盐城工学院王魁《Chem. Eng. J.》：“有机-无机”杂化结构的MXene提升UHMWPE纤维增强环氧树脂复合材料的性能

2022-09-18 来源：高分子科技

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维增强环氧复合材料具有质轻、比强度高、比刚度高、可设计性等特点。因此，该复合材料受到了广泛的关注，并在许多领域得到了应用。然而，UHMWPE纤维与环氧基体之间的弱界面粘结性一直阻碍着UHMWPE纤维增强环氧复合材料的大范围应用。

近期，盐城工学院王魁博士通过3-氨丙基三乙氧基硅烷与乙二醇二缩水甘油醚在MXene表面的化学反应，构建了一种具有“有机-无机”杂化结构的MXene纳米片（M-MXene），以改善UHMWPE纤维增强环氧复合材料的界面性能和力学性能。通过将M-MXene纳米片加入环氧基体或沉积在改性UHMWPE纤维（UHMWPE-PAS纤维）表面，研究不同M-MXene改性方法对复合材料性能的影响。结果表明，M-MXene的引入可以增加摩擦力和机械互锁，并与环氧基体产生良好的浸润性。由于独特的“有机-无机”结构，形成了较低的应力集中和复杂的裂纹路径。与未改性UHMWPE/环氧树脂相比，M-MXene接枝到UHMWPE纤维表面和添加到环氧基体中均能够提升复合材料的抗拉强度和界面剪切强度(IFSS)。

图1. M-MXene合成机理图。

图2. 改性纤维/环氧复合材料制备工艺。

与UHMWPE-PAS@M-MXene/环氧树脂相比，M-MXene在环氧树脂基体中均匀分布，产生了更长的裂纹路径和更多的裂纹偏转，提高了UHMWPE-PAS/Epoxy@M-MXene复合材料的力学性能和界面性能。

图3. UHMWPE/环氧界面失效机理(a), 复合材料IFSS性能(b)。

该项工作设计合成出一种具有“有机-无机”杂化结构的M-MXene，为UHMWPE纤维改性提供了新思路。相关研究成果以“Construction of modified MXene with “organic-inorganic” structure to enhance the interfacial and mechanical properties of UHMWPE fiber-reinforced epoxy composite”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。文章第一作者和通讯作者均为王魁博士，该研究得到盐城工学院校级科研启动项目的支持。

原文链接：https://authors.elsevier.com/a/1flkM4x7R2cecK

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（责任编辑：xu）

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