UHMWPE kiu pinnatöötlus

UHMWPE kiu pinnatöötluse võib vastavalt töötlemismeetodite erinevatele põhimõtetele jagada füüsikaliseks ja keemiliseks modifitseerimiseks. Vastavalt kasutatud erinevatele modifitseeritud kandjatele saab paljusid meetodeid jagada alajaotusteks. Modifikatsiooniefekti uurides tuleb märkida, et meetodil on sageli nii füüsikalisi kui ka keemilisi modifikatsioone. Seetõttu on järgmises arutelus klassifitseeritud vastavalt konkreetsetele töötlemisvahenditele.
Plasma ravi
Plasmaravi jaguneb kahte tüüpi: madala temperatuuriga plasmatöötlus ja plasmatransplantaadi pinnatöötlus.
Niinimetatud HMWPE kiudude madala temperatuuriga plasma pinnatöötlus on puhastatud HMWPE kiudude vaakumiks plasmatöötlusseadme kahe plaadi vahel, plasmat genereeriva seadme käivitamine keskkonnas, mis on alla 40 Pa, ja madala temperatuuriga plasmatöötlus. kiud teatud aja jooksul ja seejärel eemaldage kiud ladustamiseks.
Niinimetatud UHMWPE kiudplasma transplantaadi pinnatöötlus seisneb puhastatud UHMWPE kiudude kastmises monomeerilahuses, teatud aja möödudes väljavõtmises ja edasiseks töötlemiseks madala temperatuuriga plasmaseadmesse asetamises. Pärast töötlemist tekitatakse kiu pinnale aktiivsed punktid, et käivitada monomeeri pookpolümerisatsioon kiu pinnal. Lõpuks pesti kiu pinnal olevat homopolümeeri atsetooniga ja säilitati hilisemaks kasutamiseks.
UHMWPE kiu pinnale ketrusprotsessis moodustunud nõrk sidumiskiht (WBL) ristseotakse veelgi plasma ultraviolettkiirgusega ja UHMWPE kiu pinna ühtekuuluvustugevus paraneb. Lisaks võib kiu pinnale pärast plasmatöötlust moodustuda mitmesuguseid aktiivseid rühmi, näiteks: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - ja muud aktiivsed rühmad, mis soodustavad seda kemikaali. kiu ja maatriksvaigu kombinatsioon. Plasmatöötlus tekitab ka kiu pinnale sooned ja suurendab pinna karedust, mis soodustab mehaanilist sidumist maatriksiga. See meetod parandab oluliselt HMWPE kiu kui komposiitmaterjali jõudlust ja kihtidevahelist nihketugevust suurendatakse rohkem kui 3 korda. Kuid UHMWPE kiu aktiivsete rühmade nõrgenemiskiirus pärast plasma pinnatöötlust on suhteliselt suur ja sumbumise määr on üks kolmandik kahe tunni jooksul. Ja töötlemismeetod nõuab kõrgvaakumit, mis nõuab rõhku alla 40 Pa. Seetõttu on UHMWPE kiudplasma pinnatöötlusega raske saavutada pidevat keemilist tööstuslikku tootmist.
Koronaheidete ravi
Niinimetatud UHMWPE kiudude koroonalahenduse pinnatöötlus on asetada puhastatud UHMWPE kiud koroonatöötlusseadme kahe plaadi vahele normaalse rõhu all, et laadida umbes 60 KV kõrgepinge, võimsus on umbes 350 W, nii et õhk on ioniseeritud, tekib koroona ja teatud aja möödudes võetakse ravi kasutamiseks välja.
Koroonalahenduse pinnatöötlus võib söövitada UHMWPE kiu pinda, suurendada kiu ja vaigu vahelist kontaktpinda ning moodustada pärast vaigu kõvenemist kiu pinnale mehaanilise haardumise. Mehaanilise sideme suurus on tihedalt seotud vaigu infiltratsiooni astmega kiule ning vaigu ja kiu vahelise kontaktpinnaga, kuid selle füüsikalise toime maksimaalne tugevus on vaid 24 KJ · mol{1}}. Seetõttu piirdub kiu ja vaigu liidese tugevuse parandamine ainult koroonalahendusega. Polüolefiinkilede tööstuslikuks töötlemiseks on teatatud ainult koroonalahendusega töötlemisest. Kuigi mõnda HMWPE-kiust tööstuslikku toodet töödeldakse praegu lihtsa koroonalahendusega, ei ole mõju kuigi ilmne. Ja koroonalahenduse ravi piirab suuresti vahelduv operatsioon. Seetõttu on koronaheidete ravi industrialiseerimist ja järjepidevust väga raske realiseerida.
Kiiritusest põhjustatud pinnapookimine
Niinimetatud UHMWPE kiudude kiiritusega indutseeritud pinnapookimine on teise monomeeri pookimine kiu pinnale kiirguse teel ja puhverkihi tootmine, mida saab maatriksiga tihedalt siduda, et parandada kiudude vahelist adhesiooni. ja maatriks. Tavaliselt on kiirgusallikaks 60C, gamma-/ultraviolettvalgus jne, milles ultraviolettvalgus käivitab fotosensibilisaatori, näiteks bensofenooni (BP), ja seejärel käivitab fotosensibilisaator monomeeri pookimise UHMWPE kiu pinnale. Praegu on teiseks kasutatav monomeer propüleenmonomeer, näiteks akrüülhape (AA), akrüülamiid (AM), glütsidüülmetakrülaat (GMA) jne.
UHMWPE kiu UV-käivitatud ristsiduva pinnatöötluse abil saab teoreetiliselt teostada pidevat protsessi ja see mõjutab ainult õhukest pinnakihti, seega on sellel väljavaade tööstuslikuks kasutamiseks. Kuna aga kiudu tuleb teatud aja jooksul kiiritada, piirab katkendlik töötamine selle kasutamist suurel määral.
