UHMWPE szál felületkezelése

Az UHMWPE szál felületkezelése a kezelési módszerek különböző elvei szerint fizikai módosításra és kémiai módosításra osztható. Az alkalmazott különféle módosított médiák szerint sok módszer felosztható. A módosító hatás vizsgálatakor meg kell jegyezni, hogy egy módszer gyakran rendelkezik mind fizikai, mind kémiai módosítási jellemzőkkel. Ezért a következő megbeszélés szerint az adott feldolgozási közegek vannak besorolva.
Plazma kezelés
A plazmakezelés két típusra oszlik: alacsony hőmérsékletű plazmakezelésre és plazmagraft felületkezelésre.
Az úgynevezett HMWPE szálas alacsony hőmérsékletű plazma felületkezelés célja a megtisztított HMWPE szál porszívózása a plazmakezelő készülék két lemeze között, a plazmageneráló készülék elindítása 40 Pa alatti környezetben, alacsony hőmérsékletű plazmakezelés végrehajtása a plazmakezelő készüléken. szálat egy bizonyos ideig, majd távolítsa el a szálat tárolás céljából.
Az úgynevezett UHMWPE szálas plazmagraft felületkezelés abból áll, hogy a megtisztított UHMWPE szálat monomer oldatba merítjük, bizonyos idő elteltével kivesszük, és további kezelés céljából alacsony hőmérsékletű plazmakészülékbe helyezzük. A kezelés után a szál felületén aktív pontok keletkeznek, amelyek beindítják a monomer ojtott polimerizációját a szál felületén. Végül a szál felületén lévő homopolimert acetonnal mostuk, és későbbi felhasználásra tároltuk.
A fonás során az UHMWPE szál felületén kialakuló gyenge kötőréteget (WBL) a plazma ultraibolya sugárzása tovább térhálósítja, és az UHMWPE szálfelület kohéziós szilárdsága javul. Ezenkívül a szál felületén a plazmakezelést követően számos aktív csoport képződhet, mint például: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - és más aktív csoportok, amelyek elősegítik a vegyszert. a szál és a mátrixgyanta kombinációja. A plazmakezelés ezenkívül barázdákat hoz létre a szál felületén, és növeli a felület érdességét, ami elősegíti a mátrixhoz való mechanikai kötődést. A HMWPE szál kompozit anyagként való teljesítménye jelentősen javul ezzel a módszerrel, és a rétegek közötti nyírószilárdság több mint háromszorosára nő. Az UHMWPE rost aktív csoportjainak csillapítási sebessége azonban a plazma felületkezelés után viszonylag nagy, és a csillapítás mértéke két óra alatt egyharmada. A kezelési módszer pedig nagy vákuumot igényel, amely 40 Pa-nál kisebb nyomást igényel. Ezért az UHMWPE szálas plazma felületkezeléssel nehéz elérni a folyamatos vegyipari termelést.
Korona váladékkezelés
Az úgynevezett UHMWPE szálas koronakisülési felületkezelés célja, hogy a megtisztított UHMWPE szálat a koronakezelő készülék két lemeze közé helyezzük normál nyomáson, hogy körülbelül 60 KV nagyfeszültséget terheljen, a teljesítmény körülbelül 350 W, így a levegő ionizált, korona keletkezik, és a kezelést egy bizonyos idő elteltével felhasználásra veszik.
A koronakisüléses felületkezelés marathatja az UHMWPE szál felületét, növelheti a szál és a gyanta közötti érintkezési felületet, és mechanikai kötést alakíthat ki a gyanta kikeményítése után a szál felületén. A mechanikai háló mérete szorosan összefügg a gyanta szálon való beszivárgásának mértékével, valamint a gyanta és a szál érintkezési felületével, de ennek a fizikai hatásnak a maximális szilárdsága csak 24 KJ · mol{1}}. Ezért a szál és a gyanta határfelületi kötési szilárdságának javítása csak koronakisüléssel korlátozódik. A poliolefin filmek ipari kezelésére csak koronakisüléses kezelést jelentettek. Bár a HMWPE szál egyes ipari termékeit jelenleg egyszerű koronakisüléssel kezelik, a hatás nem túl nyilvánvaló. A koronakisülés kezelését pedig nagymértékben korlátozza az időszakos működés. Ezért nagyon nehéz megvalósítani az iparosítást és a koronakisülés kezelésének folyamatosságát.
Besugárzás által kiváltott felületi oltás
Az úgynevezett UHMWPE szálbesugárzással indukált felületi ojtásos kezelés célja, hogy a második monomert a szál felületére sugárzással polimerizálják, és a mátrixhoz szorosan köthető pufferréteget állítsanak elő, így javítva a szálak közötti adhéziót. és a mátrix. A sugárforrás általában 60 C, gamma-sugár/ultraibolya fény stb., amelyben ultraibolya fény indítja el a fényérzékenyítőt, például a benzofenont (BP), majd a fényérzékenyítő elindítja a monomer oltását az UHMWPE szál felületére. Jelenleg a második használt monomer a propilén monomer, mint például: akrilsav (AA), akrilamid (AM), glicidil-metakrilát (GMA) és így tovább.
Az UHMWPE szálas UV-kiváltott térhálósító felületkezelés elméletileg folyamatos folyamatot valósíthat meg, és csak a vékony felületi réteget érinti, így ipari alkalmazásra van kilátás. Mivel azonban a szálat bizonyos ideig be kell sugározni, a szakaszos működés nagymértékben korlátozza alkalmazását.
