Низкотемпературное газоразрядное напыление сверхмодульного полиэтилена на полипропиленовые мононити

УДК 677:678.5.026:3

И. А. Гришанова, О. С. Мигачева

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ГАЗОРАЗРЯДНОЕ НАПЫЛЕНИЕ СВЕРХМОДУЛЬНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫЕ МОНОНИТИ

Ключевые слова: мононить, поверхность, модификация, структура, неоднородность, полиэтилен, полипропилен.

В данной работе рассмотрены возможности напыления порошкообразного сверхмодульного полиэтилена в инертной среде низкотемпературного газового разряда на поверхность полипропиленовой мононити. Установлено, что профиль получаемого порошкового напыления зависит от параметров низкотемпературного газового разряда и условий напыления.

Keywords: monofilament, surface, modification, structure, heterogeneity, polyethylene, polypropylene.

In this paper we consider the possibility of spraying powdered sverhmodulnogo polyethylene in an inert medium of low temperature gas discharge on the surface polypropylene monofilament. It is found that the profile of the resulting powder coating depends on the parameters of the low-temperature gas discharge and sputtering conditions.

Введение

В течение последних десяти лет ведущие фирмы США, Западной Европы и Азии, занимающиеся производством синтетических текстильных волокон, проявляют повышенный интерес к полиоле-финовым (ПО) волокнам (полипропиленовым и полиэтиленовым). Мировой выпуск ПО волокон в 2014 г. возрос до 6,3 млн. т., тогда как в 2013 году их было произведено около 4,6 млн. т. Увеличение производства указанных волокон обусловлено их низкой удельной плотностью (0,91-0,94 г/см3), высокой прочностью на растяжение (2,5-5,0 МПа), химической и биологической инертностью [1, 2].

В то же время негативными свойствами ПП мононити, применяемой в качестве медицинского шовного материала, являются «память» о намотке, ухудшающей ее манипуляционные свойства, и шероховатость поверхности, вызывающей травматичность ткани организма с последующим ее инфицированием при выполнении хирургического шва [3-5].

Для улучшения эксплуатационных свойств синтетических нитей используются различные способы их поверхностной модификации. Одним из перспективных методов модификации поверхностных свойств синтетических хирургических нитей является электрофизическая обработка, в частности, в низкотемпературном газоразрядном процессе [6-8].

В научной литературе приведены следующие механизмы образования наноразмерного напыляемого покрытия в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения между подложкой и покрытием:

- островковый механизм роста;

- послойный механизм роста;

- промежуточный (между этими двумя механизмами роста) [9].

Прочность сцепления получаемого покрытия с подложкой (адгезия) зависит от многих факторов, в частности, от химической природы порошка и основы, морфологии поверхности подложки и обуславливается действием различных сил: механического сцепления, ковалентных и химических связей [3].

В работе [3] авторами установлено ,что при определенных параметрах и условиях процесса фор-

мируемое поливинилиденфторидное покрытие снижает среднею арифметическую шероховатость ПП нити Ra на 6 %. Однако к настоящему моменту отсутствуют данные о влиянии химической природы напыляемого полимера на поверхностные свойства хирургической ПП мононити. Анализ публикаций, посвященных модификации поверхности нитей, используемых в хирургической практике, указывает на большой интерес к покрытиям на основе углерода.

Целью данной работы явилось исследование условий образования напыляемого покрытия на основе сверхмодульного полиэтилена и его влияния на морфологические характеристики поверхности ПП мононити, а также определение основных технологических параметров процесса его напыления из твердой фазы.

Объекты и методы исследования

В качестве исходного материала основы использованы достаточно широко применяемые в отечественной и мировой медицинской практике неабсорбируемые ПП хирургические мононити (ГОСТ Р 53005 - 2008), механические свойства которых, в частности, манипуляционные непосредственно связаны со структурой нити и морфологией ее поверхности.

Для напыления применен UHMW-PE порошок фирмы Ticona (Германия), который является линейным полиэтиленом с молекулярной массой более, чем в 10 раз превышающей молекулярную массу полиэтилена высокой плотности (HMW-HDPE). Для данной марки ПЭ характерен низкий коэффициент трения, обусловленный эффектом самосмазки.

Нанесение полимерного порошкового напыления проводилось методом распыления порошка полиэтилена в инертной среде (аргон) в низкотемпературном газовом разряде на установке, описанной в работе [10]. По сравнению с другими методами нанесения покрытий данный метод обладает рядом преимуществ - не изменяет объемных физико-механических характеристик продукта, является экологичным и нематериалоемким.

