FI77880C - Poroest material bestaoende vaesentligen av en ptfe-polymer. - Google Patents

Description

77880

Olennaisesti PTFE-polymeeristä koostuva huokoinen materiaali Tämän keksinnön kohteena ovat patenttivaati-5 muksen 1 johdannon mukaiset huokoiset polytetrafluori-eteeni- (tämän jälkeen "PTFE")-materiaalit, joissa on käyttökelpoinen erittäin lujan ja karkean mikrorakenteen yhdistelmä. Näistä materiaaleista valmistetut tuotteet ovat erittäin sopivia käytettäviksi lääketieteen alalla. 10 Tämän keksinnön tuotteet perustuvat tahnasta muo dostettuihin PTFE-tuotteisiin. Tahnasuulakepuristus-tai tahnanmuovaustekniikat ovat vanhoja tekniikan tasolla ja niissä sekoitetaan PTFE-hartsin koaguloitu dispersio ja nestemäinen voiteluaine keskenään ja pakotetaan 15 seos suulakkeen läpi tai työstetään muutoin voideltu seos koossapysyvän muotoillun tuotteen muodostamiseksi. Voiteluaine poistetaan sitten, tavallisesti kuivaamalla huokoisen sintraamattoman PTFE-tuotteen valmistamiseksi, jonka tiheys on tavallisesti 1,4 —1,7 g/cm^. Tällaiset 20 tiheydet vastaavat 39ί.·.26/5:η huokoisuuksia. Tässä vaiheessa tuotteen lämpötila voidaan nostaan sen kiteisen sulamispisteen, noin 345°C:n yläpuolelle sen sintraamiseksi, jolloin huokoinen materiaali yhtyy ei-huokoisen sintratun tuotteen muodostamiseksi.

25 Vaihtoehtoisesti sintraamaton tuote voidaan teh dä huokoiseksi ja vahvemmaksi venyttämällä US-patentin 3,953,566 menetelmien mukaisesti. Venyttämisen jälkeen venytetty tuote voidaan pitää kiinnitettynä ja lämpö-käsitellä kiteisen sulamispisteen yläpuolella. Tässä 30 tapauksessa tuote pysyy huokoisena ja kun se jäähtyy saadaan vahva huokoinen PTFE-tuote. Seuraavassa käsitettä "sintraus" käytetään erotuksetta menetelmävai-heen yhteydessä, jossa nostetaan sintraamattoman tuotteen lämpötila sen kiteisen sulamispisteen yläpuolelle. 35 US-patentissa 3.,953,566 on esitetty menetelmä kaiken- 2 77880 tyyppisten mikrohuokoisesta venytetystä PTFErstä olevien tuotteiden, kuten kalvojen, putkien, tankojen ja yhtäjaksoisten kuitujen valmistamiseksi. Tuotteet sisältyvät US-patenttiin 4,187,390. Näiden tuotteiden 5 mikrorakenne muodostuu solmuista, jotka on yhdistetty fibrilleillä.

US-patentin 3,953,566 menetelmän avainelementti on nopea PTFE:n venytys. Nopea venytys sallii sintraa-mattoman tuotteen venyttämisen paljon pidemmälle kuin 10 on ollut aikaisemmin mahdollista samalla kun PTFErstä tehdään samanaikaisesti vahvempi. Nopea venytys tuottaa myös mikrorakenteen, joka on hyvin hieno ja jolla on esimerkiksi hyvin pieni tehokas huokoskoko. US-paten-tissa 3,962,153 esitetään erittäin paljon venytettyjä 15 tuotteita, jolloin venytysmäärät ylittävät 50 kertaa alkuperäisen pituuden. Sekä 4,187,390 että 3,962,153“ patenttien tuotteilla on suhteellisen korkeat perus-vetolujuudet (ks. keskustelua "perusvetoluujudet" ja suhdetta tuotteen vetolujuuteen ja tiheyteen US-pa-: 20 tentissä 3,953,566 sarakkeessa 3, rivit 28 - 43).

Huokoisen näytteen perusvetolujuuden laskemi-: seksi jaetaan maksimivoima, joka tarvitaan näytteen murtamiseksi, huokoisen näytteen poikkileikkausalalla, ja sitten kerrotaan tämä määrä PTFE-polymeerikomponen-25 tin tiheyden suhteella jaettuna huokoisen näytteen tiheydellä. Sellaisen PTFErn tiheys, jonka lämpötilaa ei ole koskaan nostettu sen kiteisen sulamispisteen yläpuolelle, on 2,30 g/cm^, kun taas sellaisen tiheys, joka on sintrattu tai nostettu sen kiteisen sulamis-3Q pisteen yläpuolelle, voi olla noin 2,0 g/cm^ - alle 2,30 g/cm^. Perusvetolujuuden laskemiseksi seuraavissa esimerkeissä olemme käyttäneet PTFE-polymeerin tiheyttä 2,20 g/cm^ tuotteille, joiden lämpötila on nostettu kiteisen sulamispisteen yläpuolelle, ja tiheyttä 35 2,30 g/cm^ tuotteille, joiden lämpötilaa ei ole nostet tu tämän yläpuolelle.

3 77880

Kun s intraamattomia tuotteita venytetään alhaisemmilla nopeuksilla, tapahtuu joko rajoitettua venymistä materiaalin murtumisen johdosta, tai saadaan heikkoja materiaaleja. Näiden heikkojen materiaalien mikrorakenteet ovat karkeampia 5 kuin niiden tuotteiden mikrorakenteet, joita on venytetty yhtä paljon, mutta nopeammilla nopeuksilla. Käsitettä "karkea" käytetään ilmoittamaan sen, että solmut ovat suurempia, fibrillit pienempiä ja tehokas huokoskoko suurempi. Tällaiset karkeat mikrorakenteet olisivat edelleen käyttö-10 kelpoisia jos ne olisivat vahvoja eivätkä heikkoja.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti saadaan aikaan oleellisesti PTFE-polymeeristä koostuva huokoinen materiaali, jonka materiaalin mikrorakenteessa on fibrilleillä toisiinsa yhdistetyt solmut, jolloin materiaalille on tunnus-15 omaista, että mitattuna vähintään yhteen suuntaan materiaalin keskimääräinen matriisivetolujuus on suurempi kuin 103,5 MPa (15.000 psi) ja sen keskimääräinen solmun korkeus/ leveys-suhde on suurempi kuin 3·

Edullisesti matriisinvetolujuus on suurempi kuin 276 20 MPa (40.000 psi), keksimääräinen solmun korkeus/leveys-suhde on suurempi kuin 5, keksimääräinen fibrillin pituus on suurempi kuin 15 pm, erityisen edullisesti suurempi kuin 50 pm.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan esimerkin omaisesti oheisten piirustusten avulla.

25 Kuvio 1 on kaaviomainen esitys keksinnön mukaisen PTFE- materiaalin mikrorakenteesta.

Kuvio 2 on mikrovalokuva PTFE-materiaalista.

Kuvio 3 on kaavio, joka esittää karkeusindeksin ja pe-rusvetolujuuden luonteenomaista aluetta, joka on saatu 30 tiivistämällä ennen venytystä, ja luonteenomaista aluetta, kun tiivistystä ei ole suoritettu ennen venytystä.

Kuvio 4 on mikrovalokuva tekniikan tason PTFE-materi-aalin pinnasta, Joka on venytetty yhteen suuntaan.

Kuvio 5 on mikrovalokuva esillä olevan keksinnön 35 PTFE-materiaalin pinnasta, jota materiaalia on venytetty

Il 77880 yhteen suuntaan;

Kuvio 6 on mikrovalokuva kuvion 4 mukaisen tekniikan tasen PTFE-materiaalin poikkileikkauksesta;

Kuvio 7 on mikrovalokuva kuvion 5 mukaisen PTFE-5 materiaalin poikkileikkauksesta;

Kuvio 8 on mikrovalokuva tekniikan tason PTFE-materiaalin pinnasta, joka materiaali on venytetty kaksiakselisesti;

Kuvio 9 on mikrovalokuva esillä olevan keksinnön 10 mukaisen PTFE-materiaalin pinnasta, joka materiaali on venytetty kaksiakselisesti;

Kuvio 10 on kaaviomainen poikkileikkaus esimerkissä 3 käytetystä tiivistyssuulaketyypistä;

Kuviot 11A ja 11B ovat valomikroskooppikuvia his-15 tologisista leikkauksista kuiduista, jotka on valmis tettu uuden keksinnön mukaisesti ja vastaavasti tekniikan tason mukaisesti, esittäen kollageenin kasvua;

Kuviot 12A ja 12B ovat mikrovalokuvia kuvioiden 11A ja vastaavasti HB kuiduista, ja 20 Kuvio 13A ja 13B ovat mikrovalokuvia muista kui duista, jotka on tehty esillä olevan keksinnön mukai-·: sesti ja vastaavasti tekniikan tason mukaisesti.

Täysin tiivistetty sintraamaton PTFE-tuote on sellainen, jossa ei ole tyhjää tilaa, ja tällaisen tuot-25 teen tiheys on 2,30 g/cm^. Kun venytetään samoissa olosuhteissa, todetaan, että tuotteet, jotka on tiivistetty lähelle tätä rajaa ennen venytystä, omaavat selvästi korkeammat rakenteet, kuin tuotteet, joita ei ole tiivistetty. Esiintyy kasvava vaikutus kasvavan tiivistyk-30 sen myötä. Suurimmat tiivistykset tuottavat selvimmän vaikutuksen. Suurimman tiivistyksen aikaansaamiseksi on tarpeen, että tiivistetty tuote alistetaan puristusvoimille, kunnes saadaan koko huokostilan sulkeutuminen. Kiinteässä lämpötilassa kasvava puristusvoima kiih-35 dyttää tiivistysnopeutta, kuten oli odotettua. Määrätyn 5 77880 puristusvoiman kohdalla tiivistys tapahtuu nopeammin korkeammissa, 300°C:n lämpötiloissa, kuin alhaisemmissa lämpötiloissa. Vähemmän voimaa tarvitaan tiivistyksen aikaansaamiseksi korkeammissa lämpötiloissa. Korkeam-5 mat lämpötilat helpottavat tästä syystä tiivistystä, koska tarvitaan vähemmän aikaa ja/tai vähemmän puristusvoimaa. Kuitenkin muutoin identtisten olosuhteiden yhteydessä nähdään, että saadaan samanarvoisia venytettyjä tuotteita riippumatta, tapahtuuko tiivistys alhai-10 sissa lämpötiloissa tai korkeissa lämpötiloissa niin kauan kuin saadaan samanarvoiset tiivistykset. Nähdään, että ainoa merkittävä muuttuja on saavutettu todellinen tiivistys mitattuna tiivistetyn tuotteen tiheydellä ennen venytystä.

