Повърхностна обработка на UHMWPE влакна

Повърхностната обработка на UHMWPE влакна може да бъде разделена на физическа модификация и химическа модификация според различни принципи на методите на обработка. В зависимост от използваните различни модифицирани медии много методи могат да бъдат разделени. Когато се изучава ефектът на модификация, трябва да се отбележи, че методът често има характеристики както на физическа модификация, така и на химическа модификация. Следователно в следващата дискусия се класифицират според специфичните медии за обработка.
Плазмено лечение
Плазменото третиране се разделя на два вида: плазмено третиране с ниска температура и повърхностно третиране с плазмен графт.
Така нареченото нискотемпературно плазмено повърхностно третиране на HMWPE влакна е вакуумиране на почистеното HMWPE влакно между двете плочи на устройството за плазмена обработка, стартиране на устройството за генериране на плазма в среда от по-малко от 40Pa, извършване на нискотемпературна плазмена обработка на влакно за определен период от време и след това извадете влакното за съхранение.
Така нареченото плазмено присаждане на повърхността на UHMWPE влакно е потапяне на почистеното UHMWPE влакно в мономерен разтвор, изваждане след определен период от време и поставяне в нискотемпературно плазмено устройство за по-нататъшна обработка. След обработката се генерират активни точки върху повърхността на влакното, за да се задейства присадената полимеризация на мономера върху повърхността на влакното. Накрая, хомополимерът върху повърхността на влакното се измива с ацетон и се съхранява за по-късна употреба.
Слабият свързващ слой (WBL), образуван върху повърхността на UHMWPE влакното в процеса на предене, е допълнително омрежен от ултравиолетовото лъчение на плазмата и кохезионната сила на повърхността на UHMWPE влакното е подобрена. В допълнение, различни активни групи могат да се образуват на повърхността на влакното след плазмена обработка, като: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - и други активни групи, които са благоприятни за химикалите комбинация от влакна и матрична смола. Плазмената обработка също така създава канали върху повърхността на влакното и увеличава грапавостта на повърхността, което благоприятства механичното свързване с матрицата. Производителността на HMWPE влакна като композитен материал е значително подобрена чрез този метод, а якостта на срязване на междинния слой се увеличава повече от 3 пъти. Въпреки това, скоростта на затихване на активните групи от UHMWPE влакна след плазмена повърхностна обработка е сравнително голяма и скоростта на затихване е една трета за два часа. А методът на обработка изисква висок вакуум, изискващ налягане под 40Pa. Поради това е трудно да се постигне непрекъснато химическо промишлено производство с плазмена повърхностна обработка на влакна UHMWPE.
Лечение с коронен разряд
Така нареченото повърхностно третиране с коронен разряд на UHMWPE влакно е да се постави почистеното UHMWPE влакно между двете плочи на устройството за коронно третиране под нормално налягане, за да се зареди около 60 KV високо напрежение, мощността е около 350 W, така че въздухът да се йонизира, генерира се корона и лечението се изважда за употреба след определено време.
Повърхностната обработка с коронен разряд може да гравира повърхността на UHMWPE влакна, да увеличи контактната площ между влакна и смола и да образува механично зацепващо действие след втвърдяване на смолата върху повърхността на влакната. Размерът на механичното зацепване е тясно свързан със степента на инфилтрация на смолата върху влакното и контактната площ между смолата и влакното, но максималната сила на това физическо действие е само 24 KJ · mol-1. Поради това е ограничено да се подобри силата на междинно свързване на влакна и смола само чрез коронен разряд. Докладвано е само третиране с коронен разряд за промишлено третиране на полиолефинови филми. Въпреки че някои промишлени продукти от HMWPE влакна в момента се третират с обикновен коронен разряд, ефектът не е много очевиден. И лечението с коронен разряд е до голяма степен ограничено от периодична работа. Следователно е много трудно да се реализира индустриализация и непрекъснатост на лечението с коронен разряд.
Индуцирано от облъчване повърхностно присаждане
Така нареченото третиране с повърхностно присаждане, предизвикано от облъчване на влакна от UHMWPE, е да се присади полимеризира вторият мономер върху повърхността на влакното чрез радиация и да се създаде буферен слой, който може да бъде тясно свързан с матрицата, така че да се подобри адхезията между влакната и матрицата. Обикновено източникът на радиация е 60C, гама лъчи/ултравиолетова светлина и т.н., при които ултравиолетовата светлина инициира фотосенсибилизатора, като бензофенон (BP), а след това фотосенсибилизаторът инициира присаждането на мономера към повърхността на UHMWPE влакна. В момента вторият използван мономер е пропиленов мономер, като: акрилова киселина (AA), акриламид (AM), глицидил метакрилат (GMA) и т.н.