Процесс напыления осуществлялся в рабочей камере установки при остаточном давлении газа, равном 26 Па, мощности разряда - от W=0,2кВт до W=0,8 кВт. I II I мононить располагалась перпендикулярно направлению распространения потока напыляемых частиц на разном расстоянии от порошка: L= 0, 20, 40, 60 и 110 мм.

Состояние поверхности исходных и модифицированных I II I мононитей изучалось с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (ЛСМ) на микроскопе модели OLS 4100 LEXT фирмы Olympus (Япония).

Результаты исследований представляют собой геометрические образы в виде двухмерной и трехмерной модели поверхности нити. На ЛСМ изображениях поверхности образцов проводилось до десяти сечений, вдоль которых строился профиль поверхности. Обработка микропрофилей заключалась в анализе стандартных среднестатистических параметров шероховатости поверхности I II I нитей (Ra -средней арифметической шероховатости).

Экспериментальные результаты

Шлученные значения средней арифметической шероховатости (Ra) от параметров модификации представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения шероховатостей поверхности модифицированных ПП мононити при постоянных значениях: в=0,04г/с, Р=26,6 Па, среда-аргон

U, кВ L, мм t, c Ra, мкм

Без обработки 0,027

1,0 60 40 0,023

1,5 0,032

2,0 0,026

2,5 0,035

3,0 0,037

1,0 0 40 0,034

20 0,026

40 0,026

60 0,026

120 0,026

1,0 60 10 0,023

20 0,021

30 0,026

40 0,029

60 0,025

На основании полученных экспериментальных данных можно заключить, что при следующих параметрах обработки: расстояние Ь=60 мм от напыляемого порошка, придлительность процесса 1=20 с, мощность разряда W= 0,6 кВт наблюдается сниже-

ние средней арифметической шероховатости - Яа на 22%, что в 3,5 раза больше, чем при напылении по-ливинилиденфторидного покрытия [3]. Данный результат, как можно предположить на данном этапе исследования, связан с идентичной химической структурой основы и покрытия

Профиль полученного порошкового покрытия на поверхности ПП мононити зависит от мощности плазменного разряда, продолжительности процесса и дистанции напыления (рис. 1).

И.14 —-------

Ю.бТ

8i4— ?.еГ

3.5-Г \

Рис. 1 - Рельефы поверхностей исходной (а) и

модифицированной (б) ПП мононитей

Литература

1. Айзенштейн Э.М. ЛегпромБизнес Директор, 6, 3-6

2. Айзенштейн Э.М. Текстильная промышленность, 2011, №5, С. 50-58.

3. Гришанова И.А., Зенитова Л.А., Спиридонова Р.Р., Ми-гачева О.С. Вестник КНИГУ, 17, 13, 202-204

4. Дрыга А.В., Привалов В.А., Понькин А.В., Голощапова Ж.А., Фефилова А.С. Изучение физических и имплан-тационных свойств некоторых видов современного синтетического шовного материала/ Вестник ЮУрГУ, № 4, 2005, - с.292-296.

5. Бычков И.В., Бычков В.И. Выбор шовного материала в хирургической практике на современном этапе / Вестник экспериментальной и клинической хирургии том V, №1, 2012, - с. 219-223.

6. Гришанова И. А., Сергеева Е. А., Илюшина С. В., Шае-хов М. Ф. Вестник Казан. технол. ун-та, 10, 231-236

7. Гриднева А.В. Разработка технологии получения и исследование свойств нерассасывающихся хирургических нитей на основе синтетических полимеров./ авториф. дисс. кандид. техн. наук.: С.-Петербург.-2010.-16с.

8. Гришанова И.А., Абдуллин И.Ш., Мигачева О.С. Вестник Казан. технол. ун-та. 17, 9 25-28(2014).

9. Дубровский В.Г. Теоретические основы технологии полупроводниковых наноструктур, С.-Петербург, 2006 -347 с

10 Гришанова И.А., Шарафеев Р.Ф., Мигачева О.С. В сб статей 1 Всероссийской н/практ.конф.с элементами научной школы. Наноматериалы, нанотехнологии, на-ноиндустрия. КГТУ, Казань,100-103, (2011).

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

© 1 Grishanova -

olenka_m88@mail.ru.

PhD. Department. MT KNRTU, 314199@mail.ru, O. Migacheva - Asp. Dept. MT, KNRTU,