UHMWPE-kuidun pintakäsittely

UHMWPE-kuidun pintakäsittely voidaan jakaa fysikaaliseen ja kemialliseen modifiointiin eri käsittelymenetelmien periaatteiden mukaisesti. Käytettyjen erilaisten modifioitujen välineiden mukaan monia menetelmiä voidaan jakaa alaryhmiin. Modifikaatiovaikutusta tutkittaessa on huomioitava, että menetelmällä on usein sekä fysikaalisia että kemiallisia modifikaatioominaisuuksia. Siksi seuraavassa keskustelussa erityisten käsittelyaineiden mukaan luokitellaan.
Plasmahoito
Plasmakäsittely on jaettu kahteen tyyppiin: matalan lämpötilan plasmakäsittely ja plasmasiirteen pintakäsittely.
Ns. HMWPE-kuidun matalan lämpötilan plasmapintakäsittely on imuroida puhdistettu HMWPE-kuitu plasmakäsittelylaitteen kahden levyn välissä, käynnistää plasmaa tuottava laite alle 40 Pa:n ympäristössä, suorittaa matalan lämpötilan plasmakäsittely kuitua tietyksi ajaksi ja poista sitten kuitu varastointia varten.
Ns. UHMWPE-kuituplasmagraft-pintakäsittelyssä puhdistettu UHMWPE-kuitu upotetaan monomeeriliuokseen, otetaan pois tietyn ajan kuluttua ja asetetaan matalan lämpötilan plasmalaitteeseen jatkokäsittelyä varten. Käsittelyn jälkeen kuidun pinnalle muodostuu aktiivisia pisteitä käynnistämään monomeerin oksaspolymeroitumisen kuidun pinnalla. Lopuksi kuidun pinnalla oleva homopolymeeri pestiin asetonilla ja varastoitiin myöhempää käyttöä varten.
Kehruuprosessissa UHMWPE-kuidun pinnalle muodostuva heikko sitova kerros (WBL) silloitetaan edelleen plasman ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta ja UHMWPE-kuidun pinnan koheesiolujuus paranee. Lisäksi kuidun pinnalle voidaan muodostaa plasmakäsittelyn jälkeen erilaisia ​​aktiivisia ryhmiä, kuten: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - ja muita aktiivisia ryhmiä, jotka edistävät kemikaalia. kuidun ja matriisihartsin yhdistelmä. Plasmakäsittely synnyttää myös uria kuidun pintaan ja lisää pinnan karheutta, mikä edistää mekaanista sitoutumista matriisiin. HMWPE-kuidun suorituskyky komposiittimateriaalina paranee huomattavasti tällä menetelmällä, ja kerrosten välinen leikkauslujuus kasvaa yli 3 kertaa. UHMWPE-kuidun aktiivisten ryhmien vaimennusnopeus plasmapintakäsittelyn jälkeen on kuitenkin suhteellisen suuri, ja vaimennusnopeus on kolmasosa kahdessa tunnissa. Ja käsittelymenetelmä vaatii korkean tyhjiön, joka vaatii alle 40Pa painetta. Siksi UHMWPE-kuituplasmapintakäsittelyllä on vaikea saavuttaa jatkuvaa kemiallista teollista tuotantoa.
Koronavuotohoito
Niin sanottu UHMWPE-kuitukoronapurkauspintakäsittely on sijoittaa puhdistettu UHMWPE-kuitu koronakäsittelylaitteen kahden levyn väliin normaalipaineessa noin 60 KV:n suurjännitteen lataamiseksi, teho on noin 350 W, jotta ilma ionisoituu, syntyy koronaa ja hoito otetaan käyttöön tietyn ajan kuluttua.
