موضوع مقاله: پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا | مقدمه: همچنین این ماده که به عنوان پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا (HMPE) شناخته می‌شود، دارای زنجیره‌های بسیار طولانی است که جرم مولکولی آن معمولاً بین ۳٫۵ تا ۷٫۵ میلیون آمو است. | ## بخش 1: پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا | زنجیره طولانی‌تر برای انتقال بار موثرتر به ستون فقرات پلیمری با تقویت برهمکنش‌های بین مولکولی عمل می‌کند. این فرآیند منجر به پدیدآمدن یک ماده بسیار سخت، با بالاترین استحکام ضربه نسبت به هر نوع ترموپلاستیک موجود فعلی می‌شود.Stein, H. علاوه بر دارا بودن تمام ویژگی‌های پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE), دارای ویژگی‌هایی نظیر مقاوم بودن در برابر اسیدهای غلیظ و قلیاها و همچنین حلال‌های آلی متعدد نیز هست. خود-روان-کننده است (به روانکاری مرزی مراجعه شود) و در برابر سایش بسیار مقاوم است و در برخی از اشکال ۱۵ برابر بیشتر از فولاد کربنی در برابر سایش مقاومت نشان می‌دهد. UHMWPE فرآوری شده به صورت تجاری یا به صورت الیاف یا به صورت تلفیقی مانند ورق یا میله در دسترس می‌باشد. به دلیل مقاومت در برابر سایش و ضربه، UHMWPE به یافتن کاربردهای صنعتی فزاینده، از جمله بخش خودرو و بطری‌سازی ادامه می‌دهد. از دهه ۱۹۶۰، UHMWPE ماده انتخابی برای آرتروپلاستی کامل مفصل در ایمپلنت‌های ارتوپدی و ستون فقرات بوده‌است. این از زنجیره‌های بسیار طولانی پلی اتیلن تشکیل شده‌است که همگی در یک جهت قرار دارند. نیروهای واندروالس بین مولکول‌ها برای هر اتم همپوشانی بین مولکول‌ها نسبتاً ضعیف است، اما از آنجایی که این مولکول‌ها بسیار طولانی هستند، همپوشانی‌های بزرگی ممکن است وجود داشته باشد که به توانایی حمل نیروهای برشی بزرگ‌تر از مولکولی به مولکول دیگر افزوده می‌شود. هر زنجیره با نیروهای واندروالسی زیادی به سوی زنجیره‌های دیگر جذب می‌شود که باعث می‌شود کل استحکام بین مولکولی زیاد باشد. به این ترتیب، بارهای کششی بزرگ با ضعف نسبی هر نیروی واندروالسی موضعی محدود نمی‌شود. هنگامی که زنجیره‌های پلیمری به الیاف تبدیل می‌شوند، می‌توانند جهت موازی بیش از ۹۵٪ و سطح بلورینگی از ۳۹٪ تا ۷۵٪ به دست آورند. پیوند ضعیف بین مولکول‌های الفین به تحریکات حرارتی موضعی اجازه می‌دهد تا نظم کریستالی یک زنجیره معین را تکه‌تکه برهم بزنند و مقاومت حرارتی بسیار ضعیف‌تری نسبت به سایر الیاف با استحکام بالا به آن بدهند. ساختار ساده مولکول همچنین باعث ایجاد خواص سطحی و شیمیایی می‌شود که در پلیمرهای کارایی-بالا نادر است. از آنجایی که الفین‌ها چنین گروهی ندارند، UHMWPE آب را به راحتی جذب نمی‌کند و به راحتی خیس نمی‌شود، که این امر اتصال آن به پلیمرهای دیگر را دشوار می‌کند. به همین دلایل، پوست به شدت با آن تعامل نمی‌کند و باعث می‌شود سطح فیبر UHMWPE لغزنده شود. در شیوه ای مشابه، معطر پلیمرها اغلب به حلال‌های آروماتیک حساس هستند به دلیل تعاملات انباشته معطر. از آنجایی که UHMWPE حاوی گروه‌های شیمیایی (مانند استرها، آمیدها یا گروه‌های هیدروکسیلیک) نیست که در معرض حمله عوامل تهاجمی هستند، در برابر آب، رطوبت، اکثر مواد شیمیایی، اشعه UV و میکروارگانیسم‌ها بسیار مقاوم است. تحت بار کششی، تا زمانی که تنش وجود داشته باشد، UHMWPE