Ортопедия и протетикаТози вестник е възпроизведен цифрово с разрешение на Американската асоциация по ортопедични и протезни операции (AOPA).

Финансирането на този проект беше осигурено от Американската академия на ортопедите и протезистите чрез грант от Министерството на образованието на САЩ (номер на гранта H235K080004). Това обаче не представлява непременно политиката на Министерството на образованието и не трябва да приемате одобрение от федералното правителство. За повече информация относно Академията, моля, посетете нашия уебсайт www.oandp.org.


Можете да помогнете за разширяването на
O&P Виртуална библиотека с
данъчно облагаема вноска.

с оригинално оформление

Ускорено сушене на гипсови отливки с микровълнова фурна

Чарлз Асбел, B.S., C.P.O. Чарлз Асбел, B.S., C.P.O. Директор на научноизследователската лаборатория за военноморските протези, Военноморска болница, Оукланд, Калифорния 94627

сушене

'); "style =" text-decoration: none "> *
Джералд Портър, B.S.M.E. Джералд Портър, B.S.M.E. Инженер-изследовател от Военноморската лаборатория за протези, Военноморска болница, Оукланд, Калифорния 94627'); "style =" text-decoration: none "> *

Калцинираният гипс (калциев сулфат хемихидрат, CaS04 -1/2H20), широко известен като мазилка от Париж, се използва широко при формиране на отливки за обездвижване на части от тялото и за изработване на форми, използвани при производството на ортопедични и протезни устройства. Моделите и отливките за мазилки имат няколко предимства и няколко недостатъка. Широко достъпната мазилка е инертна, достатъчно стабилна по размер, за използване под ръка и е евтина. Основният му недостатък включва необходимото време, за да изсъхне достатъчно, за да може да бъде модифициран и използван за оформяне на ортези и протези.

По време на производството му, мазилката се подготвя за употреба, като се намалява до прахообразно състояние. Когато се използва, той се смесва с вода в пропорции от две части мазилка към една част вода. Гипсовите превръзки представляват ленти от кринолинов плат с различна ширина и удобна дължина, навити в мазилката, за да запълнят междинните части на тъканта с праха. Те са опаковани и готови за потапяне или навлажняване във вода, последвано от нанасяне върху тялото или крайника.

Когато мазилката се смеси с вода, кристализацията настъпва за няколко минути. Химичната реакция генерира топлина. Формоването по желаните контури се извършва чрез триене и оформяне с ръце преди кристализация. Когато се излее прясно, мазилката преминава през лъскав, кремообразен, междинен етап, за да стане незабавно удебелен и тъп до светлина. Това е етапът на "настройка" и трябва да се избягва по-нататъшна манипулация, тъй като правилното блокиране на калциевите кристали ще бъде възпрепятствано.

Гипсови модели на крайници, крайници и ампутационни пънчета се правят чрез първо обвиване на члена с гипсови превръзки, отстраняването им, след като са залегнали, и след това изливане на течна мазилка в женския гипс. При поставяне и отстраняване на външната превръзка остава точен гипсов модел на елемента. Този модел се използва за оформяне и оформяне на пластмаса и други материали, необходими за производството на устройството.

Гипсовите отливки ще изсъхнат навреме, разбира се, като просто ги изложите на въздух със стайна температура. Най-често обаче те се сушат в топла фурна с принуден въздух, при около 150 градуса F. По-високите температури са склонни да напукат отливките и да предизвикат излюпване. Според нашия опит времената, които обикновено се изискват за сушене в пещ 150 градуса, са:

Хвърляне на ръце или ръце 12 часа Частични крака & Syme 12 часа отливки над коляното - среден размер 12 часа дезартикулация на раменете 18 часа отливки над коляното, големи 18 часа размери хип-дезартикулация 24 часа отливки на тялото 24 часа

В опит да се намали настоящото време на сушене от 12 до 24 часа, постигнато понастоящем с фурни с горещ въздух, са проведени експерименти, при които "втвърдени" проби от мокра мазилка са изсушени ефективно в микровълнова фурна.

Ранни съображения

Опитвайки се да намалим времето, необходимо преди моделът да бъде използван, разгледахме няколко различни начина, включително:

  1. Процедури и инструменти, които биха свели до минимум проблемите с мократа мазилка, затваряйки инструментите, използвани за модифициране на отливките.
  2. Осигуряване на бариера за влага на повърхността на отливката, за да се елиминира необходимостта от сушене. Изследвани са две процедури:
    1. Нанасяне на химикал или боя върху мократа повърхност, за да се предотврати миграцията на отлитата влага.
    2. Нанасяне на фолио от листов материал или предварително оформена торба върху мокрия отлив, за да служи като бариера срещу влага.

