件与界面组成和结构、及界面性能的关系，并结合界面粘结性能的定量分析和界面破坏形式模型的建立，揭示通过"化学键作用"的梯度过渡层来提高界面粘结性的机理。相关研究为设计UHMWPE纤维双效改性方法，提高纤维与环氧树脂的界面剪切强度提供实验基础和理论支持，最终为UHMWPE纤维改性过程中长期存在的问题提出有效的解决方案和理论支持，研究内容对高性能有机纤维改性技术及界面粘结机理发展具有重要的理论意义。

项目（51103101,2012.1-2014.12）在国家自然科学基金的资助下圆满完成。本项目针对本项目针对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维与树脂基体粘结能力差的不足，提出基于“化学键作用”的梯度过渡层双重界面调控机理来提高其界面粘结性能，并通过“等离子体-吡咯化学沉积聚合“双效方法”实现。分别通过等离子体、吡咯沉积聚合改性及等离子体-吡咯沉积聚合改性方法对UHMWPE纤维进行表面改性，采用了SEM、FTIR、AFM、三维激光显微镜、XPS、DSC等对纤维表面形貌及结构进行了分析。进而分别对UHMWPE单纤维/环氧树脂微复合材料的界面剪切强度（IFSS）和UHMWPE纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度（ILSS）进行了研究。表明，经“等离子体-吡咯沉积聚合”双效法改性后，聚吡咯层与UHMWPE纤维形成了离子键或氢键。纤维表面聚吡咯层的粗糙颗粒形态有利于与基体树脂的机械锚和作用。这两者的共同作用使得改性后纤维增强复合材料的IFSS和ILSS 均有显著的提高。.本项目取得如下成绩：.1、发表SCI、EI 收录论文10篇；获得中国发明专利授权专利1项；撰写2010-2011、2012-2013《学科发展报告—纺织科学技术》中的纤维学科部分（中国科学技术出版社）。.2、培养硕士研究生5名，其中一名硕士研究生毕业后得到日本信州大学纤维学部攻读博士学位，继续进行纤维增强复合材料的研究。另外两名硕士研究生参加2014年6月29日-7月13日在东华大学举行的2014上海“国际纺织”研究生暑假学校的培训，并获得结业证书。目前在学硕士研究生5名。.3、分别于2013年4月22日、2014年12月15日邀请澳大利亚迪肯大学纤维材料创新研发中心终身教授林童教授来天津工业大学进行学术报告。并于2014年10月将林童教授以天津市特聘讲座教授身份引进天津工业大学，进一步为双方合作及交流奠定基础。.4、项目负责人金欣和项目主要参与者王闻宇分别获得国家留学基金委的全额资助。金欣（留金秘美[2011]7451号，2013.1-2014.1到美国北卡州立大学纺织学院进行学术交流访问）。王闻宇（留金发[2010]3009号，2011.5-2012.5在澳大利亚迪肯大学纤维材料研发中心进行学术交流访问）。金欣和王闻宇在海外留学期间继续进行本项目相关内容的研究并做了相关学术报告。