Oksüdatsiooniprotsess
Niinimetatud UHMWPE kiudude oksüdeeriv pinnatöötlusmeetod on kiu pinna oksüdeerimine keemiliste ainete või gaaside abil, et muuta kiu pinna karedus ja polaarsete rühmade sisaldus pinnal. Vastavalt oksüdatsioonikeskkonnale saab jagada märgmeetodiks ja kuivmeetodiks kahte kategooriasse. Märgmeetod on vedelfaasiline oksüdatsioon, selle levinumad keskkonnad on: K2 Cr2O2 + H2SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) ja nii edasi; Puhas UH2MWPE kiud kastetakse söötmesse, võetakse pärast oksüdatsioonitöötlust kindlaksmääratud temperatuuril kindlaksmääratud aja jooksul välja ja pestakse neutraalseks; Peske mitu korda deioniseeritud vees, kuivatage ja asetage kõrvale. Kuivmeetod on gaasifaasi oksüdatsioonimeetod, tavaliselt kasutatakse fotooksüdatsiooni ja osooni oksüdatsiooni; Pärast eeltöötlust puutub puhas UHMWPE kiud keskmise gaasiga kokku, võetakse teatud reaktsiooniajaks välja, puhastatakse ioniseeritud veega ja kuivatatakse kasutamiseks.
Vedeliku oksüdatsiooni meetod on suhteliselt leebe ja hõlpsasti juhitav, kuid töö on tülikas, seadmete nõuded on kõrged ja reostus on tõsine. Gaasifaasi oksüdatsiooni protsessis on seadmed lihtsad, töö on mugav ja pidev tootmine lihtne, kuid oksüdatsiooniastet on raske kontrollida, mis võib põhjustada oksüdatsiooniastme liiga sügavat ja kiu tugevuse vähenemist. langus. Lühidalt, pideva oksüdatsiooniga pinnatöötluse saavutamiseks on vaja teatud täiustusi töömeetodites ja seadmetes.
Keemiline ristsidumine
Keemiline ristsidumise meetod on initsiaatori otsene kasutamine monomeeride pookimise algatamiseks kiu pinnale, mis sarnaneb kiiritusega initsieeritud pookimismeetodile, kuid võib vältida kiirgusega pookimise meetodit seadmete investeeringutes, see meetod on lihtne protsess, mida on lihtne saavutada tööstusliku pideva tootmisega.
Lang Yanqing et al. kasutas initsiaatorina peroksiidi UHMWPE kiudude silaani ristsidumise modifitseerimiseks. Uuringus leiti, et pärast silaani modifikatsiooni poogitati kiu pinnale silaani molekulid, mis suurendasid kiu pinnal olevate keemiliste funktsionaalrühmade arvu ja polaarsust, parandades seeläbi kiu ja maatriksvaigu sidumisomadust. Pärast pookimisega töötlemist tekkis kiu pinnale rohkem märgiseid, mis suurendas kiu ja vaigu vahelist mehaanilist blokeerumist ning suurendas komposiidi kihtidevahelist nihketugevust, mis oli 2,45 korda suurem kui komposiidil enne modifitseerimist. Samal ajal paraneb ka modifitseeritud kiudude roomamiskindlus.
Muud töötlemismeetodid
Lisaks plasmatöötlusele võivad UHMWPE kiudude ja vaigumaatriksi sidumisomadusi teatud määral parandada keemilise reaktiivi oksüdeerimine, pinnapookimine ja koroonaheitega töötlemine, kalandrimis- ja katmismeetodid.
Kalanderdamismeetod seisneb selles, et UHMWPE kiud muudetakse algsest ringikujulisest sektsioonist lameda kujuga pärast pressrullikute paari kasutamist, nii et komposiidis suureneb kontaktpind ja nakkuvus paraneb teatud määral. , kuid see pole ilmne. Katmismeetod on reaktiivikihi katmine UHMWPE kiu pinnale. Ülikõrge molekulmassiga polüetüleenkiudude tööstuslikust tootmisest pole siiani ideaalset reaktiivi katmiseks välja töötatud. See reagent peaks toimima sideainena, et parandada UHMWPE kiu ja maatriksi vahelist sidumisomadust. Nende meetodite mõju UHMWPE kiu ja maatriksi vahelise kihtidevahelise adhesiooni parandamisele ei ole ilmne, seega ei ole nende meetodite modifikatsiooniuuringud nii palju kui eelmiste meetodite puhul.
Tänu praegustele meetoditele, parandades samal ajal kiudude märguvust, vähenevad töödeldud kiudude mehaanilised omadused erineval määral ja kiudude kasutamine on piiratud. Mõned inimesed pakkusid UHMWPE kiudude töötlemiseks välja liittöötlusmeetodi, mis võib selle probleemi lahendada. Wang Chengzhong jt. teostas UHMWPE kiu liitpinnatöötlust kroomhappe vedelfaasi oksüdatsiooni ja nano ränidioksiidi soolkattega ning uuris UHMWPE kiu/epoksüvaigu komposiidi liidese omadusi. Tulemused näitavad, et nii vedelfaasi oksüdatsioon kui ka pinnakate võivad parandada komposiitmaterjalide liidese omadusi, kuid vedelfaasi oksüdatsioonitöötluse aeg on liiga pikk, kiu tugevus väheneb, samas kui komposiittöötlusel on sünergistlik toime, ei saa vähendab kiu tugevust, kuid parandab oluliselt komposiitmaterjalide kihtidevahelist nihketugevust, on tõhus pinnatöötlusmeetod.