Задържаната влага в неправилно изсушения отлив може също да повлияе на полимеризацията на някои пластмасови ламинати, тъй като предотвратява развитието на гладки повърхности, необходими за контакт с кожата на пациента. Към днешна дата не е открита наистина задоволителна бариера срещу влага. Физическите бариери като гумени балони, отразени върху отливката, са склонни да предотвратяват преминаването на влага, но също така да се разпадат при контакт с ламиниращите смоли. Установено е, че химическите разтвори от няколко вида са също толкова неадекватни.

По-ранните ни съображения за използването на микровълнова енергия не бяха изпреварили след академичния етап, докато не бяхме насърчени от д-р. Уилямс и Кестинг, посещение от Chemical Systems, Inc. Нашите тестове, използвайки три подхода, включващи микровълново оборудване, включваха единици, принадлежащи на Sears-Roebuck, Litton Industries и Bechtel Corporation.

Микровълнова фурна Sears-Roebuck

Използваната фурна (Фиг. 1 ) беше демонстрационно звено от търговския етаж на местния търговски обект на Sears. Той е проектиран за използване в дома и е Модел # 103 9927102-115 VAC/1560 вата - 14,5 ампера. Вътрешните размери бяха малко над 43 см. Ш х 35 см. Д х 17 см. З. Този размер би се погрижил за нашите нужди при по-малки размери, но би бил недостатъчен за отливки с „дълги крака“ или големи тела. Въпреки това ни позволи да определим възможността за изсушаване на мазилката с микровълнова енергия.

За формиране на тестовите модели (Фиг. 2 ) са използвани стандартни гумени купи от типа, използвани за смесване на малки партиди мазилка. Получените модели бяха с форма на купа, за да представляват по този начин стандартизирани модели, които приехме пропорциите от 800 грама мазилка към 400 грама вода за всеки модел.

За нашите първоначални експерименти поставихме тестовия модел върху хартиена плоча, която не се влияе от микровълнова енергия, в центъра на фурната и изложихме модела на интервали от четири минути (Фиг. 3 ). Прясно смесеният модел беше претеглена дебела структура, притежаваща както плоски, така и извити повърхности. За допълнително първоначално и претегляне в края на всеки интервал на сушене. След четири минути моделът се почувства влажен и топъл и от повърхността му се издигаха влакна от водни пари (Фиг. 4 ). Няма данни за поглъщане на вода в хартиената плоча. В края на втория четириминутен интервал актьорският състав беше по-топъл, имаше повече пари и беше забелязано внушение за влага върху хартиената плоча (Фиг. 5 ). В края на третия четириминутен интервал на повърхността на гипса присъстваха капки вода и плочата беше почти пълна до ръба с вода.

Същата процедура продължи четири допълнителни интервала от четири минути. Гипсът може би беше достатъчно сух, за да работи в края на петия интервал, или обща експозиция от двадесет минути в микровълновата печка, но недостатъчно, за да позволи ламиниране. Бяхме впечатлени от резултатите, показани в таблицата на страница 27.

Микровълнова фурна Litton Industries

Към този момент успяхме да получим демонстрационна фурна, произведена от Litton Industries. Тази по-голяма фурна, предназначена за използване в ресторанта, се отличаваше с механизъм за превключване с половин мощност, за който се оказа доста удобен. Фурната на Litton е с размери около 35 cm. х 61 см. х 25 см., достатъчен за всички, с изключение на най-големите ни гипси на долния крайник и тялото.

Резултатите от мощта на фурната на Литън скоро бяха очевидни. Експлодираха два тестови модела, но без нараняване на персонала или оборудването (Фиг. 6 ). При проверка на счупените парчета от корпуса се оказа, че водните пари дълбоко в отливката се превръщат в пара и че водата се принуждава от дълбоко вътрешността на отливката към външните повърхности. Повторихме няколко от по-ранните експерименти, използвайки тестови модели на различни мазилки, обикновено използвани в ортопедични, протезни и ортопедични практики. Допълнителната мощност и размер на фурната Litton представляват предимство.

Достатъчната сухота за използване при оформяне на ортопедични и протезни устройства, разбира се, е достигната доста преди извличането на цялата вода от отливката и затова е желателно да бъдат разработени прости тестове, които да ни позволят да определим кога гипсът е достатъчно сух използване. Използвахме отворен мрежест абразив (Sand Screen 8 M7555, No. 180 mesh, произведен от Carborundum), с който разтрихме тестовата повърхност. Когато мазилката беше прекалено мокра, за да работи, междуредията на екрана се запълваха с мокрия материал, като по този начин разрушават нейната абразивна ефективност. Когато изсъхне, мазилката има тенденция да отпадне от екрана.

