البولي إيثيلين ذو الوزن الجزيئي العالي للغاية

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

البولي إيثيلين ذو الوزن الجزيئي العالي جدًا ( UHMWPE ، UHMW ) هو نوع فرعي من البولي إيثيلين الحراري . يُعرف أيضًا باسم البولي إيثيلين عالي المعامل ( HMPE )، ويتميز بسلاسل طويلة للغاية، حيث تتراوح كتلته الجزيئية عادةً بين 2 و6 ملايين دالتون . [ 1 ] تعمل السلسلة الأطول على نقل الحمل بكفاءة أكبر إلى هيكل البوليمر من خلال تقوية التفاعلات بين الجزيئات. ينتج عن ذلك مادة شديدة الصلابة ، تتمتع بأعلى مقاومة للصدمات بين جميع أنواع اللدائن الحرارية المصنعة حاليًا. [ 2 ]

البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE ) عديم الرائحة والطعم وغير سام. [ 3 ] يتميز بجميع خصائص البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، أي مقاومته للأحماض والقلويات والعديد من المواد الكيميائية المسببة للتآكل باستثناء بعض الأحماض المؤكسدة . كما يتميز بانخفاض امتصاصه للرطوبة ومعامل احتكاكه المنخفض للغاية ، وهو ذاتي التشحيم (انظر التشحيم الحدودي )، ومقاومته العالية للتآكل . معامل احتكاكه أقل بكثير من معامل احتكاك النايلون والأسيتال ، ويُقارن بمعامل احتكاك متعدد رباعي فلورو الإيثيلين (PTFE، التفلون)، إلا أن UHMWPE يتمتع بمقاومة تآكل أفضل من PTFE. [ 4 ] [ 5 ]

تطوير

بدأ تسويق بلمرة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) في خمسينيات القرن الماضي من قِبل شركة روهركيمي إيه جي، التي غيّرت اسمها على مر السنين. [ 1 ] تُنتج اليوم مواد مسحوق UHMWPE، التي يمكن تشكيلها مباشرةً في الشكل النهائي للمنتج، من قِبل شركات براسكيم ، وتيجين (إندوماكس)، وسيلانيز ، وميتسوي . يتوفر UHMWPE المُعالَج تجاريًا إما على شكل ألياف أو في شكل مُدمج، مثل الصفائح أو القضبان. نظرًا لمقاومته للتآكل والصدمات، يواصل UHMWPE إيجاد تطبيقات صناعية متزايدة، بما في ذلك قطاعي السيارات وتعبئة الزجاجات. منذ ستينيات القرن الماضي، أصبح UHMWPE أيضًا المادة المُفضّلة في جراحة استبدال المفاصل الكلية في زراعة العظام والعمود الفقري . [ 1 ]

تُستخدم ألياف البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (UHMWPE) التي تحمل علامة داينيما التجارية، والتي تم تسويقها في أواخر السبعينيات من قبل شركة DSM الكيميائية الهولندية ، وعلامة سبكترا التجارية التي تم تسويقها من قبل شركة هانيويل (التي كانت تُعرف آنذاك باسم AlliedSignal)، على نطاق واسع في الحماية الباليستية، والتطبيقات الدفاعية، وبشكل متزايد في الأجهزة الطبية، ومعدات حماية الدراجات النارية، والإبحار، ومعدات المشي لمسافات طويلة، والتسلق، والعديد من الصناعات الأخرى.

البنية والخصائص

بنية البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي، حيث n أكبر من 100000

البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) هو نوع من أنواع البولي إيثيلين . يتكون من سلاسل طويلة للغاية من البولي إيثيلين، تصطف جميعها في نفس الاتجاه. يستمد قوته بشكل أساسي من طول كل جزيء (سلسلة) على حدة. تكون قوى فان دير فالس بين الجزيئات ضعيفة نسبيًا لكل ذرة تداخل بين الجزيئات، ولكن نظرًا لطول الجزيئات، يمكن أن توجد تداخلات كبيرة، مما يزيد من قدرتها على نقل قوى قص أكبر من جزيء إلى آخر.

عند تشكيلها في ألياف، يمكن أن تصل سلاسل البوليمر إلى توجيه متوازٍ بنسبة تزيد عن 95% ومستوى تبلور يتراوح بين 39% و75%. في المقابل، يستمد الأراميد قوته من الروابط القوية بين جزيئات قصيرة نسبيًا.