Koronapurkauspintakäsittely voi syövyttää UHMWPE-kuidun pinnan, lisätä kuidun ja hartsin välistä kosketuspinta-alaa ja muodostaa mekaanisen niveltoiminnan hartsin kovettumisen jälkeen kuidun pinnalle. Mekaanisen sidoksen koko liittyy läheisesti hartsin tunkeutumisasteeseen kuidulle sekä hartsin ja kuidun väliseen kosketusalueeseen, mutta tämän fyysisen vaikutuksen maksimilujuus on vain 24 KJ · mol{1}}. Sen vuoksi on rajoitettu kuidun ja hartsin rajapintojen sidoslujuuden parantaminen pelkällä koronapurkauksella. Polyolefiinikalvojen teollisessa käsittelyssä on raportoitu vain koronapurkauskäsittelyä. Vaikka joitakin HMWPE-kuidusta valmistettuja teollisuustuotteita käsitellään tällä hetkellä yksinkertaisella koronapurkauksella, vaikutus ei ole kovin ilmeinen. Ja koronapurkaushoitoa rajoittaa suurelta osin ajoittainen toiminta. Siksi teollistumista ja koronapurkaushoidon jatkuvuutta on erittäin vaikea toteuttaa.
Säteilytyksen aiheuttama pintaoksastus
Ns. UHMWPE-kuidun säteilytyksen aiheuttama pintaoksastuskäsittely on oksastaa toinen monomeeri kuidun pinnalle säteilytyksen avulla ja tuottaa puskurikerros, joka voidaan tiiviisti sitoa matriisiin, jolloin parannetaan kuidun välistä adheesiota. ja matriisi. Yleensä säteilylähde on 60 C, gammasäde/ultraviolettivalo jne., jossa ultraviolettivalo käynnistää valoherkistimen, kuten bentsofenonin (BP), ja sitten valoherkistäjä aloittaa monomeerin oksastuksen UHMWPE-kuidun pintaan. Tällä hetkellä toinen käytetty monomeeri on propeenimonomeeri, kuten: akryylihappo (AA), akryyliamidi (AM), glysidyylimetakrylaatti (GMA) ja niin edelleen.
UHMWPE-kuitu UV-laukaisemalla silloittuva pintakäsittely voi toteuttaa jatkuvan prosessin teoriassa ja vaikuttaa vain ohueen pintakerrokseen, joten sillä on mahdollisuus teolliseen käyttöön. Koska kuitua on kuitenkin säteilytettävä tietyn ajan, jaksollinen toiminta rajoittaa sen käyttöä suuressa määrin.
Hapetusprosessi
Ns. UHMWPE-kuitujen hapettava pintakäsittelymenetelmä on hapettaa kuidun pinta kemiallisilla aineilla tai kaasuilla, jolloin kuidun pinnan karheus ja pinnan polaaristen ryhmien pitoisuus muuttuvat. Hapetusväliaineen mukaan voidaan jakaa märkämenetelmä ja kuiva menetelmä kahteen luokkaan. Märkämenetelmä on nestefaasihapetus, sen yleisiä väliaineita ovat: K2 Cr2O2 + H2SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30 %) ja niin edelleen; Puhdas UH2MWPE-kuitu upotetaan väliaineeseen, otetaan pois hapetuskäsittelyn jälkeen määritellyssä lämpötilassa määritetyn ajan ja pestään neutraaliksi; Pese deionisoidussa vedessä useita kertoja, kuivaa ja aseta sivuun. Kuivamenetelmä on kaasufaasihapetusmenetelmä, yleisesti käytetty valohapetus ja otsonihapetus; Esikäsittelyn jälkeen puhdas UHMWPE-kuitu altistetaan keskikaasulle, poistetaan tietyn reaktioajan ajaksi, puhdistetaan ionisoidulla vedellä ja kuivataan käyttöä varten.
Nestehapetusmenetelmä on suhteellisen mieto ja helppo hallita, mutta toiminta on hankalaa, laitevaatimukset ovat korkeat ja saastuminen on vakavaa. Kaasufaasihapetusprosessissa laitteet ovat yksinkertaisia, toiminta on kätevää ja jatkuva tuotanto on helppoa, mutta hapetusastetta on vaikea hallita, mikä voi aiheuttaa hapetusasteen olevan liian syvä ja aiheuttaa kuidun lujuuden lasku. Lyhyesti sanottuna jatkuvan hapetuspintakäsittelyn saavuttamiseksi on tarpeen tehdä tiettyjä parannuksia käyttömenetelmiin ja laitteisiin.
