Επεξεργασία επιφάνειας ινών UHMWPE

Η επιφανειακή επεξεργασία των ινών UHMWPE μπορεί να χωριστεί σε φυσική τροποποίηση και χημική τροποποίηση σύμφωνα με διαφορετικές αρχές μεθόδων επεξεργασίας. Ανάλογα με τα διαφορετικά τροποποιημένα μέσα που χρησιμοποιούνται, πολλές μέθοδοι μπορούν να υποδιαιρεθούν. Κατά τη μελέτη του φαινομένου τροποποίησης, θα πρέπει να σημειωθεί ότι μια μέθοδος έχει συχνά χαρακτηριστικά φυσικής τροποποίησης και χημικής τροποποίησης. Ως εκ τούτου, στην παρακάτω συζήτηση, σύμφωνα με τα συγκεκριμένα μέσα επεξεργασίας ταξινομούνται.
Θεραπεία πλάσματος
Η επεξεργασία πλάσματος χωρίζεται σε δύο τύπους: επεξεργασία πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας και επιφανειακή επεξεργασία μοσχεύματος πλάσματος.
Η λεγόμενη επεξεργασία πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας ινών HMWPE είναι η σκούπα της καθαρισμένης ίνας HMWPE μεταξύ των δύο πλακών της συσκευής επεξεργασίας πλάσματος, η εκκίνηση της συσκευής παραγωγής πλάσματος σε περιβάλλον μικρότερο από 40Pa, η εκτέλεση επεξεργασίας πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας στο ίνα για ορισμένο χρονικό διάστημα και, στη συνέχεια, αφαιρέστε την ίνα για αποθήκευση.
Η επονομαζόμενη επεξεργασία επιφάνειας μοσχεύματος πλάσματος ινών UHMWPE είναι να βυθιστεί η καθαρισμένη ίνα UHMWPE σε διάλυμα μονομερούς, να αφαιρεθεί μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και να τοποθετηθεί σε μια συσκευή πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας για περαιτέρω επεξεργασία. Μετά την επεξεργασία, δημιουργούνται ενεργά σημεία στην επιφάνεια της ίνας για να πυροδοτήσουν τον πολυμερισμό του μονομερούς με μόσχευμα στην επιφάνεια της ίνας. Τέλος, το ομοπολυμερές στην επιφάνεια της ίνας πλύθηκε με ακετόνη και αποθηκεύτηκε για μετέπειτα χρήση.
Το ασθενές συνδετικό στρώμα (WBL) που σχηματίζεται στην επιφάνεια της ίνας UHMWPE κατά τη διαδικασία περιδίνησης συνδέεται περαιτέρω με την υπεριώδη ακτινοβολία του πλάσματος και βελτιώνεται η ισχύς συνοχής της επιφάνειας της ίνας UHMWPE. Επιπλέον, μια ποικιλία ενεργών ομάδων μπορεί να σχηματιστεί στην επιφάνεια της ίνας μετά από επεξεργασία με πλάσμα, όπως: -CO H -, -co -, -COOh, -COO - και άλλες δραστικές ομάδες, οι οποίες ευνοούν τη χημική συνδυασμό της ίνας και της ρητίνης μήτρας. Η επεξεργασία πλάσματος δημιουργεί επίσης αυλακώσεις στην επιφάνεια της ίνας και αυξάνει την τραχύτητα της επιφάνειας, η οποία ευνοεί τη μηχανική σύνδεση με τη μήτρα. Η απόδοση της ίνας HMWPE ως σύνθετου υλικού βελτιώνεται σημαντικά με αυτή τη μέθοδο και η διατμητική αντοχή του ενδιάμεσου στρώματος αυξάνεται κατά περισσότερο από 3 φορές. Ωστόσο, ο ρυθμός εξασθένησης των ενεργών ομάδων της ίνας UHMWPE μετά την επιφανειακή επεξεργασία πλάσματος είναι σχετικά μεγάλος και ο ρυθμός εξασθένησης είναι το ένα τρίτο σε δύο ώρες. Και η μέθοδος επεξεργασίας απαιτεί υψηλό κενό, που απαιτεί πίεση μικρότερη από 40Pa. Ως εκ τούτου, η επεξεργασία επιφάνειας πλάσματος ινών UHMWPE είναι δύσκολο να επιτευχθεί συνεχής χημική βιομηχανική παραγωγή.
