超高分子量聚乙烯纤维复合材料用基体研究进展
摘 要：本文从热固性树脂和热塑性树脂两方面对超高分子量聚乙烯纤维复合材料用树脂基体进行了综述，着重介绍了环氧树脂、乙烯基酯树脂、聚乙烯树脂等体系的特点及新研究进展，叙述了研究过程中存在和急需解决的问题，并对超高分子量聚乙烯纤维复合材料用树脂基体的发展趋势进行了展望。
1 引 言
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维也称超高模量聚乙烯（UHMPE）纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维，它是由分子量超百万（现已发展到400~500万）的聚乙烯通过凝胶纺丝后，经高倍拉伸而形成的一种纤维，这种纤维密度低、质量轻〔密度为0.97g/cm3〕，由于纤维经高倍拉伸作用，其结晶度和轴向取向度都很高（结晶度高达99%，轴向取向度达95%以上），从而使纤维的初始模量高达100 GPa，轴向拉伸强度高达3~7GPa,而且纤维具有良好的耐化学性能、耐磨性、耐冲击性能，吸水率很小，与生物的相容性能好等优点。UHMWPE纤维增强复合材料轴向拉伸比强度和比模量高，能量吸收性能优异，抗湿性和抗化学腐蚀性能良好，耐磨性能优越，电绝缘和耐紫外光性能良好，这是现有其它高性能纤维的复合材料所无法比拟的。UHMWPE纤维增强复合材料被广泛应用于建筑、医学、运动、航空航天等许多重要领域。
2 超高分子量聚乙烯纤维复合材料用基体
复合材料是由增强材料和基体材料两部分组成的。其中，复合材料基体材料包括三大类：金属基、高分子树脂基、陶瓷基。超高分子量聚乙烯纤维复合材料只使用高分子树脂基体。高分子树脂在纤维复合材料中的作用主要是提供适当的界面结合强度，避免纤维在拉伸、冲击等外力作用下产生滑移，充分发挥纤维的增强特性。树脂基体的性质和含量，特别是与纤维形成的界面层性质，直接影响到复合材料的终力学性质。
UHMWPE纤维在熔点（150℃）以上处于高弹态，熔体延展性差，受力易断裂，受热后收缩较大，对纤维性能影响很大；UHMWPE纤维表面的化学惰性特别突出，表面活性低，与基体树脂的浸润性和粘结性均不好，导致复合材料层间剪切强度(ILSS)低。由于UHMWPE纤维具有上述不足之处，所以复合材料用基体树脂必需具备以下基本条件：①能改善界面的相容性、粘接性，对纤维具有良好的浸润性；②固化温度一般不能高于120℃；③满足UHMWPE纤维复合材料作为结构材料、介电材料、防弹材料等方面的性能要求。现将基本满足以上条件的基体树脂根据其热行为分为热固性和热塑性树脂两大类分别予以介绍。
2.1 热固性树脂[-page-]
热固性树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热既不软化，也不溶解，它的优点是耐热性高，受压不易变形，具有可设计性，是早被广泛应用于复合材料的基体。
2.1.1 环氧树脂（EPR）
环氧树脂（EPR）是纤维增强高性能复合材料的主要基体树脂，也是UHMWPE纤维增强复合材料的重要基体。EPR具有优异的粘接性、机械强度、电绝缘性、耐腐蚀性，可在120℃条件下长期使用。但是由于EPR交联网络结构的特点，固化后质脆，耐冲击和应力开裂的能力较差，导致其复合材料的断裂韧性难以满足工程技术的要求，从而限制了复合材料在某些领域的应用，而且EPR的线膨胀系数与纤维相差大，对纤维的浸润性不够好，EPR在湿热条件下力学性能会下降，不能长期使用。AndreoPoulos等人发现在湿热条件下，以EPR树脂为基体的UHMWPE纤维增强复合材料的弯曲强度和ILSS都有不同程度的下降。因此在UHMWPE纤维增强复合材料中使用EPR时往往需经过改性，如在EPR中加入增韧成分，以提高EPR及其复合材料的韧性。常见增韧改性方法有热塑性树脂增韧、橡胶增韧及互穿网络（IPN）结构聚合物增韧。S.P.Lin等人提出用聚氨酯（PU）改性EPR，形成PU/EPR互穿网络结构作为UHMWPE纤维增强复合材料的基体，结果表明以PU/EPR互穿网络结构为基体的UHMWPE复合材料比以EPR为基体的复合材料在流变性、弯曲强度和剪切强度等许多方面都有了明显的改善。