15 Tässä esitetyt kokeet osoittavat, että kun käy tetään tiivistysolosuhteita, jotka saavat aikaan materiaalin sintrauksen, materiaalia ei voida venyttää yhdenmukaisesti. Osittaisen sintrauksen tiedetään tapahtuvan alle 3^5°C:ssa. Olosuhteet, jotka saavat aikaan 20 sintrauksen, osoittavat siten tiivistyslämpötilan ylemmän käyttökelpoisen rajan.

Tiivistys voidaan suorittaa käyttämällä puristimia, suulakkeita tai kalanterointikoneita. Kalanteroin-tikoneiden käyttö kuivan PTFE:n tiivistämiseksi mah-25 dollistaa pitkien kalvojen valmistuksen.

Parhaimpana pidetyt edellytykset suulakkeella tapahtuvaa tiivistämistä varten näyttävät aiheuttavan materiaalin vetämistä suulakkeen läpi suhteellisen alhaisissa nopeuksissa. Voima, joka tuotetaan materiaalin 30 vetämiseksi suulakkeen läpi, voi aiheuttaa materiaalin venytystä, kun se kulkee suulakkeen läpi. Alhaisemmat nopeudet vaativat vähemmän voimaa materiaalin vetämi-seksi suulakkeen läpi, mikä saa aikaan materiaalin pie-• ; nenmän venymisen. Nähdään, että on toivottavaa minimoida 35 venytystä suulakkeesta. Venytystä valvotaan paremmin menetelmävaiheissa, jotka on erityisesti suunniteltu materiaalin venyttämiseksi.

6 77880

Joukko käsittelyvaiheita voidaan suorittaa ennen tiivistämistä kuten kalanteroiminen voiteluaineen kanssa ja venyttäminen voiteluaineen kanssa tai ilman sitä. Nämä vaiheet voivat lisätä lopullisen tuotteen lujuutta, 5 mutta jälleen tällaisia parhaimpana pidettyjä menetelmiä ei ole löydetty. Edelleen on edullista, että materiaalia ei tiivistetä täysin ennen venyttämistä. Uskotaan, että tiivistys voidaan saada aikaan kohdistamalla puristusvoimia johonkin tai kaikkiin suuntiin ja että venyt-10 täminen voidaan suorittaa tämän jälkeen jossakin tai kaikissa suunnissa tämän keksinnön etujen saavuttamiseksi .

Vaikka fibrillipituudet ja solmudimensiot ovat erityisesti tarkoituksenmukaisia piirteitä karkeiden 15 mikrorakenteiden tunnistamiseksi, ne tuottavat muutamia ongelmia määrällistämisessä. Tämä johtuu siitä, että missä tahansa määrätyssä mikrorakenteessa esiintyy solmukoko j en jakoa ja fibrillipituuksien jakoa. Myös hieman erilaisia mikrorakenteita saadaan riippuen, onko 20 tuote venytetty yksiakselisesti, kaksiakselisesti vai onko se venytetty jaksottaan ensin yhdessä suunnassa ja sitten toisessa suunnassa. Kuviossa 1 on esitetty idealisoitu piirustus solmu-fibrilli-rakenteesta, kun kalvo on venytetty yksiakselisesti. Tämän rakenteen todel-25 linen elektronimikrokuva on esitetty kuviossa 2 198-ker-taisena suurennuksena.

Esillä olevan keksinnön mukaisilla tuotteilla on suuremmat solmut ja pidemmät fibrillit kuin tekniikan tason materiaaleilla, joilla on samanlainen perusveto-30 lujuus. Mikrorakenteen neljä luonteenomaista dimensiota ovat: solmukorkeus, solmuleveys, solmupituus ja fibril-lipituus. Ks. kuviosta 1 solmujen 2 ja fibrillien 1 7 77880 näiden dimensioiden määritystä yksiakselisesti venytettyjen kalvojen kohdalla. Fibrillipituus 3 ja solmule-veys i) on mitattu venytyksen suunnassa. Solmupituus 6 mitataan kalvon leveyssuunnassa; s.o. kohtisuorasti 5 venytyksen suunnan suhteen, venytyksen tasossa. Solmu-korkeus 5 mitataan kalvon paksuussuunnassa; s.o. kohtisuorasti venytystason suhteen. Solmuleveyden ja solmu-pituuden ero ei ole selvää kalvojen kohdalla, jotka on venytetty useammassa kuin yhdessä suunnassa, koska fib-10 rillit voivat suuntautua monissa suunnissa ja solmut voivat olla samankokoisia useammassa kuin yhdessä suunnassa. Tässä tapauksessa solmuleveys määritetään solmu-dimensiona samassa suunnassa kuin pisimmät fibrillit, venytystasossa. Solmukorkeus mitataan kalvon paksuus-15 suunnassa; s.o. kohtisuorasti venytystason suhteen. Ero solmupituuden ja solmukorkeuden välillä ei ole selvää tuotteiden kohdalla, joilla on symmetrisen muotoinen poikkileikkaus, kuten pyöreissä tangoissa, kuiduissa ja tuotteissa, joilla on neliömäinen poikkileikkaus.

20 Tässä tapauksessa solmukorkeuden ja solmupituuden sanotaan olevan sama dimensio, jota nimitetään "solmukor-keudeksi" ja tämä dimensio mitataan kohtisuorassa suunnassa venytyksen suhteen.

Kahden mikrorakennedimension ja lujuuden mittaus-25 ten yhdistelmää vahvimmassa suunnassa voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisten tuotteiden ja tekniikan tason tuotteiden erottamiseksi. Keskimääräisen solmukorkeuden suhde keskimääräiseen solmuleveyteen vahvimmassa suunnassa esiintyvän keskimääräisen perusvetolujuuden 30 lisäksi on käyttökelpoinen esillä olevan keksinnön mukaisten tuotteiden luonnehtimiseksi.

Niiden materiaalien kohdalla, jotka on venytetty kaksiakselisesti tai jotka on ensin venytetty yhdessä suunnassa ja sitten toisessa suunnassa, on vaikeaa 35 määrällistää tarkoin solmu-fibrillirakenteen geometria. Materiaaleilla, jotka on venytetty useammassa kuin yh- 8 77880 dessä suunnassa, on suurempi mikrorakennedimensioiden jakautuma. Tästä syystä karkeus on myös määritetty muiden ominaisuuksien muodossa ja etenkin etanolin kuplapisteenä (EBP), joka on koenäytteen maksimaalisen huokoskoon mitta (ks. ASTM ^ F316-80). Täsmällisemmin sanottuna EBP on se minimipaine, joka tarvitaan ilman pakottamiseksi etanolilla kyllästetyn keksinnön mukaisen tuotteen läpi. Paineen vähäisen nostamisen tulisi tuottaa kuplien jatkuvia virtoja monissa kohdissa. Siten mittauksiin eivät vaikuta artefaktit kun materiaalissa ovat pistoreiät. Etanolin kuplapiste on kääntäen verrannollinen huokoskokoon: Mitä pienempi EBP:n arvo sitä suurempi huokoskoko, tai tämän hakemuksen mukaisesti ilmaistuna, sitä karkeampi rakenne. Uskotaan, että EBP:n voidaan olettaa olevan riippumaton sen matkan pituudesta, jonka ilma kulkee 15 tuotteen läpi. Toisin sanoen uskotaan, että EBP:n avulla voidaan karakterisoida huokoskoko tavalla, joka ei ole mahdottoman riippuvainen testatun tuotteen dimensioista.

Sellaisessa tuotteessa, jossa on ensimmäiseen suuntaan suuntautuneet ensimmäiset fibrillit, jotka ovat kohtisuoras-20 sa toiseen suuntaan suuntautuneisiin toisiin fibrilleihin nähden, on toivottavaa, että EBP olisi pienempi kuin 20,7 kPa (3,0 psi) (esim. noin 5,3 kPa, eli 1,2 psi), jolloin ensimmäisen ja toisen suunnan matriisivetolujuuden suhde on 0,5...2,0, edullisesti 0,67...1,5.

25 Eräs toinen osoitus karkeasta rakenteesta on suhteel lisen alhainen ilman läpikulun vastus (Gurley-luku). Gurley-luku määritellään aikana sekunneissa, kun 100 cm3 ilmaa virtaa 6,5 cm^ 0ievan materiaalipinnan läpi paineella 1,2 kPa (12,4 cm vesipatsasta) materiaalin poikki. Ks. ASTM D-726-58 30 menetelmä Gurley-luvun mittaamiseksi.

Jotta saataisiin peruste sellaisten tuotteiden karkeuden vertailemiseksi, jotka on tiivistetty eri tiheyksiin ja tämän jälkeen venytetty, määritetään tässä "karkeusindeksi" venytetyn huokoisen tuotteen tiheytenä jaettuna tämän tuot-35 teen EBP:llä. Tiheys on kokonaishuokostilavuuden osoitus.

Jos kahdella tuotteella on sama tiheys, sanotaan tuotteen, jolla on alhaisempi EBP, olevan karkeampi. Jos kahdella 9 77880 tuotteella on sama huokoskoko, sanotaan tuotteen, jolla on korkeampi tiheys, olevan karkeampi. Siten karkeusindeksi on suoraan verrannollinen tiheyteen ja kääntäen verrannollinen EBPrhen. Karkeuden kasvu osoitetaan karkeusindeksin kasvulla.

5 Ottamalla käyttöön tiheys yhdistettynä EBP:hen saadaan aikaan väline tekniikan tason tuotteiden vertaamiseksi tämän keksinnön tuotteisiin perusvetolujuuksien laajalla alalla.

Kiinnitetyn venytetyn tuotteen sintraus ei alenna tuotteen EBP:tä, ja tavallisesti se lisää karkeusindeksiä.

