Tratarea suprafeței fibrei UHMWPE

Tratamentul de suprafață al fibrei UHMWPE poate fi împărțit în modificare fizică și modificare chimică conform diferitelor principii ale metodelor de tratare. În funcție de diferitele medii modificate utilizate, multe metode pot fi subdivizate. Când se studiază efectul modificării, trebuie remarcat faptul că o metodă are adesea atât caracteristici de modificare fizică, cât și de modificare chimică. Prin urmare, în discuția care urmează, în funcție de mediile de prelucrare specifice sunt clasificate.
Tratament cu plasma
Tratamentul cu plasmă este împărțit în două tipuri: tratamentul cu plasmă la temperatură joasă și tratamentul suprafeței cu plasmă.
Așa-numitul tratament al suprafeței cu plasmă la temperatură joasă a fibrelor HMWPE este de a aspira fibra HMWPE curățată între cele două plăci ale dispozitivului de tratare cu plasmă, pornirea dispozitivului de generare a plasmei în mediu mai mic de 40 Pa, efectuarea tratamentului cu plasmă la temperatură joasă pe fibre pentru o anumită perioadă de timp, apoi îndepărtați fibra pentru depozitare.
Așa-numitul tratament al suprafeței grefei cu plasmă cu fibre UHMWPE este de a scufunda fibra UHMWPE curățată în soluție de monomer, de a o scoate după o anumită perioadă de timp și de a o plasa într-un dispozitiv cu plasmă la temperatură joasă pentru un tratament suplimentar. După tratament, punctele active sunt generate pe suprafața fibrei pentru a declanșa polimerizarea grefată a monomerului pe suprafața fibrei. În cele din urmă, homopolimerul de pe suprafața fibrei a fost spălat cu acetonă și depozitat pentru utilizare ulterioară.
Stratul de legare slab (WBL) format pe suprafața fibrei UHMWPE în procesul de filare este în continuare reticulat de radiația ultravioletă a plasmei, iar rezistența de coeziune a suprafeței fibrei UHMWPE este îmbunătățită. În plus, pe suprafața fibrei se pot forma o varietate de grupe active după tratamentul cu plasmă, cum ar fi: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - și alte grupări active, care sunt favorabile substanței chimice. combinația dintre fibre și rășină matrice. Tratamentul cu plasmă produce, de asemenea, șanțuri pe suprafața fibrei și crește rugozitatea suprafeței, ceea ce favorizează lipirea mecanică cu matricea. Performanța fibrei HMWPE ca material compozit este mult îmbunătățită prin această metodă, iar rezistența la forfecare interstrat este crescută de mai mult de 3 ori. Cu toate acestea, rata de atenuare a grupurilor active de fibre UHMWPE după tratarea suprafeței cu plasmă este relativ mare, iar rata de atenuare este de o treime în două ore. Iar metoda de tratare necesită un vid mare, necesitând o presiune mai mică de 40Pa. Prin urmare, tratamentul suprafeței cu plasmă cu fibre UHMWPE este dificil de realizat producție industrială chimică continuă.
Tratament de descărcare corona
Așa-numitul tratament al suprafeței de descărcare corona a fibrei UHMWPE este de a plasa fibra UHMWPE curățată între cele două plăci ale dispozitivului de tratament corona sub presiune normală pentru a încărca o tensiune înaltă de aproximativ 60 KV, puterea este de aproximativ 350W, astfel încât aerul să fie ionizat, se generează corona, iar tratamentul este scos pentru utilizare după un anumit timp.
Tratamentul suprafeței cu descărcare Corona poate grava suprafața fibrei UHMWPE, crește aria de contact dintre fibră și rășină și poate forma o acțiune mecanică de îmbinare după întărirea rășinii pe suprafața fibrei. Mărimea ochiurilor mecanice este strâns legată de gradul de infiltrare a rășinii pe fibră și de zona de contact dintre rășină și fibră, dar rezistența maximă a acestei acțiuni fizice este de numai 24 KJ · mol-1. Prin urmare, se limitează la îmbunătățirea rezistenței de legare interfacială a fibrei și rășinii numai prin descărcarea corona. Doar tratamentul cu descărcare corona a fost raportat pentru tratarea industrială a filmelor de poliolefină. Deși unele produse industriale din fibre HMWPE sunt tratate în prezent prin descărcare corona simplă, efectul nu este foarte evident. Iar tratamentul de descărcare corona este limitat în mare măsură de funcționarea intermitentă. Prin urmare, este foarte dificil de realizat industrializarea și continuitatea tratamentului de descărcare corona.
Iradierea a indus grefarea suprafeței
Așa-numitul tratament de grefare a suprafeței indusă de iradierea fibrelor UHMWPE este de a grefa polimerizarea celui de-al doilea monomer pe suprafața fibrei prin radiație și de a produce un strat tampon care poate fi strâns legat de matrice, astfel încât să îmbunătățească aderența dintre fibră. și matricea. De obicei, sursa de radiație este 60C, raze gamma/lumină ultravioletă etc., în care lumina ultravioletă inițiază fotosensibilizatorul, cum ar fi benzofenona (BP), iar apoi fotosensibilizatorul inițiază grefarea monomerului pe suprafața fibrei UHMWPE. În prezent, al doilea monomer utilizat este monomerul de propilenă, cum ar fi: acid acrilic (AA), acrilamidă (AM), metacrilat de glicidil (GMA) și așa mai departe.