由于UHMWPE纤维的熔点低，若采用传统的EPR工艺，固化温度为140~150℃，此时纤维产生严重收缩。蔡忠龙等采用一种特殊的树脂体系，它以EPR为主，加入酚羟基丙烷的甘油连气基醚以及固化剂，在125℃下固化。在这种树脂体系复合成的UHMWPE纤维增强复合材料的力学性能中，由纤维优越的拉伸性能控制的纵向拉伸强度和模量较高，但是复合材料的横向拉伸、弯曲和层间剪切性能因受纤维压缩性能低和界面粘结弱的影响都不甚理想。
2.1.2 乙烯基酯树脂（VER）
乙烯基酯树脂（VER）是EPR与不饱和一元酸加成反应的产物，它兼具EPR的粘接性和不饱和聚酯树脂（UPR）的工艺性，且由于乙烯基酯中含有羟基，而经基对UHMWPE纤维有很好的浸润性，所以VER与UHMWPE纤维具有良好的粘接性。作为UHMWPE纤维复合材料基体研究得较成熟的是环氧甲基丙烯酸VER,环氧丙烯酸VER、异氰酸酯改性的VER。郎彦庆等将表面处理后的UHMWPE纤维与VFR复合，通过扫描电镜观察、红外光谱漫反射分析、纤维浸润性及复合材料的ILSS测定，结果显示表面处理后的UHMWPE纤维与VER复合后具有较高的结合强度。Sung In Moon等用UHMWPE纤维来增强VER以制备复合材料。[-page-] 他们先以VER:DAP:BPO:丙酮＝100:20:1.2:1.5的比例制备树脂混合物，通过手糊的方法将树脂混合物均匀地涂在UHMWPE布上，然后在30℃将涂好的UHMWPE布放入真空烘箱中lOmin以除去丙酮，再在温度为100℃、压力为2.4MPa的条件下热压成型，制备复合材料标准样品。另外，他们将UHMWPE纤维在相同条件下分别与VER和EPR复合，并比较了两种树脂与UHMWPE纤维之间的界面剪切强度，结果表明，由邻苯二甲酸二丙烯酯固化的VER(端羧基丁腈橡胶改性）比由亚甲基二苯胺固化的双酚A二缩水甘油醚型EPR具有更高的抗剪强度。提高VER的韧性，可采用橡胶类弹性体、热塑性树脂、刚性粒子等进行改性；PU改性VER，由于氨基甲酸酯的不饱和性可增强对纤维的浸润性和层间粘接性，提高树脂与纤维的相容性，从而提高制品强度。
2.1.3 酚醛树脂（PFR）
酚醛树脂（PFR）是坦克装甲防护早使用的树脂基体材料之一。PFR具有机械强度高，性能稳定，坚硬耐磨、耐热、阻燃、耐溶剂、吸湿率小及尺寸稳定性好等特点。但是PFR脆性大、韧性差、粘结力小，在防弹性能和其他综合性能要求中，需对基体进行改性，以提高它的抗冲击性、对纤维的粘接性以及耐热、耐烧蚀性。研究表明：经聚酰胺改性的PFR的冲击性和粘结性得到了明显改善。硼酚醛、钥酚醛、有机硅改性酚醛提高了PFR的耐热耐烧蚀性。
2.1.4 碳氢树脂（PHC）
王耀先等采用合成的热固性碳氢树脂(PHC)作基体，UHMWPE纤维作增强材料，通过普通的成型工艺制得新型介电复合材料。由于所用纤维和基体都是非极性材料，结构相似，两者具有良好的相容性，制得的复合材料界面粘结强度高、介电性能优异、综合力学性能好、耐化学腐蚀性能优良、吸湿率极小，是一类理想的高性能透波复合材料。PHC基体室温下为液体，具有与EPR相似的工艺性，对纤维浸润性好，固化过程中无低分子副产物析出，可在常压或低压下成型，适合于多种成型工艺使用，可用于制作任意形状和尺寸的产品，比热塑性聚乙烯基体具有更好的成型工艺性和耐热性，适于制备大尺寸、形状复杂和尺寸精度要求较高的高性能宽频高透波率复合材料结构件和压力容器。
