Tractament superficial de fibra UHMWPE

El tractament superficial de la fibra UHMWPE es pot dividir en modificació física i modificació química segons diferents principis de mètodes de tractament. Segons els diferents mitjans modificats utilitzats, es poden subdividir molts mètodes. Quan s'estudia l'efecte de modificació, cal tenir en compte que un mètode sovint té característiques tant de modificació física com de modificació química. Per tant, en la discussió següent, segons els mitjans de processament específics es classifiquen.
Tractament amb plasma
El tractament amb plasma es divideix en dos tipus: tractament amb plasma a baixa temperatura i tractament superficial amb empelt de plasma.
L'anomenat tractament de superfície de plasma a baixa temperatura de fibra HMWPE consisteix a aspirar la fibra HMWPE netejada entre les dues plaques del dispositiu de tractament de plasma, iniciar el dispositiu generador de plasma en un entorn inferior a 40 Pa, realitzar un tractament amb plasma a baixa temperatura al fibra durant un període de temps determinat i després traieu la fibra per emmagatzemar-la.
L'anomenat tractament de la superfície de l'empelt de plasma de fibra UHMWPE consisteix a submergir la fibra UHMWPE neta en una solució de monòmer, treure-la després d'un període de temps determinat i col·locar-la en un dispositiu de plasma a baixa temperatura per a un tractament posterior. Després del tractament, es generen punts actius a la superfície de la fibra per desencadenar la polimerització de l'empelt del monòmer a la superfície de la fibra. Finalment, l'homopolímer de la superfície de la fibra es va rentar amb acetona i es va emmagatzemar per a un ús posterior.
La capa d'unió feble (WBL) formada a la superfície de la fibra UHMWPE en el procés de filatura es reticula encara més per la radiació ultraviolada del plasma i es millora la força de cohesió de la superfície de la fibra UHMWPE. A més, es poden formar diversos grups actius a la superfície de la fibra després del tractament amb plasma, com ara: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - i altres grups actius, que afavoreixen la substància química. combinació de la fibra i la resina matriu. El tractament amb plasma també produeix solcs a la superfície de la fibra i augmenta la rugositat de la superfície, cosa que afavoreix la unió mecànica amb la matriu. El rendiment de la fibra HMWPE com a material compost es millora molt amb aquest mètode, i la resistència al tall entre capes augmenta més de 3 vegades. Tanmateix, la taxa d'atenuació dels grups actius de fibra UHMWPE després del tractament de la superfície amb plasma és relativament gran i la taxa d'atenuació és d'un terç en dues hores. I el mètode de tractament requereix un buit elevat, que requereix una pressió inferior a 40 Pa. Per tant, el tractament superficial de plasma de fibra UHMWPE és difícil d'aconseguir una producció industrial química contínua.
Tractament de descàrrega corona
L'anomenat tractament superficial de descàrrega de la corona de fibra UHMWPE consisteix a col·locar la fibra UHMWPE netejada entre les dues plaques del dispositiu de tractament de corona a pressió normal per carregar uns 60 KV d'alta tensió, la potència és d'uns 350 W, de manera que l'aire s'ionitzi, es genera corona i el tractament es retira per utilitzar-lo després d'un temps determinat.
El tractament de la superfície de descàrrega de corona pot gravar la superfície de la fibra UHMWPE, augmentar l'àrea de contacte entre la fibra i la resina i formar una acció de malla mecànica després del curat de la resina a la superfície de la fibra. La mida de la malla mecànica està estretament relacionada amb el grau d'infiltració de la resina sobre la fibra i l'àrea de contacte entre la resina i la fibra, però la força màxima d'aquesta acció física és només de 24 KJ · mol-1. Per tant, es limita a millorar la força d'unió interfacial de fibra i resina només per descàrrega de corona. Només s'ha informat del tractament de descàrrega corona per al tractament industrial de pel·lícules de poliolefina. Encara que alguns productes industrials de fibra HMWPE es tracten actualment mitjançant una simple descàrrega corona, l'efecte no és gaire evident. I el tractament de descàrrega corona està limitat en gran mesura pel funcionament intermitent. Per tant, és molt difícil realitzar la industrialització i la continuïtat del tractament de descàrrega corona.
Empelt superficial induït per irradiació
L'anomenat tractament d'empelt superficial induït per irradiació de fibres UHMWPE consisteix a empeltar polimeritzar el segon monòmer a la superfície de la fibra per radiació i produir una capa amortidor que es pot unir estretament amb la matriu, per tal de millorar l'adhesió entre la fibra. i la matriu. En general, la font de radiació és de 60 °C, raigs gamma / llum ultraviolada, etc., en què la llum ultraviolada inicia el fotosensibilitzador, com la benzofenona (BP), i després el fotosensibilitzador inicia l'empelt de monòmers a la superfície de la fibra UHMWPE. Actualment, el segon monòmer utilitzat és el monòmer de propilè, com ara: àcid acrílic (AA), acrilamida (AM), metacrilat de glicidil (GMA), etc.
