المعالجة السطحية لألياف UHMWPE

يمكن تقسيم المعالجة السطحية لألياف UHMWPE إلى تعديل فيزيائي وتعديل كيميائي وفقًا لمبادئ مختلفة لطرق المعالجة. وفقا للوسائط المعدلة المختلفة المستخدمة، يمكن تقسيم العديد من الطرق. عند دراسة تأثير التعديل، تجدر الإشارة إلى أن الطريقة غالبًا ما تحتوي على خصائص التعديل الفيزيائي والتعديل الكيميائي. ولذلك، في المناقشة التالية، وفقا لتصنيف وسائل الإعلام المحددة.
العلاج بالبلازما
تنقسم المعالجة بالبلازما إلى نوعين: معالجة البلازما بدرجة حرارة منخفضة ومعالجة سطح الكسب غير المشروع بالبلازما.
إن ما يسمى بمعالجة سطح البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة لألياف HMWPE هو تفريغ ألياف HMWPE النظيفة بين لوحي جهاز معالجة البلازما، وبدء تشغيل جهاز توليد البلازما في بيئة أقل من 40Pa، وإجراء معالجة البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة على السطح. الألياف لفترة معينة من الزمن، ثم قم بإزالة الألياف للتخزين.
ما يسمى بالمعالجة السطحية لتطعيم بلازما الألياف UHMWPE هو غمر ألياف UHMWPE المنظفة في محلول المونومر، وإخراجها بعد فترة زمنية معينة، ووضعها في جهاز بلازما منخفض الحرارة لمزيد من العلاج. بعد المعالجة، يتم إنشاء نقاط نشطة على سطح الألياف لتحفيز بلمرة الكسب غير المشروع للمونمر على سطح الألياف. أخيرًا، تم غسل البوليمر المتجانس الموجود على سطح الألياف بالأسيتون وتخزينه لاستخدامه لاحقًا.
يتم تشابك طبقة الربط الضعيفة (WBL) المتكونة على سطح ألياف UHMWPE في عملية الغزل بشكل أكبر بواسطة الأشعة فوق البنفسجية للبلازما، ويتم تحسين قوة تماسك سطح ألياف UHMWPE. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تشكيل مجموعة متنوعة من المجموعات النشطة على سطح الألياف بعد معالجة البلازما، مثل: -CO H -، -co -، -COOh، -COO - وغيرها من المجموعات النشطة، التي تساعد على المادة الكيميائية. مزيج من الألياف والراتنج المصفوفة. تنتج معالجة البلازما أيضًا أخاديد على سطح الألياف وتزيد من خشونة السطح، مما يفضي إلى الارتباط الميكانيكي مع المصفوفة. تم تحسين أداء ألياف HMWPE كمواد مركبة بشكل كبير بهذه الطريقة، وتمت زيادة قوة القص للطبقات البينية بأكثر من 3 مرات. ومع ذلك، فإن معدل التوهين للمجموعات النشطة من ألياف UHMWPE بعد معالجة سطح البلازما كبير نسبيًا، ويبلغ معدل التوهين الثلث في ساعتين. وتتطلب طريقة المعالجة فراغًا عاليًا، مما يتطلب ضغطًا أقل من 40Pa. ولذلك، فإن المعالجة السطحية لألياف البلازما UHMWPE من الصعب تحقيق الإنتاج الصناعي الكيميائي المستمر.
علاج تفريغ كورونا
ما يسمى بالمعالجة السطحية لتفريغ كورونا من الألياف UHMWPE هو وضع ألياف UHMWPE المنظفة بين لوحتي جهاز معالجة الهالة تحت ضغط عادي لتحميل حوالي 60 كيلو فولت من الجهد العالي، والطاقة حوالي 350 وات، بحيث يتم تأين الهواء، ويتولد كورونا، ويتم إخراج العلاج لاستخدامه بعد فترة زمنية معينة.