مقاومته للحرارة أضعف من الألياف الأخرى عالية المتانة. تبدأ درجة انصهاره عند 127.7 درجة مئوية (261.9 درجة فهرنهايت) ، ووفقًا لشركة DSM، لا يُنصح باستخدام ألياف البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) عند درجات حرارة تتجاوز 90 درجة مئوية (194 درجة فهرنهايت) لفترات طويلة. [ 6 ] [ 7 ] يصبح هشًا عند درجات حرارة أقل من -150 درجة مئوية (-238 درجة فهرنهايت) . [ 8 ]      

يُضفي التركيب البسيط للجزيء خصائص سطحية وكيميائية نادرة في البوليمرات عالية الأداء. فعلى سبيل المثال، ترتبط المجموعات القطبية في معظم البوليمرات بالماء بسهولة. ولأن الأوليفينات لا تحتوي على مثل هذه المجموعات، فإن البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) لا يمتص الماء بسهولة، ولا يتبلل بسهولة ، مما يجعل ربطه ببوليمرات أخرى أمرًا صعبًا. وللأسباب نفسها، لا يتفاعل الجلد معه بقوة، مما يجعل سطح ألياف UHMWPE زلقًا. وبالمثل، غالبًا ما تكون البوليمرات العطرية عرضة للمذيبات العطرية بسبب تفاعلات التراص العطرية ، وهو تأثير لا تتأثر به البوليمرات الأليفاتية مثل UHMWPE. ولأن UHMWPE لا يحتوي على مجموعات كيميائية (مثل الإسترات أو الأميدات أو مجموعات الهيدروكسيل ) التي تتأثر بالعوامل المؤذية، فإنه يتمتع بمقاومة عالية للماء والرطوبة ومعظم المواد الكيميائية والأشعة فوق البنفسجية والكائنات الدقيقة. [ 9 ]

تحت تأثير الحمل الشدّي، سيتشوه البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي باستمرار طالما أن الإجهاد موجود - وهو تأثير يسمى الزحف .

عند معالجة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي حرارياً ، تُسخّن المادة إلى درجة حرارة تتراوح بين 135 و138 درجة مئوية (275 و280 درجة فهرنهايت) في فرن أو حمام سائل من زيت السيليكون أو الجلسرين . ثم تُبرّد المادة إلى 65 درجة مئوية (149 درجة فهرنهايت ) بمعدل 5 درجات مئوية في الساعة (9 درجات فهرنهايت في الساعة) أو أقل. وأخيراً، تُغلّف المادة ببطانية عازلة لمدة 24 ساعة حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة.      

يُعتبر البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) مادة ذات معامل مرونة منخفض نسبيًا، حيث تقل قيم مقاومة الشد والصلابة فيه عن العديد من البوليمرات الأخرى عالية الأداء. تتراوح قيم مقاومة الشد النموذجية بين 19.3 و23 ميجا باسكال (2800 إلى 3340 رطل لكل بوصة مربعة) . [ 10 ] تبلغ صلابة شور D حوالي 60 إلى 65، وهي أقل بقليل من صلابة البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE). على الرغم من انخفاض معامل مرونته، فإن سلاسل البوليمر الطويلة للغاية والوزن الجزيئي العالي يمنحان البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي متانة استثنائية ومقاومة عالية للصدمات.  

يُظهر البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) أعلى مقاومة للصدمات بين جميع أنواع اللدائن الحرارية ، وفي اختبارات إيزود القياسية ذات الشقوق، غالبًا لا تنكسر العينات (قيم > 1070 جول/م (240 قدم-رطل/قدم) ). ويمكن أن تصل استطالته عند الكسر إلى  250٪ - 450٪ ، وكفاءة تعبئة السلسلة المنخفضة تعطي كثافة تبلغ حوالي 0.93 - 0.94 جم / سم 3 (0.54 - 0.54 أونصة / بوصة مكعبة) ، وهي أقل قليلاً من كثافة البولي إيثيلين عالي الكثافة.   

إنتاج

يُنتج البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) عن طريق بلمرة الإيثيلين . يمكن تحضير أنواع عديدة من البولي إيثيلين، لكن النوع فائق الوزن الجزيئي يتطلب محفزات عالية النشاط وضغوطًا عالية من الإيثيلين. تتم عملية التحفيز عن طريق بلمرة التنسيق ، والتي تتضمن استخدام محفزات الميتالوسين ( محفزات كامينسكي ) أو محفزات زيغلر-ناتا . [ 9 ]

تحتوي جزيئات البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي الناتجة عادةً على 100000 إلى 250000 وحدة مونومر لكل جزيء مقارنة بـ 700 إلى 1800 مونومر في البولي إيثيلين عالي الكثافة.

تُصنّع مادة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) بطرقٍ متنوعة، منها التشكيل بالضغط ، والبثق بالضخ ، والغزل الهلامي ، والتلبيد . بدأت عدة شركات أوروبية بتشكيل UHMWPE بالضغط في أوائل الستينيات. أما الغزل الهلامي، فقد ظهر لاحقًا وكان مُخصصًا لتطبيقاتٍ مختلفة. تُعدّ شركتا هانيويل ودي إس إم من أبرز مُنتجي خيوط UHMWPE بتقنية الغزل الهلامي. كما يوجد العديد من المُصنّعين الصينيين لخيوط UHMWPE.

توجد طريقتان رئيسيتان لغزل هلام البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE). في كلتا الطريقتين، يتم تكوين هلام مُسخّن بدقة. في إحدى الطريقتين، يُصنع الهلام من خليط من مسحوق البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي والزيت. أما في الطريقة الأخرى، فيُخلط المسحوق مع الديكالين . تستخدم كلتا الطريقتين تركيزات منخفضة جدًا من البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي في المعلق (حوالي 5%). [ 11 ]

يتم بثق المعلق من خلال مغزل . ثم يتم سحب المادة المبثوقة عبر الهواء.

