درمان سطحی فیبر UHMWPE

عملیات سطحی فیبر UHMWPE را می توان با توجه به اصول مختلف روش های تصفیه به اصلاح فیزیکی و اصلاح شیمیایی تقسیم کرد. با توجه به رسانه های اصلاح شده مختلف مورد استفاده، بسیاری از روش ها را می توان تقسیم بندی کرد. هنگام مطالعه اثر اصلاح، باید توجه داشت که یک روش اغلب دارای ویژگی‌های اصلاح فیزیکی و اصلاح شیمیایی است. بنابراین، در بحث زیر، با توجه به رسانه های پردازش خاص طبقه بندی می شوند.
درمان پلاسما
درمان پلاسما به دو نوع تقسیم می شود: درمان با پلاسما با دمای پایین و درمان سطح پیوند پلاسما.
به اصطلاح درمان سطح پلاسما با دمای پایین فیبر HMWPE برای جاروبرقی فیبر HMWPE تمیز شده بین دو صفحه دستگاه تصفیه پلاسما، شروع دستگاه تولید پلاسما در محیط کمتر از 40Pa، انجام عملیات پلاسما در دمای پایین بر روی دستگاه است. فیبر را برای مدت زمان معینی، و سپس فیبر را برای ذخیره سازی جدا کنید.
درمان سطح پیوند پلاسمایی فیبر UHMWPE به این صورت است که فیبر UHMWPE تمیز شده را در محلول مونومر غوطه ور می کند، پس از مدت زمان معینی آن را خارج می کند و برای درمان بیشتر در دستگاه پلاسمای با دمای پایین قرار می دهد. پس از درمان، نقاط فعال روی سطح الیاف ایجاد می شود تا پلیمریزاسیون پیوند مونومر روی سطح الیاف را آغاز کند. در نهایت، هموپلیمر روی سطح الیاف با استون شسته شد و برای استفاده بعدی ذخیره شد.
لایه اتصال ضعیف (WBL) که بر روی سطح فیبر UHMWPE در فرآیند ریسندگی تشکیل شده است، بیشتر توسط تابش اشعه ماوراء بنفش پلاسما به هم متصل می‌شود و قدرت چسبندگی سطح فیبر UHMWPE بهبود می‌یابد. علاوه بر این، گروه‌های فعال مختلفی می‌توانند روی سطح فیبر پس از درمان پلاسما تشکیل شوند، مانند: -CO H -، -co -، -COOh، -COO - و سایر گروه‌های فعال که منجر به مواد شیمیایی می‌شوند. ترکیبی از فیبر و رزین ماتریکس. عملیات پلاسما همچنین شیارهایی را روی سطح الیاف ایجاد می کند و زبری سطح را افزایش می دهد که منجر به پیوند مکانیکی با ماتریس می شود. عملکرد الیاف HMWPE به عنوان یک ماده کامپوزیتی با این روش بسیار بهبود می یابد و مقاومت برشی بین لایه ای بیش از 3 برابر افزایش می یابد. با این حال، نرخ تضعیف گروه‌های فعال فیبر UHMWPE پس از درمان سطح پلاسما نسبتاً زیاد است و نرخ تضعیف یک سوم در دو ساعت است. و روش درمان نیاز به خلاء بالا دارد که به فشار کمتر از 40Pa نیاز دارد. بنابراین، درمان سطح پلاسما فیبر UHMWPE برای دستیابی به تولید صنعتی شیمیایی مداوم دشوار است.
درمان ترشحات کرونا
درمان سطح تخلیه تاج فیبر UHMWPE به این صورت است که فیبر UHMWPE تمیز شده را بین دو صفحه دستگاه درمان کرونا تحت فشار معمولی قرار می دهد تا حدود 60 کیلو ولت ولتاژ بالا را بارگذاری کند، توان آن حدود 350 وات است، به طوری که هوا یونیزه شود. کرونا ایجاد می شود و درمان پس از مدتی مشخص برای استفاده خارج می شود.
