Page 199 - 《精细化工》2023年第2期
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第 2 期 马 锐，等: 高强高模聚乙烯纤维纸基复合材料的制备及性能 ·421·
要是因为，温度较低时，酚醛树脂未完全固化，纤 已被覆盖住。主要是因为树脂浸入到纸基复合材料
维间黏合不够充分，随着热压温度升高，酚醛树脂 中固化时会发生交联、成膜并附着于纤维表面，然
中交联反应和固化反应越来越完全，树脂黏度逐渐 后形成一种较为致密的聚合物薄膜。
变大，使树脂和纤维连接在一起，形成一种较为稳定 2.7 原子力显微镜分析
的三维网状结构，赋予了纸基较好的力学性能。当温 图 13 为浸渍热压前后的 UHMWPE 纤维纸基复
度超过 130 ℃时，UHMWPE 纤维纸基复合材料抗张 合材料表面状况。从图 13a 可以看出，浸渍热压前
指数随着温度的升高而下降，说明温度过高，酚醛树 的 UHMWPE 纤维纸基复合材料表面凹凸不平，其
脂脆性增加，UHMWPE 纤维熔融，纤维强度降低 [14] ， 表面粗糙度为 39.0 nm；而图 13b 中经过浸渍热压后
纸张变脆，强度变小。因此，UHMWPE 纤维纸基复 的 UHMWPE 纤维纸基复合材料表面较为平滑，其
合材料热压温度选择 130 ℃为宜。 粗糙度为 7.8 nm。
综合以上探讨结果，UHMWPE 纤维纸基复合
材料的最佳热压工艺为：热压时间为 15 min，热压
压力为 10 MPa，热压温度为 130 ℃。后文所用
UHMWPE 纤维纸基复合材料均是在此条件下制备
得到。
2.6 扫描电子显微镜分析
图 12 为 UHMWPE 纤维纸基复合材料浸渍热压
前后的 SEM 图。
图 13 UHMWPE 纤维纸基复合材料浸渍热压前后的
AFM 图
Fig. 13 AFM images of UHMWPE fiber paper-based
composite materials before and after impregnation
and hot pressing
图 12 原纸（a）和 UHMWPE 纤维纸基复合材料（b） 由此可知，首先，热压能够抚平纸基表面的“毛
的表面 SEM 图；原纸（c）和 UHMWPE 纤维纸 糙”纤维，其次，酚醛树脂固化后发生交联、成膜
基复合材料（d）截面的 SEM 图 并附着在纤维上，在纸基表面产生了一层平滑且较
Fig. 12 Surface SEM images of raw paper (a) and UHMWPE
fiber paper-based composite materials (b); Cross-section 为致密的聚合物薄膜，纸基表面因此变得平滑。
SEM images of raw paper (c) and UHMWPE fiber 2.8 热重分析
paper-based composite materials (d) 图 14 为 UHMWPE 纤维纸基复合材料浸渍热压
其中，图 12a 和 c 分别为浸渍热压前 UHMWPE 前后的热重曲线。
从图 14 可以看出，样品的失重主要分 3 个阶段：
纤维纸基复合材料的表面和截面图。由 12a 可以看
出，纤维纵横交错，且纤维间存在较大孔隙。从截 300 ℃之前，样品都有轻微的失重，这主要是因为
面观察，纤维之间结合的较为疏散，且在 UHMWPE 样品中吸附的自由水挥发所致 [15] ；第二阶段（300~
纤维上可以清晰地观察到有木浆纤维附着在上面， 450 ℃）中原纸失重率约为 20%，最大分解温度约
纤维之间较为紧密地连接在一起。由于 UHMWPE 为 375 ℃，而 UHMWPE 纤维纸基复合材料的失重
纤维表面光滑无化学结合键，UHMWPE 纤维纸基复 率约为 15%，最大分解温度约为 380 ℃，这一阶段
合材料原纸强度较低，结构疏松。由图 12b、d 可见， 主要是 UHMWPE 纤维纸基复合材料中的纤维分解
UHMWPE 纤维纸基复合材料表面具有纤维纹路，但 所致。由于原纸经过酚醛树脂浸渍热压后，其热稳
纸张表面变得光滑，侧面结构紧实，且纤维间孔隙 定性能略微提升；第三阶段（450~510 ℃）主要是