به‌طور مداوم تغییر شکل می‌دهد - اثری که خزش نامیده می‌شود. هنگامی که UHMWPE آنیل می‌شود، ماده بین ۱۳۵ گرم می‌شود درجه سانتی گراد و ۱۳۸ درجه سانتی گراد در فر یا حمام مایع از روغن سیلیکون یا گلیسیرین. این مولکول‌ها چندین مرتبه طولانی‌تر از پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) هستند که دلیل آن فرایند سنتز مبتنی بر کاتالیزورهای متالوسن است، که در نتیجه مولکول‌های UHMWPE معمولاً دارای ۱۰۰۰۰۰ تا ۲۵۰۰۰۰ واحد مونومر در هر مولکول، ۸۰۰۰ مونومر در هر مولکول ۷۰۰۰ مونومر در هر مولکول هستند. UHMWPE با قالب‌گیری فشرده سازی، اکستروژن قوچ، ریسندگی ژل، و تف جوشی به‌طور متفاوتی پردازش می‌شود. در روش چرخش ژل، یک ژل دقیقاً گرم شده از UHMWPE از طریق یک اسپینر اکسترود می‌شود. نتیجه نهایی یک الیاف با درجه بالایی از جهت‌گیری مولکولی و در نتیجه استحکام کششی را منجرب می‌شود. چرخش ژل به جداسازی مولکول‌های زنجیره ای در حلال بستگی دارد به طوری که درهم تنیدگی‌های بین مولکولی حداقل باشد. | ## بخش 2: پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا | درهم تنیدگی، جهت‌گیری زنجیره را دشوارتر می‌کند و استحکام محصول نهایی را کاهش می‌دهد. فولادهای با استحکام بالا دارای قدرت تسلیم قابل مقایسه هستند و فولادهای کم کربن دارای قدرت تسلیم بسیار کمتر (حدود ۰٫۵ گیگا پاسکال) هستند. از آنجایی که وزن مخصوص فولاد تقریباً ۷٫۸ است، نسبت استحکام به وزن این مواد هشت برابر فولادهای با استحکام بالا است. UHMWPE در صفحات کامپوزیتی در زره، به ویژه، زره شخصی و گاهی اوقات نیز به عنوان زره خودرو استفاده می‌شود. برای زره شخصی، الیاف، به‌طور کلی، تراز و به ورقه‌هایی متصل می‌شوند که سپس در زوایای مختلف لایه‌بندی می‌شوند تا به ماده مرکب حاصل در همه جهات استحکام دهند.Bhatnagar, A. گفته می‌شود که زره‌های رهگیر ارتش ایالات متحده که به تازگی برای محافظت از بازوها و پاها طراحی شده‌اند، از نوعی پارچه UHMWPE استفاده می‌کنند. پارچه UHMWPE مقاومت در برابر سوراخ شدن لباس‌های محافظ در ورزش شمشیربازی را فراهم می‌کند. استفاده از طناب UHMWPE برای وینچینگ خودرو مزایای متعددی نسبت به سیم فولادی معمولی دارد. جرم کمتر طناب UHMWPE، همراه با ازدیاد قابل توجهیدر طول کمتر در هنگام شکستن، انرژی بسیار کمتری نسبت به فولاد یا نایلون حمل می‌کند، که منجر به تقریباً عدم عقب‌نشینی می‌شود. طناب UHMWPE پیچ خوردگی ایجاد نمی‌کند که می‌تواند باعث ایجاد نقاط ضعیف شود، و هر ناحیه ساییده ای که ممکن است در امتداد سطح طناب ایجاد شود نمی‌تواند مانند رشته‌های سیم شکسته پوست را سوراخ کند. طناب UHMWPE چگالی کمتری نسبت به آب دارد، و بازیابی آب را آسان‌تر می‌کند، زیرا کابل بازیابی آسان‌تر از سیم است. یک معمولی ۱۱ میلی‌متر طناب UHMWPE 30 متری می‌تواند حدود ۲ کیلوگرم وزن داشته باشد، سیم طناب فولادی معادل آن حدود ۱۳ کیلوگرم وزن دارد. یکی از ایرادات قابل توجه طناب UHMWPE حساسیت آن به آسیب اشعه ماوراء بنفش است، بنابراین بسیاری از کاربران برای محافظت از کابل در صورت عدم استفاده، روکش‌های وینچ را نصب می‌کنند. الیاف Spun UHMWPE به عنوان خط ماهیگیری برتری دارند، زیرا کشش کمتری دارند، در برابر سایش مقاوم‌تر هستند و از خط تک رشته‌ای معادل نازک‌تر هستند. در سنگنوردی، بند بافته شده از