Tratamentul de suprafață de reticulare cu fibre UHMWPE declanșat de UV poate realiza un proces continuu în teorie și afectează doar stratul de suprafață subțire, deci are perspectiva unei aplicări industriale. Cu toate acestea, deoarece fibra trebuie iradiată pentru o anumită perioadă de timp, funcționarea intermitentă limitează în mare măsură aplicarea acesteia.
Procesul de oxidare
Așa-numita metodă de tratare a suprafeței cu oxidare a fibrei UHMWPE este de a oxida suprafața fibrei cu agenți chimici sau gaze, astfel încât să se modifice rugozitatea suprafeței fibrei și conținutul de grupuri polare de pe suprafață. În funcție de mediul de oxidare, poate fi împărțit în metoda umedă și metoda uscată două categorii. Metoda umedă este oxidarea în fază lichidă, mediile sale comune sunt: ​​K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) și așa mai departe; Fibra curată UH2MWPE este scufundată în mediu, scoasă după tratamentul de oxidare la temperatura specificată pentru timpul specificat și spălată la neutru; Se spală de mai multe ori în apă deionizată, se usucă și se lasă deoparte. Metoda uscată este metoda de oxidare în fază gazoasă, fotooxidarea utilizată în mod obișnuit și oxidarea ozonului; După pretratare, fibra UHMWPE curată este expusă la gaz mediu, scoasă pentru un anumit timp de reacție, curățată cu apă ionizată, uscată pentru utilizare.
Metoda de oxidare lichidă este relativ ușoară și ușor de controlat, dar funcționarea este greoaie, cerințele de echipament sunt ridicate și poluarea este gravă. În procesul de oxidare în fază gazoasă, echipamentul este simplu, operarea este convenabilă, iar producția continuă este ușoară, dar gradul de oxidare este dificil de controlat, ceea ce poate face ca gradul de oxidare să fie prea profund și poate duce la rezistența fibrei. declin. Pe scurt, pentru a obține un tratament de suprafață cu oxidare continuă, este necesar să se facă anumite îmbunătățiri în metodele de operare și echipamente.
Tratament chimic de reticulare
Metoda de reticulare chimică este utilizarea directă a inițiatorului pentru a iniția altoirea monomerului pe suprafața fibrei, similară cu metoda de altoire inițiată de iradiere, dar poate evita metoda de altoire prin iradiere în investiția în echipamente, această metodă este un proces simplu, ușor de realizat producție industrială continuă.
Lang Yanqing și colab. a folosit peroxid ca inițiator pentru a efectua modificarea reticulare a silanului pe fibra UHMWPE. Studiul a constatat că, după modificarea silanului, moleculele de silan au fost grefate pe suprafața fibrei, ceea ce a crescut numărul și polaritatea grupurilor funcționale chimice de pe suprafața fibrei, îmbunătățind astfel proprietatea de legătură dintre fibră și rășina matricei. După tratarea grefei, pe suprafața fibrei au apărut mai multe marcaje, care au crescut efectul de interblocare mecanică dintre fibră și rășină și au crescut rezistența la forfecare interstrat a compozitului, care a fost de 2,45 ori mai mare decât a compozitului înainte de modificare. În același timp, rezistența la fluaj a fibrei modificate este, de asemenea, îmbunătățită.
Alte metode de prelucrare
În plus față de tratamentul cu plasmă, oxidarea reactivului chimic, grefarea suprafeței și tratamentul cu descărcare corona, metodele de calandrare și acoperire pot îmbunătăți într-o anumită măsură proprietățile de legătură ale fibrei UHMWPE și ale matricei de rășină.
Metoda de calandrare este că fibra UHMWPE este schimbată de la secțiunea circulară inițială la o formă plată după acțiunea unei perechi de role de presare, astfel încât aria de contact să fie crescută în compozit, iar proprietatea de lipire este îmbunătățită într-o anumită măsură. , dar nu este evident. Metoda de acoperire este de a acoperi un strat de reactiv pe suprafața fibrei UHMWPE. Din producția industrială de fibre de polietilenă cu greutate moleculară ultra-înaltă până în prezent, reactivul ideal nu a fost dezvoltat pentru acoperire. Acest reactiv ar trebui să acționeze ca un agent de cuplare pentru a îmbunătăți proprietatea de legătură între fibra UHMWPE și matrice. Efectul acestor metode asupra îmbunătățirii adeziunii interstratului dintre fibra UHMWPE și matrice nu este evident, astfel încât cercetarea de modificare a acestor metode nu este la fel de mult ca metodele anterioare.
Datorită metodelor actuale, în timp ce se îmbunătățește umecbilitatea fibrelor, proprietățile mecanice ale fibrelor tratate vor fi reduse în diferite grade, iar aplicarea fibrelor va fi limitată. Unii oameni au propus o metodă de tratament compozit pentru a trata fibra UHMWPE, care poate rezolva această problemă. Wang Chengzhong și colab. a efectuat un tratament compus al suprafeței fibrei UHMWPE prin oxidare în fază lichidă cu acid cromic și acoperire cu nano silice sol și a studiat proprietățile de interfață ale compozitului fibră UHMWPE/rășină epoxidica. Rezultatele arată că atât oxidarea în fază lichidă, cât și acoperirea suprafeței pot îmbunătăți proprietățile de interfață ale materialelor compozite, dar timpul de tratare a oxidării în fază lichidă este prea lung, rezistența fibrei va fi redusă, în timp ce tratamentul compozit are un efect sinergic, nu poate. reduce rezistența fibrei, dar îmbunătățește foarte mult rezistența la forfecare a stratului intermediar a materialelor compozite, este o metodă eficientă de tratare a suprafeței.