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鹽城工學(xué)院王魁《Chem. Eng. J.》：“有機(jī)-無機(jī)”雜化結(jié)構(gòu)的MXene提升UHMWPE纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的性能
2022-09-18  來源：高分子科技

  超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)。因此，該復(fù)合材料受到了廣泛的關(guān)注，并在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。然而，UHMWPE纖維與環(huán)氧基體之間的弱界面粘結(jié)性一直阻礙著UHMWPE纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的大范圍應(yīng)用。


  近期，鹽城工學(xué)院王魁博士通過3-氨丙基三乙氧基硅烷與乙二醇二縮水甘油醚在MXene表面的化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)建了一種具有“有機(jī)-無機(jī)”雜化結(jié)構(gòu)的MXene納米片（M-MXene），以改善UHMWPE纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的界面性能和力學(xué)性能。通過將M-MXene納米片加入環(huán)氧基體或沉積在改性UHMWPE纖維（UHMWPE-PAS纖維）表面，研究不同M-MXene改性方法對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，M-MXene的引入可以增加摩擦力和機(jī)械互鎖，并與環(huán)氧基體產(chǎn)生良好的浸潤(rùn)性。由于獨(dú)特的“有機(jī)-無機(jī)”結(jié)構(gòu)，形成了較低的應(yīng)力集中和復(fù)雜的裂紋路徑。與未改性UHMWPE/環(huán)氧樹脂相比，M-MXene接枝到UHMWPE纖維表面和添加到環(huán)氧基體中均能夠提升復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度(IFSS)。 


圖1. M-MXene合成機(jī)理圖。


 圖2. 改性纖維/環(huán)氧復(fù)合材料制備工藝。


  與UHMWPE-PAS@M-MXene/環(huán)氧樹脂相比，M-MXene在環(huán)氧樹脂基體中均勻分布，產(chǎn)生了更長(zhǎng)的裂紋路徑和更多的裂紋偏轉(zhuǎn)，提高了UHMWPE-PAS/Epoxy@M-MXene復(fù)合材料的力學(xué)性能和界面性能。 


圖3. UHMWPE/環(huán)氧界面失效機(jī)理(a), 復(fù)合材料IFSS性能(b)。


  該項(xiàng)工作設(shè)計(jì)合成出一種具有“有機(jī)-無機(jī)”雜化結(jié)構(gòu)的M-MXene，為UHMWPE纖維改性提供了新思路。相關(guān)研究成果以“Construction of modified MXene with “organic-inorganic” structure to enhance the interfacial and mechanical properties of UHMWPE fiber-reinforced epoxy composite”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。文章第一作者和通訊作者均為王魁博士，該研究得到鹽城工學(xué)院校級(jí)科研啟動(dòng)項(xiàng)目的支持。


  原文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1flkM4x7R2cecK

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