Gipszöntvények gyors szárítása mikrohullámú sütővel O; P Virtuális könyvtár

Ortotika és protetikaEzt a folyóiratot digitálisan sokszorosították az American Orthotic & Protectetic Association (AOPA) engedélyével.

A projekt finanszírozását az Amerikai Orthotisták és Protetikusok Akadémiája biztosította az Egyesült Államok Oktatási Minisztériumának támogatásával (H235K080004 támogatásszám). Ez azonban nem feltétlenül képviseli az Oktatási Minisztérium politikáját, és nem szabad feltételeznie a szövetségi kormány jóváhagyását. Az Akadémiával kapcsolatos további információkért keresse fel weboldalunkat a www.oandp.org címen.

Segíthet a
O&P virtuális könyvtár a
adóból levonható hozzájárulás.

eredeti elrendezéssel

A gipszöntvények gyors szárítása mikrohullámú sütővel

Charles Asbelle, B.S., C.P.O. Charles Asbelle, B.S., C.P.O. A haditengerészeti protetikai kutatólaboratórium kutatási igazgatója, Naval Hospital, Oakland, Kalifornia 94627
'); "style =" text-decoration: none "> *
Gerald Porter, B.S.M.E. Gerald Porter, B.S.M.E. A kaliforniai Oaklandi Haditengerészeti Kórház Haditengerészeti Protetikai Kutatólaboratóriumának mérnöke 94627'); "style =" text-decoration: none "> *

A kalcinált gipszet (kalcium-szulfát-hemihidrát, CaS04 -1/2H20), közismert nevén párizsi vakolat, széles körben használják öntvények kialakításában a testrészek mozgásképtelenné tételére, valamint ortotikus és protetikus eszközök gyártásához használt formák készítésére. A gipszmodelleknek és a gipszeknek számos előnye és néhány hátránya van. Széles körben kapható vakolat inert, méretileg kellően stabil, a kéznél használható, és olcsó. Legfőbb hátránya az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy kellően megszáradjon, hogy módosulhasson és felhasználható legyen ortézisek és protézisek kialakításához.

Gyártása során a vakolatot felhasználásra előkészítik, porszerű állapotába csökkentve. Használatakor vízzel körülbelül két rész vakolat és egy rész víz arányában keverik össze. A vakolatkötések különböző szélességű és kényelmes hosszúságú krinolin szövetszalagok, amelyeket a vakolatba hengereltek, hogy a szövet közeit porral töltsék meg. Ezeket csomagolják és készen állnak vízbe mártásra vagy nedvesítésre, majd a testre vagy a végtagra történő felvitelre.

Ha a vakolatot vízzel keverjük, a kristályosodás néhány perc alatt megtörténik. A kémiai reakció hőt generál. A kívánt kontúrokat a kristályosítás előtt kézzel dörzsöljük és formázzuk. Frissen öntve a vakolat fényes, krémes, köztes szakaszon halad át, hogy azonnal megvastagodjon és fénytelenné váljon. Ez a "beállítási" szakasz, és el kell kerülni a további manipulációt, mert a kalciumkristályok megfelelő összekapcsolódása akadályozott.

A végtagok, a végtagok és az amputációs csonkok gipszmodelljei úgy készülnek, hogy először az elemet gipszkötésekkel becsomagolják, eltávolításuk után eltávolítják, majd folyékony vakolatot öntenek a női gipszbe. A külső kötéshuzat megkötésekor és eltávolításakor a tag pontos gipszmodellje marad. Ezt a modellt használják az eszköz előállításához szükséges műanyag és egyéb anyagok alakítására és formálására.

A gipszöntvények időben megszáradnak, egyszerűen csak szobahőmérsékletű levegőnek kitéve őket. Leggyakrabban azonban meleg, erőltetett levegős kemencében szárítják, kb. 150 ° F-on. A magasabb hőmérsékletek általában megrepednek és hömpölyögnek. Tapasztalataink szerint a 150 ° F-os sütőben történő szárításhoz általában a következők szükségesek:

Kézi vagy karos dobások 12 órás részleges láb- és Syme 12 órás dobások a térd felett - közepes méretű 12 órás váll-diszartikuláció 18 órás dobások a térd fölött, nagy 18 órás csípő-diszartikulációs gipszek 24 óra a test gipszei 24 óra

A jelenlegi 12–24 órás szárítási idő lecsökkentése érdekében, amelyet jelenleg forró levegős kemencékkel érnek el, olyan kísérleteket hajtottak végre, amelyekben a „rögzített” nedves vakolat mintákat hatékonyan szárították mikrohullámú sütőben.