По-големият размер на фурната Litton ни позволи да проучим нейните възможности за сушене с отливка в пълен размер. Те дублираха пън за ампутация под коляното. За да се гарантира тяхната стандартизация, те са направени от обикновен фолио и с идентични количества мазилка и вода. Също така използвахме дървени дюбели, а не обичайните участъци от метална тръба за обработка на отливките, тъй като металът действа като радиатор в микровълновите печки.

Прясно разбърканият гипс беше поставен в центъра на фурната на Litton, почиващ в количество керамични мъниста в стъклена форма за печене. Нито мънистата, нито стъклената чиния са засегнати от микровълнова енергия. Пълната мощност се прилага на интервали от две минути, а между интервалите отливката се претегля бързо, за да не се нарушава практически процесът на сушене. Записани са загуби на време и тегло. Загубата на тегло, разбира се, се дължи на загуба на вода и следователно представлява скоростта на сушене на системата. Гипсовият дубликат на BK пън беше подложен на микровълнова енергия на интервали от две минути. В края на втория интервал - общо четири минути - гипсът беше топъл на допир и от повърхността му излизаше водна пара. В осем минути целият гипс се накапваше с вода, събираща се на големи капчици. Някои капчици изтичаха на пода, докато гипсът беше отстранен за претегляне.

Както фурните Sears, така и Litton бяха оборудвани с въздушни вентилатори за отвеждане на топлия, влажен въздух през перфорираните им предни панели. Хрумна ни, че за нашата селективна употреба бихме могли да използваме по-висока топлина и по-голям обем въздушен поток, достатъчен, може би, за да предотвратим слепването на водни пари в капчици и следователно допълнително да намалим времето за сушене.

Свиването на мазилката беше предмет на сравнително изследване на ускореното изсъхване на мазилката чрез микровълнова енергия и конвенционалната техника на сушене с горещ въздух.

Бяха произведени два идентични дубльора от един и същ ампутационен пън и техните измервания бяха проверени в около осем точки в допълнение към периферните измервания на идентични нива (Фиг. 7 ). Едната отливка беше изсушена по конвенционалния начин, в пещ със 150 градуса F., за една нощ, а другата в пещта на Sears. Не са открити значителни разлики в сравнителните измервания на двете отливки след процедурите за сушене.

Проучване на Bechtel Corporation

В резултат на нашите експерименти ние сключихме договор за независими проучвания за осъществимост с Bechtel Corporation, търговска фирма, която има способността да проектира микровълнова сушилна система за нашата конкретна употреба. Доставихме на Bechtel мазилка от Париж за нашите собствени доставки, формовъчно оборудване и свързаните с тях материали за направата на техните тестови отливки. Освен това, за да осигурим идентични стойности на тестовете в началото, ние също предоставихме служител, който всъщност е направил всички гипсови отливки. Те дублираха тези, направени в нашата собствена лаборатория, с размери от малки отливки с форма на купа до големи отливки на торса с тегло от десет до единадесет килограма.

Bechtel използва дебелини от 5 до 30 cm. Те почувстваха, че фурна с правоъгълна кухина 43 x 61 x 41 cm. би било достатъчно и трябва да включва бъркалка за режим и грамофон за постигане на еднаква плътност на мощността. За тестване, мощността при 2450 MHz е осигурена с регулируема изходна мощност до 2,5 kw.

В използваната лабораторна конфигурация на фурната отливките получават само 75% до 90% от 1,5 до 2,5 kw. налична микровълнова енергия. Графика за намаляване на енергията спрямо теглото за тежки и леки проби е показана в Фиг. 8. В производствена единица, проектирана специално за това приложение, Bechtel смята, че тези проценти могат да бъдат увеличени.

Качествената преценка на пробите показва, че обработваемостта (достатъчна сухота) е постигната при 72% от първоначалното тегло (Фиг. 9 ).

Когато пробата достигна тази загуба на тегло, външната повърхност на отливката беше гореща и леко влажна. Температурата на повърхността варира от 120 до 140 °. Е. По-високи вътрешни температури от порядъка на 220 градуса. F., все още принуждава малки количества влага на повърхността. Оставянето на пробата да се охлади в продължение на няколко минути дава суха, напълно работеща повърхност.

Изчерпването на натоварения с въздух въздух от фурната със скорост 2,24 кубически метра в минута (80 cfm) значително намалява натрупването на вода на дъното на кухината. Едновременното въвеждане на 160 градуса. Е. подаването на горещ въздух даде малко допълнително подобрение. Самото подаване на горещ въздух имаше малък ефект за намаляване на натрупания кондензат. Въздушната система намалява времето, през което повърхността на отливката остава мокра, но кривата на загуба на тегло спрямо общата падаща микровълнова енергия остава по същество незасегната. Най-забележителният ефект беше, че когато не се използва въздушната система, мазилката обикновено се разпръсква и напуква.