درمان سطح تخلیه کرونا می تواند سطح فیبر UHMWPE را حکاکی کند، سطح تماس بین فیبر و رزین را افزایش دهد و پس از پخت رزین روی سطح فیبر، عمل مش بندی مکانیکی را تشکیل دهد. اندازه مش بندی مکانیکی با درجه نفوذ رزین روی الیاف و سطح تماس بین رزین و الیاف ارتباط نزدیکی دارد، اما حداکثر قدرت این عمل فیزیکی تنها 24 KJ · mol{1}} است. بنابراین، بهبود استحکام پیوند سطحی فیبر و رزین تنها با تخلیه کرونا محدود است. تنها درمان تخلیه کرونا برای تصفیه صنعتی فیلم های پلی الفین گزارش شده است. اگرچه برخی از محصولات صنعتی فیبر HMWPE در حال حاضر با تخلیه ساده کرونا درمان می شوند، اما این اثر چندان واضح نیست. و درمان ترشحات کرونا تا حد زیادی توسط عملیات متناوب محدود می شود. بنابراین، تحقق صنعتی شدن و تداوم درمان ترشحات کرونا بسیار دشوار است.
پیوند سطحی ناشی از تابش
به اصطلاح درمان پیوند سطحی ناشی از تابش الیاف UHMWPE برای پیوند مونومر دوم بر روی سطح الیاف توسط تابش و تولید یک لایه بافر است که می تواند با ماتریس پیوند نزدیک داشته باشد تا چسبندگی بین فیبر را بهبود بخشد. و ماتریس معمولاً منبع تشعشع 60 درجه سانتیگراد، اشعه گاما/نور ماوراء بنفش و غیره است که در آن نور ماوراء بنفش حساس کننده به نور مانند بنزوفنون (BP) را آغاز می کند و سپس حساس کننده نور پیوند مونومر را به سطح فیبر UHMWPE آغاز می کند. در حال حاضر دومین مونومر مورد استفاده مونومر پروپیلن است، مانند: اکریلیک اسید (AA)، آکریل آمید (AM)، گلیسیدیل متاکریلات (GMA) و غیره.
درمان سطح اتصال عرضی با فیبر UHMWPE می تواند فرآیند مداوم را در تئوری تحقق بخشد و فقط بر لایه سطحی نازک تأثیر می گذارد، بنابراین چشم انداز کاربرد صنعتی را دارد. با این حال، از آنجایی که فیبر نیاز به تابش برای مدت زمان معینی دارد، عملکرد متناوب کاربرد آن را تا حد زیادی محدود می کند.
فرآیند اکسیداسیون
به اصطلاح روش تصفیه سطح اکسید کننده الیاف UHMWPE، اکسید کردن سطح الیاف توسط عوامل شیمیایی یا گازها است تا زبری سطح الیاف و محتوای گروه های قطبی روی سطح را تغییر دهد. با توجه به محیط اکسیداسیون می توان به دو دسته روش مرطوب و روش خشک تقسیم کرد. روش مرطوب اکسیداسیون فاز مایع است، محیط های رایج آن عبارتند از: K2 Cr2O2 + H2 SO4، KMnO4+ HNO3، H2O2 (30%) و غیره. فیبر UH2MWPE تمیز در محیط غوطه ور می شود، پس از عملیات اکسیداسیون در دمای مشخص شده برای مدت زمان مشخص خارج می شود و تا خنثی شسته می شود. چندین بار در آب دیونیزه بشویید، خشک کنید و کنار بگذارید. روش خشک روش اکسیداسیون فاز گاز است که معمولاً از اکسیداسیون نوری و اکسیداسیون ازن استفاده می شود. پس از پیش تصفیه، فیبر UHMWPE تمیز در معرض گاز متوسط ​​قرار می گیرد، برای مدت زمان واکنش مشخصی خارج می شود، با آب یونیزه تمیز می شود، برای استفاده خشک می شود.
روش اکسیداسیون مایع نسبتا ملایم و کنترل آن آسان است، اما عملیات دست و پا گیر است، تجهیزات مورد نیاز بالا است و آلودگی جدی است. در فرآیند اکسیداسیون فاز گاز، تجهیزات ساده است، عملیات راحت است و تولید مداوم آسان است، اما کنترل درجه اکسیداسیون دشوار است، که ممکن است باعث شود درجه اکسیداسیون بیش از حد عمیق باشد و باعث شود استحکام فیبر شود. کاهش می یابد. به طور خلاصه، برای دستیابی به تیمار سطح اکسیداسیون مداوم، لازم است پیشرفت‌های خاصی در روش‌ها و تجهیزات عملیاتی انجام شود.