2.2 热塑性树脂
目前热塑性复合材料的发展非常迅速，已应用于要求重量轻、强度高、耐磨损领域中，如航空、机械、造船、建筑和电器工业等，改善了热固性复合材料固有的延伸率低、吸湿、环境适应性差、加工周期长、难以回收等不足。但是，以热塑性树脂为基体的复合材料耐热性较差、成型加工困难，这就大大限制了热塑性树脂及其复合材料的使用范围。
2.2.1 聚乙烯树脂（PE）[-page-]
UHMWPE纤维与聚乙烯(PE)树脂化学结构和结晶形态相似，成型时纤维表面会发生局部熔融，在基体和纤维表面之间会发生外延结晶或共结晶过程，因此这两种材料界面相容性好，具有相对较好的粘接性，但是这类复合材料成型加工困难。
PE树脂可分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）及UHMWPE树脂。其中，HDPE树脂结晶度高，耐冲击性差；LDPE树脂结晶度低，断裂伸长率高，但拉伸强度较低；LLDPE树脂的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率及耐高低温性能都优于HDPE树脂和LDPE树脂。采用分子结构类似的PE树脂作为UHMWPE纤维的基体，可以得到“无界面”的复合材料，而且满足回收再利用的现代环保要求。J.Maity等人研究了氟化的UHMWPE增强LDPE树脂复合材料，并对其结构和性能进行了表征，结果表明所得复合材料为均相复合材料，材料结构缺陷减少，材料的结晶性和拉伸模量都较为理想。Linda Vaisman等人研究了澳化的UHMWPE纤维增强HDPE树脂复合材料的结晶形态学和介电性能，研究表明由于基体在纤维表面会产生一层横晶层，PE/PE复合材料会出现更加明显的α松弛过程，并出现在HDPE及UHMWPE纤维不会出现的β松弛过程，并且PE/PE复合材料中，γ松弛过程变得较弱。Cohen等人对UHMWPE纤维增强UHMWPE树脂复合材料进行了研究，他们先将UHMWPE树脂涂布在UHMWPE纤维上，然后层压成无纬片，后将其按所需的形状裁剪，加压加热模压成型后得到复合材料。这种复合材料与其它已知纤维增强复合材料的力学性能比较如表1。
由表1可知，UHMWPE纤维/UHMWPE复合材料的力学性能较好，但是这种复合材料在实际应用中尚存在一些难点，主要是：①取向的UHMWPE纤维的熔融温度（142℃）和未取向的UHMWPE树脂的熔融温度（138℃）相差很小，采用熔融结晶的方法在纤维上涂布树脂可能会损坏纤维的力学性能；②UHMWPE树脂密度高，分子量达到数百万，因此在模压过程中因粘度高、流动困难，难以加工；③未处理的UHMWPE纤维与UHMWPE树脂的粘接性相对较差。[-page-]
2.2.2 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）透明度优良、耐老化性好，抗碎裂能力高，有良好的绝缘性和机械强度，对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能，易加工。UHMWPE纤维/PMMA复合材料具有良好的摩擦磨损性能。研究表明，随着UHMWPE纤维体积百分含量的增加，UHMWPE纤维/PMMA复合材料的强度增大、磨损率逐渐减小。纤维体积含量为40%时，其磨损率仅为基体磨损率的50%左右。但当纤维含量讨低时．纤维因拉伸或剪切而断裂．增强效果并不明显；纤维含量过高，材料内部出现不均匀和缺陷纤维磨损断裂的碎片以及纤维从基体中脱离增多、破坏了复合材料和偶件之间形成的转移膜从而导致磨损增加。