El tractament de superfícies de reticulació de fibra UHMWPE activat per UV pot realitzar un procés continu en teoria i només afecta la capa superficial prima, de manera que té la perspectiva d'una aplicació industrial. Tanmateix, com que la fibra s'ha d'irradiar durant un període de temps determinat, el funcionament intermitent limita la seva aplicació en gran mesura.
Procés d'oxidació
L'anomenat mètode de tractament de la superfície oxidant de la fibra UHMWPE consisteix a oxidar la superfície de la fibra mitjançant agents químics o gasos, per tal de canviar la rugositat de la superfície de la fibra i el contingut de grups polars a la superfície. Segons el medi d'oxidació es pot dividir en mètode humit i mètode sec dues categories. El mètode humit és l'oxidació en fase líquida, els seus mitjans comuns són: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) i així successivament; La fibra UH2MWPE neta es submergeix al medi, es treu després del tractament d'oxidació a la temperatura especificada durant el temps especificat i es renta a neutre; Rentar amb aigua desionitzada diverses vegades, assecar i reservar. El mètode sec és el mètode d'oxidació en fase gasosa, la fotooxidació i l'oxidació de l'ozó d'ús habitual; Després del pretractament, la fibra UHMWPE neta s'exposa a un gas mitjà, es treu durant un cert temps de reacció, es neteja amb aigua ionitzada i s'asseca per al seu ús.
El mètode d'oxidació líquida és relativament suau i fàcil de controlar, però el funcionament és feixuc, els requisits de l'equip són alts i la contaminació és greu. En el procés d'oxidació en fase gasosa, l'equip és senzill, l'operació és convenient i la producció contínua és fàcil, però el grau d'oxidació és difícil de controlar, cosa que pot provocar que el grau d'oxidació sigui massa profund i la força de la fibra declivi. En definitiva, per aconseguir un tractament superficial d'oxidació contínua, cal fer determinades millores en els mètodes de funcionament i equips.
Tractament de reticulació química
El mètode de reticulació química és l'ús directe de l'iniciador per iniciar l'empelt de monòmers a la superfície de la fibra, similar al mètode d'empelt iniciat per irradiació, però pot evitar el mètode d'empelt d'irradiació en la inversió d'equips, aquest mètode és un procés senzill, fàcil d'aconseguir una producció contínua industrial.
Lang Yanqing et al. va utilitzar peròxid com a iniciador per realitzar la modificació de la reticulació de silà a la fibra UHMWPE. L'estudi va trobar que després de la modificació del silà, es van empeltar molècules de silà a la superfície de la fibra, la qual cosa va augmentar el nombre i la polaritat dels grups funcionals químics a la superfície de la fibra, millorant així la propietat d'unió entre la fibra i la resina de la matriu. Després del tractament de l'empelt, van aparèixer més marques a la superfície de la fibra, la qual cosa va augmentar l'efecte d'enclavament mecànic entre la fibra i la resina i va augmentar la resistència al tall entre capes del compost, que era 2,45 vegades la del compost abans de la modificació. Al mateix temps, també es millora la resistència a la fluència de la fibra modificada.
Altres mètodes de processament
A més del tractament amb plasma, l'oxidació de reactius químics, l'empelt superficial i el tractament de descàrrega de corona, els mètodes de calandrat i recobriment poden millorar les propietats d'unió de la fibra UHMWPE i la matriu de resina fins a cert punt.
El mètode de calandrat és que la fibra UHMWPE es canvia de la secció circular original a una forma plana després de l'acció d'un parell de corrons de premsa, de manera que l'àrea de contacte augmenta en el compost i la propietat d'unió es millora fins a cert punt. , però no és evident. El mètode de recobriment és recobrir una capa de reactiu a la superfície de la fibra UHMWPE. Des de la producció industrial de fibra de polietilè de pes molecular ultra alt fins ara, no s'ha desenvolupat el reactiu ideal per al recobriment. Aquest reactiu hauria d'actuar com a agent d'acoblament per millorar la propietat d'unió entre la fibra UHMWPE i la matriu. L'efecte d'aquests mètodes en la millora de l'adhesió entre capes entre la fibra UHMWPE i la matriu no és obvi, de manera que la investigació de modificacions d'aquests mètodes no és tant com els mètodes anteriors.
A causa dels mètodes actuals, alhora que es millora la humectabilitat de la fibra, les propietats mecàniques de les fibres tractades es reduiran en diferents graus i l'aplicació de les fibres es limitarà. Algunes persones proposen un mètode de tractament compost per tractar la fibra UHMWPE, que pot resoldre aquest problema. Wang Chengzhong et al. va realitzar un tractament de superfície composta de fibra UHMWPE mitjançant oxidació en fase líquida d'àcid cròmic i recobriment de sol de nanosílice i va estudiar les propietats d'interfície del compost de fibra UHMWPE/resina epoxi. Els resultats mostren que tant l'oxidació en fase líquida com el recobriment superficial poden millorar les propietats de la interfície dels materials compostos, però el temps de tractament d'oxidació en fase líquida és massa llarg, la resistència de la fibra es reduirà, mentre que el tractament compost té un efecte sinèrgic, no es pot. reduir la resistència de la fibra, però millorar considerablement la resistència al tall entre capes dels materials compostos, és un mètode de tractament de superfícies eficaç.