UHMWPE 섬유의 표면 처리

UHMWPE 섬유의 표면 처리는 처리 방법의 다양한 원리에 따라 물리적 변형과 화학적 변형으로 나눌 수 있습니다. 사용된 다양한 변형 매체에 따라 다양한 방법이 세분화될 수 있습니다. 변형 효과를 연구할 때 방법에는 물리적 변형과 화학적 변형 특성이 모두 있는 경우가 많다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 다음 논의에서는 특정 처리 매체에 따라 분류됩니다.
플라즈마 처리
플라즈마 처리는 저온 플라즈마 처리와 플라즈마 그래프트 표면 처리의 두 가지 유형으로 구분됩니다.
소위 HMWPE 섬유 저온 플라즈마 표면 처리는 플라즈마 처리 장치의 두 판 사이에 세척된 HMWPE 섬유를 진공 청소기로 청소하고 40Pa 미만의 환경에서 플라즈마 발생 장치를 가동한 후 저온 플라즈마 처리를 수행하는 것입니다. 섬유질을 일정 기간 동안 보관한 후 섬유질을 제거하여 보관합니다.
소위 UHMWPE 섬유 플라즈마 그라프트 표면 처리는 세척된 UHMWPE 섬유를 단량체 용액에 담갔다가 일정 시간 후에 꺼내어 저온 플라즈마 장치에 넣어 추가 처리하는 것입니다. 처리 후 섬유 표면에 활성점이 생성되어 섬유 표면에 단량체의 그래프트 중합이 시작됩니다. 마지막으로, 섬유 표면의 단독중합체를 아세톤으로 세척하고 나중에 사용하기 위해 보관했습니다.
방사공정에서 UHMWPE 섬유의 표면에 형성된 약한 결합층(WBL)은 플라즈마의 자외선에 의해 더욱 가교결합되어 UHMWPE 섬유 표면의 응집력이 향상됩니다. 또한 플라즈마 처리 후 섬유 표면에 -CO2H-, -co-, -COOh, -COO- 및 기타 활성 그룹과 같은 다양한 활성 그룹이 형성될 수 있습니다. 섬유와 매트릭스 수지의 결합. 플라즈마 처리는 또한 섬유 표면에 홈을 생성하고 표면 거칠기를 증가시켜 매트릭스와의 기계적 결합에 도움이 됩니다. 이 방법을 사용하면 HMWPE 섬유의 복합재료로서의 성능이 크게 향상되고, 층간 전단강도도 3배 이상 향상됩니다. 그러나 플라즈마 표면 처리 후 UHMWPE 섬유의 활성 그룹의 감쇠율은 상대적으로 크며 감쇠율은 2시간당 1/3입니다. 그리고 처리방법은 고진공을 필요로 하며, 40Pa 이하의 압력을 필요로 한다. 따라서 UHMWPE 섬유 플라즈마 표면 처리는 지속적인 화학 산업 생산을 달성하기 어렵습니다.
코로나 방전 치료
소위 UHMWPE 섬유 코로나 방전 표면 처리는 세척된 UHMWPE 섬유를 코로나 처리 장치의 두 판 사이에 상압 하에 배치하여 약 60KV의 고전압을 부하하고 전력은 약 350W이므로 공기가 이온화되며, 코로나가 발생하여 일정 시간이 지나면 트리트먼트를 꺼내서 사용하게 됩니다.
코로나 방전 표면 처리는 UHMWPE 섬유의 표면을 에칭하고, 섬유와 수지 사이의 접촉 면적을 증가시키며, 섬유 표면에서 수지 경화 후 기계적 맞물림 작용을 형성할 수 있습니다. 기계적 맞물림의 크기는 수지가 섬유에 침투하는 정도와 수지와 섬유 사이의 접촉 면적과 밀접한 관련이 있지만, 이러한 물리적 작용의 최대 강도는 24 KJ·mol-1에 불과합니다. 따라서 코로나 방전만으로는 섬유와 수지의 계면결합강도를 향상시키는 데에는 한계가 있다. 폴리올레핀 필름의 공업적 처리로는 코로나 방전 처리만이 보고되어 있다. 현재 HMWPE 섬유의 일부 산업용 제품이 단순 코로나 방전으로 처리되고 있지만 그 효과는 그리 뚜렷하지 않습니다. 그리고 코로나 방전 처리는 간헐적인 작동으로 인해 크게 제한됩니다. 따라서 코로나 방전치료의 산업화와 연속성을 구현하는 것은 매우 어렵다.
조사 유도 표면 접목
소위 UHMWPE 섬유 조사 유도 표면 그래프팅 처리는 방사선에 의해 섬유 표면의 2차 단량체를 그래프트 중합시키고, 매트릭스와 밀접하게 결합될 수 있는 완충층을 생성하여 섬유 사이의 접착력을 향상시키는 것이다. 그리고 매트릭스. 일반적으로 방사선원은 60C, 감마선/자외선 등이며, 여기서 자외선은 벤조페논(BP)과 같은 감광제를 시작하고, 그런 다음 감광제는 UHMWPE 섬유 표면에 모노머 그래프팅을 시작합니다. 현재 사용되는 두 번째 모노머는 아크릴산(AA), 아크릴아미드(AM), 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 등과 같은 프로필렌 모노머입니다.
