Traitement de surface de la fibre UHMWPE

Le traitement de surface de la fibre UHMWPE peut être divisé en modification physique et modification chimique selon différents principes de méthodes de traitement. Selon les différents supports modifiés utilisés, de nombreuses méthodes peuvent être subdivisées. Lors de l’étude de l’effet de modification, il convient de noter qu’une méthode présente souvent des caractéristiques de modification physique et chimique. Par conséquent, dans la discussion suivante, les supports de traitement spécifiques sont classés.
Traitement plasma
Le traitement au plasma est divisé en deux types : le traitement au plasma à basse température et le traitement de surface par greffage au plasma.
Le traitement de surface au plasma à basse température de la fibre HMWPE consiste à aspirer la fibre HMWPE nettoyée entre les deux plaques du dispositif de traitement au plasma, à démarrer le dispositif de génération de plasma dans un environnement inférieur à 40 Pa, à effectuer un traitement au plasma à basse température sur le Fibre pendant une certaine période de temps, puis retirez la fibre pour la stocker.
Le traitement de surface de greffe de plasma de fibre UHMWPE consiste à immerger la fibre UHMWPE nettoyée dans une solution monomère, à la retirer après un certain temps et à la placer dans un appareil à plasma à basse température pour un traitement ultérieur. Après traitement, des points actifs sont générés à la surface de la fibre pour déclencher la polymérisation par greffage du monomère à la surface de la fibre. Enfin, l'homopolymère présent à la surface des fibres a été lavé avec de l'acétone et stocké pour une utilisation ultérieure.
La couche de liaison faible (WBL) formée à la surface de la fibre UHMWPE lors du processus de filage est en outre réticulée par le rayonnement ultraviolet du plasma, et la force de cohésion de la surface de la fibre UHMWPE est améliorée. De plus, divers groupes actifs peuvent se former à la surface de la fibre après traitement au plasma, tels que : -CO H -, -co -, -COOh, -COO - et d'autres groupes actifs, propices à l'action chimique. combinaison de la fibre et de la résine matrice. Le traitement plasma produit également des rainures sur la surface des fibres et augmente la rugosité de la surface, ce qui favorise la liaison mécanique avec la matrice. Les performances de la fibre HMWPE en tant que matériau composite sont grandement améliorées par cette méthode et la résistance au cisaillement intercouche est augmentée de plus de 3 fois. Cependant, le taux d'atténuation des groupes actifs de la fibre UHMWPE après traitement de surface au plasma est relativement important et le taux d'atténuation est d'un tiers en deux heures. Et la méthode de traitement nécessite un vide poussé, nécessitant une pression inférieure à 40 Pa. Par conséquent, le traitement de surface par plasma de fibre UHMWPE est difficile à réaliser une production industrielle chimique continue.
Traitement par décharge corona
Le soi-disant traitement de surface par décharge corona de fibre UHMWPE consiste à placer la fibre UHMWPE nettoyée entre les deux plaques du dispositif de traitement corona sous une pression normale pour charger environ 60 KV haute tension, la puissance est d'environ 350 W, de sorte que l'air soit ionisé, une couronne est générée et le traitement est retiré pour être utilisé après un certain temps.
Le traitement de surface par décharge corona peut graver la surface de la fibre UHMWPE, augmenter la zone de contact entre la fibre et la résine et former une action de maillage mécanique après le durcissement de la résine sur la surface de la fibre. La taille du maillage mécanique est étroitement liée au degré d'infiltration de la résine sur la fibre et à la zone de contact entre la résine et la fibre, mais la force maximale de cette action physique n'est que de 24 KJ · mol-1. Par conséquent, il est limité à améliorer la force de liaison interfaciale des fibres et de la résine par la seule décharge corona. Seul un traitement par décharge corona a été rapporté pour le traitement industriel de films de polyoléfine. Bien que certains produits industriels en fibre HMWPE soient actuellement traités par simple décharge corona, l'effet n'est pas très évident. Et le traitement par décharge corona est largement limité par un fonctionnement intermittent. Par conséquent, il est très difficile de réaliser l’industrialisation et la continuité du traitement par décharge corona.
Greffe de surface induite par l'irradiation
Le traitement de greffage de surface induit par irradiation de fibre UHMWPE consiste à greffer le deuxième monomère sur la surface de la fibre par rayonnement et à produire une couche tampon qui peut être étroitement liée à la matrice, de manière à améliorer l'adhésion entre la fibre. et la matrice. Habituellement, la source de rayonnement est une température de 60 °C, un rayon gamma/une lumière ultraviolette, etc., dans laquelle la lumière ultraviolette initie le photosensibilisateur, tel que la benzophénone (BP), puis le photosensibilisateur initie le greffage du monomère à la surface de la fibre UHMWPE. Actuellement, le deuxième monomère utilisé est le monomère de propylène, tel que : l'acide acrylique (AA), l'acrylamide (AM), le méthacrylate de glycidyle (GMA), etc.
Le traitement de surface de réticulation déclenché par les UV des fibres UHMWPE peut en théorie réaliser un processus continu et n'affecte que la fine couche de surface, il a donc la perspective d'une application industrielle. Cependant, comme la fibre doit être irradiée pendant un certain temps, le fonctionnement intermittent limite dans une large mesure son application.
