Обработка поверхности волокна СВМПЭ

Обработку поверхности волокна СВМПЭ можно разделить на физическую модификацию и химическую модификацию в соответствии с различными принципами методов обработки. В зависимости от различных используемых модифицированных сред можно разделить многие методы. При изучении эффекта модификации следует отметить, что метод часто обладает характеристиками как физической модификации, так и химической модификации. Поэтому в последующем обсуждении классифицируются в соответствии с конкретными средами обработки.
Плазменная обработка
Плазменная обработка делится на два типа: низкотемпературная плазменная обработка и плазменная обработка поверхности трансплантата.
Так называемая низкотемпературная плазменная обработка поверхности волокна HMWPE заключается в вакуумировании очищенного волокна HMWPE между двумя пластинами устройства плазменной обработки, запуске устройства генерации плазмы при давлении менее 40 Па, выполнении низкотемпературной плазменной обработки на волокно в течение определенного периода времени, а затем уберите волокно на хранение.
Так называемая плазменная обработка поверхности трансплантата волокна из СВМПЭ заключается в погружении очищенного волокна из СВМПЭ в раствор мономера, вынимании его через определенный период времени и помещении в низкотемпературное плазменное устройство для дальнейшей обработки. После обработки на поверхности волокна создаются активные точки, запускающие привитую полимеризацию мономера на поверхности волокна. Наконец, гомополимер на поверхности волокна промывали ацетоном и хранили для дальнейшего использования.
Слабый связующий слой (WBL), образующийся на поверхности волокна из СВМПЭ в процессе прядения, дополнительно сшивается ультрафиолетовым излучением плазмы, и прочность сцепления поверхности волокна из СВМПЭ улучшается. Кроме того, после плазменной обработки на поверхности волокна могут образовываться различные активные группы, такие как: -CO H-, -co-, -COOh, -COO- и другие активные группы, способствующие химическому воздействию. сочетание волокна и матричной смолы. Плазменная обработка также создает бороздки на поверхности волокна и увеличивает шероховатость поверхности, что способствует механическому соединению с матрицей. С помощью этого метода значительно улучшаются характеристики волокна HMWPE как композиционного материала, а межслоевая прочность на сдвиг увеличивается более чем в 3 раза. Однако скорость затухания активных групп волокна из СВМПЭ после плазменной обработки поверхности относительно велика, и скорость затухания составляет одну треть за два часа. А метод лечения требует высокого вакуума, требующего давления менее 40 Па. Таким образом, плазменная обработка поверхности волокна СВМПЭ трудно обеспечить непрерывное химическое промышленное производство.
Лечение коронным разрядом
Так называемая обработка поверхности коронным разрядом волокна из СВМПЭ заключается в размещении очищенного волокна из СВМПЭ между двумя пластинами устройства для обработки коронным разрядом под нормальным давлением для нагрузки высокого напряжения около 60 кВ, мощность около 350 Вт, так что воздух ионизируется, генерируется корона, и через определенное время средство можно использовать.
Обработка поверхности коронным разрядом может протравить поверхность волокна из СВМПЭ, увеличить площадь контакта между волокном и смолой и создать механическое зацепление после отверждения смолы на поверхности волокна. Размер механического зацепления тесно связан со степенью проникновения смолы в волокно и площадью контакта между смолой и волокном, но максимальная сила этого физического воздействия составляет всего 24 кДж·моль-1. Следовательно, улучшение прочности межфазного соединения волокна и смолы только за счет коронного разряда ограничено. Сообщалось только об обработке коронным разрядом для промышленной обработки полиолефиновых пленок. Хотя некоторые промышленные изделия из волокна HMWPE в настоящее время обрабатываются простым коронным разрядом, эффект не очень очевиден. А обработка коронным разрядом во многом ограничивается прерывистой работой. Поэтому очень сложно реализовать индустриализацию и непрерывность лечения коронным разрядом.
Поверхностная трансплантация, индуцированная облучением
Так называемая обработка поверхностной прививки волокна из СВМПЭ, вызванная облучением, заключается в прививке полимеризации второго мономера на поверхность волокна под действием излучения и создании буферного слоя, который может быть тесно связан с матрицей, чтобы улучшить адгезию между волокнами. и матрица. Обычно источником излучения является температура 60°С, гамма-лучи/ультрафиолетовый свет и т. д., при этом ультрафиолетовый свет инициирует фотосенсибилизатор, такой как бензофенон (БП), а затем фотосенсибилизатор инициирует прививку мономера к поверхности волокна из СВМПЭ. В настоящее время вторым используемым мономером является мономер пропилена, такой как: акриловая кислота (АА), акриламид (АМ), глицидилметакрилат (ГМА) и так далее.
