Površinska obdelava UHMWPE vlaken

Površinsko obdelavo UHMWPE vlaken lahko razdelimo na fizikalno modifikacijo in kemično modifikacijo glede na različne principe metod obdelave. Glede na različne uporabljene modificirane medije je mogoče več metod razdeliti. Pri proučevanju učinka modifikacije je treba upoštevati, da ima metoda pogosto značilnosti fizične in kemične modifikacije. Zato so v naslednji razpravi razvrščeni glede na posebne medije za obdelavo.
Zdravljenje s plazmo
Obdelava s plazmo je razdeljena na dve vrsti: obdelava s plazmo pri nizki temperaturi in površinska obdelava plazemskega presadka.
Tako imenovana nizkotemperaturna plazemska površinska obdelava vlaken HMWPE je vakuumiranje očiščenih vlaken HMWPE med dvema ploščama naprave za plazemsko obdelavo, zagon naprave za generiranje plazme v okolju, manjšem od 40 Pa, izvedba obdelave z nizko temperaturo plazme na vlakna za določen čas, nato pa vlakno odstranite za shranjevanje.
Tako imenovana površinska obdelava plazemskega presadka vlaken UHMWPE je potopitev očiščenega vlakna UHMWPE v raztopino monomera, po določenem času ga vzamemo ven in postavimo v nizkotemperaturno plazemsko napravo za nadaljnjo obdelavo. Po obdelavi se na površini vlaken ustvarijo aktivne točke, ki sprožijo cepilno polimerizacijo monomera na površini vlaken. Na koncu je bil homopolimer na površini vlaken opran z acetonom in shranjen za kasnejšo uporabo.
Šibka vezna plast (WBL), ki nastane na površini vlaken UHMWPE v procesu predenja, je dodatno zamrežena z ultravijoličnim sevanjem plazme, kohezijska trdnost površine vlaken UHMWPE se izboljša. Poleg tega se lahko po plazemski obdelavi na površini vlakna oblikujejo različne aktivne skupine, kot so: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - in druge aktivne skupine, ki spodbujajo kemično kombinacija vlaken in matrične smole. Obdelava s plazmo prav tako povzroči brazde na površini vlaken in poveča površinsko hrapavost, kar vodi k mehanskemu spajanju z matriko. Učinkovitost vlaken HMWPE kot kompozitnega materiala se s to metodo močno izboljša, strižna trdnost vmesnega sloja pa se poveča za več kot 3-krat. Vendar pa je stopnja slabljenja aktivnih skupin UHMWPE vlaken po površinski obdelavi s plazmo razmeroma velika in stopnja slabljenja znaša eno tretjino v dveh urah. Metoda obdelave zahteva visok vakuum, ki zahteva tlak, manjši od 40 Pa. Zato je s plazemsko površinsko obdelavo vlaken UHMWPE težko doseči neprekinjeno kemično industrijsko proizvodnjo.
Zdravljenje s koronsko razelektritvijo
Tako imenovana površinska obdelava s koronsko razelektritvijo iz vlaken UHMWPE je namestitev očiščenih vlaken UHMWPE med dve plošči naprave za obdelavo korone pod normalnim pritiskom, da se naloži približno 60 KV visoke napetosti, moč je približno 350 W, tako da je zrak ioniziran, Corona se ustvari, zdravljenje pa se po določenem času vzame v uporabo.
Površinska obdelava s koronsko razelektritvijo lahko jedka površino vlaken UHMWPE, poveča kontaktno površino med vlakni in smolo ter povzroči mehansko mrežno delovanje po strjevanju smole na površini vlaken. Velikost mehanske mreže je tesno povezana s stopnjo infiltracije smole na vlakno in s kontaktno površino med smolo in vlaknom, vendar je največja moč tega fizičnega delovanja le 24 KJ · mol-1. Zato je omejeno na izboljšanje medfazne vezne trdnosti vlaken in smole samo s koronsko razelektritvijo. Za industrijsko obdelavo poliolefinskih filmov so poročali samo o obdelavi s koronsko razelektritvijo. Čeprav se nekateri industrijski izdelki iz vlaken HMWPE trenutno obdelujejo s preprosto koronsko razelektritvijo, učinek ni zelo očiten. Zdravljenje s koronsko razelektritvijo je v veliki meri omejeno s prekinitvami delovanja. Zato je zelo težko uresničiti industrializacijo in kontinuiteto obdelave koronske razelektritve.
Površinsko cepljenje zaradi obsevanja
Tako imenovana obdelava površinskega cepljenja, povzročena z obsevanjem vlaken UHMWPE, je polimerizacija drugega monomera na površino vlakna s sevanjem in izdelava vmesne plasti, ki jo je mogoče tesno povezati z matriko, da se izboljša oprijem med vlakni. in matrico. Običajno je vir sevanja 60C, žarki gama/ultravijolična svetloba itd., pri čemer ultravijolična svetloba sproži fotosenzibilizator, kot je benzofenon (BP), nato pa fotosenzibilizator sproži cepljenje monomera na površino UHMWPE vlaken. Trenutno je drugi uporabljeni monomer propilenski monomer, kot so: akrilna kislina (AA), akrilamid (AM), glicidil metakrilat (GMA) in tako naprej.
UV-zamrežena površinska obdelava vlaken UHMWPE lahko teoretično uresniči neprekinjen proces in vpliva samo na tanko površinsko plast, zato ima možnost industrijske uporabe. Ker pa mora biti vlakno določen čas obsevano, intermitentno delovanje v veliki meri omejuje njegovo uporabo.
