Povrchová úprava UHMWPE vlákna

Povrchovou úpravu UHMWPE vlákna lze rozdělit na fyzikální modifikaci a chemickou modifikaci podle různých principů metod úpravy. Podle různých použitých modifikovaných médií lze rozdělit mnoho metod. Při studiu efektu modifikace je třeba poznamenat, že metoda má často vlastnosti fyzikální modifikace i chemické modifikace. Proto se v následující diskusi podle konkrétního zpracování třídí média.
Léčba plazmou
Plazmové ošetření se dělí na dva typy: nízkoteplotní plazmové ošetření a povrchové ošetření plazmovým štěpem.
Nízkoteplotní plazmová povrchová úprava vlákna HMWPE spočívá ve vakuování vyčištěného vlákna HMWPE mezi dvěma deskami zařízení na plazmové zpracování, spuštění zařízení generujícího plazmu v prostředí menším než 40Pa, provedení nízkoteplotního plazmového ošetření na vlákno na určitou dobu a poté vlákno vyjměte pro uskladnění.
Povrchová úprava tzv. UHMWPE plazmovým štěpem spočívá v ponoření vyčištěného UHMWPE vlákna do roztoku monomeru, po určité době vyjmutí a umístění do nízkoteplotního plazmového zařízení k další úpravě. Po ošetření se na povrchu vlákna vytvoří aktivní body, které spustí roubovanou polymeraci monomeru na povrchu vlákna. Nakonec byl homopolymer na povrchu vlákna promyt acetonem a uložen pro pozdější použití.
Slabá vazebná vrstva (WBL) vytvořená na povrchu UHMWPE vlákna v procesu zvlákňování je dále zesíťována ultrafialovým zářením plazmy a kohezní pevnost povrchu UHMWPE vlákna je zlepšena. Kromě toho se na povrchu vlákna po plazmovém ošetření mohou vytvořit různé aktivní skupiny, jako jsou: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - a další aktivní skupiny, které přispívají k chemickému kombinace vlákna a matricové pryskyřice. Plazmová úprava také vytváří drážky na povrchu vlákna a zvyšuje drsnost povrchu, což vede k mechanickému spojení s matricí. Výkon HMWPE vlákna jako kompozitního materiálu je touto metodou značně zlepšen a pevnost mezivrstvy ve smyku je zvýšena více než 3krát. Rychlost zeslabení aktivních skupin UHMWPE vlákna po plazmové povrchové úpravě je však poměrně velká a rychlost zeslabení je třetinová za dvě hodiny. A metoda úpravy vyžaduje vysoké vakuum, vyžadující tlak menší než 40 Pa. Plazmovou povrchovou úpravou UHMWPE vláken je proto obtížné dosáhnout kontinuální chemické průmyslové výroby.
Léčba koronového výboje
Takzvaná povrchová úprava UHMWPE vlákna koronovým výbojem spočívá v umístění vyčištěného UHMWPE vlákna mezi dvě desky zařízení na úpravu korony pod normálním tlakem pro zatížení asi 60 KV vysokého napětí, výkon je asi 350 W, aby se vzduch ionizoval, generuje se korona a léčba se po určité době vyjme k použití.
Povrchová úprava koronovým výbojem může naleptat povrch vlákna UHMWPE, zvětšit kontaktní plochu mezi vláknem a pryskyřicí a vytvořit mechanický záběr po vytvrzení pryskyřice na povrchu vlákna. Velikost mechanické sítě úzce souvisí se stupněm infiltrace pryskyřice na vláknu a kontaktní plochou mezi pryskyřicí a vláknem, ale maximální síla tohoto fyzikálního působení je pouze 24 KJ · mol-1. Proto je omezeno zlepšit pevnost mezifázového spojení vlákna a pryskyřice samotným korónovým výbojem. Pro průmyslové zpracování polyolefinových filmů bylo hlášeno pouze zpracování korónovým výbojem. I když jsou některé průmyslové výrobky z HMWPE vlákna v současnosti upravovány jednoduchým korónovým výbojem, efekt není příliš patrný. A léčba koronovým výbojem je do značné míry omezena přerušovaným provozem. Proto je velmi obtížné realizovat industrializaci a kontinuitu zpracování korónovým výbojem.
Ozářením indukované roubování povrchu
Takzvaná úprava povrchového roubování indukovaná ozařováním UHMWPE vláknem spočívá v naroubování polymerace druhého monomeru na povrch vlákna zářením a vytvoření tlumivé vrstvy, která může být těsně spojena s matricí, aby se zlepšila adheze mezi vlákny. a matrice. Obvykle je zdrojem záření 60C, gama záření/ultrafialové světlo atd., ve kterém ultrafialové světlo iniciuje fotosenzibilizátor, jako je benzofenon (BP), a poté fotosenzibilizátor iniciuje roubování monomeru na povrch UHMWPE vlákna. V současné době je druhým používaným monomerem propylenový monomer, jako jsou: kyselina akrylová (AA), akrylamid (AM), glycidylmethakrylát (GMA) a tak dále.
