為了解決UHMWPE纖維與基體結(jié)合粘結(jié)性差的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)各國(guó)的學(xué)者作了許多相關(guān)的研究，也取得了一定的進(jìn)展。一些常用的方法主要有等離子處理，電暈放電處理，輻照處理以及氧化法處理等等。
1 等離子處理
等離子體處理由于僅作用在材料表面有限深度內(nèi)(幾個(gè)分子)，對(duì)纖維的力學(xué)性能不會(huì)有太大的影響，因而受到了人們的關(guān)注。等離子體處理UHMWPE纖維表面的方法分為低溫等離子體處理和等離子體引發(fā)接枝表面處理兩種方法。
韓國(guó)的Sung In Moon，Jyongsik Jang研究了氧氣等離子處理后UHMWPE與乙烯基酯樹脂的粘結(jié)性能的變化，他們發(fā)現(xiàn)處理后的纖維與未處理的纖維比較，橫向拉伸強(qiáng)度提高，這表明復(fù)合體的界面粘結(jié)性能得到了改善，且通過(guò)SEM觀察發(fā)現(xiàn)纖維表面產(chǎn)生很多微陷，這有利于纖維與樹脂之間的機(jī)械互鎖作用，同時(shí)他們用有限元分析的方法研究了UHMWPE與基體之間力的傳遞。
Hengjun Liu等人采用氬氣對(duì)UHMWPE纖維進(jìn)行等離子處理，研究結(jié)果顯示處理后的纖維耐磨性和硬度都得到了提高，同時(shí)其表面的潤(rùn)濕性也得到了提高。之后的研究中他們又將UHMWPE在氧氣等離子體在微波電子回旋共振系統(tǒng)中進(jìn)行處理研究纖維性能的改變，他們發(fā)現(xiàn)纖維的硬度和耐磨性都得到了提高的同時(shí)纖維的表面產(chǎn)生了許多含氧的活性基團(tuán)，增加了纖維與基體的潤(rùn)濕性和粘結(jié)性。
Zhang YC等人針對(duì)超高分子量聚乙烯纖維表面能低與基體結(jié)合性能差的缺點(diǎn)，采用了在常壓下對(duì)纖維進(jìn)行等離子處理改性的方法，實(shí)驗(yàn)中采用的纖維是表面包裹有納米二氧化硅的UHMWPE纖維，等離子處理所用的載氣為氬氣和氧氣的混合氣體(100:1)，處理后纖維的表面能明顯提高與基體的潤(rùn)濕角減小，通過(guò)紅外光譜分析后發(fā)現(xiàn)在纖維表面產(chǎn)生了很多的含氧活性基團(tuán)，大大提高了其與樹脂的結(jié)合性能。
Z-F. Li等以丙烯酰胺為單體利用等離子接枝的方法處理超高分子量聚乙烯纖維，他們發(fā)現(xiàn)處理后的纖維的強(qiáng)度與原纖維相比并沒(méi)有明顯的變化，然而在復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度(ILSS)的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)接枝處理的纖維與樹脂的結(jié)合強(qiáng)度明顯高于未處理的纖維，且處理效果與處理功率和時(shí)間有關(guān)，當(dāng)?shù)入x子功率為30W，處理時(shí)間為10min時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值。
吳越等同樣采用等離子接枝法對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行表面處理，研究表明處理后纖維的表面產(chǎn)生大量C=O，C-N等極性基團(tuán)，同時(shí)這種方法有效地提高了纖維/環(huán)氧樹脂的層間剪切強(qiáng)度。
2 電暈放電處理法
20世紀(jì)80年代以后，電暈放電處理法被應(yīng)用到非極性材料(如PE、PP膜以及PE纖維等)的表面處理上，這種處理方法裝置簡(jiǎn)單，常壓下在空氣中就可以進(jìn)行。
Toshio Ogawa等通過(guò)對(duì)UHMWPE纖維在空氣中進(jìn)行電暈放電處理，發(fā)現(xiàn)處理后的纖維與環(huán)氧樹脂基體結(jié)合后界面剪切強(qiáng)度得到了提高，拉伸強(qiáng)度也提高了30%，但是盡管如此，其拉伸強(qiáng)度也只能達(dá)到預(yù)測(cè)值的一半，這是由于處理過(guò)程中大分子的降解而造成的。