Korai megfontolások

A modell használatához szükséges idő csökkentése érdekében többféle módszert fontolgattunk, többek között:

Eljárások és eszközök, amelyek minimalizálják a nedves vakolat problémáit, elzárva az öntvények módosításához használt eszközöket.
Páratartalom biztosítása az öntvény felületén a szárítás szükségességének kiküszöbölése érdekében. Két vizsgált eljárás volt:
1. Vegyi anyag vagy festék felvitele a nedves felületre az öntött nedvesség migrációjának megakadályozása érdekében.
2. Lemezfólia vagy előformázott tasak fólia felvitele a nedves öntvényre nedvességzárásként.

A nem megfelelően szárított öntvényben visszatartott nedvesség bizonyos műanyag rétegelt anyagok polimerizációját is befolyásolhatja, mivel megakadályozza a beteg bőrével való érintkezéshez szükséges sima felületek kialakulását. A mai napig nem találtak igazán kielégítő nedvességzárót. A fizikai akadályok, például a gömbgömbök, amelyek visszaverődnek az öntvényen, hajlamosak megakadályozni a nedvesség átjutását, de a lamináló gyantákkal érintkezve is szétesnek. A különböző típusú kémiai oldatokat hasonlóan nem megfelelőnek találták.

A mikrohullámú energia használatával kapcsolatos korábbi megfontolásaink csak az akadémiai szakaszon múltak, csak akkor, amikor dr. Williams és Kesting, a Chemical Systems, Inc. látogatásával. Tesztjeink három megközelítést alkalmaztak mikrohullámú berendezéssel, beleértve a Sears-Roebuck, a Litton Industries és a Bechtel Corporation egységeit.

Sears-Roebuck mikrohullámú sütő

A használt sütő (1. ábra ) egy demonstrációs egység volt a helyi Sears üzlethelyiség értékesítési szintjén. Otthoni használatra tervezték, és # 103 9927102-115 VAC/1560 watt - 14,5 amperes volt. A belső méretek valamivel meghaladták a 43 cm-t. Szélesség: 35 cm Mélység 17 cm. H. Ez a méret kisebb méretű gipszekben gondoskodna az igényeinkről, de nem megfelelő a "hosszú láb" vagy a nagy testű gipszeknél. Mindazonáltal lehetővé tette, hogy meghatározzuk a vakolat mikrohullámú energiával történő szárításának megvalósíthatóságát.

A tesztmodellek kialakításához (2. ábra ) a szokásos gumitálakat használták, amelyeket kis adag vakolat keverésére használtak. Az így kapott modellek tál alakúak voltak, hogy ezzel egységesítsék a modelleket, és mindegyik modellnél 800 gramm vakolat és 400 gramm víz arányát fogadtuk el.

Első kísérleteinkhez a mikrohullámú energia által nem befolyásolt papírlemezre helyeztük a tesztmodellt a kemence közepén, és négy perces időközönként kitettük a modellt (3. ábra ). A frissen kevert modell vastag szerkezetű volt, amelynek lapos és ívelt felülete egyaránt volt. Kezdetben tovább és minden egyes szárítási intervallum végén újra mérjük. Négy perc elteltével a modell nedvesnek és melegnek érezte magát, és vízgőz keletkezett a felszínéről (4. ábra ). A papírlemezen nem volt bizonyíték a víz felszívódására. A második négyperces intervallum végén az öntvény melegebb volt, több volt a gőz, és észrevették a nedvességre utaló jelet a papírlemezen (5. ábra ). A harmadik négy perces intervallum végén vízcseppek voltak a gipsz felületén, és a lemezt szinte a széléig megtöltötték vízzel.

Ugyanezt az eljárást további négy perces időközönként folytatták. A gipsz talán elég száraz volt ahhoz, hogy az ötödik intervallum végén működjön, vagy a mikrohullámú sütőben a teljes expozíció húsz perc volt, de nem volt elegendő a lamináláshoz. Lenyűgöztek minket a 27. oldalon található táblázatban látható eredmények.

