Overflatebehandling av UHMWPE-fiber

Overflatebehandlingen av UHMWPE-fiber kan deles inn i fysisk modifikasjon og kjemisk modifikasjon i henhold til forskjellige prinsipper for behandlingsmetoder. I henhold til de forskjellige modifiserte mediene som brukes, kan mange metoder deles inn. Når man studerer modifikasjonseffekten, bør det bemerkes at en metode ofte har både fysiske modifikasjons- og kjemiske modifikasjonsegenskaper. Derfor, i den følgende diskusjonen, i henhold til den spesifikke behandlingen medier er klassifisert.
Plasmabehandling
Plasmabehandling er delt inn i to typer: lavtemperatur plasmabehandling og plasmagraft overflatebehandling.
Den såkalte HMWPE fiber lavtemperatur plasmaoverflatebehandlingen er å støvsuge den rensede HMWPE-fiberen mellom de to platene til plasmabehandlingsenheten, starte den plasmagenererende enheten under et miljø på mindre enn 40Pa, utføre lavtemperatur plasmabehandling på fiber i en viss periode, og fjern deretter fiberen for lagring.
Den såkalte UHMWPE fiber plasma graft overflatebehandling er å senke den rensede UHMWPE fiberen i monomerløsning, ta den ut etter en viss tid og plassere den i en lavtemperatur plasma enhet for videre behandling. Etter behandling genereres aktive punkter på fiberoverflaten for å utløse podepolymerisering av monomer på fiberoverflaten. Til slutt ble homopolymeren på fiberoverflaten vasket med aceton og lagret for senere bruk.
Det svake bindende laget (WBL) som dannes på overflaten av UHMWPE-fiber i spinneprosessen, blir ytterligere tverrbundet av ultrafiolett stråling av plasma, og kohesjonsstyrken til UHMWPE-fiberoverflaten forbedres. I tillegg kan en rekke aktive grupper dannes på overflaten av fiberen etter plasmabehandling, slik som: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - og andre aktive grupper, som bidrar til kjemikaliet kombinasjon av fiber og matriseharpiks. Plasmabehandling gir også spor på fiberoverflaten og øker overflateruheten, noe som bidrar til mekanisk binding med matrisen. Ytelsen til HMWPE-fiber som et komposittmateriale forbedres kraftig med denne metoden, og mellomlagsskjærstyrken økes med mer enn 3 ganger. Dempningshastigheten til de aktive gruppene av UHMWPE-fiber etter plasmaoverflatebehandling er imidlertid relativt stor, og dempningshastigheten er en tredjedel på to timer. Og behandlingsmetoden krever et høyt vakuum, som krever trykk mindre enn 40 Pa. Derfor er UHMWPE fiber plasma overflatebehandling vanskelig å oppnå kontinuerlig kjemisk industriell produksjon.
Behandling av koronautslipp
Den såkalte UHMWPE fiber koronautladningsoverflatebehandlingen er å plassere den rensede UHMWPE-fiberen mellom de to platene til koronabehandlingsenheten under normalt trykk for å belaste omtrent 60 KV høyspenning, effekten er omtrent 350W, slik at luften ioniseres, corona genereres, og behandlingen tas ut til bruk etter en viss tid.
Corona-utladningsoverflatebehandling kan etse overflaten av UHMWPE-fiber, øke kontaktområdet mellom fiber og harpiks og danne mekanisk meshing-virkning etter harpiksherding på fiberoverflaten. Størrelsen på mekanisk meshing er nært knyttet til graden av infiltrasjon av harpiks på fiber og kontaktområdet mellom harpiks og fiber, men den maksimale styrken til denne fysiske handlingen er bare 24 KJ · mol-1. Derfor er det begrenset til å forbedre grenseflatebindingsstyrken til fiber og harpiks ved koronautladning alene. Kun koronautslippsbehandling er rapportert for industriell behandling av polyolefinfilmer. Selv om noen industrielle produkter av HMWPE-fiber for tiden behandles med enkel koronautslipp, er effekten ikke veldig åpenbar. Og behandling av koronautslipp er i stor grad begrenset av intermitterende operasjon. Derfor er det svært vanskelig å realisere industrialisering og kontinuitet i behandling av koronautslipp.
Bestrålingsindusert overflatepoding
Den såkalte UHMWPE fiberbestrålingsinduserte overflatepodebehandlingen er å pode polymerisere den andre monomeren på overflaten av fiberen ved stråling, og produsere et bufferlag som kan bindes tett med matrisen, for å forbedre adhesjonen mellom fiberen og matrisen. Vanligvis er strålingskilden 60C, gammastråle/ultrafiolett lys, etc., der ultrafiolett lys initierer fotosensibilisatoren, slik som benzofenon (BP), og deretter initierer fotosensibilisatoren monomerpodningen til overflaten av UHMWPE-fiber. For tiden er den andre monomeren som brukes propylenmonomer, slik som: akrylsyre (AA), akrylamid (AM), glycidylmetakrylat (GMA) og så videre.
UHMWPE fiber UV-utløst tverrbinding overflatebehandling kan realisere kontinuerlig prosess i teorien, og påvirker bare det tynne overflatelaget, så det har utsikter til industriell bruk. Imidlertid, fordi fiberen må bestråles i en viss tidsperiode, begrenser intermitterende drift dets anvendelse i stor grad.