ترکیبات UHMWPE و نخ نایلون به دلیل وزن کم و حجیم محبوبیت پیدا کرده‌اند. آنها در مقایسه با همتایان نایلونی خود انعطاف‌پذیری بسیار کمی از خود نشان می‌دهند که به معنی چقرمگی کم است. روانکاری بسیار بالای این الیاف باعث می‌شود که توانایی نگهداری گره ضعیفی داشته باشد و بیشتر در «قلاب های» از پیش دوخته شده (حلقه‌های بافته شده) استفاده می‌شود - تکیه بر گره‌ها برای اتصال بخش‌های UHMWPE به‌طور کلی توصیه نمی‌شود و در صورت لزوم توصیه می‌شود. کالسکه‌ها و کابل‌های کشتی ساخته شده از فیبر (۰٫۹۷ وزن مخصوص) روی آب دریا شناور هستند. سیم‌های طیفی که در جامعه قایق‌های یدک‌کش نامیده می‌شوند معمولاً به عنوان جایگزین سبک تری برای سیم‌های فولادی استفاده می‌شوند در اسکی و اسنوبورد استفاده می‌شود، اغلب در ترکیب با فیبر کربن ، مواد کامپوزیت فایبرگلاس را تقویت می‌کند، سفتی را اضافه می‌کند و ویژگی‌های انعطاف‌پذیری آن را بهبود می‌بخشد.. UHMWPE اغلب به عنوان لایه پایه استفاده می‌شود که با برف تماس می‌گیرد و شامل مواد ساینده برای جذب و حفظ موم است. همچنین در کاربردهای بلند کردن، برای تولید تسمه‌های با وزن کم و سنگین استفاده می‌شود. به دلیل مقاومت در برابر سایش بسیار از آن نیز استفاده می‌شود به عنوان یک محافظ عالی گوشه برای تسمه‌های بالابر مصنوعی. خطوط با کارایی بالا (مانند پشتی) برای قایقرانی و پاراسلینگ به دلیل کشش کم، استحکام بالا و وزن کم از UHMWPE ساخته شده‌اند. به‌طور مشابه، UHMWPE اغلب برای گلایدرهای پرتاب وینچ از زمین استفاده می‌شود، زیرا در مقایسه با کابل فولادی، مقاومت سایشی برتر آن باعث سایش کمتر هنگام دویدن در امتداد زمین و داخل وینچ می‌شود و زمان بین خرابی‌ها را افزایش می‌دهد. این ماده نسبت به وزن خود بسیار قوی است و در اصل برای استفاده در بادبان‌های قایق‌های تفریحی با نام «فیبر کوبن» ساخته شد. | ## بخش 3: پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا | اخیراً کاربردهای جدیدی پیدا کرده‌است، به ویژه در ساخت تجهیزات کمپینگ و کوله پشتی سبک و فوق سبک مانند چادر و کوله پشتی. در تیراندازی با کمان، UHMWPE به دلیل خزش و کشش کم آن در مقایسه با داکرون (PET) به‌طور گسترده به عنوان ماده ای برای رشته‌های کمان استفاده می‌شود. علاوه بر الیاف خالص UHMWPE، اکثر تولیدکنندگان از مخلوط‌هایی برای کاهش بیشتر خزش و کشش مواد استفاده می‌کنند. در چتربازی، UHMWPE یکی از رایج‌ترین مواد مورد استفاده برای خطوط تعلیق است، که تا حد زیادی جایگزین داکرون که قبلاً استفاده شده بود، سبک‌تر و حجم کمتری است. UHMWPE دارای استحکام و مقاومت در برابر سایش عالی است، اما از نظر ابعادی پایدار نیست (یعنی منقبض می‌شود) زمانی که در معرض گرما قرار می‌گیرد، که منجر به انقباض تدریجی و ناهموار خطوط مختلف می‌شود، زیرا آنها در معرض مقداری اصطکاک در حین استقرار سایبان هستند. نیازمند به تعویض دوره ای خط است و همچنین تقریباً کاملاً غیر کشسان است که می‌تواند شوک باز شدن را تشدید کند. به همین دلیل، خطوط داکرون همچنان در سیستم‌های دانشجویی و برخی از سیستم‌های مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که بار اضافه کمتر خطر ساز است. به نوبه خود، در چتر نجات عملکرد-بالا استفاده می‌شود برای موجد خسارت، UHMWPE با Vectran و HMA (بالا مدول آرامید)، که حتی نازک‌تر