Litton Industries mikrohullámú sütő

Ezen a ponton sikerült beszereznünk egy demonstrációs kemencét, amelyet a Litton Industries gyártott. Ez a nagyobb, éttermi használatra tervezett kemence félkapcsolós kapcsolási elrendezést mutatott, amely meglehetősen kényelmesnek bizonyult. A Litton sütő mérete körülbelül 35 cm volt. x 61 cm. x 25 cm., mindenki számára elegendő, kivéve a legnagyobb alsó végtag- és testrészünket.

A Litton sütő hatékonyságának eredményei hamarosan nyilvánvalóak voltak. Két tesztmodell felrobbant, de személyi sérülés vagy felszerelés sérülése nélkül (6. ábra ). A tok törött darabjainak vizsgálatakor kiderült, hogy a gipsz mélyén lévő vízgőz gőzzé alakul, és a vizet a gipsz mélyéről a külső felületekre kényszerítik. Megismételtük a korábbi kísérletek többségét, az ortopédiai, a protetikai és az ortotikus gyakorlatban általában használt különböző tapaszok tesztmodelljeivel. A Litton sütő további teljesítménye és mérete előnyt jelentett.

Természetesen az ortotikus és protetikus eszközök formázásához való megfelelő szárazságot jóval azelőtt érik el, hogy az összes vizet kivonják a gipszből, ezért kívánatos volt olyan egyszerű tesztek kidolgozása, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy mikor állapítsuk meg a gipszet kellően száraz használat. Olyan nyitott hálós csiszolószert használtunk (Sand Screen 8 M7555, No. 180 mesh, készítette: Carborundum), amellyel megdörzsöltük a tesztfelületet. Amikor a vakolat túl nedves volt ahhoz, hogy működjön, a képernyő szélei megtöltötték a nedves anyaggal, tönkretéve annak koptató hatásosságát. Száraz állapotban a vakolat hajlamos leszakadni a képernyőről.

A Litton sütő nagyobb mérete lehetővé tette számunkra, hogy teljes méretű öntettel tanulmányozzuk szárítási képességeit. Ezek megismételték a térd alatti amputációs csonkot. Szabványosodásuk biztosítása érdekében közös burkolatból, azonos mennyiségű vakolattal és vízzel készítették őket. A szokásos fémcsőszakaszok helyett fa tipliket is használtunk az öntvények kezeléséhez, mivel a fém hűtőbordaként működik a mikrohullámú sütőkben.

A frissen összekevert gipszöntvényt a Litton sütő közepére helyezték, és egy üveg kerámia gyöngyben pihent egy üveg sütőtálban. Sem a gyöngyöket, sem az üvegedényt nem befolyásolja a mikrohullámú energia. A teljes teljesítményt két mintás időközönként alkalmaztuk, és az intervallumok között az öntvényt gyorsan lemértük, hogy gyakorlati mértékben ne zavarja a szárítási folyamatot. Idő- és súlyveszteségeket regisztráltunk. A súlyvesztés természetesen a vízveszteségnek volt köszönhető, és ezért jelentette a rendszer száradási sebességét. A BK tuskó vakolat duplikátumát mikrohullámú energiának tették ki két perces időközönként. A második intervallum végén - összesen négy perc alatt - a gipsz tapintásra meleg volt, és felszínéről vízgőz keletkezett. Nyolc perc múlva az egész gipsz nedves volt, nagy cseppekben összegyűlt vízzel. Néhány csepp lefutott a padlón, amikor a gipszet eltávolították mérlegelés céljából.

A Sears és a Litton kemencék egyaránt ventilátorokkal voltak felszerelve, hogy perforált elülső paneljeiken keresztül a meleg, nedves levegőt elvezessék. Felmerült bennünk, hogy szelektív használatunkhoz nagyobb hőt és nagyobb légáramlást használhatunk, ami elegendő lehet a vízgőz cseppekké való összeforrásának megakadályozásához, és ezáltal tovább csökkentheti a száradási időt.

A vakolat zsugorodása a gipsz mikrohullámú gyorsított szárításának és a hagyományos forró levegős szárítási technikának összehasonlító vizsgálata volt.

Ugyanannak az amputációs csonknak két azonos vakolat-duplikátumát készítették, és méréseiket az azonos szintű kerületi mérések mellett nyolc ponton ellenőrizték (7. ábra ). Az egyik öntvényt hagyományos módon szárítottuk 150 ° C-os kemencében egy éjszakán át, a másikat a Sears-kemencében. A szárítási eljárásokat követően a két gipsz összehasonlító méréseiben nem találtunk szignifikáns különbséget.