2.2.3 聚氨酯（PU）
热塑性聚氨酯（PU）中含有柔性的分子链，弯曲、冲击等力学性能较好，吸收能力强，有较强的剥离强度和化学稳定性，以及优异的耐低温性能，被认为是理想的防弹材料用基体。但由于PU属于弹性体，高温蠕变明显，很难适应目前UHMWPE纤维复合材料作为结构材料使用时对综合性能的较高要求。因此国内外学者对PU弹性体的改性作了大量研究，如纳米粒子共混改性、聚合物共混改性、熔融共混改性。另外，互穿网络（IPN）改性是使PU弹性体成为UHMWPE纤维复合材料用优良基体的一种较好的改性方法。采用PA、UPR、聚硅氧烷（PSO）、聚苯乙烯（PS)以及聚乙烯基毗咯烷酮(PVP)等对PU进行IPN改性均可达到理想的改性目的。
3 结 语
由于UHMWPE纤维表面呈化学惰性，与基体树脂的界面粘结性差，导致复合材料的ILSS很低，这限制了其在高性能复合材料中的应用。在目前的研究报道中，所用树脂基体与UHMWPE纤维的界面粘结性都不够理想。为改善界面性能，解决的途径均是从纤维入手，对纤维进行表面处理。虽然纤维表面处理的方法很多，但目前尚无有效的连续在线表面处理方法。纤维表面经处理后，ILSS虽然有所提高，但复合材料的拉伸强度却明显下降。因此提高基体树脂与UHMWPE纤维之间的界面粘结性成为该类复合材料研究和生产过程中的重要问题。为了提高UHMWPE纤维与基体的界面粘结性，可换一个思路考虑。我们提出的思路是从研究树脂基体着手，根据相似相溶原理和UHMWPE纤维的结构特点，合成一种结构与UHMWPE纤维相似、且与纤维表面有亲液性的树脂作基体，结构上的特点使树脂对纤维具有良好的润湿性，因而无须对纤维进行非常复杂而效果又不甚理想的表面处理。我们有理由相信该研究思路会成为UHMWPE纤维复合材料用树脂基体的一个重要发展方向。
1 引 言
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维也称超高模量聚乙烯（UHMPE）纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维，它是由分子量超百万（现已发展到400~500万）的聚乙烯通过凝胶纺丝后，经高倍拉伸而形成的一种纤维，这种纤维密度低、质量轻〔密度为0.97g/cm3〕，由于纤维经高倍拉伸作用，其结晶度和轴向取向度都很高（结晶度高达99%，轴向取向度达95%以上），从而使纤维的初始模量高达100 GPa，轴向拉伸强度高达3~7GPa,而且纤维具有良好的耐化学性能、耐磨性、耐冲击性能，吸水率很小，与生物的相容性能好等优点。UHMWPE纤维增强复合材料轴向拉伸比强度和比模量高，能量吸收性能优异，抗湿性和抗化学腐蚀性能良好，耐磨性能优越，电绝缘和耐紫外光性能良好，这是现有其它高性能纤维的复合材料所无法比拟的。UHMWPE纤维增强复合材料被广泛应用于建筑、医学、运动、航空航天等许多重要领域。
2 超高分子量聚乙烯纤维复合材料用基体
复合材料是由增强材料和基体材料两部分组成的。其中，复合材料基体材料包括三大类：金属基、高分子树脂基、陶瓷基。超高分子量聚乙烯纤维复合材料只使用高分子树脂基体。高分子树脂在纤维复合材料中的作用主要是提供适当的界面结合强度，避免纤维在拉伸、冲击等外力作用下产生滑移，充分发挥纤维的增强特性。树脂基体的性质和含量，特别是与纤维形成的界面层性质，直接影响到复合材料的终力学性质。