و ابعادی پایدار، اما لباس نمایشگاه بیشتر و نیاز به تعمیر و نگهداری بسیار بیشتر برای جلوگیری از شکست فاجعه بار جایگزین شده‌است. UHMWPE همچنین برای حلقه‌های بسته شدن چتر نجات در صورت استفاده با دستگاه‌های فعال کننده خودکار استفاده می‌شود، جایی که ضریب اصطکاک بسیار پایین آنها برای عملکرد مناسب در صورت فعال شدن کاتر حیاتی است. پزشکی UHMWPE دارای سابقه بالینی به عنوان بیومتریال برای استفاده در لگن، زانو و (از دهه ۱۹۸۰) برای ایمپلنت ستون فقرات است. منبع آنلاین اطلاعات و بررسی مقالات مربوط به UHMWPE زمینه پزشکی، معروف به عنوان واژه‌نامه UHMWPE، در سال ۲۰۰۰ به صورت انلاین شروع به کار کرد مواد اولیه ساخت مفصل‌های جایگزین از لحاظ تاریخی از رزین‌های "GUR" ساخته شده‌اند. هنگامی که گاما در هوا تابش می‌شود، این ماده حساسیت به اکسیداسیون را نشان می‌دهد، که منجر به عملکرد بالینی پایین‌تر نسبت به UHMWPE خالص می‌شود. مواد UHMWPE با پیوند متقابل بالا به صورت بالینی در سال ۱۹۹۸ معرفی شدند و به سرعت به استاندارد مراقبت برای تعویض کامل مفصل ران، حداقل در ایالات متحده تبدیل شدند. این مواد جدید با تابش پرتوهای گاما یا الکترونی (۵۰–۱۰۵ کیلوگری) پیوند متقابل دارند و سپس برای بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون آنها به صورت حرارتی پردازش می‌شوند. داده‌های بالینی پنج ساله، از چندین مرکز، اکنون در دسترس است که برتری آنها را نسبت به UHMWPE معمولی برای تعویض کامل مفصل ران نشان می‌دهد (به آرتروپلاستی مراجعه کنید). مطالعات بالینی هنوز برای بررسی عملکرد UHMWPE بسیار متقابل برای تعویض زانو در حال انجام است. در سال ۲۰۰۷، تولیدکنندگان شروع به ترکیب آنتی‌اکسیدان‌ها در UHMWPE برای سطوح بلبرینگ آرتروپلاستی لگن و زانو کردند. چندین شرکت از سال ۲۰۰۷ با استفاده از ویتامین E مصنوعی و همچنین آنتی‌اکسیدان‌های مبتنی بر فنل مانع، فناوری‌های جایگزینی مفاصل تثبیت شده با آنتی‌اکسیدان را می‌فروشند.Spiegelberg, S.H. یکی دیگر از پیشرفت‌های مهم پزشکی برای UHMWPE در دهه گذشته افزایش استفاده از الیاف برای بخیه‌ها بوده‌است. ساخت و ساز UHMWPE در ساخت درها و پنجره‌های PVC (وینیل) استفاده می‌شود، زیرا می‌تواند گرمای مورد نیاز برای نرم کردن مواد مبتنی بر PVC را تحمل کند و به عنوان پرکننده فرم / محفظه برای پروفیل‌های مختلف PVC به کار می‌رود تا آن مواد در اطراف یک قالب «خم» یا شکل داده شود. برای کارهای مکانیکی متوسط در آب، هیدرولیک روغن، پنوماتیک و کاربردهای بدون روغن مناسب است. سیم/کابل کابل حفاظت کاتدی عایق فلوروپلیمر / HMWPE معمولاً با عایق دوگانه ساخته می‌شود. دارای یک لایه اولیه از یک فلوروپلیمر مانند ECTFE است که از نظر شیمیایی در برابر کلر، اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک مقاوم است. پس از لایه اولیه، یک لایه عایق HMWPE قرار دارد که استحکام قابل انعطافی را فراهم می‌کند و امکان سوء استفاده قابل توجه در هنگام نصب را فراهم می‌کند. زیرساخت‌های دریایی UHMWPE در سازه‌های دریایی برای پهلوگیری کشتی‌ها و به‌طور کلی سازه‌های شناور استفاده می‌شود. | ## جمع‌بندی | Retrieved May 7, 2020" خواندن بیشتر ساترن و همکاران، خصوصیات پلی اتیلن متبلور تحت جهت‌گیری و اثرات فشار یک ویسکومتر مویرگی فشار، مجله علمی کاربردی پلیمر جلد.