В допълнение, измерванията са направени на 3 кг. отливките на коляното при 27% загуба на тегло показват, че въздушната система влияе на вътрешната температура, измерена 3,81 cm. под повърхността. Както при подаването на горещ въздух, така и при отработените газове, вътрешната температура е била 217 градуса F. При работа само на изпускателната система тази температура се е повишила до 224 градуса F. При нито една работеща система вътрешната температура е била 228 градуса F. Тези данни показват, че ако водата не е била отстранена от повърхността на мазилката от въздушната система, се генерира по-висока вътрешна температура или движеща сила, за да се изведе останалата вътрешна вода на повърхността и температурният ефект на охлаждащото изпарение на повърхността не е такъв произнесе. Този ефект вероятно е отговорен за по-високата честота на изсипване и напукване, получени без въздушната система.

За да се намали броят на неизвестните фактори, повечето експерименти са проведени без поставяне на дръжка в гипса. В отделни, контролирани експерименти бяха оценени няколко вида пръчки за използване като дръжки. Както фибростъклото, така и полипропиленът накараха мазилката да се напука. Тъй като полипропиленът е относително прозрачен за микровълнова енергия, вероятно е кондукционното нагряване на този материал от горещата вътрешност на мазилката да причини термично разширение, достатъчно за да се получи напукване. Една секция от тефлонови тръби осигури единствената успешна дръжка. Тъй като микровълновата прозрачност на тефлона е подобна на тази на полипропилена, може да се предположи само, че успехът се дължи на кухото напречно сечение. Тази конфигурация се подпомага от известна степен на охлаждане поради вътрешната въздушна колона. Освен това е по-малко твърда и по-способна да поема термично генерираните напрежения. Изглежда, че метален прът, поставен и закрепен към тефлонова или полипропиленова тръба, ще осигури задоволителна дръжка.

Химия

Въз основа на предположението, че "полученият" гипсов прах е 100% калциев сулфат хемихидрат (CaS04 - l/2H2O), загубите на тегло, измерени за проби, изсушени от микровълни до обработваемост, надвишават загубата на тегло, очаквана при сушене до нормалния дихидрат (CaS04 -2H20) състояние. За полухидрата, смесен в съотношение 2: 1, спрямо теглото, с вода, втвърдяването до дихидрата би довело до 20.9% загуба на тегло. Връщането в хемихидратно състояние би довело до загуба на тегло 33 1/2% и втвърдяването до безводно състояние би довело до продукт с 39% загуба. Оптималното изсушаване в микровълнова фурна, определено от обработваемостта, изисква загуба от 28 до 30% тегло. За да се определи състоянието на хидратация на мазилката във всички фази на обработка, пробите се претеглят и дехидратират във въздушна фурна.

Пробите от "както е получено" гипсов прах се поставят във въздушна фурна при 150 ° С. F. за 72 часа. Нямаше забележима загуба на тегло, която да показва наличието на безплатна вода. След това тези проби се нагряват до 425 °. Ф. и държан там два часа. Измерената загуба на тегло след този период показва, че прахът "както е получен" е предимно CaS04 - 1/2H2O. Излагането на по-висока температура (1400 ° F.) не успя да доведе до допълнително намаляване на теглото. Няколко от 900 грама проби, изсушени във въздушна фурна, се претеглят и дехидратират при 425 ° С. Е. Получената загуба на тегло показва, че тези проби са в дихидратно състояние. Подобни измервания показаха, че пробите, изсушени в микровълнова фурна, са предимно полухидрат.

Информацията от американската гипсова корпорация потвърди, че по-голямата част от мазилката в Париж се доставя в хемихидратно състояние и впоследствие се втвърдява до дихидрата. По-голямата част от химичното действие настъпва за 10 до 20 минути с отстраняване на излишната вода, съставляваща останалата част от процеса. Нормалната температура на излекуване е 120 °. Е. Над 200 град. Е. мазилката преминава в полухидратно състояние и достига безводно състояние над 350 градуса. Е. Хемихидратът е по-слаб и подлежи на по-голямо свиване от дихидрата. Това свиване вероятно се отнася до допустими отклонения от няколко хилядни инча, приемливи при прецизно леене на метал. Измерванията, направени върху лабораторни проби, не показаха разлика в свиването между въздуха и мазилката, изсушена в микровълнова фурна. Също така не се забелязва очевидна качествена разлика в якостта или обработваемостта между контролните проби, втвърдени с въздушна фурна, и пробите, изсушени в микровълновата фурна.

От датата на загуба на тегло и измерванията на температурата се оказва, че микровълновото сушене създава отливка със сърцевина на полухидрат и външна дихидрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Експерименталните резултати изглежда оправдават следните заключения:

Виртуалната библиотека O&P е проект на Фондация за цифрови ресурси за общността по ортопедия и протетика. Свържете се с нас | Принос