Površinska obrada UHMWPE vlakana

Površinska obrada UHMWPE vlakana može se podijeliti na fizičku modifikaciju i kemijsku modifikaciju prema različitim principima metoda obrade. Prema različitim modificiranim medijima koji se koriste, mnoge metode se mogu podijeliti. Kada se proučava efekat modifikacije, treba napomenuti da metoda često ima karakteristike fizičke i hemijske modifikacije. Stoga se u nastavku rasprave klasificiraju prema specifičnoj obradi medija.
Tretman plazmom
Tretman plazmom se dijeli na dvije vrste: niskotemperaturni tretman plazmom i površinski tretman plazma grafta.
Takozvana HMWPE vlakna niskotemperaturna površinska obrada plazmom je usisavanje očišćenog HMWPE vlakna između dvije ploče uređaja za tretman plazmom, pokretanje uređaja za generiranje plazme u okruženju manje od 40 Pa, izvođenje niskotemperaturne obrade plazmom na vlakna na određeni vremenski period, a zatim uklonite vlakno za skladištenje.
Takozvana površinska obrada plazma graftom UHMWPE vlakana je da se očišćeno UHMWPE vlakno uroni u otopinu monomera, izvadi nakon određenog vremenskog perioda i stavi u niskotemperaturni plazma uređaj za daljnju obradu. Nakon tretmana, aktivne tačke se stvaraju na površini vlakana kako bi se pokrenula polimerizacija grafta monomera na površini vlakna. Na kraju, homopolimer na površini vlakana je ispran acetonom i pohranjen za kasniju upotrebu.
Slab vezivni sloj (WBL) formiran na površini UHMWPE vlakana u procesu predenja je dodatno umrežen ultraljubičastim zračenjem plazme, a koheziona čvrstoća površine UHMWPE vlakana je poboljšana. Osim toga, na površini vlakna nakon tretmana plazmom mogu se formirati različite aktivne grupe, kao što su: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - i druge aktivne grupe koje pogoduju hemikalijama kombinacija vlakana i matrične smole. Plazma tretman također stvara žljebove na površini vlakana i povećava hrapavost površine, što pogoduje mehaničkom vezivanju s matricom. Performanse HMWPE vlakana kao kompozitnog materijala uvelike su poboljšane ovom metodom, a međuslojna čvrstoća na smicanje je povećana za više od 3 puta. Međutim, stopa slabljenja aktivnih grupa UHMWPE vlakana nakon površinske obrade plazmom je relativno velika, a stopa slabljenja je jedna trećina u dva sata. A metoda tretmana zahtijeva visok vakuum, zahtijeva pritisak manji od 40 Pa. Stoga je površinskom obradom UHMWPE vlakana plazmom teško postići kontinuiranu hemijsku industrijsku proizvodnju.
Tretman koronskim pražnjenjem
Takozvana površinska obrada koronskim pražnjenjem od UHMWPE vlakana je postavljanje očišćenog UHMWPE vlakna između dvije ploče uređaja za korona tretman pod normalnim pritiskom za opterećenje oko 60 KV visokog napona, snaga je oko 350 W, tako da je zrak ioniziran, korona se generiše, a tretman se stavlja na upotrebu nakon određenog vremena.
Površinska obrada koronskim pražnjenjem može nagrizati površinu UHMWPE vlakana, povećati kontaktnu površinu između vlakna i smole i formirati mehaničko mrežno djelovanje nakon stvrdnjavanja smole na površini vlakana. Veličina mehaničke mreže usko je povezana sa stepenom infiltracije smole na vlakno i kontaktnom površinom između smole i vlakna, ali maksimalna snaga ovog fizičkog djelovanja je samo 24 KJ · mol-1. Stoga je ograničeno poboljšati međufaznu čvrstoću vezivanja vlakana i smole samo koronskim pražnjenjem. Za industrijsku obradu poliolefinskih filmova prijavljen je samo tretman koronskim pražnjenjem. Iako se neki industrijski proizvodi od HMWPE vlakana trenutno tretiraju jednostavnim koronskim pražnjenjem, učinak nije baš očigledan. A tretman koronskim pražnjenjem je u velikoj mjeri ograničen povremenim radom. Zbog toga je veoma teško realizovati industrijalizaciju i kontinuitet tretmana koronskog pražnjenja.
Površinsko presađivanje izazvano zračenjem
Takozvani tretman površinskog presađivanja izazvanog zračenjem UHMWPE vlakana je polimerizacija drugog monomera na površini vlakna zračenjem i stvaranje puferskog sloja koji se može usko vezati s matriksom, kako bi se poboljšala adhezija između vlakana. i matrica. Obično je izvor zračenja 60C, gama zračenje/ultraljubičasto svjetlo, itd., u kojem ultraljubičasto svjetlo pokreće fotosenzibilizator, kao što je benzofenon (BP), a zatim fotosenzibilizator inicira cijepljenje monomera na površinu UHMWPE vlakna. Trenutno, drugi monomer koji se koristi je propilen monomer, kao što su: akrilna kiselina (AA), akrilamid (AM), glicidil metakrilat (GMA) i tako dalje.
UHMWPE vlakna UV-pokrenuta umrežavajuća površinska obrada može ostvariti kontinuirani proces u teoriji, a utječe samo na tanak površinski sloj, tako da ima izglede za industrijsku primjenu. Međutim, budući da vlakno mora biti zračeno u određenom vremenskom periodu, povremeni rad ograničava njegovu primjenu u velikoj mjeri.
