Tratamento de superfície de fibra UHMWPE

O tratamento de superfície da fibra UHMWPE pode ser dividido em modificação física e modificação química de acordo com diferentes princípios de métodos de tratamento. De acordo com os diferentes meios modificados utilizados, muitos métodos podem ser subdivididos. Ao estudar o efeito de modificação, deve-se notar que um método geralmente possui características de modificação física e de modificação química. Portanto, na discussão a seguir, os meios de processamento específicos são classificados de acordo com os meios de processamento.
Tratamento de plasma
O tratamento com plasma é dividido em dois tipos: tratamento com plasma de baixa temperatura e tratamento de superfície de enxerto de plasma.
O chamado tratamento de superfície de plasma de baixa temperatura de fibra HMWPE consiste em aspirar a fibra HMWPE limpa entre as duas placas do dispositivo de tratamento de plasma, iniciar o dispositivo gerador de plasma sob um ambiente inferior a 40Pa, realizar tratamento de plasma de baixa temperatura no fibra por um determinado período de tempo e, em seguida, remova a fibra para armazenamento.
O chamado tratamento de superfície de enxerto de plasma de fibra UHMWPE consiste em mergulhar a fibra UHMWPE limpa em solução de monômero, retirá-la após um certo período de tempo e colocá-la em um dispositivo de plasma de baixa temperatura para tratamento posterior. Após o tratamento, são gerados pontos ativos na superfície da fibra para desencadear a polimerização por enxerto do monômero na superfície da fibra. Por fim, o homopolímero presente na superfície da fibra foi lavado com acetona e armazenado para uso posterior.
A camada de ligação fraca (WBL) formada na superfície da fibra UHMWPE no processo de fiação é ainda reticulada pela radiação ultravioleta do plasma, e a resistência de coesão da superfície da fibra UHMWPE é melhorada. Além disso, uma variedade de grupos ativos podem ser formados na superfície da fibra após o tratamento com plasma, tais como: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - e outros grupos ativos, que são propícios ao produto químico combinação da fibra e da resina da matriz. O tratamento com plasma também produz sulcos na superfície da fibra e aumenta a rugosidade da superfície, o que favorece a ligação mecânica com a matriz. O desempenho da fibra HMWPE como material compósito é bastante melhorado por este método, e a resistência ao cisalhamento intercamadas é aumentada em mais de 3 vezes. No entanto, a taxa de atenuação dos grupos ativos da fibra UHMWPE após o tratamento de superfície com plasma é relativamente grande e a taxa de atenuação é de um terço em duas horas. E o método de tratamento requer alto vácuo, exigindo pressão inferior a 40Pa. Portanto, o tratamento de superfície de plasma de fibra UHMWPE é difícil de alcançar a produção industrial química contínua.
Tratamento de descarga corona
O chamado tratamento de superfície de descarga corona de fibra UHMWPE consiste em colocar a fibra UHMWPE limpa entre as duas placas do dispositivo de tratamento corona sob pressão normal para carregar cerca de 60 KV de alta tensão, a potência é de cerca de 350W, de modo que o ar seja ionizado, corona é gerada e o tratamento é retirado para uso após um certo tempo.
O tratamento de superfície de descarga corona pode gravar a superfície da fibra UHMWPE, aumentar a área de contato entre a fibra e a resina e formar uma ação de malha mecânica após a cura da resina na superfície da fibra. O tamanho da malha mecânica está intimamente relacionado ao grau de infiltração da resina na fibra e à área de contato entre a resina e a fibra, mas a resistência máxima desta ação física é de apenas 24 KJ · mol-1. Portanto, é limitado melhorar a resistência da ligação interfacial da fibra e da resina apenas pela descarga corona. Apenas o tratamento por descarga corona foi relatado para o tratamento industrial de filmes de poliolefinas. Embora alguns produtos industriais de fibra HMWPE sejam atualmente tratados por simples descarga corona, o efeito não é muito óbvio. E o tratamento de descarga corona é amplamente limitado pela operação intermitente. Portanto, é muito difícil realizar a industrialização e a continuidade do tratamento de descarga corona.
Enxerto de superfície induzido por radiação
O chamado tratamento de enxerto de superfície induzido por irradiação de fibra UHMWPE consiste em enxertar a polimerização do segundo monômero na superfície da fibra por radiação e produzir uma camada tampão que pode ser intimamente ligada à matriz, de modo a melhorar a adesão entre a fibra e a matriz. Normalmente a fonte de radiação é 60C, raios gama/luz ultravioleta, etc., em que a luz ultravioleta inicia o fotossensibilizador, como a benzofenona (BP), e então o fotossensibilizador inicia o enxerto de monômero na superfície da fibra UHMWPE. Atualmente, o segundo monômero utilizado é o monômero de propileno, tais como: ácido acrílico (AA), acrilamida (AM), metacrilato de glicidil (GMA) e assim por diante.