西安交通大學(xué)的戚東濤等運(yùn)用電暈放電處理法對(duì)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維進(jìn)行表面改性，采用光電子能譜儀，紅外光譜分析和掃描電子顯微鏡研究了處理前后纖維表面化學(xué)結(jié)構(gòu)及物理結(jié)構(gòu)的變化，通過(guò)單絲拔出試驗(yàn)和短梁剪切試驗(yàn)評(píng)價(jià)了UHMWPE纖維與樹脂基體的微宏觀界面粘接性能。結(jié)果表明：經(jīng)電暈處理后，UHMWPE纖維表面含氧量增多，含氧基團(tuán)數(shù)量與種類增加，表面浸潤(rùn)性得到改善，纖維與基體的界面粘結(jié)強(qiáng)度(τs)提高幅度可達(dá)535 %，短梁剪切強(qiáng)度τNOL提高了40%以上。
然而ZHEN ZHENG等人的研究表明單純使用電暈放電處理纖維盡管可以提高纖維與基體的界面性能，但是纖維本身的拉伸強(qiáng)度會(huì)明顯的下降，而且隨著放電功率和處理時(shí)間的增加，強(qiáng)度的下降程度會(huì)隨之增加，所以他們采用了在對(duì)纖維進(jìn)行電暈放電處理后進(jìn)行一定時(shí)間的紫外線照射處理使纖維的機(jī)械性能得到了改善。
3 輻照接枝處理
對(duì)UHMWPE纖維進(jìn)行輻照處理通常是指通過(guò)輻照引發(fā)第二單體接枝聚合，產(chǎn)生能夠與基體緊密結(jié)合的覆蓋層，從而改善纖維與基體的界面結(jié)合性能。通常所采用的輻射光源有Co60、紫外線、γ射線等。
Jieliang Wang等利用二苯甲酮作為光引發(fā)劑，丙烯酰胺作為接枝單體，通過(guò)紫外線照射引發(fā)丙烯酰胺與纖維發(fā)生接枝反應(yīng)來(lái)研究纖維結(jié)構(gòu)與性能的變化，以及纖維與樹脂復(fù)合體結(jié)合性能的變化。結(jié)果表明： 1. 經(jīng)過(guò)紫外線照射后纖維上接枝了許多活性基團(tuán)提高了表面性能。2. 結(jié)晶對(duì)于接枝反應(yīng)存在一定程度的抵制作用。3. 通過(guò)控制照射時(shí)間纖維的拉伸強(qiáng)度得到一定程度的提高。
Zhi Li等采用連續(xù)紫外接枝法處理超高分子量聚乙烯纖維，他們采用了甲基丙烯酸和丙烯酰胺兩種接枝單體，研究發(fā)現(xiàn)引發(fā)接枝反應(yīng)進(jìn)行的是引發(fā)劑中的一些半休眠基團(tuán)。通過(guò)紅外光譜的測(cè)試和掃描電鏡的觀察發(fā)現(xiàn)很多極性接團(tuán)會(huì)接枝在纖維的表面，使得纖維與其他極性較強(qiáng)的基體結(jié)合變得容易，改善了纖維表面性能。
中國(guó)科學(xué)院的趙艷凝等人研究了用γ射線分別在空氣中和真空中對(duì)UHMWPE纖維進(jìn)行輻照處理，結(jié)果表明纖維經(jīng)γ射線照射后產(chǎn)生的自由基的半衰期大約是高密度聚乙烯的100倍，在真空中以小劑量照射纖維，分子鏈主要發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，劑量過(guò)大分子鏈又會(huì)裂解。而在空氣中進(jìn)行輻照時(shí)，存在纖維表面上引入微量活性基團(tuán)。同時(shí)在真空中輻照一定時(shí)間后纖維的拉伸強(qiáng)度并沒(méi)有明顯的變化。
A. M. Abdul-Kader 等人分別用600eV的電子束和由Co60源發(fā)射的γ射線處理UHMWPE纖維，他們研究了不同劑量的輻射量對(duì)纖維表面性能的影響，發(fā)現(xiàn)輻射后纖維表面出現(xiàn)了許多如羰基和羧基的極性基團(tuán)，且通過(guò)潤(rùn)濕角與表面能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)纖維的表面能升高的同時(shí)潤(rùn)濕角減小了，且在一定范圍內(nèi)輻射劑量越大，表面性能提高的越多，但是他們并沒(méi)有探討輻射后纖維力學(xué)性能的變化。
4 氧化處理
所謂對(duì)UHMWPE纖維氧化表面處理法就是通過(guò)化學(xué)試劑或氣體對(duì)纖維表面進(jìn)行氧化處理，從而改變纖維表面的粗糙程度和表面極性基團(tuán)的含量。根據(jù)氧化介質(zhì)不同可分為濕法和干法兩類。干法中所采用的氣體一般為氟氣或氟化物，而濕法常用的介質(zhì)有：K2Cr2O2+H2SO4，KMnO4+HNO3，H2O2(30%)等。
