טיפול פני השטח של סיבי UHMWPE

ניתן לחלק את טיפול פני השטח של סיבי UHMWPE לשינוי פיזי ושינוי כימי על פי עקרונות שונים של שיטות טיפול. על פי המדיות השונות בהן נעשה שימוש, ניתן לחלק שיטות רבות. כאשר לומדים את אפקט השינוי, יש לציין שלשיטה יש לרוב מאפיינים של שינוי פיזי והן מאפייני שינוי כימיים. לכן, בדיון הבא, על פי אמצעי העיבוד הספציפיים מסווגים.
טיפול בפלזמה
טיפול פלזמה מתחלק לשני סוגים: טיפול בפלזמה בטמפרטורה נמוכה וטיפול פני השתל פלזמה.
מה שנקרא טיפול משטח פלזמה בטמפרטורה נמוכה של סיבי HMWPE הוא לשאוב את סיבי ה-HMWPE המנוקים בין שתי הלוחות של מכשיר הטיפול בפלזמה, להפעיל את המכשיר להפקת הפלזמה בסביבה של פחות מ-40Pa, לבצע טיפול פלזמה בטמפרטורה נמוכה על סיבים לתקופה מסוימת של זמן, ולאחר מכן להסיר את הסיבים לאחסון.
טיפול פני השטח של סיבי UHMWPE סיבי פלזמה הוא לטבול את סיבי ה-UHMWPE המנוקים בתמיסת מונומר, להוציא אותו לאחר פרק זמן מסוים ולהניח אותו במכשיר פלזמה בטמפרטורה נמוכה להמשך טיפול. לאחר הטיפול, נוצרות נקודות פעילות על פני הסיבים כדי להפעיל את פילמור השתל של מונומר על פני הסיבים. לבסוף, ההומופולימר על פני הסיבים נשטף עם אצטון ואוחסן לשימוש מאוחר יותר.
שכבת הקישור החלשה (WBL) שנוצרת על פני השטח של סיבי UHMWPE בתהליך הספינינג מקושרת עוד יותר על ידי קרינה אולטרה סגולה של פלזמה, וחוזק הלכידות של משטח סיבי UHMWPE משתפר. בנוסף, ניתן ליצור מגוון קבוצות פעילות על פני הסיבים לאחר טיפול בפלזמה, כגון: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - וקבוצות פעילות נוספות, המועילות לחומר הכימי. שילוב של הסיבים והשרף המטריצה. טיפול בפלזמה מייצר גם חריצים על פני הסיבים ומגביר את חספוס פני השטח, דבר המסייע להתקשרות מכנית עם המטריצה. הביצועים של סיבי HMWPE כחומר מרוכב משתפרים מאוד בשיטה זו, וחוזק הגזירה הבין-שכבתי גדל ביותר מפי 3. עם זאת, קצב ההחלשה של הקבוצות הפעילות של סיבי UHMWPE לאחר טיפול פני פלזמה גדול יחסית, וקצב ההחלשה הוא שליש תוך שעתיים. ושיטת הטיפול דורשת ואקום גבוה, הדורש לחץ של פחות מ-40Pa. לכן, טיפול משטח פלזמה סיבי UHMWPE קשה להשיג ייצור תעשייתי כימי מתמשך.
טיפול בהפרשות קורונה
מה שנקרא טיפול פני הפרשת קורונה של סיבי UHMWPE הוא למקם את סיב ה-UHMWPE המנוקה בין שתי הלוחות של מכשיר הטיפול בקורונה בלחץ רגיל לטעינת מתח גבוה של כ-60 KV, ההספק הוא כ-350W, כך שהאוויר מיונן, נוצרת קורונה, והטיפול נלקח לשימוש לאחר זמן מסוים.