في حالة استخدام الديكالين، يُترك ليتبخر من الخيوط. وعند الإنتاج على نطاق صناعي، يمكن استعادة هذا الديكالين وإعادة تدويره.

عند استخدام الزيت لتعليق البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE)، يُستخلص الزيت باستخدام مذيب (عادةً الهكسان أو ثنائي كلورو الميثان، وهما مذيبان لا يؤثران على البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي)، ثم يُجفف لإزالة المذيب. ويمكن، على نطاق واسع، احتجاز هذه المذيبات الخطرة.

أُفيد بأنه يلزم 20 كيلوغرامًا (44 رطلاً) من الزيت لكل كيلوغرام من خيوط البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي المُصنّعة. علاوة على ذلك، تتطلب إزالة هذا الزيت ما بين 100 و200 كيلوغرام (220-440 رطلاً) من الهكسان. [ 12 ]    

بعد عملية إزالة الزيت أو إزالة الصبغة، يُنقل الخيط الموجه جزئيًا عبر أفران ساخنة لسحبه. وعلى نطاق صناعي، قد يصل طول هذه الأفران إلى أكثر من 200 متر (660 قدمًا) . [ 12 ] وهذا يُرتب البنية البلورية لمادة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) ويُمكّن الخيط من الوصول إلى قوة شد عالية جدًا. 

والنتيجة النهائية هي ألياف ذات درجة عالية من التوجيه الجزيئي، وبالتالي قوة شد استثنائية . تعتمد عملية الغزل الهلامي على عزل جزيئات السلسلة الفردية في المذيب بحيث تكون التشابكات بين الجزيئات في حدها الأدنى. فالتشابكات تجعل توجيه السلسلة أكثر صعوبة، وتقلل من قوة المنتج النهائي. [ 13 ]

طُوِّرت مؤخرًا طريقة بديلة لتصنيع خيوط البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج . وقد أثبتت هذه الطريقة الجديدة أنها أكثر ملاءمةً للبيئة من الطريقة التقليدية. فعلى وجه التحديد، أشارت التقارير إلى أن استخدام ثاني أكسيد الكربون كمذيب يقلل من البصمة الكربونية لعملية التصنيع بأكثر من 50%. [ 14 ] كما يُتيح استخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج كمذيب استخلاص الزيت المعدني من الخيوط الموجهة جزئيًا وإعادة تدويره. إضافةً إلى ذلك، يُغني هذا عن استخدام الهكسان أو ثنائي كلورو الميثان أو الديكالين في عملية التصنيع.

فازت الشركة التي تقف وراء هذا التطور الجديد (FET) مؤخراً بجائزة TechTextil 2026 للابتكار في مجال التكنولوجيا الجديدة. [ 15 ]

التطبيقات

الفيبر

ليروس داينيما مجوفة

داينيما وسبكترا علامتان تجاريتان لهلامات خفيفة الوزن وعالية القوة، تُغزل عبر مغزل . تتميز هذه المواد بقوة خضوع تصل إلى 2.4 جيجا باسكال (350,000 رطل لكل بوصة مربعة) وكثافة منخفضة تصل إلى 0.97 جم/سم³ ( 0.56 أونصة/بوصة مكعبة) (لداينيما SK75). [ 16 ] تتمتع الفولاذات عالية القوة بقوة خضوع مماثلة، بينما تتميز الفولاذات منخفضة الكربون بقوة خضوع أقل بكثير (حوالي 0.5 جيجا باسكال (73,000 رطل لكل بوصة مربعة) ). ونظرًا لأن الكثافة النوعية للفولاذ تبلغ حوالي 7.8، فإن نسبة القوة إلى الوزن لهذه المواد أعلى بثماني مرات من نسبة الفولاذات عالية القوة. أما نسبة القوة إلى الوزن للبولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) فهي أعلى بنحو 40% من نسبة الأراميد . اكتشف ألبرت بينينغز الخصائص العالية لخيوط البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) في عام 1968، ولكن تم توفير منتجات قابلة للتطبيق تجارياً من قبل شركة DSM في عام 1990 وشركة Southern Ropes بعد ذلك بوقت قصير. [ 17 ]       

تُستخدم مشتقات خيوط البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) في الصفائح المركبة المستخدمة في صناعة الدروع ، وخاصة الدروع الشخصية ، وأحيانًا في دروع المركبات . وتشمل التطبيقات المدنية التي تحتوي على ألياف UHMWPE القفازات المقاومة للقطع، والجوارب النسائية المقاومة للتمزق، وأوتار الأقواس، ومعدات التسلق ، ورافعات السيارات ، وخيوط الصيد، وخيوط رماح بنادق الصيد ، والأشرعة عالية الأداء، وخطوط التعليق في المظلات الرياضية والطائرات الشراعية ، وتجهيزات اليخوت، والطائرات الورقية، وخيوط الطائرات الورقية المستخدمة في الرياضات الورقية.

