Обробка поверхні волокна UHMWPE

Поверхневу обробку волокна UHMWPE можна розділити на фізичну та хімічну модифікацію відповідно до різних принципів методів обробки. Відповідно до різних використовуваних модифікованих носіїв можна розділити багато методів. Вивчаючи ефект модифікації, слід зазначити, що метод часто має характеристики як фізичної модифікації, так і хімічної модифікації. Тому в наступному обговоренні носії класифікуються відповідно до конкретної обробки.
Лікування плазмою
Плазмова обробка поділяється на два типи: низькотемпературна плазмова обробка та плазмова обробка поверхні трансплантата.
Так звана низькотемпературна плазмова обробка поверхні волокна HMWPE полягає у вакуумуванні очищеного волокна HMWPE між двома пластинами пристрою для плазмової обробки, запуску пристрою для генерації плазми в навколишньому середовищі менше 40 Па, виконанні низькотемпературної плазмової обробки на поверхні. волокна протягом певного періоду часу, а потім приберіть волокно для зберігання.
Так звана плазмова обробка поверхні трансплантату волокна UHMWPE полягає в зануренні очищеного волокна UHMWPE у розчин мономеру, виймання його через певний період часу та розміщення в низькотемпературному плазмовому пристрої для подальшої обробки. Після обробки на поверхні волокна утворюються активні точки, які запускають прищеплену полімеризацію мономеру на поверхні волокна. Нарешті, гомополімер на поверхні волокна промивали ацетоном і зберігали для подальшого використання.
Слабкий зв’язуючий шар (WBL), утворений на поверхні волокна UHMWPE у процесі прядіння, додатково зшивається ультрафіолетовим випромінюванням плазми, і міцність когезії поверхні волокна UHMWPE покращується. Крім того, після плазмової обробки на поверхні волокна можуть утворюватися різноманітні активні групи, такі як: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - та інші активні групи, які сприяють хімічній поєднання волокна та матричної смоли. Плазмова обробка також створює борозенки на поверхні волокон і збільшує шорсткість поверхні, що сприяє механічному зчепленню з матрицею. Експлуатаційні властивості волокна HMWPE як композитного матеріалу значно покращуються завдяки цьому методу, а міжшарова міцність на зсув збільшується більш ніж у 3 рази. Однак швидкість ослаблення активних груп волокна UHMWPE після плазмової обробки поверхні є відносно великою, і швидкість ослаблення становить одну третину за дві години. А метод обробки вимагає високого вакууму, що вимагає тиску менше 40 Па. Таким чином, плазмову обробку поверхні волокна UHMWPE важко досягти безперервного хімічного промислового виробництва.
Лікування коронним розрядом
Так звана поверхнева обробка коронним розрядом волокна UHMWPE полягає в розміщенні очищеного волокна UHMWPE між двома пластинами пристрою коронного розряду під нормальним тиском для навантаження близько 60 кВ високої напруги, потужність близько 350 Вт, так що повітря іонізується, корона генерується, і лікування виймається для використання через певний час.
Обробка поверхні коронним розрядом може травити поверхню волокна UHMWPE, збільшити площу контакту між волокном і смолою та створити механічну сітчасту дію після затвердіння смоли на поверхні волокна. Розмір механічного зачеплення тісно пов’язаний зі ступенем проникнення смоли на волокно та площею контакту між смолою та волокном, але максимальна сила цього фізичного впливу становить лише 24 КДж · моль-1. Таким чином, підвищення міцності міжфазного зв’язку волокна та смоли обмежено лише коронним розрядом. Для промислової обробки поліолефінових плівок повідомлялося лише про обробку коронним розрядом. Незважаючи на те, що деякі промислові вироби з волокна ВМПЕ в даний час обробляються простим коронним розрядом, ефект не дуже очевидний. І лікування коронним розрядом значною мірою обмежене переривчастою роботою. Тому дуже важко реалізувати індустріалізацію та безперервність обробки коронного розряду.
Радіаційно-індукована поверхнева щеплення
Так звана поверхнева обробка волокна опроміненням UHMWPE полягає в полімеризації другого мономеру на поверхні волокна за допомогою випромінювання та створенні буферного шару, який можна тісно з’єднати з матрицею, щоб покращити адгезію між волокном. і матриця. Зазвичай джерелом випромінювання є 60C, гамма-промені/ультрафіолетове світло тощо, в якому ультрафіолетове світло ініціює фотосенсибілізатор, такий як бензофенон (BP), а потім фотосенсибілізатор ініціює прищеплення мономеру до поверхні волокна UHMWPE. В даний час другим використовуваним мономером є пропіленовий мономер, такий як: акрилова кислота (AA), акриламід (AM), гліцидилметакрилат (GMA) і так далі.