陳一等采用直接氟化法處理超高分子量聚乙烯來(lái)改善其粘結(jié)性能，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)處理后UHMWPE的表面形貌結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化，紅外光譜和X射線能譜測(cè)試結(jié)果表明，氟化后大分子上出現(xiàn)了C-F，-COOH，-OH等極性基團(tuán)，表面能從10mN/m提高到42.47mN/m。將UHMWPE與環(huán)氧樹脂制成復(fù)合材料，測(cè)試其界面剪切強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)氟化處理后的UHMWPE與環(huán)氧樹脂的界面粘結(jié)力大大提高，在室溫環(huán)境下放置一個(gè)月剪切強(qiáng)度基本保持不變，說(shuō)明了通過(guò)氟化處理法處理UHMWPE的穩(wěn)定性較好。
Alexander P. Kharitonov等對(duì)不同氟化方法的處理效果進(jìn)行了研究，他們采用了F2，XeF2，TbF4作為氟化劑分別處理UHMWPE材料，研究表明三種處理方法均可以提高材料表面的極性改善其與基體的粘結(jié)性能，但是經(jīng)過(guò)F2的處理效果和穩(wěn)定性是最好的。此外經(jīng)F2處理后的UHMWPE表面出現(xiàn)的大多數(shù)為CF2基團(tuán)而XeF2，TbF4處理后的UHMWPE表面出現(xiàn)的大多為CHF基團(tuán)。
M. S. Silverstein等人分別使用高錳酸鉀、鉻酸和過(guò)氧化氫溶液來(lái)處理超高分子量聚乙烯纖維來(lái)研究其界面性能的變化。他們通過(guò)使用掃描電鏡觀察纖維表面發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)各種氧化處理纖維表面變得粗糙了，而鉻酸處理過(guò)的纖維表面形態(tài)變化最明顯，鉻酸刻蝕后降低了表面的氧含量。之后又進(jìn)行了纖維與樹脂之間的剝離試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)鉻酸處理后纖維與樹脂的剝離強(qiáng)度增加的最多，其他的處理方法都沒(méi)有明顯的效果。就整個(gè)研究結(jié)果看鉻酸在對(duì)提高纖維與基體結(jié)合性能方面有較好的作用。
東華大學(xué)的晏雄小組針對(duì)超高分子量聚乙烯纖維表面黏結(jié)性差的缺點(diǎn)，采用超聲下鉻酸溶液處理纖維表面。分析了處理前后纖維的結(jié)構(gòu)變化，并用自制的單絲抽拔裝置對(duì)纖維黏結(jié)性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：溫度是影響處理纖維效果的最主要因素，低于60℃時(shí)，對(duì)纖維表面僅進(jìn)行了刻蝕;溫度達(dá)到60℃時(shí)，在纖維表面產(chǎn)生了極性基團(tuán)，且表面刻蝕和產(chǎn)生極性基團(tuán)都提高了纖維的黏結(jié)性。
總體而言UHMWPE纖維經(jīng)過(guò)氧化處理后，纖維/樹脂界面的粘結(jié)強(qiáng)度得到了提高，然而纖維自身的斷裂強(qiáng)度會(huì)明顯降低。
5 其他方法
除了上述所介紹的一些常用的方法外，研究工作者們還在努力探索其他的一些改善超高分子量聚乙烯纖維的方法，例如臺(tái)灣的邱顯堂采用在一定的溫度下用吡咯單體和FeCl3飽和溶液浸泡UHMWPE纖維一定的時(shí)間后取出洗凈干燥，然后單絲拉出實(shí)驗(yàn)測(cè)試?yán)w維與樹脂的界面剪切強(qiáng)度，結(jié)果顯示處理后的纖維與樹脂的界面剪切強(qiáng)度提高，且在一定溫度范圍內(nèi)隨著溫度的升高強(qiáng)度隨之增加。接著通過(guò)分析材料的界面電動(dòng)勢(shì)發(fā)現(xiàn)在處理過(guò)程中聚吡咯扮演了電勢(shì)轉(zhuǎn)換體的作用使得纖維和樹脂的粘合力增加。
以色列的YachinCohen等人在一定的溫度下將UHMWPE纖維在含有UHMWPE的煤油中溶脹,然后將纖維驟冷的方法進(jìn)行表面處理。該方法使纖維表面形成刷形的結(jié)晶，從而增大纖維與樹脂的接觸面積提高纖維與樹脂的界面粘結(jié)力。該方法由于處理時(shí)間短，進(jìn)而克服了間歇作業(yè)帶來(lái)的局限性，并且反應(yīng)液可以循環(huán)使用。該方法的整個(gè)操作過(guò)程比較簡(jiǎn)便，且易于控制。因此該方法比較容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化。
