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鹽城工學院王魁《Chem. Eng. J.》：“有機-無機”雜化結構的MXene提升UHMWPE纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料的性能
2022-09-18  來源：高分子科技

  超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維增強環(huán)氧復合材料具有質輕、比強度高、比剛度高、可設計性等特點。因此，該復合材料受到了廣泛的關注，并在許多領域得到了應用。然而，UHMWPE纖維與環(huán)氧基體之間的弱界面粘結性一直阻礙著UHMWPE纖維增強環(huán)氧復合材料的大范圍應用。


  近期，鹽城工學院王魁博士通過3-氨丙基三乙氧基硅烷與乙二醇二縮水甘油醚在MXene表面的化學反應，構建了一種具有“有機-無機”雜化結構的MXene納米片（M-MXene），以改善UHMWPE纖維增強環(huán)氧復合材料的界面性能和力學性能。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改性方法對復合材料性能的影響。結果表明，M-MXene的引入可以增加摩擦力和機械互鎖，并與環(huán)氧基體產生良好的浸潤性。由于獨特的“有機-無機”結構，形成了較低的應力集中和復雜的裂紋路徑。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合材料的抗拉強度和界面剪切強度(IFSS)。 


圖1. M-MXene合成機理圖。


 圖2. 改性纖維/環(huán)氧復合材料制備工藝。


  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，產生了更長的裂紋路徑和更多的裂紋偏轉，提高了UHMWPE-PAS/Epoxy@M-MXene復合材料的力學性能和界面性能。 


圖3. UHMWPE/環(huán)氧界面失效機理(a), 復合材料IFSS性能(b)。


  該項工作設計合成出一種具有“有機-無機”雜化結構的M-MXene，為UHMWPE纖維改性提供了新思路。相關研究成果以“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院校級科研啟動項目的支持。


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

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（責任編輯：xu）
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