Θεραπεία απόρριψης κορωνοϊού
Η λεγόμενη επεξεργασία επιφάνειας εκκένωσης ινών UHMWPE είναι η τοποθέτηση της καθαρισμένης ίνας UHMWPE μεταξύ των δύο πλακών της συσκευής επεξεργασίας κορώνας υπό κανονική πίεση για φόρτωση περίπου 60 KV υψηλής τάσης, η ισχύς είναι περίπου 350 W, έτσι ώστε ο αέρας να ιονίζεται. δημιουργείται κορώνα και η θεραπεία αφαιρείται για χρήση μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα.
Η επεξεργασία επιφάνειας εκκένωσης Corona μπορεί να χαράξει την επιφάνεια της ίνας UHMWPE, να αυξήσει την περιοχή επαφής μεταξύ ίνας και ρητίνης και να σχηματίσει μηχανική δράση πλέγματος μετά τη σκλήρυνση της ρητίνης στην επιφάνεια της ίνας. Το μέγεθος του μηχανικού πλέγματος σχετίζεται στενά με τον βαθμό διείσδυσης της ρητίνης στην ίνα και την περιοχή επαφής μεταξύ ρητίνης και ίνας, αλλά η μέγιστη αντοχή αυτής της φυσικής δράσης είναι μόνο 24 KJ · mol-1. Ως εκ τούτου, περιορίζεται στη βελτίωση της διεπιφανειακής αντοχής σύνδεσης ινών και ρητίνης μόνο με την εκκένωση κορώνας. Μόνο επεξεργασία απόρριψης κορώνας έχει αναφερθεί για βιομηχανική επεξεργασία μεμβρανών πολυολεφίνης. Αν και ορισμένα βιομηχανικά προϊόντα ινών HMWPE αντιμετωπίζονται επί του παρόντος με απλή εκκένωση κορώνας, το αποτέλεσμα δεν είναι πολύ εμφανές. Και η θεραπεία απόρριψης κορωνοϊού περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη διαλείπουσα λειτουργία. Ως εκ τούτου, είναι πολύ δύσκολο να πραγματοποιηθεί η εκβιομηχάνιση και η συνέχεια της θεραπείας απόρριψης κορωνοϊού.
Εμβολιασμός επιφάνειας που προκαλείται από ακτινοβολία
Η λεγόμενη επεξεργασία εμβολιασμού επιφάνειας που προκαλείται από ακτινοβολία ινών UHMWPE είναι ο πολυμερισμός του δεύτερου μονομερούς στην επιφάνεια της ίνας με ακτινοβολία και η παραγωγή ενός ρυθμιστικού στρώματος που μπορεί να συνδεθεί στενά με τη μήτρα, έτσι ώστε να βελτιωθεί η πρόσφυση μεταξύ της ίνας. και η μήτρα. Συνήθως η πηγή ακτινοβολίας είναι 60C, ακτίνες γάμμα/υπεριώδες φως κ.λπ., όπου το υπεριώδες φως εκκινεί τον φωτοευαισθητοποιητή, όπως η βενζοφαινόνη (BP), και στη συνέχεια ο φωτοευαισθητοποιητής ξεκινά τη μεταμόσχευση μονομερούς στην επιφάνεια της ίνας UHMWPE. Επί του παρόντος, το δεύτερο μονομερές που χρησιμοποιείται είναι το μονομερές προπυλενίου, όπως: ακρυλικό οξύ (ΑΑ), ακρυλαμίδιο (ΑΜ), μεθακρυλικό γλυκιδυλεστέρα (GMA) και ούτω καθεξής.
Η επεξεργασία επιφανειακής διασύνδεσης με ίνες UHMWPE μπορεί να πραγματοποιήσει συνεχή διαδικασία θεωρητικά και επηρεάζει μόνο το λεπτό επιφανειακό στρώμα, επομένως έχει την προοπτική βιομηχανικής εφαρμογής. Ωστόσο, επειδή η ίνα πρέπει να ακτινοβοληθεί για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, η διαλείπουσα λειτουργία περιορίζει την εφαρμογή της σε μεγάλο βαθμό.