درمان اتصالات عرضی شیمیایی
روش پیوند متقابل شیمیایی استفاده مستقیم از آغازگر برای شروع پیوند مونومر بر روی سطح الیاف، شبیه به روش پیوند آغاز شده با تابش است، اما می تواند از روش پیوند تابش در سرمایه گذاری تجهیزات جلوگیری کند، این روش فرآیند ساده است، آسان برای دستیابی به تولید مداوم صنعتی.
لانگ یانکینگ و همکاران از پراکسید به عنوان آغازگر برای انجام اصلاح اتصال عرضی سیلان بر روی فیبر UHMWPE استفاده کرد. این مطالعه نشان داد که پس از اصلاح سیلان، مولکول‌های سیلان بر روی سطح الیاف پیوند شدند که باعث افزایش تعداد و قطبیت گروه‌های عامل شیمیایی روی سطح الیاف شد و در نتیجه خاصیت پیوند بین فیبر و رزین ماتریکس را بهبود بخشید. پس از عملیات پیوند، نشانه‌های بیشتری روی سطح الیاف ظاهر شد که باعث افزایش اثر در هم‌بستگی مکانیکی بین الیاف و رزین شد و مقاومت برشی بین لایه‌ای کامپوزیت را افزایش داد که 2.45 برابر کامپوزیت قبل از اصلاح بود. در عین حال، مقاومت خزشی فیبر اصلاح شده نیز بهبود یافته است.
سایر روش های پردازش
علاوه بر درمان پلاسما، اکسیداسیون معرف شیمیایی، پیوند سطحی و عملیات تخلیه تاج، روش‌های کلندرینگ و پوشش می‌تواند خواص پیوند فیبر UHMWPE و ماتریس رزین را تا حدی بهبود بخشد.
روش کلندری به این صورت است که فیبر UHMWPE پس از عمل یک جفت غلتک پرس از قسمت دایره ای اصلی به شکل صاف تغییر می کند تا سطح تماس در کامپوزیت افزایش یافته و خاصیت اتصال تا حدی بهبود یابد. ، اما واضح نیست. روش پوشش دادن لایه ای از معرف روی سطح فیبر UHMWPE است. از تولید صنعتی الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا تاکنون، معرف ایده آل برای پوشش دهی نشده است. این معرف باید به عنوان یک عامل جفت کننده برای بهبود خاصیت پیوند بین فیبر UHMWPE و ماتریس عمل کند. تأثیر این روش ها در بهبود چسبندگی بین لایه بین فیبر UHMWPE و ماتریس مشهود نیست، بنابراین تحقیقات اصلاحی این روش ها به اندازه روش های قبلی نیست.
با توجه به روش های فعلی، ضمن بهبود ترشوندگی الیاف، خواص مکانیکی الیاف تیمار شده به درجات مختلف کاهش می یابد و کاربرد الیاف محدود می شود. برخی از افراد یک روش درمان ترکیبی را برای درمان فیبر UHMWPE ارائه می کنند که می تواند این مشکل را حل کند. وانگ چنگژونگ و همکاران عملیات سطح ترکیبی فیبر UHMWPE را با اکسیداسیون فاز مایع کرومیک اسید و پوشش نانو سل سیلیس انجام داد و خواص رابط کامپوزیت فیبر UHMWPE/رزین اپوکسی را مورد مطالعه قرار داد. نتایج نشان می‌دهد که هم اکسیداسیون فاز مایع و هم پوشش سطحی می‌توانند خواص رابط مواد کامپوزیتی را بهبود بخشند، اما زمان عملیات اکسیداسیون فاز مایع بسیار طولانی است، استحکام الیاف کاهش می‌یابد، در حالی که درمان کامپوزیت اثر هم افزایی دارد، نمی‌تواند کاهش استحکام الیاف، اما تا حد زیادی بهبود استحکام برشی بین لایه ای مواد کامپوزیت، یک روش کارآمد سطحی است.