10 Kuitenkin joissakin tapauksissa karkeusindeksi ei kasva sintrauksen johdosta, koska tuotteen tiheys voi alentua sintrauksessa.

Kuvio 3 esittää kaaviota muuttujista,' karkeusindeksistä ja matriisivetolujuudesta. Tuotteet, jotka eivät ole olleet 15 saatavilla tähän asti, valmistetaan esillä olevan keksinnön avulla ja niiden matriililujuus on suurempi tai yhtä suuri kuin noin 20,7 MPa (3.000 psi) ja niillä on vastaava karkeus-indeksi, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin arvo, joka on pisteiden A, B, C ja D yhdistämällä viivalla. Näiden pistei-20 den koordinaatit ovat seuraavat: Piste A [20,7 MPa (3.000 psi), 58 g/cm3/MPa (0,40 (g/cra3)/psi)], piste B [82,2 MPa (12.000 psi), 58 g/cm3/MPa (0,40 (g/cm3)/psi)]f piste C [110,4 MPa (16.000 psi), 29 g/cm3/MPa (0,20 (g/cm3)/psi)] ja piste D [172,5 MPa (25.000 psi), 29 g/cm3/MPa (0,20 (g/cm3)/ 25 psi)]. Pisteiden C ja D karkeus indeksit voivat vaihtoehtoisesti olla 33,3 tai 58. Pisteiden A, B, C ja D karkeusindek-sit voivat toisaalta vaihtoehtoisesti olla : 62,25 g/cm3/MPa (0,45 (g/cm3)/psi).

Esimerkkejä ei ole esitetty kalvoille, joita olisi 50 venytetty enemmän kuin suhteessa 4:1 yhteen suuntaan.

Korkeammat venytyssuhteet johtavat yleensä tuotteisiin, joilla on korkeammat matriisivetolujuudet, kuten US-patentti-julkaisussa 3* 953»566 on esitetty. Mikään ei todista etteivätkö esillä olevan keksinnön mukaiset kalvot olisi vielä 35 edelleen venytettävissä korkeamman lujuuden 10 77880 saamiseksi, samalla kun säilytetään edelleen karkeammat rakenteet kuin saman pituisissa tekniikan tason kalvoissa. Oletetaan, että kalvojen käsitteleminen korkeammilla venytyssuhteilla tuottaa varmasti tämän 5 keksinnön kalvoja, joiden perusvetolujuudet ovat yli 172,5 MPa.

Kohdat alueella, jotka vastaavat esillä olevaa keksintöä, johdettiin tiedoista, jotka on esitetty seu-raavissa esimerkeissä. EBP- ja perusvetolujuusmittauk-10 set suoritettiin kiinnitettyjen, venytettyjen tuotteiden sintrauksen jälkeen. Sintrausolosuhteet on esitetty esimerkeissä. Käytetty perusvetolujuusarvo oli arvo, joka vastasi materiaalin vahvinta suuntaa. Tämä karkeuden ja lujuuden esitys on käyttökelpoinen materiaalien 15 karakterisoimiseksi, jotka on venytetty yhdessä tai useammassa suunnassa ennen sintrausta tai sen jälkeen.

Kuvion 3 karkeusindeksin ja lujuuden esitys on ominaista täyteaineita sisältämättömille huokoisille PTFE-tuotteille. Huokoiset PTFE-tuotteet voidaan tii-20 vistää täyteaineilla, kuten asbestilla, hiilimustalla, pigmenteillä ja kiilteellä, kuten on esitetty US-paten-teissa 3,953,666 ja 4,096,227. Esillä olevan keksinnön mukaiset tuotteet voidaan samoin tiivistää täyteaineilla. Täyteaineen läsnäolo voi kuitenkin vaikuttaa kar-25 keusindeksin mittaukseen, koska EBP on huokoisen tuotteen pintajännityksen toiminta ja täyteaine voi vaikuttaa tuotteen pintajännitykseen.

Esillä olevan keksinnön mukaiset tuotteet voidaan siten karakterisoida monilla tavoilla. Joko voidaan 30 käyttää karkeusindeksiä tai solmukorkeuden suhdetta solmuleveyteen yhdessä perusvetolujuuden kanssa vahvim-massa suunnassa samojen keksinnön mukaisten tuotteiden kuvaamiseksi. K.o. karkeusindeksi ja solmukorkeuden suhde solmuleveyteen eivät ole itsenäisiä parametrejä; 35 molemmat kuvaavat esillä olevan keksinnön mukaisten tuotteiden rakennetta. Karkeusindeksi on erityisesti käyttö- 11 77880 kelpoinen ohuiden kalvojen rakenteen kuvaamiseksi, joissa maksimaalista solmukorkeutta rajoittaa kalvon paksuus. Solmukorkeuden suhde solmuleveyteen on erityisesti käyttökelpoinen tuotteiden rakenteen kuvaamiseksi, jotka 5 ovat liian pieniä EBP:n mittauksen mahdollistamiseksi. Monissa tapauksissa jompaa kumpaa näistä parametreistä voidaan käyttää samojen tuotteiden rakenteen kuvaamiseksi.

Tämän keksinnön mukaiset kalvot, joiden lujuus 10 on samansuuruinen kohtisuorassa suunnassa, voidaan erottaa tekniikan tason kalvoista esittämällä perusvetolu-juus kohtisuorissa suunnissa ja EBP. Tämä karakterisointi on luonteenomaista sintratuille kalvoille, joiden perusvetolujuuksien suhde kohtisuorissa suunnissa 15 on 0,4 - 2,5, jolloin heikomman suunnan perusvetolujuus on suurempi tai yhtä suuri kuin noin 20,7 MPa. Tämän keksinnön kalvoilla, jotka tyydyttävät nämä lujuusvaa-timukset, on EBP pienempi tai yhtä suuri kuin noin 27,6 MPa.

20 Sintraamattomia tuotteita, jotka on suulakepuris- tettu parhaimpina pidetyistä hartseista, voidaan venyttää enemmän ja yhdenmukaisemmin vahvempien venytettyjen tuotteiden aikaansaamiseksi, kuin sintraamattomia tuotteita, jotka on suulakepuristettu vähemmän sopivista 25 hartseista. Parhaimpina pidetyt hartsit ovat erittäin kiteisiä (kuten Fluon CD 123, jotka valmistaa ICI -Fluon on tavaramerkki), mutta voidaan käyttää myös muita hartseja tätä keksintöä sovellettaessa (ks. US-paten-tit 4,016,345 ja 4,159,370).

50 Menetelmät, jotka näyttävät saattavan sintraamat- toman tuotteen puristusvoimaan, mutta eivät saa aikaan tiivistystä, voivat tuottaa tuloksia, jotka eivät vastaa tämän keksinnön menetelmiä. Esimerkiksi US-paten-tissa 4,250,138 on esitetty vetovaihe, joka näyttää 35 vastaavan tässä esimerkissä 3 esitettyä menetelmää.

12 77880

Kuitenkin saavutetaan vastakkainen vaikutus; s.o. saadaan hienompia rakenteita, kuten on osoitettu kasvavalla EBP:llä. US-patentit 4,248,924 ja 4,277,429 esittävät menetelmän puristusvoimien kohdistamiseksi 5 kalvoon, joka näyttää vastaavan tässä esitettyä tiivisty svaihetta. Jälleen saadaan aikaan vastakkainen vaikutus; s.o. tekniikan tason prosessi pienentää kalvon toisen sivun huokoskokoa toisen sivun suhteen.

Olosuhteet, joissa tiivistetty tuote venytetään, 10 vaikuttaa suuresti saatavaan mikrorakenteeseen. Suuremmat venytysnopeudet tuottavat asteittain hienompia mikrorakenteita, ja esiintyy sama venytysnopeuden ja venytyslämpötilan kvalitatiivinen vuorovaikutus kuin on esitetty US-patentissa 3,953,566. Siten tiivistet-15 tyjä sintraamattornia tuotteita voidaan venyttää olosuhteissa, jotka tuottavat tuotteita, jotka ovat samanlaisia kuin tekniikan tason tuotteet, kuten esim. US-patentissa 4,187,390 ja 3,962,153 on esitetty. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä voi tuottaa myös 20 tuotteita, joilla on ominaisuuksia, joita ei ole tähän mennessä ollut saatavilla. Näitä viimeksi mainittuja materiaaleja on yritetty identifioida erikoisesti pa-: tenttivaatimuksissa esitettyjen parametrien arvoilla.

: Kokeet, jotka käsittävät seuraavat esimerkit, : 25 osoittavat, että muutoin identtisille käsittelyolosuh teille tiivistysvaiheen lisäys tuottaa karkeampia tuotteita verrattuna vertailtavissa olevan lujuuden omaaviin tekniikan tason tuotteisiin. Karkeus luonnehdittiin läpäisyvyydellä, suurimmalla huokoskoolla ja sol-30 mujen ja fibrillien dimensioilla.. Materiaaleilla, jotka oli valmistettu tiivistysvaiheella, katsottiin olevan solmuja, jotka kulkivat tuotteen paksuuden läpi (s.o. kohtisuorassa suunnassa venytyksen suuntaan (suuntiin) : nähden). Tämä kalvon tai nauhan rakenne voi tuottaa ; 35 korkeamman kuorilujuuden ja/tai korkeamman vetolujuu- 77880 den paksuussuunnassa ja/tai korkeamman puristuslujuuden paksuussuunnassa.

Esillä olevan keksinnön mukaisia kaksiakselises-ti venytettyjä kalvoja voidaan käyttää kirurgisissa 5 vahvistuselimissä. Esillä olevan keksinnön mukaisia yksiakselisesti venytettyjä kuituja voidaan käyttää suturoina ja ligatuuroina. Nämä tuotteet ovat sekä vahvoja että niillä on karkea mikrorakenne. Karkea mikrorakenne on toivottavaa lääketieteen sovellutuksissa, 10 koska ne mahdollistavat solukasvun ja liittymisen ruumiin kudokseen. Esillä olevan keksinnön mukaisia kalvoja voidaan käyttää koaksiaalikaapeleiden valmistuksessa, koska ne ovat sekä murskautumista kestäviä että huokoisia. Esillä olevan keksinnön mukaisia kalvoja 15 voidaan käyttää myös sovellutuksissa, joissa vaaditaan vetolujuutta paksuussuunnassa.