UHMWPE纤维在熔点（150℃）以上处于高弹态，熔体延展性差，受力易断裂，受热后收缩较大，对纤维性能影响很大；UHMWPE纤维表面的化学惰性特别突出，表面活性低，与基体树脂的浸润性和粘结性均不好，导致复合材料层间剪切强度(ILSS)低。由于UHMWPE纤维具有上述不足之处，所以复合材料用基体树脂必需具备以下基本条件：①能改善界面的相容性、粘接性，对纤维具有良好的浸润性；②固化温度一般不能高于120℃；③满足UHMWPE纤维复合材料作为结构材料、介电材料、防弹材料等方面的性能要求。现将基本满足以上条件的基体树脂根据其热行为分为热固性和热塑性树脂两大类分别予以介绍。
2.1 热固性树脂[-page-]
热固性树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热既不软化，也不溶解，它的优点是耐热性高，受压不易变形，具有可设计性，是早被广泛应用于复合材料的基体。
2.1.1 环氧树脂（EPR）
环氧树脂（EPR）是纤维增强高性能复合材料的主要基体树脂，也是UHMWPE纤维增强复合材料的重要基体。EPR具有优异的粘接性、机械强度、电绝缘性、耐腐蚀性，可在120℃条件下长期使用。但是由于EPR交联网络结构的特点，固化后质脆，耐冲击和应力开裂的能力较差，导致其复合材料的断裂韧性难以满足工程技术的要求，从而限制了复合材料在某些领域的应用，而且EPR的线膨胀系数与纤维相差大，对纤维的浸润性不够好，EPR在湿热条件下力学性能会下降，不能长期使用。AndreoPoulos等人发现在湿热条件下，以EPR树脂为基体的UHMWPE纤维增强复合材料的弯曲强度和ILSS都有不同程度的下降。因此在UHMWPE纤维增强复合材料中使用EPR时往往需经过改性，如在EPR中加入增韧成分，以提高EPR及其复合材料的韧性。常见增韧改性方法有热塑性树脂增韧、橡胶增韧及互穿网络（IPN）结构聚合物增韧。S.P.Lin等人提出用聚氨酯（PU）改性EPR，形成PU/EPR互穿网络结构作为UHMWPE纤维增强复合材料的基体，结果表明以PU/EPR互穿网络结构为基体的UHMWPE复合材料比以EPR为基体的复合材料在流变性、弯曲强度和剪切强度等许多方面都有了明显的改善。
由于UHMWPE纤维的熔点低，若采用传统的EPR工艺，固化温度为140~150℃，此时纤维产生严重收缩。蔡忠龙等采用一种特殊的树脂体系，它以EPR为主，加入酚羟基丙烷的甘油连气基醚以及固化剂，在125℃下固化。在这种树脂体系复合成的UHMWPE纤维增强复合材料的力学性能中，由纤维优越的拉伸性能控制的纵向拉伸强度和模量较高，但是复合材料的横向拉伸、弯曲和层间剪切性能因受纤维压缩性能低和界面粘结弱的影响都不甚理想。
2.1.2 乙烯基酯树脂（VER）
乙烯基酯树脂（VER）是EPR与不饱和一元酸加成反应的产物，它兼具EPR的粘接性和不饱和聚酯树脂（UPR）的工艺性，且由于乙烯基酯中含有羟基，而经基对UHMWPE纤维有很好的浸润性，所以VER与UHMWPE纤维具有良好的粘接性。作为UHMWPE纤维复合材料基体研究得较成熟的是环氧甲基丙烯酸VER,环氧丙烯酸VER、异氰酸酯改性的VER。郎彦庆等将表面处理后的UHMWPE纤维与VFR复合，通过扫描电镜观察、红外光谱漫反射分析、纤维浸润性及复合材料的ILSS测定，结果显示表面处理后的UHMWPE纤维与VER复合后具有较高的结合强度。Sung In Moon等用UHMWPE纤维来增强VER以制备复合材料。[-page-] 他们先以VER:DAP:BPO:丙酮＝100:20:1.2:1.5的比例制备树脂混合物，通过手糊的方法将树脂混合物均匀地涂在UHMWPE布上，然后在30℃将涂好的UHMWPE布放入真空烘箱中lOmin以除去丙酮，再在温度为100℃、压力为2.4MPa的条件下热压成型，制备复合材料标准样品。