Perawatan Permukaan Serat UHMWPE

Perawatan permukaan serat UHMWPE dapat dibagi menjadi modifikasi fisik dan modifikasi kimia sesuai dengan prinsip metode perawatan yang berbeda. Menurut berbagai media modifikasi yang digunakan, banyak metode yang dapat dibagi lagi. Ketika mempelajari efek modifikasi, perlu dicatat bahwa suatu metode sering kali memiliki karakteristik modifikasi fisik dan modifikasi kimia. Oleh karena itu, dalam pembahasan berikut ini, menurut media pengolahan spesifiknya diklasifikasikan.
Perawatan plasma
Perawatan plasma dibagi menjadi dua jenis: perawatan plasma suhu rendah dan perawatan permukaan cangkok plasma.
Yang disebut perawatan permukaan plasma suhu rendah serat HMWPE adalah dengan menyedot serat HMWPE yang telah dibersihkan di antara dua pelat perangkat perawatan plasma, memulai perangkat penghasil plasma di bawah lingkungan kurang dari 40Pa, melakukan perawatan plasma suhu rendah pada permukaan plasma suhu rendah serat HMWPE. serat untuk jangka waktu tertentu, dan kemudian mengeluarkan serat untuk disimpan.
Yang disebut perawatan permukaan cangkok plasma serat UHMWPE adalah dengan merendam serat UHMWPE yang telah dibersihkan dalam larutan monomer, mengeluarkannya setelah jangka waktu tertentu, dan menempatkannya dalam perangkat plasma suhu rendah untuk perawatan lebih lanjut. Setelah perawatan, titik aktif dihasilkan pada permukaan serat untuk memicu polimerisasi cangkok monomer pada permukaan serat. Terakhir, homopolimer pada permukaan serat dicuci dengan aseton dan disimpan untuk digunakan nanti.
Lapisan pengikat lemah (WBL) yang terbentuk pada permukaan serat UHMWPE selama proses pemintalan selanjutnya diikat silang oleh radiasi ultraviolet plasma, dan kekuatan kohesi permukaan serat UHMWPE ditingkatkan. Selain itu, berbagai gugus aktif dapat terbentuk pada permukaan serat setelah pengolahan plasma, seperti: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - dan gugus aktif lainnya, yang kondusif terhadap bahan kimia tersebut. kombinasi serat dan resin matriks. Perawatan plasma juga menghasilkan alur pada permukaan serat dan meningkatkan kekasaran permukaan, sehingga mendukung ikatan mekanis dengan matriks. Kinerja serat HMWPE sebagai material komposit meningkat pesat dengan metode ini, dan kekuatan geser antarlapis meningkat lebih dari 3 kali lipat. Namun, laju atenuasi gugus aktif serat UHMWPE setelah perlakuan permukaan plasma relatif besar, dan laju atenuasinya sepertiga dalam dua jam. Dan cara perawatannya memerlukan vakum yang tinggi, membutuhkan tekanan kurang dari 40Pa. Oleh karena itu, perlakuan permukaan plasma serat UHMWPE sulit untuk mencapai produksi industri kimia yang berkelanjutan.
Pengobatan pelepasan corona
Yang disebut perawatan permukaan pelepasan korona serat UHMWPE adalah menempatkan serat UHMWPE yang telah dibersihkan di antara dua pelat perangkat perawatan korona di bawah tekanan normal untuk memuat tegangan tinggi sekitar 60 KV, daya sekitar 350W, sehingga udara terionisasi, corona dihasilkan, dan pengobatannya dikeluarkan untuk digunakan setelah waktu tertentu.
Perlakuan permukaan pelepasan corona dapat mengetsa permukaan serat UHMWPE, meningkatkan area kontak antara serat dan resin, dan membentuk aksi penyatuan mekanis setelah pengawetan resin pada permukaan serat. Ukuran meshing mekanis erat kaitannya dengan derajat infiltrasi resin pada serat dan luas kontak antara resin dan serat, namun kekuatan maksimum aksi fisik ini hanya 24 KJ · mol-1. Oleh karena itu, peningkatan kekuatan ikatan antar muka serat dan resin hanya dilakukan dengan pelepasan corona saja. Hanya perlakuan pelepasan corona yang telah dilaporkan untuk perlakuan industri pada film poliolefin. Meskipun beberapa produk industri serat HMWPE saat ini diolah dengan pelepasan korona sederhana, efeknya tidak terlalu jelas. Dan pengobatan pelepasan corona sebagian besar dibatasi oleh operasi yang terputus-putus. Oleh karena itu, sangat sulit mewujudkan industrialisasi dan kesinambungan pengobatan pelepasan corona.
pencangkokan permukaan yang diinduksi iradiasi
Apa yang disebut perlakuan pencangkokan permukaan yang diinduksi iradiasi serat UHMWPE adalah dengan mencangkokkan polimerisasi monomer kedua pada permukaan serat secara radiasi, dan menghasilkan lapisan penyangga yang dapat terikat erat dengan matriks, sehingga dapat meningkatkan daya rekat antar serat. dan matriks. Biasanya sumber radiasinya adalah 60C, sinar gamma/sinar ultraviolet, dll., di mana sinar ultraviolet memulai fotosensitizer, seperti benzofenon (BP), dan kemudian fotosensitizer memulai pencangkokan monomer ke permukaan serat UHMWPE. Saat ini monomer kedua yang digunakan adalah monomer propilen, seperti: asam akrilat (AA), akrilamida (AM), glisidil metakrilat (GMA) dan sebagainya.