يمكن للمعالجة السطحية لتفريغ الإكليل أن تحفر سطح ألياف UHMWPE، وتزيد من مساحة التلامس بين الألياف والراتنج، وتشكل حركة شبكية ميكانيكية بعد معالجة الراتنج على سطح الألياف. يرتبط حجم الشبكات الميكانيكية ارتباطًا وثيقًا بدرجة تسرب الراتينج إلى الألياف ومنطقة التلامس بين الراتينج والألياف، ولكن الحد الأقصى لقوة هذا الإجراء الجسدي هو 24 كيلو جول · مول -1 فقط. لذلك، يقتصر تحسين قوة الترابط بين الألياف والراتنج عن طريق تفريغ الإكليل وحده. تم الإبلاغ عن معالجة تفريغ الهالة فقط للمعالجة الصناعية لأفلام البولي أوليفين. على الرغم من أن بعض المنتجات الصناعية من ألياف HMWPE يتم معالجتها حاليًا عن طريق تفريغ الهالة البسيط، إلا أن التأثير ليس واضحًا جدًا. وعلاج تفريغ الهالة يقتصر إلى حد كبير على العملية المتقطعة. لذلك، من الصعب جدًا تحقيق التصنيع واستمرارية علاج تفريغ الهالة.
التشعيع الناجم عن تطعيم السطح
إن ما يسمى بمعالجة التطعيم السطحي المستحث بإشعاع الألياف UHMWPE هو بلمرة المونومر الثاني على سطح الألياف عن طريق الإشعاع، وإنتاج طبقة عازلة يمكن ربطها بشكل وثيق بالمصفوفة، وذلك لتحسين الالتصاق بين الألياف. والمصفوفة. عادةً ما يكون مصدر الإشعاع هو 60 درجة مئوية، وأشعة جاما/الضوء فوق البنفسجي، وما إلى ذلك، حيث يبدأ الضوء فوق البنفسجي في تشغيل المحسس الضوئي، مثل البنزوفينون (BP)، ثم يبدأ المحسس الضوئي في تطعيم المونومر على سطح ألياف UHMWPE. في الوقت الحاضر، المونومر الثاني المستخدم هو مونومر البروبيلين، مثل: حمض الأكريليك (AA)، الأكريلاميد (AM)، ميثاكريلات جليسيديل (GMA) وما إلى ذلك.
يمكن للمعالجة السطحية المتشابكة للألياف UHMWPE بالأشعة فوق البنفسجية أن تحقق عملية مستمرة من الناحية النظرية، وتؤثر فقط على الطبقة السطحية الرقيقة، لذلك لديها احتمالية للتطبيق الصناعي. ومع ذلك، نظرًا لأن الألياف تحتاج إلى التشعيع لفترة زمنية معينة، فإن التشغيل المتقطع يحد من تطبيقها إلى حد كبير.
عملية الأكسدة
تتمثل طريقة المعالجة السطحية المؤكسدة للألياف UHMWPE المزعومة في أكسدة سطح الألياف بواسطة عوامل كيميائية أو غازات، وذلك لتغيير خشونة سطح الألياف ومحتوى المجموعات القطبية على السطح. وفقا لوسط الأكسدة يمكن تقسيمها إلى الطريقة الرطبة والطريقة الجافة فئتين. الطريقة الرطبة هي أكسدة الطور السائل، ووسائطها الشائعة هي: K2 Cr2O 2 + H2 SO4، KMnO 4+ HNO3، H2O2 (30٪) وما إلى ذلك؛ يتم غمر ألياف UH2MWPE النظيفة في الوسط، ويتم إخراجها بعد معالجة الأكسدة عند درجة الحرارة المحددة للوقت المحدد، ويتم غسلها إلى درجة محايدة؛ يغسل في الماء منزوع الأيونات عدة مرات، ويجفف ويوضع جانبا. الطريقة الجافة هي طريقة أكسدة الطور الغازي، والأكسدة الضوئية وأكسدة الأوزون شائعة الاستخدام؛ بعد المعالجة المسبقة، يتم تعريض ألياف UHMWPE النظيفة لغاز متوسط، ويتم إخراجها لوقت تفاعل معين، وتنظيفها بالماء المتأين، وتجفيفها للاستخدام.
طريقة الأكسدة السائلة خفيفة نسبيًا وسهلة التحكم، لكن العملية مرهقة، ومتطلبات المعدات عالية، والتلوث خطير. في عملية أكسدة الطور الغازي، تكون المعدات بسيطة، والتشغيل مريح، والإنتاج المستمر سهل، ولكن يصعب التحكم في درجة الأكسدة، مما قد يتسبب في أن تكون درجة الأكسدة عميقة جدًا وتتسبب في انخفاض قوة الألياف انخفاض. باختصار، لتحقيق المعالجة المستمرة لسطح الأكسدة، من الضروري إجراء بعض التحسينات في أساليب التشغيل والمعدات.