UHMWPE 섬유 UV 유발 가교 표면 처리는 이론적으로 연속 공정을 실현할 수 있으며 얇은 표면층에만 영향을 미치므로 산업 응용 가능성이 있습니다. 그러나 섬유는 일정 시간 동안 조사해야 하기 때문에 간헐적인 작동으로 인해 적용이 크게 제한됩니다.
산화 과정
소위 UHMWPE 섬유 산화 표면 처리 방법은 섬유 표면의 거칠기와 표면의 극성기 함량을 변경하기 위해 화학 약품이나 가스로 섬유 표면을 산화시키는 것입니다. 산화 매체에 따라 습식법과 건식법의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 습식 방법은 액상 산화이며 일반적인 매체는 K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2(30%) 등입니다. 깨끗한 UH2MWPE 섬유를 매체에 담그고 지정된 시간 동안 지정된 온도에서 산화 처리한 후 꺼내어 중성으로 세척합니다. 탈이온수로 여러 번 세척하고 건조시킨 후 따로 보관해 두세요. 건식법은 가스상 산화법으로 광산화와 오존산화가 일반적으로 사용됩니다. 전처리 후 깨끗한 UHMWPE 섬유를 중간 가스에 노출시키고 일정 반응 시간 동안 꺼내어 이온수로 세척하고 건조하여 사용합니다.
액체 산화 방법은 상대적으로 온화하고 제어하기 쉽지만 작업이 번거롭고 장비 요구 사항이 높으며 오염이 심각합니다. 기상산화 공정은 장비가 간단하고 조작이 편리하며 연속생산이 용이하지만 산화도 조절이 어려워 산화도가 너무 깊어 섬유강도가 저하될 수 있다. 감소. 즉, 지속적인 산화표면처리를 위해서는 운전방법과 장비의 개선이 필요하다.
화학적 가교 처리
화학적 가교 방법은 개시제를 직접 사용하여 섬유 표면에 단량체 그래프팅을 시작하는 것으로 조사 개시 그래프팅 방법과 유사하지만 장비 투자에서 조사 그래프팅 방법을 피할 수 있으며 이 방법은 공정이 간단하고 산업적 연속 생산을 달성하기 쉽습니다.
Lang Yanqinget al. UHMWPE 섬유에 실란 가교 변형을 수행하기 위해 개시제로 과산화물을 사용했습니다. 이 연구에서는 실란 개질 후 실란 분자가 섬유 표면에 그래프트되어 섬유 표면의 화학 작용기 수와 극성이 증가하여 섬유와 매트릭스 수지 사이의 결합 특성이 향상된다는 사실을 발견했습니다. 그래프트 처리 후 섬유 표면에 더 많은 마킹이 나타나 섬유와 수지 사이의 기계적 맞물림 효과가 증가하였고 복합재의 층간 전단강도가 개질 전 복합재에 비해 2.45배 증가하였다. 동시에 변성섬유의 크리프 저항성도 향상된다.
기타 처리 방법
플라즈마 처리, 화학 시약 산화, 표면 그래프팅 및 코로나 방전 처리 외에도 캘린더링 및 코팅 방법은 UHMWPE 섬유와 수지 매트릭스의 결합 특성을 어느 정도 향상시킬 수 있습니다.
캘린더링 방법은 한 쌍의 프레스 롤러의 작용 후에 UHMWPE 섬유가 원래의 원형 단면에서 편평한 형상으로 변화되어 복합재의 접촉 면적이 증가하고 결합성이 어느 정도 향상되는 것입니다. , 그러나 그것은 분명하지 않습니다. 코팅 방법은 UHMWPE 섬유 표면에 시약 층을 코팅하는 것입니다. 지금까지 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 산업적으로 생산한 결과, 코팅에 적합한 시약은 개발되지 않았습니다. 이 시약은 UHMWPE 섬유와 매트릭스 사이의 결합 특성을 향상시키는 결합제 역할을 해야 합니다. UHMWPE 섬유와 매트릭스 사이의 층간 접착력을 향상시키는 이러한 방법의 효과는 명확하지 않으므로 이러한 방법의 변형 연구는 이전 방법만큼 많지 않습니다.
현재 방법으로 인해 섬유 습윤성은 향상되지만 처리된 섬유의 기계적 특성은 다양한 수준으로 감소되며 섬유의 적용이 제한됩니다. 어떤 사람들은 이 문제를 해결할 수 있는 UHMWPE 섬유를 처리하기 위한 복합 처리 방법을 제시합니다. Wang Chengzhonget al. 크롬산 액상 산화 및 나노 실리카 졸 코팅을 통한 UHMWPE 섬유의 복합 표면 처리를 수행하고 UHMWPE 섬유/에폭시 수지 복합재의 계면 특성을 연구했습니다. 결과는 액상 산화와 표면 코팅 모두 복합 재료의 계면 특성을 향상시킬 수 있지만 액상 산화 처리 시간이 너무 길고 섬유 강도가 감소하는 반면 복합 처리는 시너지 효과가 있음을 보여줍니다. 섬유 강도를 감소시키지만 복합 재료의 층간 전단 강도를 크게 향상시키는 것은 효과적인 표면 처리 방법입니다.