Διαδικασία οξείδωσης
Η λεγόμενη μέθοδος επεξεργασίας επιφανειακής οξειδωτικής ίνας UHMWPE είναι η οξείδωση της επιφάνειας των ινών με χημικούς παράγοντες ή αέρια, έτσι ώστε να αλλάξει η τραχύτητα της επιφάνειας των ινών και το περιεχόμενο των πολικών ομάδων στην επιφάνεια. Σύμφωνα με το μέσο οξείδωσης μπορεί να χωριστεί σε υγρή μέθοδο και ξηρή μέθοδο δύο κατηγορίες. Η υγρή μέθοδος είναι η οξείδωση υγρής φάσης, τα κοινά της μέσα είναι: K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30%) και ούτω καθεξής. Η καθαρή ίνα UH2MWPE βυθίζεται στο μέσο, ​​αφαιρείται μετά από επεξεργασία οξείδωσης στην καθορισμένη θερμοκρασία για τον καθορισμένο χρόνο και πλένεται μέχρι να ουδέτερη. Πλένουμε σε απιονισμένο νερό αρκετές φορές, στεγνώνουμε και αφήνουμε στην άκρη. Η ξηρή μέθοδος είναι μέθοδος οξείδωσης αέριας φάσης, που χρησιμοποιείται συνήθως φωτοξείδωση και οξείδωση του όζοντος. Μετά την προεπεξεργασία, η καθαρή ίνα UHMWPE εκτίθεται σε μεσαίο αέριο, αφαιρείται για ορισμένο χρόνο αντίδρασης, καθαρίζεται με ιονισμένο νερό, στεγνώνεται για χρήση.
Η μέθοδος υγρής οξείδωσης είναι σχετικά ήπια και εύκολη στον έλεγχο, αλλά η λειτουργία είναι επαχθής, οι απαιτήσεις εξοπλισμού είναι υψηλές και η ρύπανση είναι σοβαρή. Στη διαδικασία οξείδωσης αέριας φάσης, ο εξοπλισμός είναι απλός, η λειτουργία είναι βολική και η συνεχής παραγωγή είναι εύκολη, αλλά ο βαθμός οξείδωσης είναι δύσκολος να ελεγχθεί, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει πολύ βαθύ βαθμό οξείδωσης και να προκαλέσει την αντοχή της ίνας πτώση. Εν ολίγοις, για να επιτευχθεί συνεχής επεξεργασία επιφάνειας οξείδωσης, είναι απαραίτητο να γίνουν ορισμένες βελτιώσεις στις μεθόδους λειτουργίας και στον εξοπλισμό.
Χημική επεξεργασία σταυροσύνδεσης
Η μέθοδος χημικής διασύνδεσης είναι η άμεση χρήση του εκκινητή για την έναρξη εμβολιασμού μονομερούς στην επιφάνεια των ινών, παρόμοια με τη μέθοδο εμβολιασμού με ακτινοβολία, αλλά μπορεί να αποφευχθεί η μέθοδος εμβολιασμού με ακτινοβολία σε επενδύσεις εξοπλισμού, αυτή η μέθοδος είναι απλή διαδικασία, εύκολη στην επίτευξη βιομηχανικής συνεχούς παραγωγής.
Οι Lang Yanqing et al. χρησιμοποίησε υπεροξείδιο ως εκκινητή για την εκτέλεση τροποποίησης σταυροσύνδεσης σιλανίου σε ίνα UHMWPE. Η μελέτη διαπίστωσε ότι μετά την τροποποίηση σιλανίου, μόρια σιλανίου εμβολιάστηκαν στην επιφάνεια της ίνας, γεγονός που αύξησε τον αριθμό και την πολικότητα των χημικών λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια της ίνας, βελτιώνοντας έτσι την ιδιότητα σύνδεσης μεταξύ της ίνας και της ρητίνης μήτρας. Μετά την επεξεργασία του μοσχεύματος, εμφανίστηκαν περισσότερα σημάδια στην επιφάνεια της ίνας, τα οποία αύξησαν το μηχανικό αποτέλεσμα σύμπλεξης μεταξύ της ίνας και της ρητίνης και αύξησαν τη διατμητική αντοχή του σύνθετου υλικού, η οποία ήταν 2,45 φορές μεγαλύτερη από αυτή του σύνθετου υλικού πριν από την τροποποίηση. Ταυτόχρονα, η αντίσταση ερπυσμού των τροποποιημένων ινών βελτιώνεται επίσης.
