UHMWPE šķiedras virsmas apstrāde

UHMWPE šķiedras virsmas apstrādi var iedalīt fizikālajā modifikācijā un ķīmiskajā modifikācijā atbilstoši dažādiem apstrādes metožu principiem. Atkarībā no izmantotajiem modificētajiem datu nesējiem daudzas metodes var iedalīt sīkāk. Pētot modifikācijas efektu, jāņem vērā, ka metodei bieži ir gan fizikālās modifikācijas, gan ķīmiskās modifikācijas īpašības. Tāpēc šajā diskusijā, saskaņā ar īpašu apstrādes mediji tiek klasificēti.
Ārstēšana ar plazmu
Plazmas apstrāde ir sadalīta divos veidos: zemas temperatūras plazmas apstrāde un plazmas transplantāta virsmas apstrāde.
Tā sauktā HMWPE šķiedras zemas temperatūras plazmas virsmas apstrāde ir iztīrītas HMWPE šķiedras sūkšana starp divām plazmas apstrādes ierīces plāksnēm, iedarbināt plazmas ģenerēšanas ierīci vidē, kas ir mazāka par 40 Pa, veikt zemas temperatūras plazmas apstrādi šķiedru uz noteiktu laiku un pēc tam noņemiet šķiedru uzglabāšanai.
Tā sauktā UHMWPE šķiedras plazmas transplantāta virsmas apstrāde ir iegremdēt iztīrīto UHMWPE šķiedru monomēra šķīdumā, pēc noteikta laika izņemt to un ievietot zemas temperatūras plazmas ierīcē turpmākai apstrādei. Pēc apstrādes uz šķiedras virsmas tiek ģenerēti aktīvi punkti, lai izraisītu monomēra transplantāta polimerizāciju uz šķiedras virsmas. Visbeidzot, homopolimērs uz šķiedras virsmas tika mazgāts ar acetonu un uzglabāts vēlākai lietošanai.
Vājš saistošais slānis (WBL), kas veidojas uz UHMWPE šķiedras virsmas vērpšanas procesā, tiek tālāk šķērssaistīts ar plazmas ultravioleto starojumu, un tiek uzlabota UHMWPE šķiedras virsmas kohēzijas izturība. Turklāt pēc plazmas apstrādes uz šķiedras virsmas var veidoties dažādas aktīvās grupas, piemēram: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - un citas aktīvās grupas, kas veicina ķīmisko vielu. šķiedras un matricas sveķu kombinācija. Plazmas apstrāde arī rada rievas uz šķiedras virsmas un palielina virsmas raupjumu, kas veicina mehānisku saikni ar matricu. Šī metode ievērojami uzlabo HMWPE šķiedras kā kompozītmateriāla veiktspēju, un starpslāņa bīdes izturība tiek palielināta vairāk nekā 3 reizes. Tomēr UHMWPE šķiedras aktīvo grupu vājināšanās ātrums pēc plazmas virsmas apstrādes ir salīdzinoši liels, un vājināšanās ātrums ir viena trešdaļa divās stundās. Un apstrādes metodei ir nepieciešams augsts vakuums, kam nepieciešams spiediens, kas mazāks par 40Pa. Tāpēc ar UHMWPE šķiedru plazmas virsmas apstrādi ir grūti panākt nepārtrauktu ķīmisko rūpniecisko ražošanu.
Korona izdalījumu ārstēšana
Tā sauktā UHMWPE šķiedras koronaizlādes virsmas apstrāde ir novietot iztīrīto UHMWPE šķiedru starp divām korona apstrādes ierīces plāksnēm normālā spiedienā, lai ielādētu aptuveni 60 KV augstu spriegumu, jauda ir aptuveni 350 W, lai gaiss būtu jonizēts, tiek ģenerēta korona, un apstrāde tiek izņemta lietošanai pēc noteikta laika.
