Oppervlaktebehandeling van UHMWPE-vezel

De oppervlaktebehandeling van UHMWPE-vezels kan worden onderverdeeld in fysieke modificatie en chemische modificatie volgens verschillende principes van behandelingsmethoden. Afhankelijk van de verschillende gebruikte gemodificeerde media kunnen veel methoden worden onderverdeeld. Bij het bestuderen van het modificatie-effect moet worden opgemerkt dat een methode vaak zowel fysieke modificatie- als chemische modificatie-eigenschappen heeft. Daarom worden in de volgende bespreking de specifieke verwerkingsmedia geclassificeerd.
Plasmabehandeling
Plasmabehandeling is onderverdeeld in twee typen: plasmabehandeling bij lage temperatuur en oppervlaktebehandeling met plasmatransplantaat.
De zogenaamde HMWPE-vezel plasma-oppervlaktebehandeling bij lage temperatuur is het stofzuigen van de gereinigde HMWPE-vezel tussen de twee platen van het plasmabehandelingsapparaat, het starten van het plasmagenererende apparaat onder een omgeving van minder dan 40 Pa, het uitvoeren van plasmabehandeling bij lage temperatuur op de vezel gedurende een bepaalde periode en verwijder vervolgens de vezel voor opslag.
De zogenaamde UHMWPE-vezelplasma-entoppervlaktebehandeling bestaat uit het onderdompelen van de gereinigde UHMWPE-vezel in een monomeeroplossing, deze er na een bepaalde tijd uit halen en in een plasma-apparaat op lage temperatuur plaatsen voor verdere behandeling. Na de behandeling worden actieve punten op het vezeloppervlak gegenereerd om de entpolymerisatie van monomeer op het vezeloppervlak op gang te brengen. Tenslotte werd het homopolymeer op het vezeloppervlak gewassen met aceton en bewaard voor later gebruik.
De zwakke bindingslaag (WBL) die tijdens het spinproces op het oppervlak van UHMWPE-vezels wordt gevormd, wordt verder verknoopt door de ultraviolette straling van plasma, en de cohesiesterkte van het UHMWPE-vezeloppervlak wordt verbeterd. Bovendien kunnen na plasmabehandeling een verscheidenheid aan actieve groepen op het oppervlak van de vezel worden gevormd, zoals: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - en andere actieve groepen, die bevorderlijk zijn voor de chemische combinatie van de vezel en de matrixhars. Plasmabehandeling produceert ook groeven op het vezeloppervlak en verhoogt de oppervlakteruwheid, wat bevorderlijk is voor mechanische binding met de matrix. De prestaties van HMWPE-vezels als composietmateriaal worden door deze methode aanzienlijk verbeterd en de schuifsterkte tussen de lagen wordt met meer dan drie keer verhoogd. De verzwakkingssnelheid van de actieve groepen UHMWPE-vezels na plasma-oppervlaktebehandeling is echter relatief groot en de verzwakkingssnelheid is een derde in twee uur. En de behandelingsmethode vereist een hoog vacuüm, waarbij een druk van minder dan 40 Pa vereist is. Daarom is het moeilijk om met UHMWPE-vezelplasma-oppervlaktebehandeling een continue chemische industriële productie te bereiken.
Corona-ontladingsbehandeling
De zogenaamde UHMWPE-vezelcorona-ontladingsoppervlaktebehandeling is om de gereinigde UHMWPE-vezel tussen de twee platen van het coronabehandelingsapparaat onder normale druk te plaatsen om ongeveer 60 KV hoogspanning te laden, het vermogen is ongeveer 350 W, zodat de lucht wordt geïoniseerd, corona wordt gegenereerd en de behandeling wordt na een bepaalde tijd buiten gebruik gesteld.