Seuraavat esimerkit, jotka esittävät esillä olevan keksinnön mukaisia menetelmiä ja tuotteita, ovat vain havainnollistavia eikä niitä ole tarkoitettu ra-20 joittamaan keksinnön puutteita.

ESIMERKKI I

Kalvot, jotka on venytetty yksiakselisesti 25 PTFE-hartsia (Fluon CD123, ICI) tahnasuulakepu- ristettiin kalvosuulakepuristeena ja kalanteroitiin. Kalanteroitu kalvo kuivattiin sitten suulakepuristuk-sen apuaineen poistamiseksi. Kuivan, kalanteroidun kalvon ominaisuudet olivat seuraavat: paksuus noin 0,04 cm, 30 tiheys noin 1,6 g/cm\ perusvetolujuus suulakepuristuk- sen suunnassa 11 MPa, ja perusvetolujuus poikittaisessa (leveys-) suunnassa 4,14 MPa. Kuiva kalanteroitu suu-lakepuriste leikattiin noin 11,4 cm kokoisiksi malleiksi.

35 Muutamat malleista tiivistettiin sitten purista malla Carver-puristimessa, joka voitiin lämmittää; jäi- 14 77880 jelle jäävät mallit jätettiin tiivistämättömiksi 1,6 g/cm^-tiheystasolle testien kontrollointia varten. Mittalaattoja käytettiin litteiden puristuslevyjen välissä (ja mallien vieressä) tiheyden kontrolloimiseksi 5 mahdollistamalla tiivistys vain ennalta määrättyihin paksuuksiin. Muutamissa tapauksissa mittalaatat olivat ohuempia kuin se paksuus, jonka oli laskettu tuottavan halutun tiheyden. Näitä ohuempia laattoja tarvittiin, koska muutamat näytteet saisivat takaisin osan paksuu-10 destaan sen jälkeen, kun puristusvoimat poistettaisiin. Tiheyksien alaa tutkittiin 1,6 g/cm^:stä ("kontrolli" -tiivistämätön) arvoihin, jotka lähenivät maksimaalista saavutettavissa olevaa tiheyttä, 2,3 g/cm^. Tiivistykset suoritettiin lämpötiloissa, jotka alkoivat ympäris-15 tön lämpötilasta (22°C) ja päätyivät hieman yli 300°C:n lämpötilaan. Otettiin huomioon ajat, jotka kuluivat halutun tiivistyslämpötilan saavuttamiseen, ja ajat, jotka kuluivat halutun tiivistyksen saavuttamiseen näissä lämpötiloissa. "Kontrolli"-kappaleet alistettiin samaan 20 lämpötilaan ja aikaolosuhteisiin kuin käytettiin tiivis tyksessä. Mukavuussyistä kaksi filminäytettä pinottiin yhteen yhdessä Kapton (R.T.M.)-polyimidikalvosta (DuPont) olevan levyn kanssa, joka oli niiden välissä, 2 niin että kaksi 11,4 cm :n kalvonäytettä voitiin tii-25 vistää samanaikaisesti.

Seuraavia vaiheita käytettiin kuivan PTFE-kalvon tiivistämiseksi: 1. Carver puristinlevyt kuumennettiin määrättyyn lämpötilaan; 30 2. Kalvo sovitettiin kahden litteän teräslevyn väliin yhdessä Kapton-polyimidikalvon kanssa, joka toimii erotusaineena; 3. Mittalaatat sijoitettiin levyn kehälle. (Mittalaatat, joita ei käytetty maksimitiheyteen suo- 35 ritettavaan tiivistykseen); 4. Leyyt ja niiden välissä oleva kalvo sijoitettiin puristimen sisälle; 15 77880 5. Kiinnityslaatat suljettiin, kunnes saatiin kosketus; 6. Teräslevyt kuumennettiin haluttuun lämpötilaan tiivistystä varten; 5 7. Paine kohdistettiin ja molemmat teräslevyt saatettiin hitaasti kosketuksiin paksuusmitta-laattojen kanssa (tai mallin kanssa, jos mitta-laattoja ei käytetty); 8. Paine pidettiin riittävän kauan haluttujen 10 tiheyksien aikaansaamiseksi; 9. Paine vapautettiin; 10. Materiaalit tiivistettiin korkeammassa kuin ympäristön lämpötiloissa ja jäähdytettiin vedessä poistettaessa puristimesta.

2 15 11,4 cm :n näytteet punnittiin ennen tiivistys- vaihetta. Paksuusmittaukset suoritettiin neljästä kulmasta, 2,54 cm:n verran jokaisesta reunasta, ja näistä neljästä lukemasta muodostettiin keskimäärä. Tiheys laskettiin jakamalla mallien paino alueella ker-20 taa keskimääräinen paksuus. Tämä toimenpide tuottaa näytteen nimellistiheyden, koska näytteen paksuus vaih-teli johtuen paikallisista ristiriitaisuuksista.

Materiaalit (tiivistetyt ja tiivistämättömät) venytettiin sitten pantografilla pitkittäissuunnassa 25 (s.o. sekä suulakepuristuksen että kalanteroimisen pri määrinen suunta) venytyksen suorittamiseksi. Käytetty pantografi pystyi venyttämään 11,4 cm :n kalvonäytteet niin, että niiden koko oli 10 x 41 cm yksiakselisessa venytyksessä. (Ylimääräiset 0,64 cm pituutta tarvittiin 30 näytteiden kummallakin puolella materiaalin kiinnitys-tä varten koneessa). 11,4 cm :n kalvo kiinnitettiin kummallakin sivulla 13 käyttökiinnikkeellä, jotka voitiin siirtää erilleen yhdenmukaisesti saksimekanismil-la vakiolla nopeudella kalvon venyttämiseksi. Kalvo 35 kuumennettiin haluttuun lämpötilaan venytystä varten 16 77880 o kuumennuslevyillä suoraan 11,4 cm :n näytteiden ylä-ja alapuolella.

Venytysolosuhteet olivat:

Lämpötila: noin 300°C

5 Venytyssuhde: 4:1 (300$:n kasvu pituudessa)

Venytysnopeus: noin 400?/sek.

Määritetty jakamalla pituuden prosenttimuutos venytyksen kestolla)

Venytettyjä näytteitä estettiin kutistumasta si-10 joittamalla ne nastakehykseen ja upotettiin 370°C:n suolakylpyyn noin 20 sekunniksi, jolloin ne sintrattiin.

Lämpötila ei näyttänyt merkittävästi vaikuttavan tiivistysprosessiin. Tästä syystä taulukossa 1 esitetyt tiedot ovat mittausten keskimääräisarvoja, jotka saatiin 15 määrätyille tiheyksille riippumatta tiivistyslämpöti-lasta.

Kaikki perusvetolujuuden, fibrillipituuden ja solmuleveyden tiedot on esitetty mittauksille, jotka tehtiin venytyksen suunnassa (joka on myös suulakepu-20 ristuksen ja kalanteroinnin suunta). Murtovoimat mitattiin käyttämällä näytteitä 2,5 cm:n mittapituudella; vetotestauslaitteen ristipäänopeudet olivat 25 cm minn-nuutissa. Tiheys ennen venytystä on esitetty yksittäisenä lukuna ja se on edellä mainittu nimellisarvo. Var-25 sinaiset tiheydet tiivistyksen jälkeen vaihtelivat johtuen kokeellisesta vaihtelevuudesta ja väistämättömistä pienistä mittausvirheistä. Siten yksilölliset mittaukset 1,63 g/cm^:n materiaaleille olivat 1,60 - 1,64 g/cm\ Yksilölliset mittaukset 1,83 g/cm^:n materiaaleille 30 olivat 1,75 - 1,85 g/cm^. Yksilölliset mittaukset 2,01 g/cm^:n materiaaleille olivat 1,97 - 2,04 g/cm^. Yksilölliset mittaukset 2,27 g/cm^:n materiaaleille olivat 2,19 - 2,35 g/cm^. Tästä syystä nimellisalue 2,27 g/cm^ sisältää saavutettavissa olevat maksimiti-35 heydet.

17 77880

Kuviot 4 ja 5 esittävät pyyhkäisyelektronimik-roskooppikuvia lopullisten näytteiden pinnoista (venytetty ja sintrattu), joita ei ollut edellä tiivistetty (nimellistiheys 1,63 g/cm?) ja jotka oli edellä tiivis-5 tetty arvoon 2,27 g/cm^ (nimellinen) ennen venytystä.

Näiden kahden mikrokuvan oikean ja vasemman puolen suurennukset (kuviot 4 ja 3) ovat noin 155 ja vastaavasti 1550. Nämä mikrokuvat osoittavat helposti eron "karkeudessa" tiivistysvaikutuksen johdosta. Kuviot 6 ja 7 10 esittävät pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvia samojen kahden lopullisen näytteen poikkileikkauksesta, joita ei ollut aikaisemmin tiivistetty ja jotka vastaavasti oli edellä tiivistetty (2,27 g/cm^). Kuvion 6 mikro-kuvan vasemman ja oikean puolen suurennukset ovat noin 15 152 ja vastaavasti 1520. Kuvion 7 mikrokuvan vasemman ja oikean puolen suurennukset ovat noin 147 ja vastaavasti 1470. Jälleen karkeusero on selvä. Nämä mikrokuvat osoittavat myös eron solmukorkeudessa poikkileikkauksen läpi. Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä valmiste-20 tulla materiaalilla ei ole ainoastaan suuremmat solmukor-keudet verrattuna tiivistämättömiin materiaaleihin, vaan merkittävän solmumäärän nähdään kulkevan täysin poikkileikkauksen läpi päinvastoin kuin tiivistämättömässä materiaalissa. Nämä mikrokuvat edustavat kaikkia tiivistä-25 mättömiä kontrollimateriaaleja (1,63 g/cm^) ja materiaaleja, jotka on tiivistetty tiheystasoon 2,27 g/cm'> riippumatta tiivistyslämpötilasta. Karkeusero, joka nähdään kuvioissa 4 ja 5 ja kuvioissa 6 ja 7, heijastuu fibril-lipituuden ja solmuleveyden mittauksissa, jotka on esi-30 tetty taulukossa 1. Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetuilla materiaaleilla oli pitemmät keskimääräiset fibrillipituudet ja leveämmät keskimääräiset solmu-leveydet kuin materiaaleilla, joita ei oltu tiivistetty ennen venytystä, mutta joita oli käsitelty vastaavalla 35 tavalla. Yhtä tärkeää on se, että taulukon 1 tiedot osoit- 18 77880 tavat keskimääräisen perusvetolujuuden venytyssuunnassa kaikille materiaaleille, jotka oli tiivistetty ennen venytystä, olevan vähintään samaa suuruusluokkaa kuin tiivistämättömille kontrollimateriaaleille. Pitkien fib-5 rillipituuksien, leveiden solmuleveyksien ja korkeiden perusvetolujuuksien yhdistelmä suhteessa aikaisempiin tavanomaisilla prosesseilla saataviin PTFE-materiaaleihin on yllättävä.