Proces oksidacije
Metoda takozvane UHMWPE oksidirajuće površinske obrade vlakana je oksidacija površine vlakana kemijskim agensima ili plinovima, kako bi se promijenila hrapavost površine vlakana i sadržaj polarnih grupa na površini. Prema oksidacionom mediju mogu se podijeliti na mokru metodu i suhu metodu u dvije kategorije. Vlažna metoda je oksidacija tečne faze, uobičajeni mediji su: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) i tako dalje; Čisto UH2MWPE vlakno se uroni u medijum, izvadi nakon oksidacionog tretmana na određenoj temperaturi za određeno vreme i opere do neutralnog; Operite u dejonizovanoj vodi nekoliko puta, osušite i ostavite sa strane. Suha metoda je metoda oksidacije u plinskoj fazi, najčešće korištena fotooksidacija i oksidacija ozona; Nakon prethodnog tretmana, čisto UHMWPE vlakno se izlaže srednjem gasu, izvlači se na određeno vreme reakcije, čisti jonizovanom vodom, suši za upotrebu.
Metoda tečne oksidacije je relativno blaga i laka za kontrolu, ali operacija je glomazna, zahtjevi za opremom su visoki, a zagađenje je ozbiljno. U procesu oksidacije u gasnoj fazi, oprema je jednostavna, rad je zgodan, a kontinuirana proizvodnja je laka, ali je teško kontrolisati stepen oksidacije, što može dovesti do toga da stepen oksidacije bude predubok i dovede do smanjenja snage vlakana. odbiti. Ukratko, da bi se postigla kontinuirana oksidaciona obrada površine, potrebno je izvršiti određena poboljšanja u metodama rada i opremi.
Hemijsko umrežavanje
Metoda kemijskog umrežavanja je direktna upotreba inicijatora za pokretanje cijepljenja monomera na površini vlakna, slično metodi cijepljenja inicirano zračenjem, ali može izbjeći metodu cijepljenja ozračivanjem u ulaganju u opremu, ova metoda je jednostavan proces, lako se postiže industrijska kontinuirana proizvodnja.
Lang Yanqing et al. koristio peroksid kao inicijator za izvođenje modifikacije silanskog umrežavanja na UHMWPE vlaknima. Studija je otkrila da su nakon modifikacije silana molekule silana cijepljene na površinu vlakna, što je povećalo broj i polaritet kemijskih funkcionalnih grupa na površini vlakna, čime je poboljšano svojstvo vezivanja između vlakna i matrične smole. Nakon tretmana graftom, na površini vlakna se pojavilo više oznaka, što je povećalo efekat mehaničkog spajanja između vlakna i smole i povećalo međuslojnu čvrstoću na smicanje kompozita, koja je bila 2,45 puta veća od kompozita prije modifikacije. Istovremeno, otpornost na puzanje modificiranih vlakana je također poboljšana.
Druge metode obrade
Pored tretmana plazmom, oksidacija hemijskim reagensima, površinsko presađivanje i tretman koronskim pražnjenjem, metode kalandranja i oblaganja mogu poboljšati svojstva vezivanja UHMWPE vlakana i matrice smole do određene mere.
Metoda kalandranja je da se UHMWPE vlakno mijenja iz originalnog kružnog presjeka u ravan oblik nakon djelovanja para valjaka za presovanje, tako da se kontaktna površina u kompozitu povećava, a svojstva vezivanja se do određene mjere poboljšavaju. , ali nije očigledno. Metoda premazivanja je premazivanje sloja reagensa na površini UHMWPE vlakana. Od dosadašnje industrijske proizvodnje polietilenskih vlakana ultra visoke molekularne težine, idealan reagens nije razvijen za premazivanje. Ovaj reagens bi trebao djelovati kao sredstvo za spajanje kako bi se poboljšala svojstva vezivanja između UHMWPE vlakana i matrice. Učinak ovih metoda na poboljšanje međuslojne adhezije između UHMWPE vlakana i matrice nije očigledan, tako da modifikacija ovih metoda nije toliko velika kao kod prethodnih metoda.
Zbog postojećih metoda, uz poboljšanje kvašljivosti vlakana, mehanička svojstva tretiranih vlakana će biti smanjena u različitom stupnju, a primjena vlakana će biti ograničena. Neki ljudi su predložili kompozitnu metodu tretmana za tretiranje UHMWPE vlakana, koja može riješiti ovaj problem. Wang Chengzhong i dr. izvršio je složenu površinsku obradu UHMWPE vlakana oksidacijom tečne faze hromnom kiselinom i premazom nano silicijum-sola i proučavao svojstva interfejsa kompozita UHMWPE vlakno/epoksidna smola. Rezultati pokazuju da i oksidacija tečne faze i površinski premaz mogu poboljšati svojstva sučelja kompozitnih materijala, ali je vrijeme tretmana oksidacije tekuće faze predugo, snaga vlakana će biti smanjena, dok kompozitni tretman ima sinergistički učinak, ne može smanjiti čvrstoću vlakana, ali uvelike poboljšati međuslojnu smičnu čvrstoću kompozitnih materijala, je efikasna metoda površinske obrade.