Overfladebehandling af UHMWPE Fiber

Overfladebehandlingen af ​​UHMWPE-fiber kan opdeles i fysisk modifikation og kemisk modifikation i henhold til forskellige principper for behandlingsmetoder. I henhold til de forskellige modificerede medier, der anvendes, kan mange metoder underopdeles. Når man studerer modifikationseffekten, skal det bemærkes, at en metode ofte har både fysiske modifikations- og kemiske modifikationsegenskaber. Derfor, i den følgende diskussion, i henhold til den specifikke behandling medier er klassificeret.
Plasma behandling
Plasmabehandling er opdelt i to typer: lavtemperatur plasmabehandling og plasmagraft overfladebehandling.
Den såkaldte HMWPE fiber lavtemperatur plasma overfladebehandling er at støvsuge den rengjorte HMWPE fiber mellem de to plader af plasmabehandlingsanordningen, starte den plasmagenererende enhed under et miljø på mindre end 40Pa, udføre lavtemperatur plasmabehandling på fiber i en vis periode, og fjern derefter fiberen til opbevaring.
Den såkaldte UHMWPE fiber plasma graft overfladebehandling er at nedsænke den rensede UHMWPE fiber i monomeropløsning, tage den ud efter et vist tidsrum og placere den i en lavtemperatur plasmaenhed til yderligere behandling. Efter behandling genereres aktive punkter på fiberoverfladen for at udløse podepolymerisationen af ​​monomer på fiberoverfladen. Til sidst blev homopolymeren på fiberoverfladen vasket med acetone og opbevaret til senere brug.
Det svage bindende lag (WBL) dannet på overfladen af ​​UHMWPE-fiber i spinningsprocessen tværbindes yderligere af den ultraviolette stråling af plasma, og kohæsionsstyrken af ​​UHMWPE-fiberoverfladen forbedres. Derudover kan en række aktive grupper dannes på overfladen af ​​fiberen efter plasmabehandling, såsom: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - og andre aktive grupper, som er befordrende for kemikaliet kombination af fiberen og matrixharpiksen. Plasmabehandling giver også riller på fiberoverfladen og øger overfladens ruhed, hvilket er befordrende for mekanisk binding med matrixen. Ydeevnen af ​​HMWPE-fiber som et kompositmateriale forbedres betydeligt ved denne metode, og mellemlagets forskydningsstyrke øges med mere end 3 gange. Imidlertid er dæmpningshastigheden af ​​de aktive grupper af UHMWPE-fiber efter plasmaoverfladebehandling relativt stor, og dæmpningshastigheden er en tredjedel på to timer. Og behandlingsmetoden kræver et højt vakuum, der kræver tryk mindre end 40Pa. Derfor er UHMWPE fiber plasma overfladebehandling vanskelig at opnå kontinuerlig kemisk industriel produktion.
Corona-udledningsbehandling
Den såkaldte UHMWPE fiber-koronaudladningsoverfladebehandling er at placere den rensede UHMWPE-fiber mellem de to plader på koronabehandlingsanordningen under normalt tryk for at belaste omkring 60 KV højspænding, effekten er omkring 350W, så luften ioniseres, corona dannes, og behandlingen tages ud til brug efter en vis tid.
Corona-udladningsoverfladebehandling kan ætse overfladen af ​​UHMWPE-fiber, øge kontaktarealet mellem fiber og harpiks og danne mekanisk maskevirkning efter harpikshærdning på fiberoverfladen. Størrelsen af ​​mekanisk meshing er tæt forbundet med graden af ​​infiltration af harpiks på fiber og kontaktområdet mellem harpiks og fiber, men den maksimale styrke af denne fysiske handling er kun 24 KJ · mol-1. Derfor er det begrænset til at forbedre grænsefladebindingsstyrken af ​​fiber og harpiks ved koronaudladning alene. Kun coronaudladningsbehandling er blevet rapporteret til industriel behandling af polyolefinfilm. Selvom nogle industrielle produkter af HMWPE-fiber i øjeblikket behandles ved simpel koronaudledning, er effekten ikke særlig tydelig. Og coronaudladningsbehandling er stort set begrænset af intermitterende drift. Derfor er det meget vanskeligt at realisere industrialisering og kontinuitet i behandlingen af ​​coronaudledning.
Bestrålingsinduceret overfladepodning
Den såkaldte UHMWPE fiberbestrålingsinducerede overfladepodningsbehandling er at pode polymerisere den anden monomer på overfladen af ​​fiberen ved stråling og producere et bufferlag, der kan bindes tæt med matrixen for at forbedre adhæsionen mellem fiberen og matrixen. Normalt er strålingskilden 60C, gammastråle/ultraviolet lys osv., hvor ultraviolet lys initierer fotosensibilisatoren, såsom benzophenon (BP), og derefter initierer fotosensibilisatoren monomerpodningen til overfladen af ​​UHMWPE-fiber. På nuværende tidspunkt er den anden anvendte monomer propylenmonomer, såsom: akrylsyre (AA), akrylamid (AM), glycidylmethacrylat (GMA) og så videre.