Palaten kuvioon 1 fibrillipituudet ja solmujen le- 10 veydet (venytyssuunnassa) mitattiin venytettyjen, sint- rattujen materiaalien poikkileikkausten pyyhkäisyelektro-nimikroskooppikuvista suhteellisen karkeuden määrittämiseksi perustuen mikrorakenteen dimensioihin. Fibrilli-pituuden ja solmuleveyden mittauksissa käytettiin pyyh- 15 käisyelektronimikroskooppikuvia, jotka oli suurennettu 150 kertaisiksi ja kaksoissuurennettu 10 kertaisesti (noin 1500 x alkuperäinen), ja seuraavia vaiheita: 1. SEM-kuvat merkittiin kahdella viivalla, jotka olivat etäisyydellä toisistaan noin 24 mm, 20 käyttäen pleksilasilaitetta.

2. Fibrillipituudet määritettiin käyttäen jakajia mittaamaan solmujen välisen etäisyyden viivan ulkoreunaa pitkin lähtien ylemmästä vasemmasta kuvan nurkasta ensimmäisessä selvästi erottuvassa solmu- 25 välissä. Jakajia sijoitettiin sitten asteikolle, jo ka selvitti suurennustekijän ja viivat luettiin lähimpään puolimikroniin, ja arvot merkittiin.

Tämä toimenpide toistettiin seuraavien peräkkäisten solmuvälien kohdalla ja jokainen mittaus merkittiin.

30 3. Toimenpide toistettiin solmuleveyksien mittaa miseksi solmujen välisten välien sijasta ja tiedot merkittiin.

Näiden tietojen tarkastelu osoittaa, että materiaalit, jotka oli tiivistetty maksimiasteeseen, s.o.

35 2,27 g/cm^ (ja tämän jälkeen venytetty ja sintrattu) 19 77880 olivat huomattavasti karkeampia kuin muut materiaalit, kuten nähdään pitemmistä fibrilleistä ja leveämmistä solmuista. Taulukon 1 tiedot ovat tyypillisiä ja esittävät venytettyjä materiaaleja, jotka oli tiivistetty vä-5 hemmän kuin 2,27 g/cm^ ennen venytystä ja joilla oli pitemmät fibrillipituudet ja leveämmät solmulevyt kuin kontrollikappaleilla, mutta 2,27 g/cm^:n materiaaleilla on selvästi karkeammat rakenteet ilman merkittävää pe-rusvetolujuuden häviötä.

10 Gurley-lukua koskevat tiedot voivat karakterisoi da näiden materiaalien karkeutta. Tämän parametrin alhaisemmat arvot osoittavat suurempaa rakenteiden läpäisevyyttä. Läpäisevyys ja tästä syystä Gurley-luvun mittaukset ovat vahvasti riippuvaisia matkan pituudesta.

15 Gurley-luvun käyttö on kuitenkin tarkoituksenmukainen väline verrata tässä esimerkissä esitettyjä tuotteita, koska materiaalit käsiteltiin identtisesti lukuunottamatta tiivistysvaihetta. Etanolin kuplapistettä (EBP) koskevat tiedot voivat karakterisoida myös materiaali-20 en karkeutta. Tämän parametrin alhaisemmat arvot osoittavat rakenteiden suurempaa maksimihuokoskokoa. Suurempi läpäisevyys samoin kuin suurempi huokoskoko määrällis-tävät suurempaa karkeutta. Taulukon 1 tiedot osittavat, että materiaaleilla, jotka on tiivistetty 1,83 -25 2,01 g/cm:iin venytettäessä, osoittavat vastaavan para metrin alhaisempia arvoja kuin 1,63 g/cm^:n kontrolli-materiaalit, ja että 2,27 g/cm:n materiaaleilla on huo-: mättävästä suurempi läpäisevyys ja suuremmat huokoskoot kuin 1,63 g/cm:n kontrollimateriaaleilla. Lopullisilla 30 materiaaleilla, jotka oli tiivistetty arvoon 2,27 g/cm^, oli huomattavasti alhaisemmat näiden parametrien arvot kuin materiaaleilla, joita oli tiivistetty vähemmän.

: Murskautuvuustestitiedot taulukossa 1 osoittavat karkean esillä olevan keksinnön mukaisesti saatavan mik-35 rorakenteen makroskooppista ilmenemismuotoa. Tässä tes- 20 77880 tissä näytteet sijoitettiin vetokuormitukseen käyttämällä 0,22 kg:n voimaa materiaaliin venytyssuunnassa. Paksuusmittaus suoritettiin, joka määräsi alkuperäisen paksuuden. Seuraavaksi 0,5 kg:n paino, jonka ala oli p 5 0,077 cm kohdistettiin näytteeseen 0,5 minuutin ajan ja tuloksena syntyvä paksuus merkittiin painon ollessa vielä kohdistettuna. Prosenttimurskautuminen tai murs-kautuvuus määriteltiin (t-c)(100¾)/t:nä, jossa "t" on alkuperäinen paksuus, ja "c" on kuormituksessa esiinty-10 va paksuus. Murskautuvuuden alhaisemmat arvot osoittavat tästä syystä korkeampaa murskautumiskestävyyttä (s.o. korkeampaa murskautumiskestävyyttä). Alle 10%:n murskautuminen on toivottavaa, edullisesti sen tulisi olla pienempi kuin %%, erityisen edullisesti pienempi kuin 5$· 15 Jälleen näiden tietojen huomattavin piirre on ero murskautuvuudessa noin 2,27 g/cm^:iin tiivistettyjen materiaalien välillä, vaikkakin alhaisempiin tiheyksiin tiivistetyt materiaalit eivät osoittaneet parantunutta kestävyyttä murskautumisen suhteen tiivistämättömiin 20 materiaaleihin verrattuna. Noin 2,27 g/cm^:iin tiivistetyt materiaalit osoittivat huomattavasti suurempaa murskautumiskestävyyttä kuten nähdään alhaisemmasta murskautuvuudesta.

Testitiedot osoittavat, että kuivan kalanteroidun 25 suulakepuristeen tiivistyksellä noin 2,27 gm/cc:hen tai yli (s.o. korkeimpiin tiheyksiin) ennen venytystä oli erittäin korostettu vaikutus venytettyjen, lämpökäsiteltyjen PTFE-materiaalien "karkeuteen” vähentämättä perusvetolujuutta.

30 Muut näytteet käsiteltiin tämän jälkeen olennai sesti samalla tavalla korkeampien tiivistyslämpötilojen käyttökelpoisuuden tutkimiseksi. Samoja tiheysaloja ennen venytystä, kuten käytettiin yllä olevissa kokeissa, tutkittiin korkeampien tiivistyslämpötilojen suhteen.

35 Vastaavia tuloksia ei saatu materiaaleilla, jotka alistettiin korotettuihin tiivistyslämpötiloihin. Monet lopullisista näytteistä olivat karkeasti epäyhdenmukai- 77880 21 siä ulkonäöltään päin vastoin kuin mitkään lopullisista näytteistä, joita ei ollut alistettu näihin korotettuihin lämpötiloihin ennen venytystä. Muutamat näytteet, jotka oli tiivistetty identtisissä olosuhteissa, mutta ei ve-5 nytetty, alistettiin differentiaaliseulontakalorimetria- analyyseihin. Sulamisen alennettujen lämpöjen identifiointi näiden materiaalien kohdalla verrattuna käsittelemättömään hartsiin osoitti, että näytteet olivat sint-rautuneet jossakin määrin. Tahaton sintraus luetaan osit-10 tain levyn poikki kulkevan lämpötilan epäyhdenmukaisuu- den syyksi. Tärkeä löytö on kuitenkin se, että osittain tai täysin sintrattuja materiaaleja, riippumatta onko ne tiivistetty vai ei, ei voida venyttää yhdenmukaisten lop-pumateriaalien tuottamiseksi yllä mainittujen venytysolo-15 suhteiden kohdalla.

Seuraavat johtopäätökset voidaan tehdä näistä testeistä: 1. Tiivistys-venytys-prosessi tuottaa erittäin korkean lujuuden, karkean mikrorakenteen omaavia 20 materiaaleja, kun suulakepuriste tiivistetään ar-

X, X

voon 2,27 g/cm . 2,27 g/cm -tiheys koskee todella : saatujen tiheyksien alaa. Saavutettavissa oleva maksimitiheys kuuluu tähän alaan.

: 2. Minkä tahansa asteisen tiivistyksen "kuiva"- 25 tiivistysvaiheen sisällyttäminen (s.o. voiteluaine poistettuna suulakepuristeesta) ennen venytystä ei vaaranna venytetyn materiaalin perusvetolujuut-ta.

3. Kuivan suulakepuristeen tiivistäminen 30 2,27 g/cm^:n tiheyteen ennen venytystä tuottaa ve nytetyn materiaalin, jolla on karkea rakenne, joka on määrällistetty EBP:llä, Gurley-luvulla, solmun leveys- ja fibrillin pituusmittauksilla. Vertailuksi tiivistäminen alhaisempiin tiheyksiin tai 35 tiivistämättä jättäminen ennen venytystä tuottaa venytetyn materiaalin, jolla on hienompi rakenne.