في صناعة الدروع الشخصية، تُحاذى الألياف وتُلصق معًا لتشكيل صفائح، ثم تُرصّ هذه الصفائح بزوايا مختلفة لمنح المادة المركبة الناتجة قوة في جميع الاتجاهات. [ 18 ] [ 19 ] ويُقال إن الإضافات الحديثة لدروع الجسم "إنترسبتور" التابعة للجيش الأمريكي ، والمصممة لتوفير حماية للذراعين والساقين، تستخدم نوعًا من نسيج البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE). [ 20 ] وتتوفر في السوق أنواع عديدة من أقمشة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي المنسوجة، وتُستخدم كبطانات للأحذية، وجوارب نسائية، وملابس للمبارزة، وسترات واقية من الطعن، وبطانات مركبة للمركبات. [ 21 ] [ 22 ]

يوفر استخدام حبال البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) في عمليات سحب السيارات مزايا عديدة مقارنةً بحبال الأسلاك الفولاذية الأكثر شيوعًا . والسبب الرئيسي للتحول إلى حبال UHMWPE هو تحسين السلامة. فكتلة حبال UHMWPE المنخفضة، بالإضافة إلى استطالتها المنخفضة جدًا عند الكسر، تحمل طاقة أقل بكثير من الفولاذ أو النايلون، مما يؤدي إلى انعدام الارتداد تقريبًا. كما أن حبال UHMWPE لا تتشكل بها التواءات قد تُسبب نقاط ضعف، وأي مناطق مهترئة قد تظهر على سطح الحبل لا يمكنها اختراق الغلاف الخارجي كما تفعل أسلاك الفولاذ المكسورة. حبال UHMWPE أقل كثافة من الماء، مما يُسهل عمليات سحبها من الماء، حيث يسهل تحديد موقع كابل السحب مقارنةً بحبال الأسلاك. كما أن الألوان الزاهية المتوفرة تُساعد على رؤيتها في حال غمر الحبل أو اتساخه. ومن المزايا الأخرى في تطبيقات السيارات انخفاض وزن حبال UHMWPE مقارنةً بكابلات الفولاذ. يبلغ وزن حبل البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) النموذجي، بقطر 11 مم (0.43 بوصة) وطول 30 مترًا (98 قدمًا) ، حوالي 2 كجم (4.4 رطل) ، بينما يبلغ وزن حبل السلك الفولاذي المكافئ حوالي 13 كجم (29 رطلًا) . من أبرز عيوب حبل UHMWPE حساسيته للتلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية، لذا يلجأ العديد من المستخدمين إلى تركيب أغطية للرافعة لحماية الكابل عند عدم استخدامه. كما أنه عرضة للتلف الناتج عن الحرارة عند ملامسته للمكونات الساخنة.        

تتفوق ألياف البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي المغزولة كخيوط صيد، لأنها أقل تمدداً، وأكثر مقاومة للتآكل، وأرق من خيوط الصيد أحادية الشعيرة المكافئة .

في رياضة التسلق، اكتسبت الحبال والأشرطة المصنوعة من مزيج من خيوط البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) والنايلون شعبيةً واسعةً نظرًا لخفة وزنها وصغر حجمها. وتتميز هذه الحبال بانخفاض مرونتها مقارنةً بنظيراتها المصنوعة من النايلون، مما يؤدي إلى انخفاض متانتها. كما أن خاصية التزليق العالية للألياف تُضعف قدرتها على تثبيت العقد، ولذا تُستخدم في الغالب في "الأحزمة" المخيطة مسبقًا (حلقات من الشريط). وبشكل عام، لا يُنصح بالاعتماد على العقد لربط أجزاء من خيوط البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي، وفي حال الضرورة، يُنصح باستخدام عقدة الصياد الثلاثية بدلًا من عقدة الصياد المزدوجة التقليدية . [ 23 ] [ 24 ]

تطفو حبال وكابلات السفن المصنوعة من الألياف (بكثافة نوعية 0.97) على سطح مياه البحر. وتُستخدم "أسلاك سبيكترا"، كما تُسمى في أوساط قوارب القطر، بشكل شائع كبديل أخف وزنًا للأسلاك الفولاذية. [ 25 ]

يُستخدم هذا النوع من البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (UHMWPE) في صناعة الزلاجات وألواح التزلج على الجليد، وغالبًا ما يُدمج مع ألياف الكربون لتقوية مادة الألياف الزجاجية المركبة، مما يزيد من صلابتها ويُحسّن من مرونتها. ويُستخدم هذا النوع عادةً كطبقة أساسية تلامس الثلج، ويحتوي على مواد كاشطة لامتصاص الشمع والاحتفاظ به.

يُستخدم أيضًا في تطبيقات الرفع، لتصنيع حبال الرفع خفيفة الوزن وعالية التحمل. وبفضل مقاومته العالية للتآكل، يُستخدم أيضًا كحماية ممتازة لزوايا حبال الرفع الاصطناعية.