טיפול משטח פריקת קורונה יכול לחרוט את פני השטח של סיבי UHMWPE, להגדיל את שטח המגע בין סיבים לשרף, וליצור פעולת רשת מכנית לאחר ריפוי שרף על פני הסיבים. גודל הרשת המכנית קשור קשר הדוק למידת החדירה של שרף על סיבים ושטח המגע בין שרף לסיבים, אך החוזק המרבי של פעולה פיזית זו הוא רק 24 KJ · מול-1. לכן, זה מוגבל לשפר את חוזק החיבור הממשק של סיבים ושרף על ידי פריקת קורונה בלבד. רק טיפול בפרשת קורונה דווח לטיפול תעשייתי בסרטי פוליאולפינים. למרות שחלק מהמוצרים התעשייתיים של סיבי HMWPE מטופלים כיום על ידי פריקת קורונה פשוטה, ההשפעה אינה ברורה במיוחד. וטיפול בהפרשות קורונה מוגבל במידה רבה על ידי פעולה לסירוגין. לכן, קשה מאוד לממש תיעוש והמשכיות של טיפול בהפרשות קורונה.
השתלת משטח הנגרמת על ידי הקרנה
טיפול השתלת פני השטח המושרה על ידי הקרנת סיבי UHMWPE הוא השתלת פילמור המונומר השני על פני הסיב על ידי קרינה, ולייצר שכבת חוצץ הניתנת לחיבור הדוק עם המטריצה, כדי לשפר את ההידבקות בין הסיבים. ואת המטריצה. בדרך כלל מקור הקרינה הוא 60C, קרני גמא/אור אולטרה סגול וכו', שבהם אור אולטרה סגול מפעיל את הפוטוסנסיטיזר, כגון Benzophenone (BP), ואז הפוטוסנסיטיזר מתחיל את השתלת המונומר על פני השטח של סיבי UHMWPE. כיום, המונומר השני בו נעשה שימוש הוא מונומר פרופילן, כגון: חומצה אקרילית (AA), אקרילאמיד (AM), glycidyl methacrylate (GMA) וכן הלאה.
טיפול משטחי קרוסלינקציה המופעל על ידי סיבי UHMWPE של סיבי UHMWPE יכול לממש תהליך מתמשך בתיאוריה, ומשפיע רק על שכבת פני השטח הדקה, כך שיש לו סיכוי ליישום תעשייתי. עם זאת, מכיוון שצריך להקרין את הסיב לפרק זמן מסוים, פעולה לסירוגין מגבילה את היישום שלו במידה רבה.
תהליך חמצון
שיטת הטיפול המכונה UHMWPE סיבי חמצון פני השטח היא לחמצן את פני הסיבים על ידי חומרים כימיים או גזים, כדי לשנות את החספוס של פני הסיבים ואת התוכן של קבוצות קוטביות על פני השטח. על פי מדיום החמצון ניתן לחלק לשיטה רטובה ושיטה יבשה לשתי קטגוריות. השיטה הרטובה היא חמצון פאזה נוזלית, המדיה הנפוצה שלה היא: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) וכן הלאה; סיב ה-UH2MWPE הנקי טובל בתווך, הוצא לאחר טיפול חמצון בטמפרטורה שצוינה למשך הזמן שצוין, ונשטף לנייטרלי; שוטפים במים דה-יונים מספר פעמים, מייבשים ומניחים בצד. שיטה יבשה היא שיטת חמצון פאזה גז, פוטוקסידציה נפוץ וחמצון אוזון; לאחר טיפול מקדים, סיב ה-UHMWPE הנקי נחשף לגז בינוני, מוציא אותו לזמן תגובה מסוים, מנוקה במים מיוננים, מיובש לשימוש.
שיטת החמצון הנוזל עדינה יחסית וקלה לשליטה, אך הפעולה מסורבלת, דרישות הציוד גבוהות והזיהום חמור. בתהליך של חמצון גז, הציוד פשוט, הפעולה נוחה והייצור הרציף קל, אך קשה לשלוט בדרגת החמצון, מה שעלול לגרום לדרגת החמצון להיות עמוקה מדי ולגרום לחוזק הסיבים. יְרִידָה. בקיצור, כדי להשיג טיפול משטח חמצון מתמשך, יש צורך לבצע שיפורים מסוימים בשיטות ההפעלה ובציוד.