22 77880

Kuivan suulakepuristeen tiivistys 2,27 g/cm^:n tiheyteen ennen venytystä tuottaa murtumista kes-tävämmän venytetyn materiaalin kuin jos kuiva suulakepuriste tiivistetään vähemmän tai ei ol-5 lenkaan.

5. Tiivistyksen asteella (kuten määrällistetty tiheysmittauksilla) on hyvin korostettu vaikutu? venytetyn materiaalin ominaisuuksiin. Tiivistyksen aste kuvaa olennaisesti tiivistysprosessin omi- 10 naista piirrettä edellyttäen, että materiaalia ei ole sintrattu.

6. Lämpötilan vaikutuksen tehtävänä on toimia prosessin katalyyttinä. Vähemmän aikaa vaaditaan halutun tiheyden saavuttamiseksi tiivistysvaihees- 15 sa korkeampien tiivistyslämpötilojen kohdalla. Kor keampi tiivistyslämpötila voi sallia alhaisempien puristusvoimien käytön tiivistyksen aikaansaamiseksi.

7. Parhaimpina pidetyt tiivistysolosuhteet ovat ne, 20 jotka eivät saa aikaan kuivan suulakepuristeen sint- rausta.

23 77880 TAULUKKO 1: LOPULLISTEN MALLIEN OMINAISUUDET* *

Tiheys ennen venytystä l,63±0,01g/cm3* l,83+0,02g/cm3 2,01±0,02g/cm3 2,27i0,05g/cm3 5 Paksuus (cm) 0,0302+0,0005 0,03*0,0005 0,029*0,0005 0,0284*0,0013

Tiheys (g/cirP) 0,5610,02 0,57-0,2 0,59*0,02 0,58*0,04 10

Perusveto- lujuus (MPa) 107,6*4,8 108,3*6,3 109,7*4,1 113,9*0,69

Kuitu- pituus 15 (μ) 4*1 5*1 5*1 23*4

Solmu- leveys (μ) 3*1 3*1 4*1 15*3 20

EBP

(kPa) 54*3,4 47,6*2,8 44,2+4,1 17,3*6,9

Gurley- luku 25 (s) 27,5*3,8 23,8±3,5 19,4*3,5 6,5*2,4

Murskau- tuvuus {%) 15*1 14±2 14*2 9*2 30 Karkeus-indeksi (g/cm3/MPA) 10,1 11,6 13 33,3 ♦♦Kaikki arvot ovat pyöristetty. Esitetyt arvot ovat keskiarvoja ± vakiopoikkeama, joka on laskettu jokaisen valmistetun 35 mallin keskiarvoista jokaisella tiheystasolla ennen venytystä. ♦Kontrolli ilman tiivistysvaihetta.

24 77880

ESIMERKKI II

Kalvot, jotka on venytetty kaksiakselisesti 2

Neljä ll,7cm :n näytettä valmistettiin esimerkin I 5 ensimmäisessä kappaleessa esitetyn tyyppisestä kalvosta ja venytettiin pantografikoneessa. Tässä tapauksessa kolme näytettä tiivistettiin Carver-puristimessa noin 300°C:n lämpötilassa ja neljäs näyte alistettiin samoihin lämpöolosuhteisiin, mutta sitä ei tiivistetty. Tii-10 vistämätön materiaali toimi kontrollina. Materiaalit tiivistettiin olennaisesti samalla tavalla kuin on esitetty esimerkin I kolmannessa kappaleessa.

Kaikki neljä näytettä venytettiin samanaikaisesti kahteen suuntaan, jotka olivat suorassa kulmassa toisten-15 sa suhteen, pantografikoneessa (esitetty esimerkissä I), 100¾ kummassakin suunnassa. Siten venytetyn kalvon pinta-ala oli neljä kertaa suurempi kuin alkuperäisen kalvon pinta-ala. Kalvon lämpötila oli noin 300°C venytyksen alussa. Käytettiin noin 130¾ venytysnopeutta sekun-20 nissa kummassakin suunnassa. Venytysnopeus määritettiin jakamalla pituuden prosenttimuutos venytyksen kestolla.

: (Pantografin kiinnittimet siirtyivät erilleen vakiolla nopeudella). Venytettyjen näytteiden kutistuminen es-: tettiin sijoittamalla ne nastakehykseen, poistettiin 25 pantografikoneen kiinnittimistä ja upotettiin 370°C:n suolakylpyyn noin 20 sekunniksi, jolloin näytteet sint-rautuivat. Mallit jäähdytettiin sitten vedessä lopullisten mallien tuottamiseksi.

Taulukon 2 tiedot osoittavat tämän keksinnön vai-30 kutukset. Kuviot 8 ja 9 esittävät pyyhkäisyelektronimik- roskooppikuvia kontrollimateriaalin pinnoista (l,6l g/cm·^) ja vastaavasti materiaalin pinnasta, joka oli tiivistetty arvoon 2,25 g/cm^. Kuvioiden 8 ja 9 mukaisten mikroku-: vien vasemman ja oikean puolen suurennokset ovat noin 35 150 ja vastaavasti 1500. Nähdään selvästi sen materiaa- i 77880 25

Iin suhteellinen karkeus, joka oli tiivistetty arvoon 2,25 g/cm\ Nämä kuviot osoittavat keksinnön aiheuttamat rakenteelliset erot, jotka tuottavat eron etanolin kuplapisteissä, kuten on esitetty taulukossa 2. Kuvion 9 5 mikrokuva esittää rakennetta, joka syntyi otettaessa mukaan tiivistysvaihe. Lopullinen materiaali ei ole täysin yhdenmukainen kuitenkaan ja muutamien alueiden ei katsota olevan yhtä karkeita mikrorakenteen dimensioiden suhteen kuin saman materiaalin muut alueet. Tämä 10 epäyhdenmukaisuus johtuu paikallisista ristiriitaisuuksista tiivistyksen aikana.

Taulukon 2 tiedot osoittavat, että materiaali, joka oli tiivistetty eniten ennen venytystä, oli paljon kestävämpi murskautumista vastaan kuin materiaalit, joita 15 oli tiivistetty vähemmän tai ei ollenkaan. Neljä lisä-näytettä valmistettiin samoista raaka-aineista käyttäen samoja prosesseja esillä olevan etujen tutkimiseksi edelleen murskautumiskestävyyden suhteen. Tutkittiin tiheyksien samaa alaa ennen venytystä. Näitä näytteitä ei sint-20 rattu venytyksen jälkeen kuten taulukossa 2 esitetyt.

Näiden materiaalien tiedot, joita ei sintrattu, on esitetty taulukossa 3. Venytettyjen materiaalien murskau-tuvuus, joiden esi-venytystiheydet olivat 1,63, 1,89, 2,06 ja 2,29 g/cm^, oli 30,1, 19,7, 10,2 ja vastaa- 25 vasti 3,6%, mikä osoitti, että ne materiaalit, joita oli tiivistetty eniten, tuottivat murskautumista eniten kestävät lopputuotteet. Tietojen vertailu sintrattujen ja sintraamattomien materiaalien suhteen, joita ei oltu tiivistetty, osoittaa, että sintraus vähentää tiivistämät-30 tömien materiaalien murskautuvuutta (30,l%:sta 14,6%:iin tässä tapauksessa). Materiaali, jota oli tiivistetty eniten, mutta jota ei oltu sintrattu, oli edelleen paljon kestävämpi murskautumista vastaan (murskautuvuus 3,6%), kuin tiivistämätön materiaali, joka oli sintrattu (jonka 35 murskautuvuus oli 14,6%).

26 77880

Murtovoimat mitattiin käyttäen malleja 2,54 cm:n mittapituudella; vetotestauslaitteen ristipään nopeus oli 25,4 cm minuutissa. Pitkittäissuunta on suulakepu-ristuksen ja kalanteroinnin primäärinen suunta. Poikit-5 taissuunta on kohtisuorasti pitkittäissuunnan suhteen, venytyksen tasossa.

27 77880 TAULUKKO 2: LOPULLISTEN NÄYTTEIDEN OMINAISUUDET1 Tiheys ennen venytystä 1,61 g/cm^* 1,83 g/cnr1 2,02 g/cm^ 2,25 g/crn^1 5 Paksuus (cm) 0,0282 0,0277 0,0267 0,0310

Tiheys (g/cm3) 0,57 0,54 0,65 0,54 ® Etanolin kupla-piste (kPa) 67,6 48,3 24,8 8,28

Pitkittäi-15 nen perus-vetolujuus (MPa) 69,7 57,3 48,3 44,9

Poikittainen perus-20 vetolujuus (MPa) 70,4 77,3 59,4 44,2

Karkeus- indeksi : (g/cm3/MPa) 8,7 11,6 26,1 65,2 : 25

Murskau- tuvuus (%) 14,6 17,0 16,6 4,2

Kaikki arvot on pyöristetty.

30 * Kontrolli ilman tiivistysvaihetta.

28 77880 TAULUKKO 3: LOPULLISTEN MALLIEN OMINAISUUDET, JOITA MALLEJA EI SINTRATTU VENYTYKSEN JÄLKEEN 1 Tiheys ennen venytystä 5 1,63 g/cm3 1,89 g/cm^ 2,06 g/crrP 2,29 g/cm3

Paksuus (cm) 0,0371 0,0330 0,0305 0,0295

Tiheys (g/cm3) 0,58 0,63 0,61 0,72 10

Etanolin kupla- piste (kPa) 98,0 55,9 33,1 21,4 15 Pitkittäinen perus-vetolujuus (MBa) 30,4 29,7 33,1 26,2

Poikittainen perus-20 vetolujuus (MPa) 16,6 15,2 19,3 16,6

Karkeus- : indeksi (g/cm3/MPa) 5,8 11,6 18,8 33,3 : 25

Murskau- tuvuus (%) 30,1 19,7 10,2 3,6

Kaikki arvot pyöristetty.

30 * Kontrolli ilman tiivistysvaihetta.

77880 29

ESIMERKKI III

Kuidut, jotka on venytetty yksiakselisesti

5 OSA A

Osa A esittää vaikutuksen, joka tiivistyssuulakkeel-la voi olla yksiakselisesti venytetyn kuidun mikrorakenteeseen. Kahden tässä esitetyllä tavalla viimeistellyn kuidun käsittely säädettiin niin, että saatiin materi-10 aaleja, joilla oli samat läpimitat, tiheydet ja perus-vetolujuudet.

