Физико-механические свойства модифицированных в низкотемпературном газоразрядном процессе полипропиленовых мононитей

УДК 533.9

И. А. Гришанова, О. С. Мигачева

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ

ГАЗОРАЗРЯДНОМ ПРОЦЕССЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ МОНОНИТЕЙ

Ключевые слова: хирургический шовный материал, полипропилен, разряд, деформационные характеристики, характер разрушения.

В работе представлены результаты исследований деформационных характеристик исходных и модифицированных в низкотемпературном газовом разряде нерассасывающегося хирургического шовного материала на основе полипропилена. В результате модификации хирургического шовного материала изменяется микрорельеф поверхности нити, при этом показатели ее деформационных характеристик соответствует нормативному документу.

Keywords: surgical suture material, polypropylene, discharge, deformation characteristics, the fracture.

The paper presents the results of studies of deformation characteristics of the original and modified in the low-temperature gas discharge non-absorbable surgical sutures based on polypropylene. As a result of the modification of surgical suture thread change: topography, with indicators of its deformation characteristics of the normative document.

Введение

При оценке качества материалов, используемых для производства различных видов товаров исследуется их отношение к действию приложенных внешних сил. Эти свойства характеризуются, в частности, пределом прочности и относительным удлинением.

Важным показателем эксплуатационной ценности хирургического шовного материала в соответствие с требованиями ТУ является величина и характер удлинения при приложении внешних нагрузок. При этом с увеличением нагрузки, при которой происходит только обратимое удлинение, возрастает их эксплуатационная ценность. Эти характеристики зависят от сложности и лабильности структуры полимера (молекулярной и надмолекулярной). Размер структурных элементов и степень их ориентации определяют механические свойства волокон [1].

Повышение прочности исходного полимера можно достичь изменением его надмолекулярной структуры. Изменение расположения макромолекул или их агрегатов при действии внешних нагрузок повышают структурную однородность, а следовательно увеличивают прочность полимера [2].

Форма макромолекул в равновесном состоянии и степень их релаксации определяют степень удлинения упрочненного ориентированного волокна. Фактором припятствующем релаксации макромолекул после деформации полимера является его кристаллизация или стеклования. В результате этих процессов фиксируется вытянутая форма макромолекул, приводящая к уменьшению удлинения при разрыве.

Изменение надмолекулярной структуры полимерных соединений можно достичь путем использования различных методов модификации их поверхностных слоев [3], например, низкотемпературным газоразрядным процессом. Величина изменения показателей физико-механических свойств, в значительной степени, будет определяться химической природой, строением обрабатываемого поли-

мера и технологическими параметрами газоразрядного процесса. Зависимость между параметрами разряда и входными параметрами газоразрядной установки позволяет достаточно просто осуществлять регулировку струи разряда [4].

В работах [5-7] показано, что плазменная обработка полипропиленовой (ПП) нити приводит к структурированию поверхности в аморфных участках, и снижению степени шероховатости поверхности хирургического шовного материала (шероховатости нити оказывает влияние на травматичность ткани при формировании хирургического шва).

В связи с этим определенный интерес представляло исследование и сравнение физико-механических характеристик исходных и модифицированных в низкотемпературном газовом разряде хирургического шовного полипропиленового материала.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования являлась хирургическая шовная нерассасывающаяся полипропиленовая мононить промышленного производства с условным номером М1.

Модификация поверхности образцов мононитей проводилась на экспериментальной высокочастотной емкостной (ВЧЕ) установке пониженного давления [8].

Механические характеристики при одноосном растяжение всех исследуемых мононитей, выполненных по ГОСТ Р 53005-2008, определялись на разрывной машине РМ 50.

Методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (ЛСМ) изучался характер разрушения исходных и модифицированных мононитей на микроскопе модели OLS 4100 LEXT фирмы Olympus (Япония) [9]

Результаты и их обсуждение

Обработка поверхности образцов мононитей проводилась в различных газоразрядных средах

(аргон/ пропан-бутан, аргон/ацетилен), при различной продолжительности процесса (1=180с, 360с) в расходном режиме газа в= 0,04г/с на ВЧЕ установке.

Значения механических характеристик исследуемых мононитей в исходном и модифицированном состоянии в различных газоразрядных средах приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Значения механических характеристик ПП мононитей

Согласно результатам табл. 1 разрывное усилие при одноосном растяжении ПП мононити в среде - аргон/пропан-бутан, при длительности процесса 1=180 с увеличилось на 29,0 %, при длительности процесса 1= 360 с - на 37,8 %. При модификации в среде - аргон/ацетилен значение разрывной нагрузки составляют 17,5 % и 28,1 % соответственно исследуемой длительности процесса.

Разрывная нагрузка в простом узле модифицированной ПП мононити в среде - аргон/пропан-бутан и длительности процесса: 180с и 360 с снижается по сравнению с исходной разрывной нагрузкой на 2,5 % и 1,2 % соответственно. При модификации в среде - аргон/ацетилен значение разрывной нагрузки в простом узле уменьшается на 5,8% и 1,8% соответственно.

