ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРА СВМПЭ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В настоящей работе, представлены результаты исследования влияния электронно-лучевой обработки (ЭЛО) на структуру и механические свойства сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). ЭЛО образцов СВМПЭ осуществлялось на промышленном импульсном ускорителе ИЛУ-10. Энергия электронов варьировалась в пределах 2,5–4,5 МэВ, а доза облучения варьировалась в пределах 2–9 МГр. Методом дифференциально-сканирующей калориметрии определены термические характеристики полимерных образцов. Проанализировано влияние облучения на процесс кристаллизации полимера. Было обнаружено, что эффект образования сшивок не является существенным в отношении кристаллической структуры (толщины ламелей) и доза облучения почти не влияет на температуру плавления СВМПЭ. Полученные инфракрасные спектры показали, что во время ЭЛО в образцах СВМПЭ происходит окисление в результате химических реакций полиэтиленовой цепи с кислородом. Установлено, что ЭЛО приводит к изменению морфологии поверхности, то есть поверхность становится шероховатой, увеличивается глубина неровности и структура сферолитов. Результаты механических испытаний показали, что после ЭЛО прочность и твердость СВМПЭ незначительно увеличиваются.

1. Mc Kellop H., Shen F., Lu B., Campbell P., Salovey R. Development of an extremely wear-resistant ultra high molecular weight polyethylene for total hip replacements // J. Orthopedic research. – 1999. – Vol. 17(2). – P. 157–167.

2. Kim S., Kang P.H., Nho Y.C., Yang O.B. Effect of electron beam irradiation on physical properties of ultrahigh molecular weight polyethylene // J. Appl Polym Sci. – 2005. – Vol. 97. – P. 103–116.

3. Urries I., Medel F.J., Rios R., Gomez-Barrena E., Puertolas J.A. Comparative cyclic stress-strain and fatigue resistance behavior of electron-beam- and gamma-irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene // Journal of Biomedical Materials Research. – 2004. – Vol. 70B. – P. 152–160.

4. Visco A.M., Torrisi L., Campo N., Emanuele U., Trifiro A., Trimarchi M. Mechanical Performance of Electron-Beam-Irradiated UHMWPE in Vacuum and in Air // J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater. – 2009. – Vol. 89B. – P. 55–64.

5. Slouf M., Synkova H., Baldrian J., Marek A., Kovarova J., Schmidt P., Dorschner H., Stephan M., Gohs U. Structural changes of UHMWPE after e-beam irradiation and thermal treatment. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater. – 2008. – Vol. 85B. – P. 240–251.

6. Raghu S, Archana K, Sharanappa C, Ganesh S, Devendrappa H. The physical and chemical properties of gamma ray irradiated polymer electrolyte films // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2015. – Vol. 426. – P. 55–62.

7. Oka T., Kanbe H., Yatagai F., Hama Y., Changes in the chemical structure and the mechanical properties of single-site polyethylene induced by ion-beam irradiation J Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. – 2003. – Vol. 208. – P. 181–184.

8. Al-Ali M., Madi N.K., Al Thani N.J., El-Muraikhi M., Turos A., Mechanical and thermal properties of gamma-ray irradiated polyethylene blends // Vacuum. – 2003. – Vol. 70. – P. 227–236.

9. V. Premnath, W.H. Harris, M. Jasty, E.W. Merrill Gamma sterilization of UHMWPE articular implants an analysis of the oxidation problem Biomaterials. – 1996. – Vol. 17. – P. 1741–1753.

10. Сагдолдина Ж.Б., Туякбаев Б.Т., Маулит А., Кенесбеков А.Б., Исследование влияния электронного облучения на износостойкость полимерных материалов, Поликомтриб-2019, Гомель, Беларусь, 2019, C. 144.

11. Sharif J., Aziz S.H.S.A., Hashim K. Radiation effects on LDPE/EVA blends // Radiat. Phys. Chem. – 2000. – Vol. 58(2) – P. 191–195.

12. Kieran A.M., James E. K., Brian McEvoy, Olivier V., Damien R., Richard C., Clement H.L. The effects of high energy electron beam irradiation in air on accelerated aging and on the structure property relationships of low density polyethylene // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 2013. – Vol. 297. – P. 64–74.

13. Dongliang D., Meiwu Sh., Effects of electron beam irradiation on structure and properties of ultra-high molecular weight polyethylene fiber // Journal of Industrial Textiles. – 2017. – Vol. 47. – P. 1357–1377.

14. Tretinnikova O.N., Ogataa S., Ikada Y. Surface crosslinking of polyethylene by electron beam irradiation in air // Polymer. – 1998. – Vol. 39(24). – P.6115–6120.

15. Feulner R., Brocka Z., Seefried A., Kobes M.O., Hülder G., Osswald T.A., The effects of e-beam irradiation induced cross linking on the friction and wear of polyamide 66 in sliding contact // Wear. – 2010. – Vol. 268. – P. 905–910.

16. Shifeng Zhu, Meiwu Shi1, Meifang Zhu, Effects of Electron-Beam Irradiation Crosslinking on PA6 Fibers // Fibers and Polymers. – 2013. – Vol. 14(4). – P. 525–529.

17. Nagase T., Nino A., Hosokawa T., Umakoshi Y. Phase Stability of an Amorphous Phase Against Electron Irradiation Induced Crystallization in Fe-Based Metallic Glasses // Materials transactions. – 2007. – Vol. 48(6). – P. 1340–1349.