تُصنع الحبال عالية الأداء (مثل حبال التثبيت الخلفية ) المستخدمة في الإبحار والتزلج الشراعي من مادة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE)، نظرًا لانخفاض استطالتها وقوتها العالية وخفة وزنها. [ 26 ] وبالمثل، يُستخدم البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) غالبًا في إطلاق الطائرات الشراعية من الأرض بواسطة الرافعة، حيث أن مقاومته الفائقة للتآكل، مقارنةً بالكابلات الفولاذية، تُقلل من التآكل عند امتداده على الأرض ودخوله في الرافعة، مما يزيد من الفترة الزمنية بين الأعطال. كما أن انخفاض وزن الكابلات المستخدمة، والتي يبلغ طولها ميلًا واحدًا، يُسهم في زيادة ارتفاع عمليات الإطلاق بواسطة الرافعة.

تم استخدام مادة UHMWPE في حبل الفضاء الذي يبلغ طوله 30 كم (19 ميل) وسمكه 0.6 مم (0.024 بوصة) في القمر الصناعي ESA/Russian Young Engineers' Satellite 2 في سبتمبر 2007. [ 27 ]    

نسيج داينيما المركب (DCF) هو مادة مُصفّحة تتكون من شبكة من خيوط داينيما محصورة بين غشائين رقيقين شفافين من البوليستر. تتميز هذه المادة بقوة عالية مقارنة بوزنها، وقد طُوّرت في الأصل لاستخدامها في أشرعة اليخوت الشراعية تحت اسم "ألياف كيوبين". ومؤخرًا، وُجدت لها تطبيقات جديدة، أبرزها في صناعة معدات التخييم والرحلات الخفيفة للغاية، مثل الخيام وحقائب الظهر وأكياس الطعام المقاومة للدببة.

في رياضة الرماية، يُستخدم البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) على نطاق واسع كمادة لصناعة أوتار القوس نظرًا لانخفاض زحفه وتمدده مقارنةً، على سبيل المثال، بمادة الداكرون (PET). إلى جانب ألياف UHMWPE النقية، يستخدم معظم المصنّعين مزيجًا من مواد أخرى لتقليل زحف المادة وتمددها بشكل أكبر. في هذه المزيجات، تُخلط ألياف UHMWPE مع مواد أخرى، مثل الفيكتران .

في رياضة القفز المظلي ، يُعد البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) من أكثر المواد شيوعًا في صناعة حبال التعليق، حيث حلّ إلى حد كبير محل الداكرون المستخدم سابقًا ، نظرًا لخفة وزنه وصغر حجمه. يتميز البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي بقوة ومتانة عاليتين ومقاومة للتآكل، ولكنه غير مستقر الأبعاد (أي ينكمش) عند تعرضه للحرارة، مما يؤدي إلى انكماش تدريجي وغير متساوٍ للحبال المختلفة نتيجة تعرضها لدرجات متفاوتة من الاحتكاك أثناء فتح المظلة، الأمر الذي يستدعي استبدالها دوريًا. كما أنه يكاد يكون غير مرن تمامًا، مما قد يزيد من صدمة الفتح. لهذا السبب، لا تزال حبال الداكرون تُستخدم في أنظمة الطلاب وبعض أنظمة القفز المزدوج، حيث لا يُعد الحجم الزائد مصدر قلق كبير مقارنةً باحتمالية حدوث إصابة عند الفتح. في المقابل، في المظلات عالية الأداء المستخدمة في الانقضاض ، يُستبدل البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي بمادة الفيكتران ومادة الأراميد عالية المعامل (HMA)، وهما أرق وأكثر استقرارًا في الأبعاد، ولكنهما أكثر عرضة للتآكل ويتطلبان صيانة أكثر تكرارًا لمنع حدوث أعطال كارثية. تُستخدم مادة البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (UHMWPE) أيضًا في حلقات إغلاق المظلة الاحتياطية عند استخدامها مع أجهزة التنشيط التلقائي ، حيث يكون معامل الاحتكاك المنخفض للغاية أمرًا بالغ الأهمية للتشغيل السليم في حالة تنشيط القاطع.

طبي

يتمتع البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) بتاريخ سريري كمادة حيوية تُستخدم في جراحات الورك والركبة، ومنذ ثمانينيات القرن الماضي، في زراعة العمود الفقري. [ 1 ] وقد أُنشئ مستودع إلكتروني للمعلومات والمقالات المراجعة المتعلقة بالبولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي الطبي، والمعروف باسم معجم البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي، على الإنترنت في عام 2000. [ 28 ]

لطالما صُنعت مكونات استبدال المفاصل من راتنجات "GUR". تُنتج شركة تيكونا هذه المواد المسحوقة، والتي عادةً ما تُحوّل إلى مواد نصف مصنعة بواسطة شركات مثل كوادرانت وأورثوبلاستيكس، ثم تُشكّل إلى مكونات زرع وتُعقّم بواسطة مصنعي الأجهزة الطبية. [ 1 ] [ 29 ]

استُخدم البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) لأول مرة سريريًا في عام 1962 على يد السير جون شارنلي ، وبرز كمادة التحميل الرئيسية لعمليات استبدال مفصل الورك والركبة بالكامل في سبعينيات القرن العشرين. [ 28 ] وعلى مر تاريخه، كانت هناك محاولات غير ناجحة لتعديل البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي لتحسين أدائه السريري حتى تطوير البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي عالي الترابط في أواخر تسعينيات القرن العشرين. [ 1 ]