Удлинение при разрыве нити в простом узле в среде - аргон/пропан-бутан, при длительности процесса 180с соответствует значению удлинения для исходной ПП мононити. При длительности процесса 360 с значение удлинения уменьшается на 14,8%. При модификации нити в простом узле в среде - аргон/ацетилен, удлинение при разрыве в простом узле при длительности процесса 180 с уменьшилось на 5,8%, при 360с - увеличилось на 10,1%. Однако, относительное удлинение при разрыве в простом узле модифицированных ПП мононитей не превышает допустимые значения регламентируемых параметров.

При оценке физико-механических свойств хирургических мононитей важно знать не только

удлинение к моменту разрыва, но и характер зависимости «нагрузка-деформация». Полученные кривые деформации хирургических ПП мононитей при одноосном растяжении приведены на рис. 1.

"Н : !

- ь т _г....  Г'Г 7,  -,7'-"Г Г

Рис. 1 - Разрывная нагрузка исходной и плазми-рованной ПП мононитей в различных средах (1=180с): 1 - исходная ПП мононить; 2 - модифицированная мононить в среде аргон/пропан-бутан; 3 - модифицированная мононить в среде аргон/ацетилен

Деформационная кривая плазмированной мононити (рис.1) в среде аргон /пропан-бутан выдерживает большую нагрузку по сравнению с исходной мононитью и плазмированной в среде аргон/ацетилен. При этом на кривой нагружения не наблюдается участка пластического течения.

Модуль начальной упругости, характеризующий сопротивление нити, к деформированию незначительно изменяется при модификации в различных средах, причем модифицированная ПП мононить в среде -аргон/пропан-бутан выдерживает большую нагрузку до разрушения по сравнению с мононитью в исходном состоянии и модифицированной в среде- аргон/ацетилен.

Характер разрушения исходных и модифицированных ПП мононитей представлен на рис. 2.

а

Наименование Ед. изм. Диапа зон допус тимых значе ний Экспериментальные значения механических характеристик

для исходной мононити для модифицированной в ВЧЕ разряде мононити

среда аргон/пропан-бутана среда аргон/ ацетилена

1=180 с =360 с =180 с =360 с

Условный номер - 1 1 1 1 1 1

Метрический размер - 4 4 4 4 4 4

Диаметр мм 0,4000,499 0,476 0,496 0,484 0,481 0,474

Разрывная нагрузка в простом узле, не менее Н 31,0 51,3 50,0 50,7 48,3 50,4

Удлинение при разрыве нити в простом узле, не более % 34 16,9 16,9 14,4 14,9 18,6

Разрывная нагрузка стерильной нити Н - 51,3 66,3 70,7 60,3 65,7

б

Рис. 2 - Характер разрушения исходной (а) и модифицированной (б) ПП мононити

Согласно представленному рисунку (рис.2 а) при нагружении 1111 мононити в исходном состоянии наблюдается ее фибриллизация. Величина этого эффекта зависит от параметров газоразрядной струи. В результате модификации наблюдается хрупкий характер разрушения ПП мононити без фибриллизации.

Таким образом показано, что при модификации в газоразрядном процессе ПП мононити по физико-механическим характеристикам соответствует ГОСТ Р 53005-2008 и не выходит за пределы арбитражных критерий ни по одному из исследуемых показателей.

Литература

1. Перепёлкин К. Е. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), т. XLVI, № 1, 3148 (2002).

2. В.А. Жуковский, А.Г. Макаров, Н.Г. Ростовцева, О.Н Слуцкер, О.Н. Столяров, О.Б. Теруш-кина, А.В. Гриднева. Химические волокна, № 4, 25 -28 (2008).

3. Гуль В. Е. Структура и прочность полиме-ра-М:Химия, 344 (1971).

4.Коморова Т.А. Сб. международ. тех. конф. - Иваново: ИГТА, 34-38 (1996).

5. Абдуллина, В. Х. Регулирование свойств полиолефиновых волокон и нитей низкотемпературной плазмой пониженного давления: автореф. Дис. канд. тех. наук: 05.19.01: защищена 24.12.2009; утв. 9.04.10/ В.Х. Абдуллина.- Казань, 2009.- 18 с.

6. Гришанова И. А., Абдуллин И.Ш., Абута-липова Л.Н., Мигачева О.С., Вестник казанского технологического университета, 3, 102-104 (2013).

7. Гришанова И.А., Мигачева О.С., Абдул-лин И. Ш. Вестник казанского технологического университета. 16, 17, 118-120 (2013).

8. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения// Казань: Из-во Каз. гос. технол. ун-та. 420 (2000).

9. Конфокальный сканирующий микроскоп OLS LEXT 4000// [Лазерные микроскопы]/ Мелитек [г.Москва]. URL. http://www.melytec.ru/produc-tion/microscope/laser/

© И. А. Гришанова - к.т.н., доц. каф. МТ, КНИТУ, 314199@mail.ru; О. С. Мигачева - асп. Каф МТ, КНИТУ, olenka_m88@mail.ru.

© I. Grishanova - PhD. Department MT KNRTU, 314199@mail.ru; O. Migacheva - Asp. Dept. MT, KNRTU, olenka_m88@mail.ru.