Korona izlādes virsmas apstrāde var iegravēt UHMWPE šķiedras virsmu, palielināt saskares laukumu starp šķiedru un sveķiem un veidot mehānisku saķeri pēc sveķu sacietēšanas uz šķiedras virsmas. Mehāniskās saites lielums ir cieši saistīts ar sveķu infiltrācijas pakāpi uz šķiedras un saskares laukumu starp sveķiem un šķiedru, taču šīs fiziskās iedarbības maksimālā izturība ir tikai 24 KJ · mol{1}}. Tāpēc šķiedras un sveķu saskarnes stiprības uzlabošana ir ierobežota tikai ar koronaizlādes palīdzību. Ir ziņots, ka poliolefīna plēvju rūpnieciskai apstrādei ir tikai koronaizlādes apstrāde. Lai gan daži HMWPE šķiedras rūpnieciskie izstrādājumi pašlaik tiek apstrādāti ar vienkāršu koronaizlādi, efekts nav īpaši acīmredzams. Un korona izdalījumu ārstēšanu lielā mērā ierobežo periodiska darbība. Tāpēc ir ļoti grūti realizēt industrializāciju un koronaizlādes ārstēšanas nepārtrauktību.
Apstarošanas izraisīta virsmas potēšana
Tā sauktā UHMWPE šķiedru apstarošanas izraisītā virsmas potēšanas apstrāde ir otrā monomēra polimerizācija uz šķiedras virsmas ar starojumu un bufera slānis, kas var būt cieši saistīts ar matricu, lai uzlabotu saķeri starp šķiedru. un matricu. Parasti starojuma avots ir 60C, gamma starojums/ultravioletā gaisma utt., kurā ultravioletā gaisma ierosina fotosensibilizatoru, piemēram, benzofenonu (BP), un tad fotosensibilizators uzsāk monomēra potēšanu uz UHMWPE šķiedras virsmu. Pašlaik otrs izmantotais monomērs ir propilēna monomērs, piemēram: akrilskābe (AA), akrilamīds (AM), glicidilmetakrilāts (GMA) un tā tālāk.
UHMWPE šķiedras UV starojuma šķērssaistīšanas virsmas apstrāde teorētiski var realizēt nepārtrauktu procesu un ietekmē tikai plāno virsmas slāni, tāpēc to var izmantot rūpnieciski. Tomēr, tā kā šķiedra ir jāapstaro noteiktu laiku, periodiska darbība lielā mērā ierobežo tās pielietojumu.
Oksidācijas process
Tā sauktā UHMWPE šķiedru oksidējošās virsmas apstrādes metode ir šķiedras virsmas oksidēšana ar ķīmiskiem līdzekļiem vai gāzēm, lai mainītu šķiedras virsmas raupjumu un polāro grupu saturu uz virsmas. Saskaņā ar oksidācijas vidi var iedalīt mitrā metodē un sausā metodē divās kategorijās. Mitrā metode ir šķidrās fāzes oksidēšana, tās izplatītās vides ir: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) un tā tālāk; Tīro UH2MWPE šķiedru iegremdē vidē, pēc oksidēšanas apstrādes noteiktā temperatūrā uz noteiktu laiku izņem un mazgā līdz neitrālam; Vairākas reizes nomazgājiet dejonizētā ūdenī, nosusiniet un novietojiet malā. Sausā metode ir gāzes fāzes oksidēšanas metode, parasti tiek izmantota fotooksidācija un ozona oksidēšana; Pēc pirmapstrādes tīro UHMWPE šķiedru pakļauj vidējai gāzei, izņem uz noteiktu reakcijas laiku, notīra ar jonizētu ūdeni, žāvē lietošanai.
Šķidrās oksidācijas metode ir salīdzinoši viegla un viegli kontrolējama, taču darbība ir apgrūtinoša, aprīkojuma prasības ir augstas un piesārņojums ir nopietns. Gāzes fāzes oksidācijas procesā iekārta ir vienkārša, darbība ir ērta un nepārtraukta ražošana ir vienkārša, bet oksidācijas pakāpi ir grūti kontrolēt, kas var izraisīt pārāk dziļu oksidācijas pakāpi un izraisīt šķiedras stiprību. samazināšanās. Īsāk sakot, lai panāktu nepārtrauktu oksidācijas virsmas apstrādi, ir jāveic noteikti darbības metožu un aprīkojuma uzlabojumi.