Bechtel Corporation tanulmány

Kísérleteink eredményeként független megvalósíthatósági tanulmányokat kötöttünk a Bechtel Corporation céggel, egy kereskedelmi céggel, amely képes mikrohullámú szárító rendszert megtervezni saját felhasználásunkra. A Bechtel-t párizsi vakolattal láttuk el saját készleteinkhez, formázó berendezéseinkhez és a hozzájuk tartozó anyagokkal a tesztöntvények elkészítéséhez. Ezen túlmenően, a kezdeti azonos tesztértékek biztosítása érdekében biztosítottunk egy munkatársat is, aki ténylegesen elkészítette az összes gipszöntést. Ezek megismételték a saját laboratóriumunkban gyártottakat, a méretük a kicsi, tál alakú gipszektől a nagy, tíz-tizenegy kilogrammos testtestig.

A Bechtel 5-30 cm vastagságot használt. Úgy érezték, hogy egy kemence téglalap alakú üreggel 43 x 61 x 41 cm. elegendő, és tartalmaznia kell egy üzemmódú keverőt és lemezjátszót az egyenletes teljesítménysűrűség elérése érdekében. A teszteléshez a 2450 MHz-es teljesítményt 2,5 kw-ig szabályozható kimenettel látták el.

Az alkalmazott laboratóriumi kemencekonfigurációban az öntvények az 1,5–2,5 kW teljesítménynek csak 75–90% -át kapták. mikrohullámú energia áll rendelkezésre. A nehéz és könnyű minták energia-súlycsökkenés diagramját a 8. ábra. A kifejezetten erre az alkalmazásra tervezett gyártási egységben a Bechtel úgy érzi, hogy ezek a százalékok növelhetők.

A minták minőségi megítélése azt mutatta, hogy a megmunkálhatóságot (elegendő szárazság) a kezdeti tömeg 72% -ánál érték el (9. ábra ).

Amikor a minta elérte ezt a súlycsökkenést, az öntvény külső felülete forró és enyhén nedves volt. A felületi hőmérséklet 120 és 140 fok között változott. F. Magasabb belső hőmérséklet, kb. 220 fok. F. még mindig kis mennyiségű nedvességet kényszerített a felszínre. Ha a mintát néhány percig hűlni hagyjuk, száraz, teljesen működőképes felület keletkezik.

A mosogatógépben töltött levegő kiszívása a kemencéből 2,24 köbméter/perc (80 cfm) sebességgel nagymértékben csökkentette az üreg alján a víz felhalmozódását. 160 fokos egyidejű bevezetése. F. a forró levegő ellátása további kis javulást hozott. Önmagában a forró levegőellátás kevés hatással volt a felhalmozódott kondenzátum csökkentésére. A levegőrendszer csökkentette azt az időtartamot, amíg a gipsz felülete nedves maradt, de a súlyveszteség és az összes beeső mikrohullámú energia görbéje lényegében nem változott. A legjelentősebb hatás az volt, hogy amikor a levegőrendszert nem használták, a vakolat általában megrepedt és megrepedt.

Ezen felül 3 kg-on végzett mérések. a térdhullások 27% -os súlycsökkenéssel azt mutatták, hogy a levegőrendszer befolyásolta a belső hőmérsékletet, 3,81 cm-t mérve. a felszín alatt. A meleg levegő ellátása és a kipufogógáz működése esetén a belső hőmérséklet 217 ° F volt. Csak a kipufogórendszer működése esetén ez a hőmérséklet 224 ° F-ra emelkedett. Ha egyik rendszer sem működött, a belső hőmérséklet 228 ° F. ha a vizet a légrendszer nem távolította el a vakolat felszínéről, magasabb belső hőmérséklet vagy hajtóerő keletkezik a fennmaradó belső víz felszínre juttatásához, és a párologtató hűtés hőmérsékleti mérséklő hatása a felszínen nem volt olyan kiejtett. Ez a hatás valószínűleg a levegőrendszer nélkül tapasztalt gyakoribb spalling és repedés okozója.