Сшивающая поверхность волокна СВМПЭ, вызванная УФ-излучением, теоретически может реализовать непрерывный процесс и воздействует только на тонкий поверхностный слой, поэтому она имеет перспективу промышленного применения. Однако, поскольку волокно необходимо облучать в течение определенного периода времени, прерывистый режим работы в значительной степени ограничивает его применение.
Процесс окисления
Так называемый метод окислительной обработки поверхности волокна из СВМПЭ заключается в окислении поверхности волокна химическими агентами или газами с целью изменения шероховатости поверхности волокна и содержания полярных групп на поверхности. В зависимости от среды окисления можно разделить на две категории: мокрый метод и сухой метод. Мокрый метод представляет собой жидкофазное окисление, его распространенными средами являются: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) и так далее; Чистое волокно из UH2MWPE погружают в среду, вынимают после окислительной обработки при указанной температуре в течение указанного времени и промывают до нейтрального состояния; Промойте несколько раз в деионизированной воде, высушите и отложите. Сухой метод — это метод газофазного окисления, обычно используемый фотоокисление и окисление озоном; После предварительной обработки чистое волокно из СВМПЭ подвергается воздействию газовой среды, вынимается на определенное время реакции, очищается ионизированной водой, сушится для использования.
Метод жидкостного окисления относительно мягок и прост в управлении, но операция громоздка, требования к оборудованию высоки, а загрязнение серьезное. В процессе газофазного окисления оборудование простое, эксплуатация удобна, непрерывное производство легко, но степень окисления трудно контролировать, что может привести к слишком глубокому окислению и снижению прочности волокна. отклонить. Короче говоря, для достижения непрерывной окислительной обработки поверхности необходимо внести определенные улучшения в методы работы и оборудование.
Химическая сшивка
Метод химического сшивания представляет собой прямое использование инициатора для инициирования прививки мономера на поверхности волокна, аналогично методу прививки, инициируемой облучением, но можно избежать метода прививки облучением при инвестициях в оборудование, этот метод представляет собой простой процесс, легко обеспечить непрерывное промышленное производство.
Лан Яньцин и др. использовали пероксид в качестве инициатора для модификации силановой сшивки волокна из СВМПЭ. Исследование показало, что после модификации силаном молекулы силана были привиты к поверхности волокна, что увеличило количество и полярность химических функциональных групп на поверхности волокна, тем самым улучшив свойства связи между волокном и матричной смолой. После обработки прививкой на поверхности волокна появилось больше отметин, что увеличило эффект механического сцепления между волокном и смолой и увеличило межслоевую прочность на сдвиг композита, которая была в 2,45 раза выше, чем у композита до модификации. В то же время сопротивление ползучести модифицированного волокна также улучшается.
Другие методы обработки
В дополнение к плазменной обработке, окислению химическими реагентами, поверхностной прививке и обработке коронным разрядом, методы каландрирования и нанесения покрытия могут в определенной степени улучшить свойства сцепления волокна СВМПЭ и матрицы смолы.
Метод каландрирования заключается в том, что волокно СВМПЭ меняет исходную круглую форму на плоскую форму под действием пары прижимных роликов, так что площадь контакта в композите увеличивается, а свойства склеивания в определенной степени улучшаются. , но это не очевидно. Метод нанесения покрытия заключается в нанесении слоя реагента на поверхность волокна из СВМПЭ. Из промышленного производства сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна до сих пор не разработан идеальный реагент для нанесения покрытия. Этот реагент должен действовать как связующий агент для улучшения свойств сцепления между волокном из СВМПЭ и матрицей. Влияние этих методов на улучшение межслоевой адгезии между волокном из СВМПЭ и матрицей не очевидно, поэтому исследования по модификации этих методов не так широки, как у предыдущих методов.
Благодаря современным методам при улучшении смачиваемости волокон механические свойства обработанных волокон будут в различной степени снижаться, а применение волокон будет ограничено. Некоторые люди предлагают метод композитной обработки волокна из СВМПЭ, который может решить эту проблему. Ван Чэнчжун и др. выполнили комплексную обработку поверхности волокна из СВМПЭ жидкофазным окислением хромовой кислоты и нанесением покрытия наносиликазолем, а также изучили интерфейсные свойства композита волокно из СВМПЭ/эпоксидной смолы. Результаты показывают, что как жидкофазное окисление, так и поверхностное покрытие могут улучшить интерфейсные свойства композиционных материалов, но время обработки жидкофазным окислением слишком велико, прочность волокна будет снижена, в то время как композитная обработка имеет синергетический эффект и не может Уменьшите прочность волокна, но значительно улучшите межслоевую прочность на сдвиг композиционных материалов, это эффективный метод обработки поверхности.