Oxidációs folyamat
Az úgynevezett UHMWPE száloxidáló felületkezelési módszer a szál felületének vegyi anyagokkal vagy gázokkal történő oxidációja, hogy megváltozzon a szál felületének érdessége és a felület poláris csoportjai. Az oxidációs közeg szerint nedves módszerre és száraz módszerre két kategóriába sorolható. A nedves módszer a folyadékfázisú oxidáció, általános közegei a következők: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) és így tovább; A tiszta UH2MWPE szálat a közegbe merítjük, oxidációs kezelés után a megadott hőmérsékleten, meghatározott ideig kivesszük, és semlegesre mossuk; Mossa meg többször ioncserélt vízben, szárítsa meg és tegye félre. A száraz módszer gázfázisú oxidációs módszer, általánosan használt fotooxidáció és ózonoxidáció; Az előkezelés után a tiszta UHMWPE szálat közepes gáz hatásának teszik ki, meghatározott reakcióidőre kiszedik, ionizált vízzel megtisztítják, felhasználásra szárítják.
A folyékony oxidációs módszer viszonylag enyhe és könnyen ellenőrizhető, de a művelet nehézkes, a felszerelési követelmények magasak, és a szennyezés súlyos. A gázfázisú oxidáció folyamatában a berendezés egyszerű, a működés kényelmes, a folyamatos gyártás könnyű, de az oxidációs fokot nehéz ellenőrizni, ami az oxidációs fok túl mélyre emelkedését okozhatja, és a szál szilárdságát okozhatja. hanyatlás. Röviden, a folyamatos oxidációs felületkezelés eléréséhez bizonyos fejlesztéseket kell végrehajtani a működési módszerekben és a berendezésekben.
Kémiai térhálósító kezelés
A kémiai térhálósítási módszer az iniciátor közvetlen felhasználása a monomer ojtásának kezdeményezésére a szál felületén, hasonlóan a besugárzással kezdeményezett ojtási módszerhez, de elkerülhető a besugárzásos oltási módszer a berendezés-befektetéseknél, ez a módszer egyszerű folyamat, könnyen elérhető az ipari folyamatos termelés.
Lang Yanqing et al. peroxidot használt iniciátorként az UHMWPE szál szilán térhálósításának módosításához. A vizsgálat megállapította, hogy a szilán módosítása után szilánmolekulákat oltottak a szál felületére, ami megnövelte a szálfelületen található kémiai funkciós csoportok számát és polaritását, így javult a szál és a mátrixgyanta közötti kötési tulajdonság. A graftkezelést követően a szál felületén újabb jelölések jelentek meg, ami növelte a szál és a gyanta közötti mechanikai reteszelő hatást, valamint növelte a kompozit rétegközi nyírószilárdságát, amely a módosítás előtti kompoziténak 2,45-szöröse volt. Ugyanakkor a módosított szál kúszásállósága is javul.
Egyéb feldolgozási módszerek
A plazmakezelés mellett a kémiai reagens oxidáció, a felületi oltás és a koronakisülés kezelés, a kalanderezési és bevonási módszerek bizonyos mértékig javíthatják az UHMWPE szál és gyanta mátrix kötési tulajdonságait.
A kalanderezési módszer az, hogy az UHMWPE szálat az eredeti körszeletről lapos alakra változtatják egy pár nyomógörgő hatására, így az érintkezési felület megnő a kompozitban, és a kötési tulajdonság bizonyos mértékig javul. , de ez nem egyértelmű. A bevonási módszer egy reagensréteg bevonása az UHMWPE szál felületére. Az ultranagy molekulatömegű polietilén szálak ipari gyártásából eddig nem sikerült kifejleszteni az ideális reagenst a bevonáshoz. Ennek a reagensnek kapcsolószerként kell működnie az UHMWPE szál és a mátrix közötti kötési tulajdonság javítása érdekében. Ezeknek a módszereknek a hatása az UHMWPE szál és a mátrix közötti rétegközi adhézió javítására nem nyilvánvaló, így ezen módszerek módosítási kutatása nem olyan mértékű, mint a korábbi módszereké.
A jelenlegi eljárásoknak köszönhetően a szálak nedvesíthetőségének javítása mellett a kezelt szálak mechanikai tulajdonságai változó mértékben csökkennek, a szálak felhasználása korlátozott lesz. Vannak, akik összetett kezelési módszert javasolnak az UHMWPE szál kezelésére, amely megoldhatja ezt a problémát. Wang Chengzhong et al. UHMWPE szál összetett felületkezelését végezte krómsavas folyadékfázisú oxidációval és nano szilika szol bevonattal, és tanulmányozta az UHMWPE szál/epoxigyanta kompozit határfelületi tulajdonságait. Az eredmények azt mutatják, hogy mind a folyadékfázisú oxidáció, mind a felületi bevonat javíthatja a kompozit anyagok interfész tulajdonságait, de a folyadékfázisú oxidációs kezelési idő túl hosszú, a szál szilárdsága csökken, míg a kompozit kezelés szinergikus hatást fejt ki, nem csökkenti a szál szilárdságát, de nagymértékben javítja a kompozit anyagok rétegközi nyírószilárdságát, hatékony felületkezelési módszer.