Az ismeretlen tényezők számának csökkentése érdekében a legtöbb kísérletet úgy hajtották végre, hogy nem fogantyút helyeztek a gipszbe. Külön, ellenőrzött kísérletekben többféle rudat értékeltek fogantyúként történő használatra. Az üvegszál és a polipropilén egyaránt megrepesztette a vakolatot. Mivel a polipropilén viszonylag átlátszó a mikrohullámú energiához, valószínű, hogy ennek az anyagnak a vakolat forró belseje általi vezetési melegítése elegendő hőtágulást eredményezett a repedés kialakulásához. A tefloncsövek egy része biztosította az egyetlen sikeres fogantyút. Mivel a teflon mikrohullámú átlátszósága hasonló a polipropilénéhez, csak feltételezhető, hogy a siker az üreges keresztmetszetnek volt köszönhető. Ezt a konfigurációt bizonyos fokú hűtés segíti a belső légoszlop miatt. Emellett kevésbé merev és jobban képes elnyelni a hő által előidézett feszültségeket. Úgy tűnik, hogy egy teflon vagy polipropilén csőbe behelyezett és ahhoz rögzített fémrúd kielégítő fogantyút biztosít.

Kémia

Annak a feltételezésnek az alapján, hogy a "beérkezett" gipszpor 100% kalcium-szulfát-hemihidrát (CaS04 - l/2H2O) volt, a mikrohullámokkal szárított mintáknál a működőképességre mért súlyveszteség meghaladta a normál dihidrátra (CaS04 -2H20) állapot. A 2: 1 tömegarányban vízzel elkevert hemihidrát esetében a dihidráttal történő kikeményedés 20,9% -os súlycsökkenést eredményezett. A hemihidrát állapotba való visszatérés 33 1/2% -os súlyvesztést eredményezett, vízmentes állapotú kikeményedés pedig 39% -os veszteséget eredményezett. Az optimális mikrohullámú szárítás, amelyet a feldolgozhatóság határoz meg, 28-30% -os súlycsökkenést igényelt. A vakolat hidratációs állapotának meghatározásához a feldolgozás minden fázisában a mintákat lemérjük és dehidratáljuk légkemencében.

A "beérkezett" gipszpor mintáit 150 ° C-os légkemencébe helyeztük. F. 72 órán át. Nem volt észrevehető súlycsökkenés, amely szabad víz jelenlétére utalna. Ezeket a mintákat 425 ° C-ra melegítettük. F. és két órán át ott tartott. Az ezen időszak után mért súlycsökkenés azt mutatta, hogy a "kapott" por főleg CaS04 - 1/2H2O volt. Magasabb hőmérsékletnek (1400 ° F) való kitettség nem eredményezett további súlycsökkenést. A levegős kemencében szárított 900 gramm minták közül többet lemértek és dehidratáltak 425 ° C-on. F. Az ebből adódó súlycsökkenés azt mutatta, hogy ezek a minták dihidrát állapotban voltak. Hasonló mérések azt mutatták, hogy a mikrohullámú szárított minták elsősorban hemihidrátok.

Az Egyesült Államok Gypsum Corporation információi megerősítették, hogy Párizs legtöbb vakolatát hemihidrát állapotban szállítják, majd ezt követően dihidrátig keményedik. A kémiai hatás nagy része 10-20 perc alatt megy végbe, a felesleges víz eltávolításával, amely az eljárás további részét magában foglalja. A normál hőkezelési hőmérséklet 120 fok. F. 200 fok felett. F. a vakolat hemihidrát állapotba kerül és eléri a vízmentes állapotot 350 fok felett. F. A hemihidrát gyengébb és nagyobb zsugorodásnak van kitéve, mint a dihidrát. Ez a zsugorodás valószínűleg a precíziós fémöntésben elfogadható néhány ezrelék hüvelyk tűréseire utal. A laboratóriumi mintákon végzett mérések nem mutattak különbséget zsugorodásban a levegő és a mikrohullámú szárított vakolat között. Szintén nem volt nyilvánvaló minőségi különbség a szilárdságban vagy a feldolgozhatóságban a levegőben kemencében megszárított kontrollminták és a mikrohullámú szárított minták között.

A súlycsökkenés és a hőmérsékleti mérések alapján úgy tűnik, hogy a mikrohullámú szárítással öntvény keletkezik, amelynek hemihidrát magja és külső dihidrátja van.

KÖVETKEZTETÉSEK

A kísérleti eredmények igazolják a következő következtetéseket:

Az O&P virtuális könyvtár a Digitális Erőforrás Alapítvány az Ortotikai és Protetikai Közösség számára. Lépjen kapcsolatba velünk Hozzájárul