Postopek oksidacije
Tako imenovana metoda oksidacijske površinske obdelave vlaken UHMWPE je oksidacija površine vlaken s kemičnimi sredstvi ali plini, da se spremeni hrapavost površine vlaken in vsebnost polarnih skupin na površini. Glede na oksidacijski medij lahko razdelimo na dve kategoriji mokre metode in suhe metode. Mokra metoda je oksidacija v tekoči fazi, njeni običajni mediji so: K2 Cr2O 2 + H2 SO4, KMnO 4+ HNO3, H2O2 (30%) in tako naprej; Čisto vlakno UH2MWPE se potopi v medij, vzame ven po oksidacijski obdelavi pri določeni temperaturi za določen čas in spere do nevtralnega; Večkrat operite v deionizirani vodi, posušite in odložite. Suha metoda je metoda oksidacije v plinski fazi, pogosto uporabljena fotooksidacija in oksidacija z ozonom; Po predobdelavi je čisto UHMWPE vlakno izpostavljeno srednjemu plinu, vzeto ven za določen reakcijski čas, očiščeno z ionizirano vodo in posušeno za uporabo.
Metoda tekoče oksidacije je razmeroma blaga in enostavna za nadzor, vendar je postopek okoren, zahteve glede opreme so visoke in onesnaženje je resno. V procesu oksidacije plinske faze je oprema preprosta, delovanje je priročno in neprekinjena proizvodnja je enostavna, vendar je stopnjo oksidacije težko nadzorovati, kar lahko povzroči, da je stopnja oksidacije pregloboka in povzroči moč vlaken upad. Skratka, da bi dosegli neprekinjeno oksidacijsko površinsko obdelavo, so potrebne nekatere izboljšave v delovnih metodah in opremi.
Kemično zamreževanje
Metoda kemičnega zamreženja je neposredna uporaba iniciatorja za začetek cepljenja monomera na površini vlaken, podobna metodi cepljenja, ki se začne z obsevanjem, vendar se lahko izogne ​​metodi cepljenja z obsevanjem pri naložbah v opremo, ta metoda je preprost postopek, ki ga je enostavno doseči neprekinjeno industrijsko proizvodnjo.
Lang Yanqing et al. uporabil peroksid kot iniciator za izvedbo modifikacije zamreženja silana na UHMWPE vlaknu. Študija je pokazala, da so bile po modifikaciji silana molekule silana cepljene na površino vlaken, kar je povečalo število in polarnost kemičnih funkcionalnih skupin na površini vlaken, s čimer se je izboljšala vezna lastnost med vlaknom in matrično smolo. Po obdelavi s presadkom se je na površini vlakna pojavilo več oznak, kar je povečalo učinek mehanskega prepletanja med vlaknom in smolo ter povečalo strižno trdnost vmesnega sloja kompozita, ki je bila 2,45-krat večja od kompozita pred modifikacijo. Hkrati se izboljša tudi odpornost proti lezenju modificiranih vlaken.
Druge metode obdelave
Poleg plazemske obdelave, oksidacije s kemičnim reagentom, površinskega cepljenja in obdelave s koronsko razelektritvijo lahko metode kalandriranja in premazovanja do določene mere izboljšajo vezne lastnosti vlaken UHMWPE in smolne matrice.
Metoda kalandriranja je, da se vlakno UHMWPE spremeni iz prvotnega krožnega odseka v ravno obliko po delovanju para stiskalnih valjev, tako da se kontaktna površina v kompozitu poveča in se lastnost lepljenja do določene mere izboljša , vendar ni očitno. Metoda premazovanja je nanos plasti reagenta na površino UHMWPE vlaken. Od dosedanje industrijske proizvodnje polietilenskih vlaken z ultravisoko molekulsko maso ni bil razvit idealen reagent za premazovanje. Ta reagent bi moral delovati kot spojno sredstvo za izboljšanje lastnosti vezi med UHMWPE vlakni in matriko. Učinek teh metod na izboljšanje medslojne adhezije med vlakni UHMWPE in matriko ni očiten, zato modifikacijske raziskave teh metod niso tako velike kot prejšnje metode.
Zaradi trenutnih metod se bodo ob izboljšanju omočljivosti vlaken mehanske lastnosti obdelanih vlaken v različnih stopnjah zmanjšale, uporaba vlaken pa bo omejena. Nekateri ljudje predlagajo sestavljeno metodo obdelave za obdelavo UHMWPE vlaken, ki lahko reši ta problem. Wang Chengzhong et al. izvedli sestavljeno površinsko obdelavo vlaken UHMWPE s tekočo fazno oksidacijo s kromovo kislino in prevleko s soljo nano silicijevega dioksida ter proučevali lastnosti vmesnika kompozita vlaken UHMWPE/epoksi smola. Rezultati kažejo, da lahko tako oksidacija s tekočo fazo kot površinski premaz izboljšata vmesne lastnosti kompozitnih materialov, vendar je čas obdelave s tekočo fazo oksidacije predolg, moč vlaken se bo zmanjšala, medtem ko ima kompozitna obdelava sinergistični učinek, ne more zmanjša trdnost vlaken, vendar močno izboljša strižno trdnost vmesnega sloja kompozitnih materialov, je učinkovita metoda površinske obdelave.