UHMWPE fiber UV-udløst tværbindingsoverfladebehandling kan realisere kontinuerlig proces i teorien og påvirker kun det tynde overfladelag, så det har udsigt til industriel anvendelse. Men fordi fiberen skal bestråles i et vist tidsrum, begrænser intermitterende drift dens anvendelse i vid udstrækning.
Oxidationsproces
Den såkaldte UHMWPE fiberoxiderende overfladebehandlingsmetode er at oxidere fiberoverfladen med kemiske midler eller gasser for at ændre ruheden af ​​fiberoverfladen og indholdet af polære grupper på overfladen. Ifølge oxidationsmediet kan opdeles i våd metode og tør metode to kategorier. Vådmetoden er væskefaseoxidation, dens almindelige medier er: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) og så videre; Den rene UH2MWPE-fiber nedsænkes i mediet, tages ud efter oxidationsbehandling ved den specificerede temperatur i den specificerede tid og vaskes til neutral; Vask i deioniseret vand flere gange, tør og sæt til side. Tør metode er gasfaseoxidationsmetode, almindeligt anvendt fotooxidation og ozonoxidation; Efter forbehandling udsættes den rene UHMWPE-fiber for medium gas, tages ud i en vis reaktionstid, renses med ioniseret vand, tørres til brug.
Den flydende oxidationsmetode er relativt mild og nem at kontrollere, men betjeningen er besværlig, udstyrskravene er høje, og forureningen er alvorlig. I processen med gasfaseoxidation er udstyret enkelt, betjeningen er bekvem, og den kontinuerlige produktion er let, men oxidationsgraden er svær at kontrollere, hvilket kan forårsage, at oxidationsgraden bliver for dyb og får fiberstyrken til at nedgang. Kort sagt, for at opnå kontinuerlig oxidationsoverfladebehandling er det nødvendigt at foretage visse forbedringer i driftsmetoder og udstyr.
Kemisk tværbindingsbehandling
Kemisk tværbindingsmetode er den direkte brug af initiator til at initiere monomerpodning på fiberoverfladen, svarende til bestrålingsinitieret podningsmetode, men kan undgå bestrålingspodningsmetode i udstyrsinvestering, denne metode er enkel proces, let at opnå industriel kontinuerlig produktion.
Lang Yanqing et al. brugt peroxid som initiator til at udføre silantværbindingsmodifikation på UHMWPE-fiber. Undersøgelsen viste, at efter silanmodifikation blev silanmolekyler podet på fiberoverfladen, hvilket øgede antallet og polariteten af ​​kemiske funktionelle grupper på fiberoverfladen, og dermed forbedrede bindingsegenskaberne mellem fiberen og matrixharpiksen. Efter podebehandling kom der flere markeringer på overfladen af ​​fiberen, hvilket øgede den mekaniske sammenlåsningseffekt mellem fiberen og harpiksen og øgede komposittens forskydningsstyrke mellem lag, som var 2,45 gange komposittens før modifikation. Samtidig forbedres krybemodstanden af ​​modificeret fiber også.
Andre forarbejdningsmetoder
Ud over plasmabehandling kan kemisk reagensoxidation, overfladepodning og coronaudladningsbehandling, kalandrering og belægningsmetoder forbedre bindingsegenskaberne af UHMWPE-fiber og harpiksmatrix til en vis grad.
Kalandreringsmetoden er, at UHMWPE-fiberen ændres fra den oprindelige cirkulære sektion til en flad form efter påvirkning af et par presseruller, så kontaktarealet øges i kompositten, og bindingsegenskaben forbedres til en vis grad , men det er ikke indlysende. Belægningsmetoden er at belægge et lag reagens på overfladen af ​​UHMWPE-fiber. Fra den industrielle produktion af polyethylenfiber med ultrahøj molekylvægt indtil videre er det ideelle reagens ikke blevet udviklet til belægning. Dette reagens bør fungere som et koblingsmiddel for at forbedre bindingsegenskaben mellem UHMWPE-fiber og matrix. Effekten af ​​disse metoder på at forbedre mellemlagsadhæsionen mellem UHMWPE-fiber og matrix er ikke indlysende, så modifikationsforskningen af ​​disse metoder er ikke så meget som de tidligere metoder.
På grund af de nuværende metoder vil de behandlede fibres mekaniske egenskaber, samtidig med at fibrenes fugtighed forbedres, blive reduceret i varierende grad, og anvendelsen af ​​fibrene vil være begrænset. Nogle mennesker fremlægger en sammensat behandlingsmetode til behandling af UHMWPE-fiber, som kan løse dette problem. Wang Chengzhong et al. udførte sammensat overfladebehandling af UHMWPE-fiber ved kromsyre-væskefaseoxidation og nano-silicasol-coating og studerede grænsefladeegenskaberne af UHMWPE fiber/epoxyharpikskomposit. Resultaterne viser, at både væskefaseoxidation og overfladebelægning kan forbedre kompositmaterialernes grænsefladeegenskaber, men væskefaseoxidationsbehandlingstiden er for lang, fiberstyrken vil blive reduceret, mens kompositbehandlingen har en synergistisk effekt, kan ikke reducere fiberstyrken, men i høj grad forbedre mellemlagets forskydningsstyrke af kompositmaterialerne, er en effektiv overfladebehandlingsmetode.