Perawatan permukaan ikatan silang yang dipicu oleh serat UHMWPE UV dapat mewujudkan proses berkelanjutan secara teori, dan hanya mempengaruhi lapisan permukaan tipis, sehingga memiliki prospek untuk aplikasi industri. Namun, karena serat perlu diiradiasi untuk jangka waktu tertentu, pengoperasian yang terputus-putus sangat membatasi penerapannya.
Proses oksidasi
Yang disebut metode perawatan permukaan oksidasi serat UHMWPE adalah mengoksidasi permukaan serat dengan bahan kimia atau gas, sehingga mengubah kekasaran permukaan serat dan kandungan gugus polar pada permukaan. Menurut media oksidasi dapat dibagi menjadi dua kategori metode basah dan metode kering. Metode basah adalah oksidasi fasa cair, media umumnya adalah: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) dan seterusnya; Serat UH2MWPE yang bersih direndam dalam media, dikeluarkan setelah perlakuan oksidasi pada suhu yang ditentukan untuk waktu yang ditentukan, dan dicuci hingga netral; Cuci dengan air deionisasi beberapa kali, keringkan dan sisihkan. Metode kering adalah metode oksidasi fasa gas, yang umum digunakan adalah fotooksidasi dan oksidasi ozon; Setelah pretreatment, serat UHMWPE bersih terkena gas sedang, dikeluarkan selama waktu reaksi tertentu, dibersihkan dengan air terionisasi, dikeringkan untuk digunakan.
Metode oksidasi cair relatif ringan dan mudah dikendalikan, tetapi pengoperasiannya rumit, persyaratan peralatannya tinggi, dan polusinya serius. Dalam proses oksidasi fasa gas, peralatannya sederhana, pengoperasiannya mudah, dan produksi berkelanjutannya mudah, tetapi bilangan oksidasi sulit dikendalikan, yang dapat menyebabkan bilangan oksidasi terlalu dalam dan menyebabkan kekuatan serat menurun. menolak. Singkatnya, untuk mencapai perawatan permukaan oksidasi yang berkelanjutan, perlu dilakukan perbaikan tertentu pada metode pengoperasian dan peralatan.
Perawatan ikatan silang kimia
Metode ikatan silang kimia adalah penggunaan langsung inisiator untuk memulai pencangkokan monomer pada permukaan serat, mirip dengan metode pencangkokan yang dimulai dengan iradiasi, namun dapat menghindari metode pencangkokan iradiasi dalam investasi peralatan, metode ini adalah proses yang sederhana, mudah untuk mencapai produksi berkelanjutan industri.
Lang Yanqing dkk. menggunakan peroksida sebagai inisiator untuk melakukan modifikasi ikatan silang silan pada serat UHMWPE. Studi menemukan bahwa setelah modifikasi silan, molekul silan dicangkokkan pada permukaan serat, yang meningkatkan jumlah dan polaritas gugus fungsi kimia pada permukaan serat, sehingga meningkatkan sifat ikatan antara serat dan resin matriks. Setelah perawatan cangkok, lebih banyak tanda yang muncul pada permukaan serat, yang meningkatkan efek interlocking mekanis antara serat dan resin, dan meningkatkan kekuatan geser antar lapisan komposit, yaitu 2,45 kali lipat dari komposit sebelum modifikasi. Pada saat yang sama, ketahanan mulur dari serat yang dimodifikasi juga ditingkatkan.
Metode pemrosesan lainnya
Selain perlakuan plasma, oksidasi reagen kimia, pencangkokan permukaan dan perlakuan pelepasan korona, metode kalender dan pelapisan dapat meningkatkan sifat ikatan serat UHMWPE dan matriks resin sampai batas tertentu.
Metode penanggalan adalah serat UHMWPE diubah dari bentuk lingkaran asli menjadi bentuk datar setelah aksi sepasang rol tekan, sehingga area kontak meningkat pada komposit, dan sifat ikatan ditingkatkan sampai batas tertentu. , tapi itu tidak jelas. Cara pelapisannya adalah dengan melapisi lapisan reagen pada permukaan serat UHMWPE. Dari produksi industri serat polietilen dengan berat molekul sangat tinggi sejauh ini, reagen ideal untuk pelapisan belum dikembangkan. Reagen ini harus bertindak sebagai bahan penghubung untuk meningkatkan sifat ikatan antara serat UHMWPE dan matriks. Pengaruh metode-metode ini terhadap peningkatan adhesi antar lapisan antara serat UHMWPE dan matriks belum terlihat jelas, sehingga penelitian modifikasi metode-metode ini tidak sebanyak metode-metode sebelumnya.
Karena metode saat ini, sekaligus meningkatkan keterbasahan serat, sifat mekanik serat yang diolah akan berkurang hingga tingkat yang berbeda-beda, dan penerapan serat akan dibatasi. Beberapa orang mengemukakan metode perawatan komposit untuk mengolah serat UHMWPE, yang dapat mengatasi masalah ini. Wang Chengzhong dkk. melakukan perlakuan permukaan senyawa serat UHMWPE dengan oksidasi fase cair asam kromat dan pelapisan sol nano silika, dan mempelajari sifat antarmuka komposit serat UHMWPE/resin epoksi. Hasilnya menunjukkan bahwa oksidasi fasa cair dan pelapisan permukaan dapat meningkatkan sifat antarmuka material komposit, namun waktu perlakuan oksidasi fasa cair terlalu lama, kekuatan serat akan berkurang, sedangkan perlakuan komposit mempunyai efek sinergis, tidak dapat mengurangi kekuatan serat tetapi sangat meningkatkan kekuatan geser antar lapisan material komposit, merupakan metode perawatan permukaan yang efektif.