PTFE-dispersiojauhetta ("Fluon CD-123"-hartsi, val-mistaaj ICI America) sekoitettiin 130 cm^riin hajutonta MIsopar M"-liuotinta (valmistaja Exxon Corporation) PTFE:n 15 naulaa kohden, puristettiin pelletiksi ja suulakepuris-tettiin läpimitaltaan 0,27 cm:n kuiduksi mäntäsuulake-puristimessa, jossa oli 95:1 vähennyssuhde poikkileik-kausalueella pelletistä suulakepuristetuksi kuiduksi.

Isopar M haihdutettiin suulakepuristetun kuidun 20 näytteestä. Tämän näytteen tiheys oli noin 1,49 g/cm^ ja sen perusvetolujuus oli noin 6,2 MPa.

Edelleen Isopar M-liuotinta sisältävä suulakepu-ristettu kuitu upotettiin Isopar M:n säiliöön 60°C:ssa ja venytettiin yhdeksänkertaiseksi (800%) vetorullien 25 välissä 26,3 n/min) tuotantonopeudella. Niiden veto- rullien läpimitta oli noin 7,1 cm ja etäisyys keskuksesta keskukseen oli noin 11,4 cm. Kuidun läpimittaa vähennettiin noin 0,269 cm:stä noin 0,099 cm:iin tämän venytyksen avulla. Isopar M poistettiin tästä venytetys-30 tä materiaalista. Venytetyn kuidun tiheys oli noin 1,3 g/cm^ ja perusvetolujuus oli noin 37,3 MPa.

Venytettyä kuitua, josta Isopar M oli poistettu, vedettiin sitten pyöreän tiivistyssuulakkeen läpi, joka oli kuumennettu 300°C:n lämpötilaan. Suulakkeesta pois-35 tuvan materiaalin tuotantonopeus oli noin 2,2 m/min.

30 77880

Suulakkeen aukko kapeni 10° kulmassa noin 0,013 cm:n läpimitasta 0,076 cm:n läpimittaan ja sitten se oli vakio noin 0,076 cm:n välillä.

0. 76.cm:n suulakeläpimitta valittiin kahden edelly- 5 tyksen perusteella: 1. Oli toivottavaa tiivistää venytetty kuitu noin 2,2 g/cm^:iin.

2. Ei esiintynyt mitään paino/metrimuutosta venytetyssä tangossa, kun se joutui tiivistykseen.

10 Käyttäen näitä edellytyksiä suulakeläpimitan laskettiin vastaavan poikkileikkausalan pienenemistä, joka oli tarpeen venytetyn tangon tiheyden lisäämiseksi noin 2,2 g/cm^:iin. A-l6-kuidun erityistapauksessa tämä laskelma suoritettiin seuraavasti: 15 2 P1 1/2 D2 = (D1 x 2 1 t 1/2 = (0,099 x 20 = 0,076 cm = venytetyn tangon alkuläpimitta (cm) D_ = suuttimen läpimitta (cm) 25 p. = venytetyn tangon alkutiheys (g/cnr) *· -z = ontelottoman PTFE:n nimellisarvo 2,2 (g/cnr).

Kuidun kappaleen poistaminen suulakkeesta pysäyttämällä tiivistysprosessi ja vetämällä materiaalia takai- 30 sin suulakkeen sisääntulon läpi osoitti, että kun venytettyä kuitua vedetään tiivistyssuulakkeen läpi, kehittyi läpikuultava segmentti, joka on luonteenomaista PTFE:lle, jonka tiheys on noin 2,2 g/cm^. Tämä segmentti vastasi 0,076 cm:n väliosaa suulakkeessa, joka seurasi • 35 välittömästi 10°:n kulmasiirtymää (ks. kuvio 10).

31 77880

Kun materiaali poistui suulakkeesta, se kuitenkin jälleen kehitti valkoisen ulkomuodon, joka on luonteenomaista PTFE:lle, jonka tiheys on alle 2,2 g/cm^. Tämä johtuu siitä, että voima, joka tarvitaan vetämään veny-5 tetty kuitu suulakkeen läpi, on riittävä venyttämään materiaalia hieman sen jälkeen, kun se poistuu suulakkeesta. Tämä vahvistettiin mittaamalla materiaalin pai-no/metri ennen suulaketta ja suulakkeen jälkeen. Pai-no/metri:n vähentymistä havaittiin materiaalissa suulak-10 keen jälkeen, joka osoitti, missä venytys tapahtui. Seu-raava tutkimustyö osoittaa, että suulakkeen sekä yli että alle 0,076 cm:n läpimitat voivat myös saada aikaan halutun muutoksen mikrorakenteessa. Tärkeää valittaessa suulakkeen läpimittaa on se, että se muuttaa venytetyn 15 tangon poikkileikkausalaa, niin että saadaan materiaalin tiheys suulakkeessa suuremmaksi tai yhtä suureksi kuin noin 2,0 g/cm^. Esiintyy kasvava vaikutus rakenteeseen tiivistyksen kasvaessa.

Venytetty kuitu, joka oli vedetty suulakkeen lä-20 pi, kuumennettiin sitten 300°C:n uunissa ja venytettiin edelleen seitsemänkertaiseksi (600J?) noin 18,3 cm:n alku-pituudesta erittäin 11,3 m/min nopeudella.

Lopuksi kuitua estettiin kutistumasta ja kuumennettiin 367°C:n uunissa 30 sekuntia.

25 Kuten on esitetty taulukossa 4, lopullisesta lämpö käsittelystä tulevan kuidun (A-l6) tiheys oli noin 0,4 g/cm^, läpimitta noin 0,56 cm ja perusvetolujuus 338 MPa. Rakenne muodostui selvästi kiinteän PTFE:n solmuista, jotka oli yhdistetty fibrilleillä. Keskimääräi-30 nen fibrillipituus oli noin 120 mikronia, keskimääräinen solmuleveys noin 17 mikronia (mitattuna venytyssuunnassa), ja keskimääräinen solmukorkeus oli noin 102 mikronia (mitattuna kohtisuorasti venytyssuunnan suhteen). Kuitu : joutui kokonaisvenytyssuhteeseen 79:1 suulakepuristus- 35 vaiheesta. Tämä laskettiin jakamalla kuivatunkuitusuu- lakepuristeen paino/metri valmiin kuidun paino/metrillä.

32 77880 A-l6-kuidun pituuden toinen pää kuumennettiin, tiivistettiin ja vedettiin sitten vakioläpimitaltaan 0,056 cm olevan kirurgisen neulan päälle muodostaen prototyyppisutuura sovittamalla yhteen neulan ja langan 5 läpimitat. Tätä neulan ja langan yhdistelmää ei ole nykyään saatavissa markkinoilta ja sillä on se vielä käyttämätön etu, että se vähentää sutuurarivin vuotamista vas-kulaarisissa yhdyshaaroissa. Tämä materiaali neulottiin marsun kudokseen ja tulokset tarkastettiin 30 päivän 10 kuluttua. Fibroblastisolut olivat tunkeutuneet sutuuran rakenteeseen ja runsasta kollageenia oli muodostunut koko sutuuran sisärakenteeseen (ks. kuvio HA). Sutuu-ra upposi myös hyvin kudokseen. Nämä ominaisuudet yhdistettynä materiaalin lujuuteen ja käsittelyn helppou-15 teen tekivät siitä käyttökelpoisen sutuuran.

Toinen materiaali (3-1-3) valmistettiin käyttäen yllä esitetyn prosessin kaltaista prosessia, sillä tärkeällä erotuksella, että venytettyä kuitua ei vedetty tiivistyssuulakkeen läpi. Vähäiset käsittelymuutokset 20 olivat tarpeen tämän samanarvoisuuden aikaansaamiseksi. Erityisesti suulakepuristetun kuidun läpimitta oli noin 0,299 cm, perusvetolujuus noin 8,3 MPa ja se joutui 51:1 kokonaisvenytykseen prosessissa. Taulukko ^ osoit-taa, että tämän materiaalin läpimitta, perusvetolujuus 25 ja tiheys olivat melkein identtiset sen materiaalin kanssa, joka oli vedetty suulakkeen läpi. Istutettuna marsuun tämä materiaali (3-1-3) salli vain minimaalisen kollageenin läpäisyn (ks. kuvio 11B).

Kuten on esitetty kuvioiden 12A ja 12B kuvilla ja 30 taulukon k tiedoilla, näillä materiaaleilla on hyvin erilaiset mikrorakenteet. A-l6-materiaalilla oli paljon pitemmät fibrillipituudet ja solmut, joissa sen kor-keus/leveys (H/W)-suhde oli olennaisesti suurempi kuin tiivistämättömässä (3-1-3) materiaalissa.

35 Materiaalien kohdalla, joiden perusvetolujuudet ovat yli noin 103,5 MPa, tämä solmun suhde on ainut- 33 77880 laatuinen. Aikaisemmin vain niillä materiaaleilla, joiden perusvetolujuudet ovat alle noin 103,5 MPa, on ollut solmujen H/W-suhde suurempi tai yhtä suuri kuin 3· Päinvastoin, kun tekniikan tason perusvetolujuudet tu-5 levät yli 103,5 MPa, solmujen H/W-suhde putoaa alle 3-

Ainoat materiaalit, joiden perusvetolujuudet ovat suuremmat tai yhtä suuret kuin 103,5 MPa ja solmujen H/W-suh-de on suurempi tai yhtä suuri kuin 3, ovat ne materiaalit, jotka joutuvat tiivistysvaiheeseen ennen venytys-10 tä, jolloin tiivistäminen suurentaa materiaalin ominaispainon suuremmaksi tai yhtä suureksi kuin 2,0 g/cm·^.

Tästä esimerkistä nähdään, että ennen lopullista venytystä suoritettu tiivistäminen voi tuottaa kuituja, joilla on pitemmät fibrillipituudet kuin mitä saataisiin 15 aikaan venytyksen samoilla määrillä prosessissa, johon ei kuulu tiivistysvaihetta.