另外，他们将UHMWPE纤维在相同条件下分别与VER和EPR复合，并比较了两种树脂与UHMWPE纤维之间的界面剪切强度，结果表明，由邻苯二甲酸二丙烯酯固化的VER(端羧基丁腈橡胶改性）比由亚甲基二苯胺固化的双酚A二缩水甘油醚型EPR具有更高的抗剪强度。提高VER的韧性，可采用橡胶类弹性体、热塑性树脂、刚性粒子等进行改性；PU改性VER，由于氨基甲酸酯的不饱和性可增强对纤维的浸润性和层间粘接性，提高树脂与纤维的相容性，从而提高制品强度。
2.1.3 酚醛树脂（PFR）
酚醛树脂（PFR）是坦克装甲防护早使用的树脂基体材料之一。PFR具有机械强度高，性能稳定，坚硬耐磨、耐热、阻燃、耐溶剂、吸湿率小及尺寸稳定性好等特点。但是PFR脆性大、韧性差、粘结力小，在防弹性能和其他综合性能要求中，需对基体进行改性，以提高它的抗冲击性、对纤维的粘接性以及耐热、耐烧蚀性。研究表明：经聚酰胺改性的PFR的冲击性和粘结性得到了明显改善。硼酚醛、钥酚醛、有机硅改性酚醛提高了PFR的耐热耐烧蚀性。
2.1.4 碳氢树脂（PHC）
王耀先等采用合成的热固性碳氢树脂(PHC)作基体，UHMWPE纤维作增强材料，通过普通的成型工艺制得新型介电复合材料。由于所用纤维和基体都是非极性材料，结构相似，两者具有良好的相容性，制得的复合材料界面粘结强度高、介电性能优异、综合力学性能好、耐化学腐蚀性能优良、吸湿率极小，是一类理想的高性能透波复合材料。PHC基体室温下为液体，具有与EPR相似的工艺性，对纤维浸润性好，固化过程中无低分子副产物析出，可在常压或低压下成型，适合于多种成型工艺使用，可用于制作任意形状和尺寸的产品，比热塑性聚乙烯基体具有更好的成型工艺性和耐热性，适于制备大尺寸、形状复杂和尺寸精度要求较高的高性能宽频高透波率复合材料结构件和压力容器。
2.2 热塑性树脂
目前热塑性复合材料的发展非常迅速，已应用于要求重量轻、强度高、耐磨损领域中，如航空、机械、造船、建筑和电器工业等，改善了热固性复合材料固有的延伸率低、吸湿、环境适应性差、加工周期长、难以回收等不足。但是，以热塑性树脂为基体的复合材料耐热性较差、成型加工困难，这就大大限制了热塑性树脂及其复合材料的使用范围。
2.2.1 聚乙烯树脂（PE）[-page-]
UHMWPE纤维与聚乙烯(PE)树脂化学结构和结晶形态相似，成型时纤维表面会发生局部熔融，在基体和纤维表面之间会发生外延结晶或共结晶过程，因此这两种材料界面相容性好，具有相对较好的粘接性，但是这类复合材料成型加工困难。
PE树脂可分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）及UHMWPE树脂。其中，HDPE树脂结晶度高，耐冲击性差；LDPE树脂结晶度低，断裂伸长率高，但拉伸强度较低；LLDPE树脂的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率及耐高低温性能都优于HDPE树脂和LDPE树脂。采用分子结构类似的PE树脂作为UHMWPE纤维的基体，可以得到“无界面”的复合材料，而且满足回收再利用的现代环保要求。J.Maity等人研究了氟化的UHMWPE增强LDPE树脂复合材料，并对其结构和性能进行了表征，结果表明所得复合材料为均相复合材料，材料结构缺陷减少，材料的结晶性和拉伸模量都较为理想。Linda Vaisman等人研究了澳化的UHMWPE纤维增强HDPE树脂复合材料的结晶形态学和介电性能，研究表明由于基体在纤维表面会产生一层横晶层，PE/PE复合材料会出现更加明显的α松弛过程，并出现在HDPE及UHMWPE纤维不会出现的β松弛过程，并且PE/PE复合材料中，γ松弛过程变得较弱。Cohen等人对UHMWPE纤维增强UHMWPE树脂复合材料进行了研究，他们先将UHMWPE树脂涂布在UHMWPE纤维上，然后层压成无纬片，后将其按所需的形状裁剪，加压加热模压成型后得到复合材料。这种复合材料与其它已知纤维增强复合材料的力学性能比较如表1。