Kemiallinen silloituskäsittely
Kemiallinen silloitusmenetelmä on initiaattorin suora käyttö monomeerin oksastamisen aloittamiseksi kuidun pinnalle, samanlainen kuin säteilytyskäynnistetty oksastusmenetelmä, mutta voi välttää säteilytysoksastusmenetelmän laiteinvestoinneissa, tämä menetelmä on yksinkertainen prosessi, helppo saavuttaa teollinen jatkuva tuotanto.
Lang Yanqing et ai. käytti peroksidia initiaattorina UHMWPE-kuidun silaanisilloitusmuunnosten suorittamiseen. Tutkimuksessa havaittiin, että silaanimodifioinnin jälkeen kuidun pintaan oksastettiin silaanimolekyylejä, mikä lisäsi kuidun pinnalla olevien kemiallisten funktionaalisten ryhmien lukumäärää ja polaarisuutta, mikä parantaa kuidun ja matriisihartsin välistä sidosominaisuutta. Oksastuskäsittelyn jälkeen kuidun pintaan ilmestyi lisää jälkiä, mikä lisäsi kuidun ja hartsin välistä mekaanista lukitusvaikutusta ja lisäsi komposiitin kerrosten välistä leikkauslujuutta, joka oli 2,45 kertaa komposiitin ennen modifiointia. Samalla myös modifioidun kuidun virumisenkestävyys paranee.
Muut käsittelymenetelmät
Plasmakäsittelyn lisäksi kemiallinen reagenssihapetus, pintaoksastus ja koronapurkauskäsittely, kalanterointi ja pinnoitusmenetelmät voivat parantaa UHMWPE-kuidun ja hartsimatriisin sitoutumisominaisuuksia jossain määrin.
Kalanterointimenetelmänä on, että UHMWPE-kuitu muutetaan alkuperäisestä pyöreästä osasta litteään muotoon puristustelaparin toiminnan jälkeen, jolloin kosketuspinta-ala kasvaa komposiitissa ja sidosominaisuus paranee jossain määrin. , mutta se ei ole itsestään selvää. Päällystysmenetelmänä on pinnoittaa reagenssikerros UHMWPE-kuidun pinnalle. Ultrakorkean molekyylipainon polyeteenikuidun teollisesta tuotannosta toistaiseksi ei ole kehitetty ihanteellista reagenssia pinnoitukseen. Tämän reagenssin tulisi toimia kytkentäaineena UHMWPE-kuidun ja matriisin välisen sidosominaisuuden parantamiseksi. Näiden menetelmien vaikutus UHMWPE-kuidun ja matriisin välisen kerrosten välisen adheesion parantamiseen ei ole ilmeinen, joten näiden menetelmien modifikaatiotutkimus ei ole yhtä paljon kuin aikaisemmissa menetelmissä.
Nykyisistä menetelmistä johtuen, parantaen kuidun kostuvuutta, käsiteltyjen kuitujen mekaaniset ominaisuudet heikkenevät vaihtelevasti ja kuitujen käyttöä rajoitetaan. Jotkut ihmiset ehdottavat yhdistelmäkäsittelymenetelmää UHMWPE-kuidun käsittelemiseksi, mikä voi ratkaista tämän ongelman. Wang Chengzhong et ai. suoritti UHMWPE-kuidun yhdistepintakäsittelyn kromihapponestefaasihapetuksella ja nanosilikasoolpinnoituksella sekä tutki UHMWPE-kuitu/epoksihartsikomposiitin rajapintaominaisuuksia. Tulokset osoittavat, että sekä nestefaasihapetus että pintapinnoitus voivat parantaa komposiittimateriaalien rajapintaominaisuuksia, mutta nestefaasihapetuskäsittelyaika on liian pitkä, kuidun lujuus heikkenee, kun taas komposiittikäsittelyllä on synergistinen vaikutus, ei voi vähentää kuidun lujuutta, mutta parantaa huomattavasti komposiittimateriaalien kerrosten välistä leikkauslujuutta, on tehokas pintakäsittelymenetelmä.