Oppervlaktebehandeling met corona-ontlading kan het oppervlak van UHMWPE-vezels etsen, het contactoppervlak tussen vezels en hars vergroten en mechanische ingrijpingswerking vormen na het uitharden van de hars op het vezeloppervlak. De grootte van de mechanische maaswijdte hangt nauw samen met de mate van infiltratie van hars op de vezel en het contactoppervlak tussen hars en vezel, maar de maximale sterkte van deze fysieke actie is slechts 24 KJ · mol-1. Daarom is het beperkt tot het verbeteren van de grensvlakbindingssterkte van vezels en hars alleen door corona-ontlading. Voor de industriële behandeling van polyolefinefilms is alleen corona-ontladingsbehandeling gerapporteerd. Hoewel sommige industriële producten van HMWPE-vezels momenteel worden behandeld door middel van eenvoudige corona-ontlading, is het effect niet erg duidelijk. En de behandeling van corona-ontladingen wordt grotendeels beperkt door intermitterende werking. Daarom is het erg moeilijk om de industrialisatie en continuïteit van de behandeling tegen corona-ontladingen te realiseren.
Door bestraling geïnduceerde oppervlakte-enting
De zogenaamde door UHMWPE-vezelbestraling geïnduceerde oppervlakte-entbehandeling is het enten van het tweede monomeer op het oppervlak van de vezel door straling, en het produceren van een bufferlaag die nauw met de matrix kan worden verbonden, om de hechting tussen de vezels te verbeteren. en de matrix. Gewoonlijk is de stralingsbron 60°C, gammastraling/ultraviolet licht, enz., waarbij ultraviolet licht de fotosensibilisator initieert, zoals benzofenon (BP), en vervolgens de fotosensibilisator initieert dat het monomeer op het oppervlak van de UHMWPE-vezel wordt geënt. Momenteel is het tweede gebruikte monomeer propyleenmonomeer, zoals: acrylzuur (AA), acrylamide (AM), glycidylmethacrylaat (GMA) enzovoort.
UHMWPE-vezel UV-getriggerde vernettingsoppervlaktebehandeling kan in theorie een continu proces realiseren en heeft alleen invloed op de dunne oppervlaktelaag, dus het heeft uitzicht op industriële toepassing. Omdat de vezel echter gedurende een bepaalde tijd moet worden bestraald, beperkt het intermitterende bedrijf de toepassing ervan in grote mate.
Oxidatie proces
De zogenaamde UHMWPE-vezeloxiderende oppervlaktebehandelingsmethode is het oxideren van het vezeloppervlak door chemische middelen of gassen, om de ruwheid van het vezeloppervlak en het gehalte aan polaire groepen op het oppervlak te veranderen. Volgens het oxidatiemedium kunnen twee categorieën worden verdeeld in de natte methode en de droge methode. De natte methode is oxidatie in de vloeibare fase. De gebruikelijke media zijn: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) enzovoort; De schone UH2MWPE-vezel wordt ondergedompeld in het medium, na oxidatiebehandeling bij de gespecificeerde temperatuur gedurende de gespecificeerde tijd eruit gehaald en gewassen tot neutraal; Meerdere keren in gedeïoniseerd water wassen, drogen en opzij zetten. Droge methode is gasfase-oxidatiemethode, veelgebruikte foto-oxidatie en ozonoxidatie; Na de voorbehandeling wordt de schone UHMWPE-vezel blootgesteld aan mediumgas, gedurende een bepaalde reactietijd eruit gehaald, gereinigd met geïoniseerd water en gedroogd voor gebruik.
De vloeistofoxidatiemethode is relatief mild en gemakkelijk te controleren, maar de bediening is omslachtig, de eisen aan de apparatuur zijn hoog en de vervuiling is ernstig. Bij het proces van oxidatie in de gasfase is de apparatuur eenvoudig, de bediening is handig en de continue productie is eenvoudig, maar de oxidatiegraad is moeilijk te controleren, waardoor de oxidatiegraad te diep kan zijn en de vezelsterkte kan afnemen. afwijzen. Kortom, om een ​​continue oxidatie-oppervlaktebehandeling te bereiken, is het noodzakelijk om bepaalde verbeteringen aan te brengen in de bedrijfsmethoden en apparatuur.