O tratamento de superfície de reticulação acionado por UV de fibra UHMWPE pode realizar um processo contínuo em teoria e afeta apenas a fina camada superficial, por isso tem a perspectiva de aplicação industrial. No entanto, como a fibra precisa ser irradiada por um determinado período de tempo, a operação intermitente limita em grande medida a sua aplicação.
Processo de oxidação
O chamado método de tratamento de superfície oxidante da fibra UHMWPE consiste em oxidar a superfície da fibra por agentes químicos ou gases, de modo a alterar a rugosidade da superfície da fibra e o conteúdo de grupos polares na superfície. De acordo com o meio de oxidação pode ser dividido em método úmido e método seco em duas categorias. O método úmido é a oxidação em fase líquida, seus meios comuns são: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) e assim por diante; A fibra UH2MWPE limpa é imersa no meio, retirada após tratamento de oxidação na temperatura especificada pelo tempo especificado e lavada até ficar neutra; Lave várias vezes em água deionizada, seque e reserve. O método seco é o método de oxidação em fase gasosa, fotooxidação comumente usada e oxidação de ozônio; Após o pré-tratamento, a fibra UHMWPE limpa é exposta ao gás médio, retirada por um determinado tempo de reação, limpa com água ionizada e seca para uso.
O método de oxidação líquida é relativamente suave e fácil de controlar, mas a operação é complicada, os requisitos do equipamento são elevados e a poluição é grave. No processo de oxidação em fase gasosa, o equipamento é simples, a operação é conveniente e a produção contínua é fácil, mas o grau de oxidação é difícil de controlar, o que pode fazer com que o grau de oxidação seja muito profundo e faça com que a resistência da fibra diminua. declínio. Em suma, para conseguir um tratamento superficial de oxidação contínua, é necessário fazer algumas melhorias nos métodos operacionais e nos equipamentos.
Tratamento de reticulação química
O método de reticulação química é o uso direto do iniciador para iniciar o enxerto de monômero na superfície da fibra, semelhante ao método de enxerto iniciado por irradiação, mas pode evitar o método de enxerto de irradiação no investimento em equipamentos, este método é um processo simples, fácil de alcançar a produção industrial contínua.
Lang Yanqing et al. usou peróxido como iniciador para realizar modificação de reticulação de silano em fibra UHMWPE. O estudo descobriu que após a modificação do silano, as moléculas de silano foram enxertadas na superfície da fibra, o que aumentou o número e a polaridade dos grupos químicos funcionais na superfície da fibra, melhorando assim a propriedade de ligação entre a fibra e a resina da matriz. Após o tratamento do enxerto, mais marcas apareceram na superfície da fibra, o que aumentou o efeito de interligação mecânica entre a fibra e a resina, e aumentou a resistência ao cisalhamento intercamadas do compósito, que era 2,45 vezes maior que a do compósito antes da modificação. Ao mesmo tempo, a resistência à fluência da fibra modificada também é melhorada.
Outros métodos de processamento
Além do tratamento de plasma, oxidação de reagentes químicos, enxerto de superfície e tratamento de descarga corona, métodos de calandragem e revestimento podem melhorar as propriedades de ligação da fibra UHMWPE e da matriz de resina até certo ponto.
O método de calandragem consiste em que a fibra UHMWPE seja alterada da seção circular original para uma forma plana após a ação de um par de rolos de pressão, de modo que a área de contato seja aumentada no compósito e a propriedade de ligação seja melhorada até certo ponto. , mas não é óbvio. O método de revestimento consiste em revestir uma camada de reagente na superfície da fibra UHMWPE. Da produção industrial de fibra de polietileno de ultra-alto peso molecular até o momento, não foi desenvolvido o reagente ideal para revestimento. Este reagente deve atuar como um agente de acoplamento para melhorar a propriedade de ligação entre a fibra UHMWPE e a matriz. O efeito desses métodos na melhoria da adesão intercamada entre a fibra e a matriz UHMWPE não é óbvio, portanto, a pesquisa de modificação desses métodos não é tão grande quanto a dos métodos anteriores.
Devido aos métodos atuais, ao mesmo tempo que melhora a molhabilidade das fibras, as propriedades mecânicas das fibras tratadas serão reduzidas em vários graus e a aplicação das fibras será limitada. Algumas pessoas propuseram um método de tratamento composto para tratar a fibra UHMWPE, que pode resolver este problema. Wang Chengzhong et al. realizaram tratamento de superfície composto de fibra UHMWPE por oxidação em fase líquida de ácido crômico e revestimento de nano sílica sol, e estudaram as propriedades de interface do compósito de fibra UHMWPE / resina epóxi. Os resultados mostram que tanto a oxidação em fase líquida quanto o revestimento superficial podem melhorar as propriedades de interface dos materiais compósitos, mas o tempo de tratamento de oxidação em fase líquida é muito longo, a resistência da fibra será reduzida, enquanto o tratamento compósito tem um efeito sinérgico, não pode reduzir a resistência da fibra, mas melhorar significativamente a resistência ao cisalhamento intercamadas dos materiais compósitos, é um método eficaz de tratamento de superfície.