Processus d'oxydation
La méthode de traitement de surface oxydante des fibres UHMWPE consiste à oxyder la surface des fibres par des agents chimiques ou des gaz, de manière à modifier la rugosité de la surface des fibres et la teneur en groupes polaires sur la surface. Selon le milieu d'oxydation, on peut diviser en deux catégories la méthode humide et la méthode sèche. La méthode humide est l'oxydation en phase liquide, ses supports courants sont : K2 Cr2O2 + H2 SO4, KMnO4+ HNO3, H2O2 (30 %) et ainsi de suite ; La fibre UH2MWPE propre est immergée dans le milieu, retirée après traitement d'oxydation à la température spécifiée pendant la durée spécifiée et lavée jusqu'à neutre ; Laver plusieurs fois à l’eau déminéralisée, sécher et réserver. La méthode sèche est une méthode d'oxydation en phase gazeuse, la photooxydation et l'oxydation par l'ozone couramment utilisées ; Après le prétraitement, la fibre UHMWPE propre est exposée à un gaz moyen, retirée pendant un certain temps de réaction, nettoyée à l'eau ionisée et séchée pour utilisation.
La méthode d'oxydation liquide est relativement douce et facile à contrôler, mais l'opération est lourde, les exigences en matière d'équipement sont élevées et la pollution est grave. Dans le processus d'oxydation en phase gazeuse, l'équipement est simple, l'opération est pratique et la production continue est facile, mais le degré d'oxydation est difficile à contrôler, ce qui peut rendre le degré d'oxydation trop profond et entraîner une résistance des fibres. déclin. En bref, pour réaliser un traitement de surface par oxydation continue, il est nécessaire d'apporter certaines améliorations aux méthodes opératoires et aux équipements.
Traitement de réticulation chimique
La méthode de réticulation chimique est l'utilisation directe d'un initiateur pour initier le greffage de monomères sur la surface de la fibre, similaire à la méthode de greffage initiée par irradiation, mais peut éviter la méthode de greffage par irradiation dans l'investissement en équipement, cette méthode est un processus simple, facile à réaliser une production industrielle continue.
Lang Yanqing et coll. utilisé du peroxyde comme initiateur pour effectuer une modification de réticulation du silane sur la fibre UHMWPE. L'étude a révélé qu'après la modification du silane, des molécules de silane étaient greffées sur la surface de la fibre, ce qui augmentait le nombre et la polarité des groupes fonctionnels chimiques à la surface de la fibre, améliorant ainsi la propriété de liaison entre la fibre et la résine matricielle. Après le traitement de greffage, davantage de marques sont apparues sur la surface de la fibre, ce qui a augmenté l'effet de verrouillage mécanique entre la fibre et la résine et a augmenté la résistance au cisaillement intercouche du composite, qui était 2,45 fois celle du composite avant modification. Dans le même temps, la résistance au fluage des fibres modifiées est également améliorée.
Autres méthodes de traitement
En plus du traitement au plasma, l'oxydation par réactif chimique, le greffage de surface et le traitement par décharge corona, les méthodes de calandrage et de revêtement peuvent améliorer dans une certaine mesure les propriétés de liaison de la fibre UHMWPE et de la matrice de résine.
La méthode de calandrage consiste à ce que la fibre UHMWPE passe de la section circulaire d'origine à une forme plate après l'action d'une paire de rouleaux presseurs, de sorte que la zone de contact soit augmentée dans le composite et que la propriété de liaison soit améliorée dans une certaine mesure. , mais ce n'est pas évident. La méthode de revêtement consiste à recouvrir une couche de réactif sur la surface de la fibre UHMWPE. Jusqu'à présent, depuis la production industrielle de fibres de polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé, le réactif idéal n'a pas été développé pour le revêtement. Ce réactif doit agir comme un agent de couplage pour améliorer la propriété de liaison entre la fibre UHMWPE et la matrice. L'effet de ces méthodes sur l'amélioration de l'adhésion intercouche entre la fibre UHMWPE et la matrice n'est pas évident, de sorte que la recherche sur la modification de ces méthodes n'est pas aussi importante que celle des méthodes précédentes.
En raison des procédés actuels, tout en améliorant la mouillabilité des fibres, les propriétés mécaniques des fibres traitées seront réduites à des degrés divers et l'application des fibres sera limitée. Certaines personnes proposent une méthode de traitement composite pour traiter la fibre UHMWPE, qui peut résoudre ce problème. Wang Chengzhong et coll. effectué un traitement de surface composé de fibre UHMWPE par oxydation en phase liquide à l'acide chromique et revêtement de sol de nano-silice, et étudié les propriétés d'interface du composite fibre UHMWPE/résine époxy. Les résultats montrent que l'oxydation en phase liquide et le revêtement de surface peuvent améliorer les propriétés d'interface des matériaux composites, mais que le temps de traitement d'oxydation en phase liquide est trop long, la résistance des fibres sera réduite, tandis que le traitement composite a un effet synergique, ne peut pas réduire la résistance des fibres mais améliorer considérablement la résistance au cisaillement intercouche des matériaux composites, est une méthode de traitement de surface efficace.