Oksidasjonsprosess
Den såkalte UHMWPE fiberoksiderende overflatebehandlingsmetoden er å oksidere fiberoverflaten med kjemiske midler eller gasser, for å endre ruheten til fiberoverflaten og innholdet av polare grupper på overflaten. I henhold til oksidasjonsmediet kan deles inn i våt metode og tørr metode to kategorier. Våtmetoden er væskefaseoksidasjon, dens vanlige medier er: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) og så videre; Den rene UH2MWPE-fiberen nedsenkes i mediet, tas ut etter oksidasjonsbehandling ved spesifisert temperatur i spesifisert tid og vaskes til nøytral; Vask i avionisert vann flere ganger, tørk og sett til side. Tørr metode er gassfaseoksidasjonsmetode, ofte brukt fotooksidasjon og ozonoksidasjon; Etter forbehandling blir den rene UHMWPE-fiberen utsatt for middels gass, tatt ut i en viss reaksjonstid, rengjort med ionisert vann, tørket for bruk.
Den flytende oksidasjonsmetoden er relativt mild og lett å kontrollere, men operasjonen er tungvint, utstyrskravene er høye og forurensningen er alvorlig. I prosessen med gassfaseoksidasjon er utstyret enkelt, operasjonen er praktisk, og den kontinuerlige produksjonen er enkel, men oksidasjonsgraden er vanskelig å kontrollere, noe som kan føre til at oksidasjonsgraden blir for dyp og føre til at fiberstyrken til avslå. Kort sagt, for å oppnå kontinuerlig oksidasjonsoverflatebehandling, er det nødvendig å gjøre visse forbedringer i driftsmetoder og utstyr.
Kjemisk tverrbindingsbehandling
Kjemisk tverrbindingsmetode er direkte bruk av initiator for å starte monomerpoding på fiberoverflaten, lik bestrålingsinitiert podemetode, men kan unngå bestrålingspodingsmetode i utstyrsinvestering, denne metoden er enkel prosess, lett å oppnå industriell kontinuerlig produksjon.
Lang Yanqing et al. brukte peroksid som initiator for å utføre silan-tverrbindingsmodifikasjon på UHMWPE-fiber. Studien fant at etter silanmodifisering ble silanmolekyler podet på fiberoverflaten, noe som økte antallet og polariteten til kjemiske funksjonelle grupper på fiberoverflaten, og dermed forbedret bindingsegenskapen mellom fiberen og matriksharpiksen. Etter podebehandling dukket det opp flere markeringer på overflaten av fiberen, noe som økte den mekaniske sammenlåsingseffekten mellom fiberen og harpiksen, og økte mellomlagsskjærstyrken til kompositten, som var 2,45 ganger kompositten før modifisering. Samtidig er krypemotstanden til modifisert fiber også forbedret.
Andre behandlingsmetoder
I tillegg til plasmabehandling, kan kjemisk reagensoksidasjon, overflatepoding og koronautslippsbehandling, kalandrering og beleggingsmetoder forbedre bindingsegenskapene til UHMWPE-fiber og harpiksmatrise til en viss grad.
Kalandreringsmetoden er at UHMWPE-fiberen endres fra den opprinnelige sirkulære seksjonen til en flat form etter påvirkning av et par presseruller, slik at kontaktområdet økes i kompositten, og bindeegenskapen forbedres til en viss grad , men det er ikke åpenbart. Belegningsmetoden er å belegge et lag med reagens på overflaten av UHMWPE-fiber. Fra industriell produksjon av polyetylenfiber med ultrahøy molekylvekt så langt, er det ideelle reagenset ikke utviklet for belegg. Dette reagenset skal fungere som et koblingsmiddel for å forbedre bindingsegenskapene mellom UHMWPE-fiber og matrise. Effekten av disse metodene for å forbedre mellomlagsadhesjonen mellom UHMWPE-fiber og matrise er ikke åpenbar, så modifikasjonsforskningen av disse metodene er ikke like mye som de tidligere metodene.
På grunn av dagens metoder vil, samtidig som fiberfuktbarheten forbedres, de mekaniske egenskapene til de behandlede fibrene reduseres i varierende grad, og anvendelsen av fibrene vil være begrenset. Noen legger frem en komposittbehandlingsmetode for å behandle UHMWPE-fiber, som kan løse dette problemet. Wang Chengzhong et al. utført sammensatt overflatebehandling av UHMWPE-fiber ved kromsyre-væskefaseoksidasjon og nano-silikasol-belegg, og studerte grensesnittegenskapene til UHMWPE fiber/epoksyharpikskompositt. Resultatene viser at både væskefaseoksidasjon og overflatebelegg kan forbedre grensesnittegenskapene til komposittmaterialene, men væskefaseoksidasjonsbehandlingstiden er for lang, fiberstyrken vil reduseres, mens komposittbehandlingen har en synergistisk effekt, kan ikke redusere fiberstyrken, men i stor grad forbedre mellomlagsskjærstyrken til komposittmaterialene, er en effektiv overflatebehandlingsmetode.