Chemische verknopingsbehandeling
Chemische verknopingsmethode is het directe gebruik van initiator om monomeer-enting op het vezeloppervlak te initiëren, vergelijkbaar met de door bestraling geïnitieerde entmethode, maar kan de bestralings-entmethode bij investeringen in apparatuur vermijden. Deze methode is een eenvoudig proces, gemakkelijk te bereiken industriële continue productie.
Lang Yanqing et al. gebruikte peroxide als initiator om silaanverknopingsmodificatie op UHMWPE-vezels uit te voeren. Uit de studie bleek dat na silaanmodificatie silaanmoleculen op het vezeloppervlak werden geënt, waardoor het aantal en de polariteit van chemische functionele groepen op het vezeloppervlak toenam, waardoor de bindingseigenschap tussen de vezel en de matrixhars werd verbeterd. Na de transplantaatbehandeling verschenen er meer markeringen op het oppervlak van de vezel, waardoor het mechanische in elkaar grijpende effect tussen de vezel en de hars toenam, en de schuifsterkte tussen de lagen van het composiet toenam, die 2,45 keer zo groot was als die van het composiet vóór modificatie. Tegelijkertijd wordt ook de kruipweerstand van gemodificeerde vezels verbeterd.
Andere verwerkingsmethoden
Naast plasmabehandeling, oxidatie van chemische reagentia, oppervlakte-enting en corona-ontladingsbehandeling, kunnen kalander- en coatingmethoden de bindingseigenschappen van UHMWPE-vezels en harsmatrix tot op zekere hoogte verbeteren.
De kalandermethode is dat de UHMWPE-vezel na de werking van een paar drukrollen wordt veranderd van de oorspronkelijke cirkelvormige doorsnede naar een platte vorm, zodat het contactoppervlak in het composiet wordt vergroot en de hechtingseigenschap tot op zekere hoogte wordt verbeterd. , maar dat is niet evident. De coatingmethode is het aanbrengen van een laag reagens op het oppervlak van UHMWPE-vezels. Uit de industriële productie van polyethyleenvezels met ultrahoog molecuulgewicht tot nu toe is het ideale reagens voor coating nog niet ontwikkeld. Dit reagens zou moeten werken als koppelmiddel om de bindingseigenschap tussen UHMWPE-vezel en matrix te verbeteren. Het effect van deze methoden op het verbeteren van de hechting tussen de UHMWPE-vezels en de matrix is ​​niet duidelijk, dus het modificatieonderzoek van deze methoden is niet zo uitgebreid als dat van de voorgaande methoden.
Dankzij de huidige werkwijzen zullen, terwijl de vezelbevochtigbaarheid wordt verbeterd, de mechanische eigenschappen van de behandelde vezels in verschillende mate worden verminderd, en zal de toepassing van de vezels beperkt zijn. Sommige mensen stellen een samengestelde behandelmethode voor om UHMWPE-vezels te behandelen, die dit probleem kan oplossen. Wang Chengzhong et al. voerde een samengestelde oppervlaktebehandeling uit van UHMWPE-vezels door chroomzuuroxidatie in de vloeibare fase en nano-silicasolcoating, en bestudeerde de grensvlakeigenschappen van UHMWPE-vezel / epoxyharscomposiet. De resultaten tonen aan dat zowel oxidatie in de vloeibare fase als oppervlaktecoating de grensvlakeigenschappen van de composietmaterialen kunnen verbeteren, maar de behandelingstijd voor oxidatie in de vloeibare fase is te lang, de vezelsterkte zal worden verminderd, terwijl de composietbehandeling een synergetisch effect heeft, niet kan de vezelsterkte verminderen maar de schuifsterkte tussen de lagen van de composietmaterialen aanzienlijk verbeteren, is een effectieve oppervlaktebehandelingsmethode.