UHMWPE влакна, задействани от ултравиолетово омрежване, могат да реализират непрекъснат процес на теория и засягат само тънкия повърхностен слой, така че има перспектива за промишлено приложение. Въпреки това, тъй като влакното трябва да бъде облъчено за определен период от време, периодичната работа ограничава до голяма степен неговото приложение.
Процес на окисление
Така нареченият метод за окисляване на повърхността на влакната UHMWPE е да се окисли повърхността на влакното чрез химически агенти или газове, така че да се промени грапавостта на повърхността на влакното и съдържанието на полярни групи на повърхността. Според окислителната среда могат да бъдат разделени на мокър метод и сух метод две категории. Мокрият метод е окисление в течна фаза, неговите общи среди са: K2 Cr2O 2 + H2 SO4, KMnO 4+ HNO3, H2O2 (30%) и т.н.; Чистото UH2MWPE влакно се потапя в средата, изважда се след окислителна обработка при определената температура за определеното време и се измива до неутрално състояние; Измийте няколко пъти в дейонизирана вода, подсушете и оставете настрана. Сухият метод е метод на окисление в газова фаза, често използвано фотоокисление и озоново окисление; След предварителна обработка чистото UHMWPE влакно се излага на среден газ, изважда се за определено време за реакция, почиства се с йонизирана вода, изсушава се за употреба.
Методът на течно окисление е сравнително лек и лесен за контрол, но операцията е тромава, изискванията за оборудване са високи и замърсяването е сериозно. В процеса на окисление в газова фаза оборудването е просто, операцията е удобна и непрекъснатото производство е лесно, но степента на окисление е трудна за контролиране, което може да доведе до твърде дълбока степен на окисление и да причини силата на влакното упадък. Накратко, за да се постигне непрекъснато окисляване на повърхността, е необходимо да се направят някои подобрения в методите на работа и оборудването.
Химично омрежващо третиране
Методът на химическо омрежване е директно използване на инициатор за иницииране на присаждане на мономер върху повърхността на влакното, подобно на метода на присаждане, инициирано от облъчване, но може да избегне метода на присаждане с облъчване при инвестиции в оборудване, този метод е прост процес, лесен за постигане на промишлено непрекъснато производство.
Lang Yanqing и др. използва пероксид като инициатор за извършване на силанова омрежваща модификация върху UHMWPE влакно. Проучването установи, че след модификация на силана, молекулите на силана са присадени върху повърхността на влакното, което увеличава броя и полярността на химическите функционални групи на повърхността на влакното, като по този начин подобрява свързващото свойство между влакното и матричната смола. След третиране с присаждане, повече маркировки се появяват на повърхността на влакното, което увеличава ефекта на механичното блокиране между влакното и смолата и повишава якостта на срязване на междинния слой на композита, която е 2,45 пъти по-голяма от тази на композита преди модификацията. В същото време устойчивостта на пълзене на модифицираните влакна също се подобрява.
Други методи на обработка
В допълнение към плазмената обработка, окисляването с химически реагенти, повърхностното присаждане и обработката с коронен разряд, методите на каландриране и покритие могат да подобрят до известна степен свързващите свойства на UHMWPE влакна и смола матрица.
Методът на каландриране е, че UHMWPE влакното се променя от оригиналната кръгла секция в плоска форма след действието на двойка притискащи ролки, така че контактната площ се увеличава в композита и свойствата на свързване се подобряват до известна степен , но не е очевидно. Методът на покритие е да се нанесе слой от реагент върху повърхността на UHMWPE влакно. От промишленото производство на полиетиленови влакна със свръхвисоко молекулно тегло досега не е разработен идеалният реагент за покритие. Този реагент трябва да действа като свързващ агент за подобряване на свързващото свойство между UHMWPE влакно и матрица. Ефектът от тези методи върху подобряването на междуслойната адхезия между UHMWPE влакна и матрицата не е очевиден, така че изследването на модификацията на тези методи не е толкова голямо, колкото предишните методи.
Благодарение на настоящите методи, докато се подобрява омокряемостта на влакната, механичните свойства на обработените влакна ще бъдат намалени в различна степен и приложението на влакната ще бъде ограничено. Някои хора предлагат композитен метод за третиране на UHMWPE влакна, който може да реши този проблем. Wang Chengzhong и др. извърши комбинирано повърхностно третиране на UHMWPE влакна чрез окисление в течна фаза с хромова киселина и нано силициев зол покритие и проучи интерфейсните свойства на UHMWPE влакна/композит от епоксидна смола. Резултатите показват, че както окислението в течна фаза, така и повърхностното покритие могат да подобрят свойствата на интерфейса на композитните материали, но времето за третиране с окисление в течна фаза е твърде дълго, здравината на влакната ще бъде намалена, докато композитното третиране има синергичен ефект, не може намаляване на якостта на влакната, но значително подобряване на междуслойната якост на срязване на композитните материали, е ефективен метод за повърхностна обработка.