СВМПЕ волокно з ультрафіолетовим випромінюванням зшиває поверхню, теоретично може реалізувати безперервний процес і впливає лише на тонкий поверхневий шар, тому має перспективу промислового застосування. Однак, оскільки волокно потрібно опромінювати протягом певного періоду часу, переривчаста робота значною мірою обмежує його застосування.
Процес окислення
Так званий метод окислення поверхні волокна UHMWPE полягає в окисленні поверхні волокна хімічними агентами або газами, щоб змінити шорсткість поверхні волокна та вміст полярних груп на поверхні. Відповідно до середовища окислення можна розділити на дві категорії мокрий метод і сухий метод. Мокрий метод - рідкофазне окислення, його загальні середовища: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) і так далі; Чисте волокно UH2MWPE занурюють у середовище, виймають після окислювальної обробки при вказаній температурі протягом зазначеного часу та промивають до нейтрального стану; Промийте деіонізованою водою кілька разів, висушіть і відкладіть. Сухий метод - це метод окислення в газовій фазі, зазвичай використовується фотоокислення та окислення озоном; Після попередньої обробки чисте волокно UHMWPE піддається впливу середнього газу, виймається протягом певного часу реакції, очищається іонізованою водою, сушиться для використання.
Метод рідкого окислення є відносно м’яким і його легко контролювати, але операція громіздка, вимоги до обладнання високі, а забруднення серйозне. У процесі окислення газової фази обладнання просте, операція зручна, а безперервне виробництво легко, але ступінь окислення важко контролювати, що може призвести до того, що ступінь окислення буде занадто глибоким і призведе до міцності волокна. занепад. Коротше кажучи, для досягнення безперервної окисної обробки поверхні необхідно внести певні вдосконалення в робочі методи та обладнання.
Обробка хімічним зшиванням
Метод хімічного зшивання — це пряме використання ініціатора для ініціювання щеплення мономеру на поверхні волокна, подібно до методу щеплення, ініційованого опроміненням, але можна уникнути методу щеплення опроміненням при інвестиціях у обладнання, цей метод є простим процесом, який легко досягти безперервного промислового виробництва.
Lang Yanqing та ін. використовували пероксид як ініціатор для модифікації зшивання силаном на волокні UHMWPE. Дослідження показало, що після модифікації силаном молекули силану були прищеплені на поверхню волокна, що збільшило кількість і полярність хімічних функціональних груп на поверхні волокна, таким чином покращивши зв’язок між волокном і матричною смолою. Після обробки трансплантатом на поверхні волокна з’явилося більше позначок, що посилило ефект механічного зчеплення між волокном і смолою, а також збільшило міжшарову міцність на зсув композиту, яка була в 2,45 рази більшою, ніж у композиту до модифікації. У той же час опір повзучості модифікованого волокна також покращується.
Інші методи обробки
На додаток до плазмової обробки, окислення хімічними реагентами, щеплення поверхні та обробки коронним розрядом, методи каландрування та покриття можуть до певної міри покращити властивості зв’язування волокна UHMWPE та матриці смоли.
Метод каландрування полягає в тому, що волокно UHMWPE змінюється з початкового круглого перерізу на плоску форму після дії пари притискних роликів, таким чином збільшується площа контакту в композиті, а властивість зв’язування покращується до певної міри. , але це не очевидно. Метод покриття полягає в нанесенні шару реагенту на поверхню волокна UHMWPE. Від промислового виробництва поліетиленового волокна надвисокої молекулярної маси досі не розроблено ідеального реагенту для покриття. Цей реагент має діяти як сполучний агент для покращення зв’язку між волокном UHMWPE та матрицею. Вплив цих методів на покращення міжшарової адгезії між волокном UHMWPE та матрицею неочевидний, тому дослідження модифікації цих методів не такі великі, як попередні методи.
Завдяки поточним методам, покращуючи змочуваність волокон, механічні властивості оброблених волокон будуть знижені різним ступенем, а застосування волокон буде обмежено. Деякі люди пропонують композитний метод обробки для обробки волокна UHMWPE, який може вирішити цю проблему. Wang Chengzhong та ін. здійснив комбіновану обробку поверхні волокна UHMWPE шляхом рідкофазного окислення хромовою кислотою та нанесення золя нанокремнезему, а також вивчив властивості розділу між композитом волокно UHMWPE/епоксидна смола. Результати показують, що як рідкофазне окислення, так і поверхневе покриття можуть покращити властивості інтерфейсу композитних матеріалів, але тривалість обробки рідкофазним окисленням є занадто довгою, міцність волокна буде знижена, тоді як композитна обробка має синергетичний ефект, не може зменшити міцність волокон, але значно підвищити міжшарову міцність на зсув композитних матеріалів, є ефективним методом обробки поверхні.