كانت إحدى المحاولات غير الناجحة لتعديل البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) هي مزج المسحوق بألياف الكربون. وقد طرحت شركة زيمر هذا البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي المقوى سريريًا تحت اسم "بولي تو" في سبعينيات القرن الماضي. إلا أن ألياف الكربون لم تكن متوافقة بشكل جيد مع مصفوفة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي، وكان أداؤه السريري أقل من أداء البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي الخام. [ 1 ]

كانت المحاولة الثانية لتعديل البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) هي إعادة التبلور تحت ضغط عالٍ. وقد طرحت شركة ديبوي هذا البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي المُعاد تبلوره سريريًا تحت اسم "هايلامر" في أواخر ثمانينيات القرن الماضي. [ 1 ] عند تعريضه لأشعة غاما في الهواء، أظهر هذا البولي إيثيلين قابلية للأكسدة، مما أدى إلى أداء سريري أقل جودة مقارنةً بالبولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي الخام. يُعزى الأداء السريري الضعيف لهايلامر اليوم إلى حد كبير إلى طريقة تعقيمه، وقد عاد الاهتمام بدراسة هذه المادة (على الأقل في بعض الأوساط البحثية). [ 28 ] تراجع الإقبال على هايلامر في الولايات المتحدة في أواخر تسعينيات القرن الماضي مع تطوير مواد البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي عالية الترابط، ومع ذلك، لا تزال التقارير السريرية السلبية من أوروبا حول هايلامر تظهر في الأدبيات العلمية.

تم إدخال مواد البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي عالي التشابك سريريًا في عام 1998، وسرعان ما أصبحت المعيار العلاجي لعمليات استبدال مفصل الورك الكلي ، على الأقل في الولايات المتحدة. تُشَبَّع هذه المواد الجديدة باستخدام أشعة جاما أو إشعاع حزمة الإلكترونات ( 50-105 كيلوجراي (5.0-10.5 ميغاراد ) )، ثم تُعالَج حراريًا لتحسين مقاومتها للأكسدة. [ 1 ] تتوفر الآن بيانات سريرية لخمس سنوات، من عدة مراكز، تُظهر تفوقها على البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي التقليدي في عمليات استبدال مفصل الورك الكلي. لا تزال الدراسات السريرية جارية للتحقق من أداء البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي عالي التشابك في عمليات استبدال مفصل الركبة. [ 28 ]  

في عام 2007، بدأ المصنّعون بإضافة مضادات الأكسدة إلى البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) المستخدم في أسطح مفاصل الورك والركبة الاصطناعية. [ 1 ] يُعدّ فيتامين هـ (ألفا توكوفيرول) أكثر مضادات الأكسدة شيوعًا في البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي المُعالَج بالإشعاع والمستخدم في التطبيقات الطبية. يُساعد مضاد الأكسدة على تثبيط الجذور الحرة التي تتكوّن أثناء عملية التشعيع، مما يُحسّن مقاومة البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي للأكسدة دون الحاجة إلى معالجة حرارية. [ 30 ] ومنذ عام 2007، تُسوّق العديد من الشركات تقنيات استبدال المفاصل المُثبّتة بمضادات الأكسدة، باستخدام كلٍّ من فيتامين هـ الاصطناعي ومضادات الأكسدة القائمة على الفينول المُعاق . [ 31 ]

ومن التطورات الطبية الهامة الأخرى التي شهدها البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) خلال العقد الماضي، زيادة استخدام الألياف في الخيوط الجراحية . وتُنتج شركة DSM أليافًا طبية للاستخدامات الجراحية تحت الاسم التجاري "Dyneema Purity". [ 32 ]

تصنيع

يُستخدم البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (UHMWPE) في صناعة النوافذ والأبواب المصنوعة من مادة PVC (PVC)، حيث يمكنه تحمل الحرارة اللازمة لتليين المواد المصنوعة من PVC ويستخدم كحشو للقوالب/الحجيرات لمختلف أشكال PVC بحيث يمكن ثني هذه المواد أو تشكيلها حول قالب.

يُستخدم البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) أيضًا في صناعة موانع التسرب الهيدروليكية والمحامل. وهو الأنسب للتطبيقات الميكانيكية المتوسطة في الأنظمة الهيدروليكية المائية والزيتية والهوائية، بالإضافة إلى التطبيقات غير المُشحّمة. يتميز بمقاومة جيدة للتآكل، ولكنه يُناسب بشكل أفضل الأسطح الناعمة المتلامسة.