OSA B

Seuraavat esimerkit havainnollistavat edelleen 20 tiivistyssuulakkeen vaikutusta mikrorakenteeseen. Mitään yrityksiä ei tehty valmiiden kuitujen ominaisuuksien sovittamiseksi kuten osassa A. Molempien tässä esitettyjen materiaalien lopullinen venytys säädettiin niin, että ne joutuivat yhtäläisiin venytysmääriin suulakepu-25 ristusvaiheesta. Tämä tehtiin tiivistyksen vaikutusten tutkimukseksi samasta suulakepuristuserästä peräisin olevan materiaalin samanlaisesti venytettyihin kappaleisiin.

PTFE-dispersiojauhetta (VFluon CD-123" -hartsi* valmistaja ICI America) sekoitettiin 2137 cm^riin hajutonta 30 "Isopar M"-liuotinta (valmistaja Exxon Corporation) kutakin PTFE:n kiloa kohden, puristettiin pelletiksi ja suulake-puristettiin läpimitaltaan 0,27^ cm:n tangoksi mäntäsuulakepuristimessa, jossa oli 153:1 pie-nennyssuhde poikkileikkausalalla pelletistä suulakepuris-35 tetuksi kuiduksi.

34 77880

Isopar M haihdutettiin suulakepuristetun kuidun näytteestä. Tämän näytteen tiheys oli 1,48 g/cm^ ja sen perusvetolujuus oli noin 11,7 MPa.

Suulakepuristettu kuitu, joka sisälsi vielä Isopar-5 M-liuotinta, upotettiin Isopar M:n säiliöön 60°C:ssa ja venytettiin seitsemänkertaiseksi (600?) vetorullien välissä noin 17,6 m/min tuotantonopeudella. Näiden veto-rullien läpimitta oli noin 7,1 cm ja etäisyys keskustasta keskustaan noin 11,4 cm. Kuidun läpimittaa vähennettiin 10 noin 0,274 cm:stä noi- 0,125 cm:iin tämän venytyksen avulla. Isopar M poistettiin tästä venytetystä materiaalista. Venytetyn kuidun tiheys oli 1,02 g/cm^ ja perusvetolujuus oli noin 54,5 MPa.

Tässä kohdassa venytetty kuitu jaettiin kahteen 15 erilliseen osaan edelleenkäsittelyä varten. Osa 66l vedettiin tiivistyssuulakkeen läpi, kun taas osan 665 kohdalla tämä jätettiin tekemättä.

Venytetty kuitu (osa 66l), josta Isopar M oli poistettu, vedettiin sitten pyöreän tiivistyssuulakkeen 20 läpi, joka oli kuumennettu 300°C:n lämpötilaan. Suulakkeesta tulevan materiaalin tuotantonopeus oli noin 0,58 m/min. Suulakkeen aukko kapeni 10°:n kulmassa noin 0,19 cm:n läpimitasta 0,066 cm:n läpimittaan ja sitten se oli vakio noin 0,066 cm:n välipituudella.

25 Venytetty kuitu (osa 66l), joka oli vedetty suut- I timen läpi, kuumennettiin sitten 300°C:n lämpötilaan ja ; sitä venytettiin edelleen 4,5-kertaiseksi (350?) veto- rullien välissä noin 3,96 m/min tuotantonopeudella.

Näiden vetorullien läpimitta oli noin 7,1 cm ja etäisyys 30 keskuksesta keskukseen noin 6l cm.

Venytetty kuitu (osa 665), jota ei oltu vedetty suulakkeen läpi, kuumennettiin 300°C:n uunissa ja edelleen venytettiin kahdeksankertaiseksi (700?) saman veto-rullalaitteiston läpi käyttäen noin 3,5 m/min:n tuotanto-35 nopeudella.

i 35 77880

Lopuksi molempia tankoja (kuituja) estettiin kutistumasta ja kuumennettiin 362°C:n uunissa 60 sekuntia.

Kuten on esitetty kuvioiden 13A ja 13B kuvilla ja taulukon 5 tiedoilla, näillä kahdella materiaalityypillä 5 oli hyvin erilaiset mikrorakenteet. Osalla 66l oli paljon pitemmät fibrillipituudet ja solmut, joissa H/W-suh-de oli olennaisesti suurempi kuin tiivistämättömässä (osa 665) materiaalissa. Tämä esimerkki esittää selvästi, että kuiduilla, jotka oli tiivistetty ennen lopullista 10 venytystä, oli paljon pitemmät fibrillipituudet kuin tiivistämättömillä kuiduilla, kun molemmat materiaalit joutuivat samanlaisiin venytysmääriin.

Nämä esimerkit, osa A ja B, osoittavat, että venytetyn kuidun tiivistäminen käyttämällä tiivistyssuulaket-15 ta voi tuottaa erittäin lujaa materiaalia, jolla on ainutlaatuinen mikrorakenne venytettäessä sitä edelleen. Keksinnön tärkeä näkökohta on se, että venytetty kuitu tiivistettiin vähintään 2,0 g/cm^:iin ennen lisävenytys-tä.

36 77880 TAULUKKO 4

Valmiin kuidun ominaisuudet 5 A - 16 3-1-3 (suuttimellä) (ilman suutinta)

Tiheys (g/cm^) 0,4 0,5

Perusveto (MPa) 338 338 10 Läpimitta (cm) 0,056 0,056

Solmuleveys (y) 17 9

Solmukorkeus (y) 102 16 H/W-suhde 6 1,8

Fibrillipituus (y) 120 32 15 KOKONAISVENYTYSSUHDE 79:1 52:1 KUDOKSEN SISÄÄNKASVU kollageenia minimaalinen kauttaaltaan kollageenin välitiloissa sisäänsuotautu- 30 päivässä minen 30 päivässä 1 i 37 77880 TAULUKKO 5

Valmiin kuidun ominaisuudet 5 661 665 (suuttimella) (ilman suutinta)

Tiheys (g/cm^) 0,6 0,5

Perusveto (MPa) 379,5 44l,6 10 Läpimitta (cm) 0,059 0,064

Solmuleveys (y) 11 6

Solmukorkeus (y) 79 3 H/W-suhde 7,2 0,5

Fibrillipituus 74 16 15 KOKONAISVENYTYSSUHDE. 58:1 57:1

Yllä esitettyjen tiheyksien saavuttamiseksi materiaalin tilavuudet laskettiin läpimitta- ja pituusmittauk-sista, ja tämä tilavuus jaettiin materiaalin painoksi.

20 Tiheyslaskelmat ovat kahden desimaalin tarkkuudella. Perusvetolujuudet laskettiin yllä esitetyllä tavalla ja ne ovat yhden desimaalin tarkkuudella. Läpimitat laskettiin käyttäen kosketuksetonta laser-mikrometriä. Esitetyt arvot edustavat materiaalin keskimääräistä läpi-25 mittaa useiden desimetrien matkalta, ja ne ovat neljän desimaalin tarkkuudella.

Solmuleveyksien, solmukorkeuksien ja fibrillipi-tuuksien saamiseksi käytettiin kuvia 200:1-suurennuksel-la. Kuvat otettiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja 30 Nikon Biophot-laitteella (Brightfield Microscope).

Mittaukset suoritettiin millimetrin mittaharpilla ja muunnettiin sitten mikroneiksi. Mittaukset valittiin (4-5 mittausta kuvaa kohden määrättyä materiaalityyp-piä varten) vetämällä satunnaisesti kaksi vaakasuoraa “ 35 viivaa jokaiseen kuvaan noin 2,54 cm erillään toisis taan. Viisi peräkkäistä mittausta otettiin sitten läh- 77880 38 tien vasemmasta reunasta. 20 mittauksen jälkeen laskettiin keskiarvot. Solmuleveyden, solmukorkeuden ja fib-rillipituuden arvot ovat yhden desimaalin tarkkuudella. Koko venytyssuhde laskettiin jakamalla kuivatun kuitu-5 suulakepuristeen paino/metri valmiin kuidun paino/met-rillä. Lasketut suhteet ovat yhden desimaalin tarkkuudella.

Vaikka keksinnössä käytettävän menetelmän mukaan lisätään kuivan suulakepuristeen tiheyttä ainakin 10 arvoon 1,75 g/cm^, seuraavat patenttivaatimukset määrittelevät huokoisen materiaalin muita määreitä käyttämällä. Tästä syystä ei jokainen tuote, joka on valmistettu esitetyn menetelmän mukaisesti, välttämättä jää vaatimusten suoja-alan piiriin.

i

Claims (9)

77880

1. Huokoinen materiaali, joka koostuu olennaisesti PTFE-polymeeristä, jonka materiaalin mikrorakenteessa on 5 fibrilleillä toisiinsa yhdistetyt solmut, tunnettu siitä, että mitattuna vähintään yhteen suuntaan materiaalin keskimääräinen matriisivetolujuus on suurempi kuin 103»5 MPa (15.000 psi) ja sen keskimääräinen solmun korkeus/leveys-suhde on suurempi kuin 3.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen huokoinen materiaa li, tunnettu siitä, että keskimääräinen matriisi-vetolujuus on suurempi kuin 276 MPa (40.000 psi).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen huokoinen materiaali, tunnettu siitä, että keskimääräinen solmun 15 korkeus/leveys-suhde on suurempi kuin 5.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen huokoinen materiaali, tunnettu siitä, että keksimääräinen solmun korkeus/leveys-suhde on suurempi kuin 5.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen huo- 20 koinen materiaali, tunnettu siitä, että sen keskimääräinen fibrillipituus on suurempi kuin 15 jam.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen huokoinen materiaali, tunnettu siitä, että sen keskimääräinen fibrillipituus on suurempi kuin 50 jum.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen huokoinen materiaa li, tunnettu siitä, että sen keskimääräinen matrii-sivetolujuus on noin 338 MPa (49.000 psi), keskimääräinen fibrillipituus on noin 120 jum ja keskimääräinen solmun korkeus/leveys-suhde on noin 6.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen huokoinen materiaa li, tunnettu siitä, että sen keskimääräinen matrii-sivetolujuus on noin 380 MPa (55.000 psi), keskimääräinen f ibrillipituus on noin 74 jum ja keskimääräinen solmun korkeus/leveys-suhde on noin 7.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4, 7 ja 8 mukainen huokoinen materiaali, tunnettu siitä, että se on kuitumuodossa.