טיפול בהצלבה כימית
שיטת הצלבה כימית היא שימוש ישיר ביוזם כדי ליזום השתלת מונומר על פני הסיבים, בדומה לשיטת השתלה יזומה בקרינה, אך יכולה להימנע משיטת השתלת קרינה בהשקעה בציוד, שיטה זו היא תהליך פשוט, קל להשיג ייצור מתמשך תעשייתי.
לאנג יאנקינג וחב'. השתמש בפרוקסיד כיוזם לביצוע שינוי צלב סילאן על סיבי UHMWPE. המחקר מצא כי לאחר שינוי סילאן, מולקולות סילאן הושתלו על פני הסיבים, מה שהגדיל את המספר והקוטביות של קבוצות פונקציונליות כימיות על פני הסיבים, ובכך שיפרו את תכונת ההתקשרות בין הסיבים לשרף המטריצה. לאחר טיפול בשתל, הופיעו סימנים נוספים על פני הסיב, מה שהגדיל את אפקט ההשתלבות המכני בין הסיב לשרף, והגדיל את חוזק הגזירה הבין-שכבתי של המרוכב, שהיה פי 2.45 מזה של המרוכב לפני השינוי. במקביל, משתפרת גם עמידות הזחילה של סיבים שעברו שינוי.
שיטות עיבוד אחרות
בנוסף לטיפול בפלזמה, חמצון מגיב כימי, השתלת משטח וטיפול בפריקת קורונה, שיטות קלנדר וציפוי יכולות לשפר את תכונות ההתקשרות של סיבי UHMWPE ומטריצת שרף במידה מסוימת.
שיטת הקלנדר היא שסיב UHMWPE משתנה מהחתך העגול המקורי לצורה שטוחה לאחר פעולת זוג גלילי לחיצה, כך ששטח המגע גדל במרוכב, ותכונת ההדבקה משתפרת במידה מסוימת. , אבל זה לא מובן מאליו. שיטת הציפוי היא ציפוי שכבת מגיב על פני השטח של סיבי UHMWPE. מהייצור התעשייתי של סיבי פוליאתילן במשקל מולקולרי גבוה במיוחד עד כה, המגיב האידיאלי לא פותח לציפוי. מגיב זה צריך לשמש כחומר צימוד לשיפור תכונת ההתקשרות בין סיבי UHMWPE למטריצה. ההשפעה של שיטות אלה על שיפור ההידבקות בין השכבות בין סיבי UHMWPE למטריצה ​​אינה ברורה, כך שמחקר השינוי של שיטות אלה אינו גדול כמו השיטות הקודמות.
בשל השיטות הקיימות, תוך שיפור הרטיבות הסיבים, התכונות המכאניות של הסיבים המטופלים יפחתו בדרגות שונות, ויישום הסיבים יהיה מוגבל. יש אנשים שהציעו שיטת טיפול מורכבת לטיפול בסיבי UHMWPE, שיכולה לפתור בעיה זו. Wang Chengzhong et al. ביצע טיפול משטח מורכב של סיבי UHMWPE על ידי חמצון פאזה נוזלית של חומצה כרומית וציפוי ננו סיליקה סול, וחקר את תכונות הממשק של סיבי UHMWPE / שרף אפוקסי. התוצאות מראות שגם חימצון שלב נוזלי וציפוי פני השטח יכולים לשפר את מאפייני הממשק של החומרים המרוכבים, אך זמן הטיפול בחמצון השלב הנוזלי ארוך מדי, חוזק הסיבים יקטן, בעוד שלטיפול המרוכב יש אפקט סינרגטי, לא יכול להפחית את חוזק הסיבים אך לשפר מאוד את חוזק הגזירה הבין-שכבתית של החומרים המרוכבים, היא שיטת טיפול משטח יעילה.