الأسلاك والكابلات

عادةً ما يُصنع كابل الحماية الكاثودية المعزول بطبقة من الفلوروبوليمر/البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (HMWPE) بعزل مزدوج. يتكون من طبقة أساسية من الفلوروبوليمر، مثل إيثيلين-كلورو ترايفلوروإيثيلين (ECTFE)، المقاوم كيميائيًا للكلور وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك . يلي هذه الطبقة الأساسية طبقة عازلة من البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (HMWPE)، توفر مرونة وقوة وتتحمل ظروف التشغيل القاسية أثناء التركيب. كما يوفر غلاف البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (HMWPE) حماية ميكانيكية أيضًا. [ 33 ]

البنية التحتية البحرية

يُستخدم البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE) في المنشآت البحرية كغطاء لأنظمة المصدات في هياكل الرسو نظرًا لمقاومته الفائقة للتآكل والصدمات، وانخفاض الاحتكاك في كل من الظروف الرطبة والجافة. [ 34 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 كورتز، ستيفن م. (26 يونيو 2004). دليل البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي: البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي في استبدال المفاصل الكلي . إلسيفير. ص  4. ISBN 978-0-12-429851-4.
  2. ↑ شتاين، إتش إل (1997). "البولي إيثيلين ذو الوزن الجزيئي العالي جدًا (UHMWPE)". دليل المواد الهندسية . المجلد 2 ( الطبعة الرابعة المطبوعة). ميتالز بارك، أوهايو: الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية. الصفحات 167-171 . ISBN    978-0-87170-280-7.
  3. ↑ وونغ، د. و. س.؛ كاميراند، و. م.؛ بافلاث، أ. إ. (1994). "تطوير أغلفة صالحة للأكل للفواكه والخضراوات المعالجة بشكل طفيف". في كروشتا، ج. م.؛ بالدوين، إ. أ.؛ نيسبيروس-كاريدو، م. أ. (محررون). الأغلفة والأغشية الصالحة للأكل لتحسين جودة الغذاء . لانكستر، بنسلفانيا: شركة تكنوميك للنشر. ص 65-88 . ISBN  1566761131.
  4. ↑ تونغ، جين؛ ما، يونهاي؛ أرنيل، آر دي؛ رين، لوكوان (2006). "سلوك التآكل الحر لمركبات البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي المملوءة بألياف الولاستونيت". المركبات، الجزء أ: العلوم التطبيقية والتصنيع . 37 (1): 38-45 . doi : 10.1016/j.compositesa.2005.05.023 .
  5. ↑ بودينسكي، كينيث ج. (1997). "مقاومة التآكل الناتج عن الجسيمات لبعض أنواع البلاستيك". مجلة Wear . 203-204 : 302-309 . Bibcode : 1997Wear..203..302B . doi : 10.1016/S0043-1648(96)07346-2 .
  6. ^ دانيلوفا، ساكايانا ن. دياكونوف، أفاناسي أ؛ فاسيليف، أندريه ب. أوخلوبكوفا، أيتالينا أ؛ تويسوف، أليكسي جي؛ كيشكين، أناتولي ك.؛ كيشكين ، آيسن أ. (15 ديسمبر 2021). "تأثير البوربوليمر على المعلمات الميكانيكية والهيكلية للبولي إيثيلين ذو الوزن الجزيئي العالي للغاية" . المواد النانوية . 11 (12): 3398. دوى : 10.3390 / نانو11123398 . بمك 8703745 . بميد 34947747 .  
  7. ↑ UHMWPE الطبيعي - PE-1000 - ورقة بيانات المواد (PDF) (تقرير فني). شيفيلد، المملكة المتحدة: DirectPlastics.
  8. ↑ ليوين (996-07-09). دليل علوم وتكنولوجيا الألياف، المجلد 3: ألياف التكنولوجيا العالية . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 9780824794705.
  9. 1 2 جيريميك، دوسان (2014). "البولي إيثيلين". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . ص 1-42 . doi : 10.1002/14356007.a21_487.pub3 . ISBN  978-3-527-30673-2.
  10. ↑ "البولي إيثيلين ذو الوزن الجزيئي العالي جدًا (UHMWPE) | الخصائص والإنتاج والتطبيقات" . learnbin.net . 10 ديسمبر 2020. تاريخ الاسترجاع: 24 أكتوبر 2025 .
  11. ↑ دافيد نوسيتا؛ آي كي أغبو؛ جوناثان سي. هنتر؛ كريستوفر كورتسن؛ مارك سميث؛ أدريان كيلي (2025). "استقرار وخصائص ريولوجية لمحاليل UHMWPE/زيت البارافين الحرارية العكسية، المُحضّرة بتقنية البثق اللولبي المزدوج" . هندسة وعلوم البوليمرات . 65 (10): 5307-5317 . doi : 10.1002/pen.70058 .
  12. 1 2 "ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج - نقلة نوعية في سوق الطب الحيوي" . www.innovationintextiles.com . تاريخ الاطلاع: 4 يناير 2026 .
  13. ^ بينينجس، ج. فان دير هوفت، RJ؛ بوستيما، أر. هوجستين، دبليو؛ تن برينكي، ج. (1986). "غزل جل عالي السرعة للبولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي" (PDF) . نشرة البوليمر . 16 ( 2 – 3): 167 – 174. دوى : 10.1007 / BF00955487 . S2CID 137384856 . مؤرشفة من الأصلي (PDF) بتاريخ 2019-02-17 . تم الاسترجاع 2019-07-13 . 