由表1可知，UHMWPE纤维/UHMWPE复合材料的力学性能较好，但是这种复合材料在实际应用中尚存在一些难点，主要是：①取向的UHMWPE纤维的熔融温度（142℃）和未取向的UHMWPE树脂的熔融温度（138℃）相差很小，采用熔融结晶的方法在纤维上涂布树脂可能会损坏纤维的力学性能；②UHMWPE树脂密度高，分子量达到数百万，因此在模压过程中因粘度高、流动困难，难以加工；③未处理的UHMWPE纤维与UHMWPE树脂的粘接性相对较差。[-page-]
2.2.2 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）透明度优良、耐老化性好，抗碎裂能力高，有良好的绝缘性和机械强度，对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能，易加工。UHMWPE纤维/PMMA复合材料具有良好的摩擦磨损性能。研究表明，随着UHMWPE纤维体积百分含量的增加，UHMWPE纤维/PMMA复合材料的强度增大、磨损率逐渐减小。纤维体积含量为40%时，其磨损率仅为基体磨损率的50%左右。但当纤维含量讨低时．纤维因拉伸或剪切而断裂．增强效果并不明显；纤维含量过高，材料内部出现不均匀和缺陷纤维磨损断裂的碎片以及纤维从基体中脱离增多、破坏了复合材料和偶件之间形成的转移膜从而导致磨损增加。
2.2.3 聚氨酯（PU）
热塑性聚氨酯（PU）中含有柔性的分子链，弯曲、冲击等力学性能较好，吸收能力强，有较强的剥离强度和化学稳定性，以及优异的耐低温性能，被认为是理想的防弹材料用基体。但由于PU属于弹性体，高温蠕变明显，很难适应目前UHMWPE纤维复合材料作为结构材料使用时对综合性能的较高要求。因此国内外学者对PU弹性体的改性作了大量研究，如纳米粒子共混改性、聚合物共混改性、熔融共混改性。另外，互穿网络（IPN）改性是使PU弹性体成为UHMWPE纤维复合材料用优良基体的一种较好的改性方法。采用PA、UPR、聚硅氧烷（PSO）、聚苯乙烯（PS)以及聚乙烯基毗咯烷酮(PVP)等对PU进行IPN改性均可达到理想的改性目的。
3 结 语
由于UHMWPE纤维表面呈化学惰性，与基体树脂的界面粘结性差，导致复合材料的ILSS很低，这限制了其在高性能复合材料中的应用。在目前的研究报道中，所用树脂基体与UHMWPE纤维的界面粘结性都不够理想。为改善界面性能，解决的途径均是从纤维入手，对纤维进行表面处理。虽然纤维表面处理的方法很多，但目前尚无有效的连续在线表面处理方法。纤维表面经处理后，ILSS虽然有所提高，但复合材料的拉伸强度却明显下降。因此提高基体树脂与UHMWPE纤维之间的界面粘结性成为该类复合材料研究和生产过程中的重要问题。为了提高UHMWPE纤维与基体的界面粘结性，可换一个思路考虑。我们提出的思路是从研究树脂基体着手，根据相似相溶原理和UHMWPE纤维的结构特点，合成一种结构与UHMWPE纤维相似、且与纤维表面有亲液性的树脂作基体，结构上的特点使树脂对纤维具有良好的润湿性，因而无须对纤维进行非常复杂而效果又不甚理想的表面处理。我们有理由相信该研究思路会成为UHMWPE纤维复合材料用树脂基体的一个重要发展方向。