Povrchová úprava UHMWPE vlákna spouštěná UV zářením může teoreticky realizovat kontinuální proces a ovlivňuje pouze tenkou povrchovou vrstvu, takže má perspektivu průmyslové aplikace. Protože je však potřeba vlákno po určitou dobu ozařovat, přerušovaný provoz jeho aplikaci do značné míry omezuje.
Oxidační proces
Takzvaná metoda povrchové úpravy oxidující vlákna UHMWPE spočívá v oxidaci povrchu vlákna chemickými činidly nebo plyny tak, aby se změnila drsnost povrchu vlákna a obsah polárních skupin na povrchu. Podle oxidačního média lze rozdělit na mokrou metodu a suchou metodu do dvou kategorií. Mokrá metoda je oxidace v kapalné fázi, jejími běžnými médii jsou: K2 Cr2O2 + H2SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30 %) a tak dále; Čisté vlákno UH2MWPE se ponoří do média, po oxidační úpravě při stanovené teplotě po stanovenou dobu se vyjme a vypere do neutrální polohy; Několikrát omyjte v deionizované vodě, osušte a odložte stranou. Suchá metoda je metoda oxidace v plynné fázi, běžně používaná fotooxidace a oxidace ozónem; Po předúpravě je čisté UHMWPE vlákno vystaveno střednímu plynu, vyjmuto na určitou reakční dobu, očištěno ionizovanou vodou a vysušeno k použití.
Metoda kapalné oxidace je relativně mírná a snadno se ovládá, ale provoz je těžkopádný, požadavky na zařízení jsou vysoké a znečištění je vážné. V procesu oxidace v plynné fázi je zařízení jednoduché, provoz je pohodlný a kontinuální výroba je snadná, ale stupeň oxidace je obtížné řídit, což může způsobit, že stupeň oxidace je příliš hluboký a může způsobit snížení pevnosti vlákna. pokles. Stručně řečeno, pro dosažení kontinuální oxidační povrchové úpravy je nutné provést určitá zlepšení provozních metod a zařízení.
Chemická síťovací úprava
Metoda chemického síťování je přímé použití iniciátoru k zahájení roubování monomeru na povrchu vlákna, podobně jako metoda roubování zahájená ozářením, ale může se vyhnout metodě roubování ozářením v investicích do zařízení, tato metoda je jednoduchý proces, snadno se dosahuje průmyslové kontinuální výroby.
Lang Yanqing a kol. použil peroxid jako iniciátor k provedení silanové síťovací modifikace na UHMWPE vláknu. Studie zjistila, že po modifikaci silanu byly molekuly silanu naroubovány na povrch vlákna, což zvýšilo počet a polaritu chemických funkčních skupin na povrchu vlákna, čímž se zlepšila vazebná vlastnost mezi vláknem a matricovou pryskyřicí. Po ošetření roubem se na povrchu vlákna objevilo více značek, což zvýšilo účinek mechanického vzájemného spojení mezi vláknem a pryskyřicí a zvýšilo pevnost mezivrstvy ve smyku kompozitu, která byla 2,45krát větší než u kompozitu před modifikací. Současně je také zlepšena odolnost proti tečení modifikovaného vlákna.
Jiné způsoby zpracování
Kromě plazmového ošetření, chemické oxidace činidel, povrchového roubování a ošetření korónovým výbojem mohou metody kalandrování a potahování do určité míry zlepšit vazebné vlastnosti UHMWPE vlákna a pryskyřičné matrice.
Metoda kalandrování spočívá v tom, že se vlákno UHMWPE po působení dvojice přítlačných válců změní z původního kruhového průřezu na plochý, takže se v kompozitu zvětší kontaktní plocha a do určité míry se zlepší pojivová vlastnost. , ale není to zřejmé. Metoda potahování spočívá v nanesení vrstvy činidla na povrch vlákna UHMWPE. Z dosavadní průmyslové výroby polyetylenových vláken s ultravysokou molekulovou hmotností nebylo vyvinuto ideální činidlo pro potahování. Toto činidlo by mělo působit jako spojovací činidlo pro zlepšení vazebných vlastností mezi UHMWPE vláknem a matricí. Vliv těchto metod na zlepšení mezivrstvové adheze mezi UHMWPE vláknem a matricí není zřejmý, takže výzkum modifikací těchto metod není takový jako u předchozích metod.
Díky současným metodám se při zlepšení smáčivosti vláken v různé míře sníží mechanické vlastnosti upravovaných vláken a omezí se aplikace vláken. Někteří lidé navrhují kompozitní metodu ošetření vlákna UHMWPE, která může tento problém vyřešit. Wang Chengzhong a kol. provedla složenou povrchovou úpravu vlákna UHMWPE oxidací v kapalné fázi kyselinou chromovou a povlakem nanosilikasol a studovala vlastnosti rozhraní UHMWPE vlákno/epoxidová pryskyřice. Výsledky ukazují, že oxidace v kapalné fázi i povrchový povlak mohou zlepšit vlastnosti rozhraní kompozitních materiálů, ale doba oxidace v kapalné fázi je příliš dlouhá, pevnost vlákna se sníží, zatímco ošetření kompozitu má synergický účinek, nemůže snížit pevnost vláken, ale výrazně zlepšit pevnost mezivrstvy ve smyku kompozitních materiálů, je účinnou metodou povrchové úpravy.