  14. ↑ إسكيفيل غوزمان، ج.؛ كورتسن، ك.؛ هنتر، ج.س.؛ كوييار-فرانكا، ر.؛ شيفر، م. (2025). "تقييم الاستدامة البيئية لثاني أكسيد الكربون فوق الحرج في إنتاج ألياف البولي إيثيلين فائقة الوزن الجزيئي بتقنية الغزل الهلامي". مجلة ACS للكيمياء والهندسة المستدامة . 13 (39): 16611-16624 . doi : 10.1021/acssuschemeng.5c07037 .
  15. ↑ "جائزة تيكستيل للابتكار" . techtextil.messefrankfurt.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يوليو 2026 .
  16. ↑ كراوتش، إيان (2017). علم مواد الدروع . أمستردام: إلسيفير. ص 229. ISBN  978-0081010020.
  17. ↑ "قصة داينيما®" . مشروع داينيما® . مؤرشف من الأصل بتاريخ 7 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 ديسمبر 2021 .
  18. ↑ "داينيما" . شركة توت سيستمز أستراليا. مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-10-2021 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-11-2006 .
  19. ↑ بهاتناغار، أ.، محرر. (2011). المواد المركبة الباليستية خفيفة الوزن: تطبيقات عسكرية وتطبيقات إنفاذ القانون . بوكا راتون، فلوريدا. كامبريدج، إنجلترا: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1855739413.
  20. ↑ مونتي فان؛ لو دولينار (27 فبراير 2003). "تجهيز جيش من فرد واحد - لقد منحت التكنولوجيا قوات اليوم رؤية أفضل، ودروعًا واقية أكثر متانة، وأنظمة تتبع عالمية - وملابس داخلية أكثر راحة" ( تحرير ناساو وكوينز). نيوزداي. ص. ب. 6.  
  21. ↑ "شركة شيرتكس تصنع أقوى جوارب شفافة في العالم" . صناعة الحياكة . شركة إنسايد تيكستايلز المحدودة. 20 سبتمبر 2019.
  22. ^ "أقمشة UHMWPE" . أكيرو بروتك.
  23. ↑ موير، توم؛ توستينغ، بول؛ هارمستون، كريس (2000). "الاختبار المقارن للحبال عالية القوة" (ملف PDF) .
  24. ↑ "اختبار الأسلاك" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه في 7 مايو 2020 .
  25. ↑ "مسرد المصطلحات" . شركة سميث ماريتيم لخدمات القطر والإنقاذ البحري. 2024. مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-12-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-04-2024 .
  26. ↑ "Spectra® و Dyneema® | مصانع أشرطة Bally" . مصانع أشرطة Bally . تم الاسترجاع في 7 يونيو 2016 .
  27. ↑ كاثرين ساندرسون (26 سبتمبر 2007). "إسقاط سطر من الفضاء" . مجلة نيتشر . 449 (7161): 387. Bibcode : 2007Natur.449..387S . doi : 10.1038/449387a . PMID 17898730 . 
  28. 1 2 3 4 "معجم البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي" . uhmwpe.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 أغسطس 2000. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يونيو 2012 .
  29. ↑ "GHR HMW-PE وVHMW-PE" . ticona.com . تيكونا. مؤرشف من الأصل بتاريخ 15-05-2008.
  30. ↑ وانوماي، ك.ك.؛ ميشيلي، ب.ر.؛ لوزينسكي، أ.ج.؛ موراتوغلو، أ.ك. (2010). طريقة جديدة لتثبيت البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي المُشعَّع باستخدام فيتامين هـ والمعالجة الحرارية الميكانيكية (ملف PDF) . الاجتماع السنوي السادس والخمسون لجمعية أبحاث جراحة العظام. بوسطن، ماساتشوستس: مختبر هاريس للمواد الحيوية والميكانيكا الحيوية لجراحة العظام، مستشفى ماساتشوستس العام. ملصق رقم 2290. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 30 نوفمبر 2021.
  31. ↑ سبيجلبرج، إس إتش (2012). "UHMWPE لاستبدال المفاصل الكلي: الماضي والحاضر والمستقبل" . بونزون .
  32. ↑ "شركة DSM تقدم ألياف Dyneema Purity® Black، وهي أول ألياف UHMWPE سوداء اللون من الدرجة الطبية" . DSM . 2017.
  33. ↑ "أداء كابل XLPE - الحماية الكاثودية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2021-08-02.
  34. ↑ "البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي للهياكل البحرية" . مؤرشف من الأصل في 30 نوفمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 7 مايو 2020 .

للمزيد من القراءة

  • Southern et al.، خصائص البولي إيثيلين المتبلور تحت تأثير التوجيه والضغط لمقياس اللزوجة الشعري للضغط، مجلة علوم البوليمر التطبيقية المجلد 14، ص  2305-2317 (1970).
  • كاناموتو، حول قوة الشد العالية للغاية عن طريق سحب حصائر أحادية البلورة من البولي إيثيلين ذي الوزن الجزيئي العالي، مجلة البوليمر المجلد 15، العدد 4، الصفحات  327-329 (1983).
  • شيفر وآخرون. تقييم الاستدامة البيئية لثاني أكسيد الكربون فوق الحرج في إنتاج ألياف البولي إيثيلين فائقة الوزن الجزيئي بتقنية الغزل الهلامي، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية للكيمياء المستدامة والهندسة (2025)