معالجة التشابك الكيميائي
طريقة التشابك الكيميائي هي الاستخدام المباشر للبادئ لبدء تطعيم المونومر على سطح الألياف، على غرار طريقة التطعيم التي بدأت بالإشعاع، ولكن يمكن تجنب طريقة التطعيم بالإشعاع في استثمار المعدات، هذه الطريقة هي عملية بسيطة وسهلة لتحقيق الإنتاج الصناعي المستمر.
لانج يانكينج وآخرون. يستخدم البيروكسيد كبادئ لإجراء تعديل تشابك سيلاني على ألياف UHMWPE. وجدت الدراسة أنه بعد تعديل السيلان، تم تطعيم جزيئات السيلان على سطح الألياف، مما أدى إلى زيادة عدد وقطبية المجموعات الوظيفية الكيميائية على سطح الألياف، وبالتالي تحسين خاصية الترابط بين الألياف وراتنج المصفوفة. بعد معالجة الكسب غير المشروع، ظهرت المزيد من العلامات على سطح الألياف، مما أدى إلى زيادة تأثير التشابك الميكانيكي بين الألياف والراتنج، وزيادة قوة قص الطبقة البينية للمركب، والتي كانت 2.45 مرة من المركب قبل التعديل. وفي الوقت نفسه، تم أيضًا تحسين مقاومة الزحف للألياف المعدلة.
طرق المعالجة الأخرى
بالإضافة إلى معالجة البلازما، يمكن لأكسدة الكاشف الكيميائي والتطعيم السطحي ومعالجة تفريغ الهالة والتقويم والطلاء تحسين خصائص الترابط لألياف UHMWPE ومصفوفة الراتنج إلى حد ما.
تتمثل طريقة الصقل في تغيير ألياف UHMWPE من القسم الدائري الأصلي إلى الشكل المسطح بعد عمل زوج من بكرات الضغط، بحيث تزيد مساحة التلامس في المركب، ويتم تحسين خاصية الترابط إلى حد معين ، ولكن الأمر ليس واضحا. تتمثل طريقة الطلاء في طلاء طبقة من الكاشف على سطح ألياف UHMWPE. من الإنتاج الصناعي لألياف البولي إيثيلين ذات الوزن الجزيئي العالي للغاية حتى الآن، لم يتم تطوير الكاشف المثالي للطلاء. يجب أن يعمل هذا الكاشف كعامل اقتران لتحسين خاصية الترابط بين ألياف UHMWPE والمصفوفة. إن تأثير هذه الطرق على تحسين التصاق الطبقة البينية بين ألياف UHMWPE والمصفوفة ليس واضحًا، لذا فإن بحث التعديل لهذه الطرق ليس بنفس قدر الطرق السابقة.
بسبب الأساليب الحالية، مع تحسين قابلية بلل الألياف، سيتم تقليل الخواص الميكانيكية للألياف المعالجة بدرجات متفاوتة، وسيكون تطبيق الألياف محدودًا. طرح بعض الأشخاص طريقة معالجة مركبة لمعالجة ألياف UHMWPE، والتي يمكن أن تحل هذه المشكلة. وانغ تشنغ تشونغ وآخرون. إجراء معالجة سطحية مركبة لألياف UHMWPE بواسطة أكسدة الطور السائل لحمض الكروميك وطلاء نانو سيليكا سول، ودراسة خصائص الواجهة لمركب ألياف UHMWPE/راتنجات الإيبوكسي. أظهرت النتائج أن كلاً من أكسدة الطور السائل والطلاء السطحي يمكن أن يحسن خصائص الواجهة للمواد المركبة، ولكن وقت معالجة أكسدة الطور السائل طويل جدًا، وستنخفض قوة الألياف، في حين أن المعالجة المركبة لها تأثير تآزري، لا يمكن تقليل قوة الألياف ولكن تحسين قوة القص البينية للمواد المركبة بشكل كبير، هي طريقة فعالة لمعالجة السطح.