Ķīmiskā šķērssaistīšanas apstrāde
Ķīmiskā šķērssaistīšanas metode ir tieša iniciatora izmantošana, lai uzsāktu monomēra potēšanu uz šķiedru virsmas, līdzīgi kā ar apstarošanu uzsākto potēšanas metodi, taču var izvairīties no apstarošanas potēšanas metodes iekārtās, šī metode ir vienkāršs process, viegli sasniedzama rūpnieciska nepārtraukta ražošana.
Lang Yanqing et al. izmantoja peroksīdu kā iniciatoru, lai veiktu UHMWPE šķiedras silāna šķērssaistīšanas modifikāciju. Pētījumā konstatēts, ka pēc silāna modifikācijas uz šķiedras virsmas tika uzpotētas silāna molekulas, kas palielināja ķīmisko funkcionālo grupu skaitu un polaritāti uz šķiedras virsmas, tādējādi uzlabojot savienojuma īpašību starp šķiedru un matricas sveķiem. Pēc transplantāta apstrādes uz šķiedras virsmas parādījās vairāk atzīmju, kas palielināja mehānisko bloķēšanas efektu starp šķiedru un sveķiem un palielināja kompozīta starpslāņa bīdes izturību, kas bija 2,45 reizes lielāka nekā kompozītam pirms modifikācijas. Tajā pašā laikā tiek uzlabota arī modificētās šķiedras šļūdes pretestība.
Citas apstrādes metodes
Papildus plazmas apstrādei ķīmisko reaģentu oksidēšana, virsmas potēšana un koronaizlādes apstrāde, kalandrēšanas un pārklāšanas metodes zināmā mērā var uzlabot UHMWPE šķiedras un sveķu matricas savienošanas īpašības.
Kalandrēšanas metode ir tāda, ka UHMWPE šķiedra pēc presēšanas rullīšu pāra darbības tiek mainīta no sākotnējās apļveida sekcijas uz plakanu formu, lai kompozītmateriālā tiktu palielināts kontakta laukums un zināmā mērā tiktu uzlabota savienojuma īpašība. , bet tas nav acīmredzami. Pārklāšanas metode ir reaģenta slāņa pārklāšana uz UHMWPE šķiedras virsmas. No īpaši augstas molekulmasas polietilēna šķiedras rūpnieciskās ražošanas līdz šim ideāls reaģents pārklāšanai nav izstrādāts. Šim reaģentam jādarbojas kā savienojošajam līdzeklim, lai uzlabotu UHMWPE šķiedru un matricas savienojuma īpašību. Šo metožu ietekme uz starpslāņu adhēzijas uzlabošanu starp UHMWPE šķiedru un matricu nav acīmredzama, tāpēc šo metožu modifikāciju izpēte nav tik liela kā iepriekšējās metodes.
Pateicoties pašreizējām metodēm, vienlaikus uzlabojot šķiedru mitrināmību, apstrādāto šķiedru mehāniskās īpašības dažādās pakāpēs tiks samazinātas, un šķiedru pielietojums tiks ierobežots. Daži cilvēki UHMWPE šķiedras apstrādei piedāvā saliktu apstrādes metodi, kas var atrisināt šo problēmu. Van Chengzhong et al. veica UHMWPE šķiedras salikto virsmas apstrādi ar hromskābes šķidrās fāzes oksidēšanu un nano silīcija dioksīda sola pārklājumu un pētīja UHMWPE šķiedras/epoksīdsveķu kompozīta saskarnes īpašības. Rezultāti liecina, ka gan šķidrās fāzes oksidēšana, gan virsmas pārklājums var uzlabot kompozītmateriālu saskarnes īpašības, bet šķidrās fāzes oksidācijas apstrādes laiks ir pārāk garš, šķiedras izturība tiks samazināta, savukārt kompozītmateriāla apstrādei ir sinerģiska iedarbība, nevar. samazināt šķiedru izturību, bet ievērojami uzlabot kompozītmateriālu starpslāņu bīdes izturību, ir efektīva virsmas apstrādes metode.