Άλλες μέθοδοι επεξεργασίας
Εκτός από την επεξεργασία πλάσματος, η οξείδωση με χημικά αντιδραστήρια, ο επιφανειακός εμβολιασμός και η επεξεργασία εκκένωσης κορώνας, οι μέθοδοι καλαντέρ και επικάλυψης μπορούν να βελτιώσουν τις ιδιότητες σύνδεσης της ίνας UHMWPE και της μήτρας ρητίνης σε κάποιο βαθμό.
Η μέθοδος καλαντέρ είναι ότι η ίνα UHMWPE αλλάζει από το αρχικό κυκλικό τμήμα σε επίπεδο σχήμα μετά από τη δράση ενός ζεύγους κυλίνδρων πρέσας, έτσι ώστε η περιοχή επαφής να αυξάνεται στο σύνθετο και η ιδιότητα συγκόλλησης βελτιώνεται σε κάποιο βαθμό. , αλλά δεν είναι προφανές. Η μέθοδος επίστρωσης είναι η επίστρωση ενός στρώματος αντιδραστηρίου στην επιφάνεια της ίνας UHMWPE. Από τη βιομηχανική παραγωγή ινών πολυαιθυλενίου εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους μέχρι στιγμής, το ιδανικό αντιδραστήριο δεν έχει αναπτυχθεί για επικάλυψη. Αυτό το αντιδραστήριο θα πρέπει να λειτουργεί ως παράγοντας σύζευξης για τη βελτίωση της ιδιότητας σύνδεσης μεταξύ της ίνας UHMWPE και της μήτρας. Η επίδραση αυτών των μεθόδων στη βελτίωση της πρόσφυσης μεταξύ των στρωμάτων μεταξύ της ίνας UHMWPE και της μήτρας δεν είναι προφανής, επομένως η έρευνα τροποποίησης αυτών των μεθόδων δεν είναι τόσο μεγάλη όσο οι προηγούμενες μέθοδοι.
Λόγω των τρεχουσών μεθόδων, ενώ βελτιώνεται η διαβρεξιμότητα των ινών, οι μηχανικές ιδιότητες των επεξεργασμένων ινών θα μειωθούν σε διάφορους βαθμούς και η εφαρμογή των ινών θα περιοριστεί. Μερικοί άνθρωποι προτείνουν μια σύνθετη μέθοδο θεραπείας για τη θεραπεία της ίνας UHMWPE, η οποία μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα. Οι Wang Chengzhong et al. πραγματοποίησε σύνθετη επιφανειακή επεξεργασία της ίνας UHMWPE με οξείδωση υγρής φάσης χρωμικού οξέος και επίστρωση νανοκολλοειδούς διοξειδίου του πυριτίου και μελέτησε τις ιδιότητες διεπαφής του σύνθετου υλικού ινών UHMWPE/εποξειδικής ρητίνης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τόσο η οξείδωση υγρής φάσης όσο και η επιφανειακή επίστρωση μπορούν να βελτιώσουν τις ιδιότητες διεπαφής των σύνθετων υλικών, αλλά ο χρόνος επεξεργασίας οξείδωσης υγρής φάσης είναι πολύ μεγάλος, η αντοχή των ινών θα μειωθεί, ενώ η σύνθετη επεξεργασία έχει συνεργική δράση, δεν μπορεί μειώνει την αντοχή των ινών, αλλά βελτιώνει σημαντικά τη διατμητική αντοχή των σύνθετων υλικών, είναι μια αποτελεσματική μέθοδος επιφανειακής επεξεργασίας.