Badania współczynnika tarcia statycznego polietylenu PE-UHMW poddanego promieniowaniu jonizującemu

• Autorzy: Kowalewski P. , Jasiński R.

Warianty tytułu

EN

Investigations of the static friction coefficient of PE-UHMW polyethylene subjected to the ionizing radiations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono badania współczynnika tarcia statycznego polietylenu PE-UHMW poddanego różnym dawkom promieniowania jonizującego oraz starzeniu, imitującemu biologiczne oddziaływanie organizmu na materiał. Badania tribologiczne prowadzono w ruchu posuwisto-zwrotnym podczas rozruchu, kojarząc badany materiał z typowymi metalami stosowanymi w chirurgii implantacyjnej: stalą austenityczną ANSI 316L oraz stopem tytanu Ti6Al4V. Analizowano zmiany współczynnika tarcia statycznego μ0 związanego z naciskiem p (w zakresie 0,5÷2,5 MPa) w zależności od dawki napromieniowania polietylenu PE-UHMW (w zakresie 25-250 kGy), dla obu rodzajów metalowych przeciwpróbek. Ustalono, że wraz ze wzrostem nacisku jednostkowego (w badanym zakresie) wartości współczynnika tarcia statycznego, co typowe, maleją. Stwierdzono, że optymalna dawka promieniowania, ze względu na wartość siły tarcia, mieści się pomiędzy 100 a 250 kGy, dla wszystkich badanych nacisków oraz skojarzeń materiałowych. Mechanizm zmniejszenia wartości oporów tarcia w tym przypadku nie został rozpoznany i wymaga prowadzenia dalszych badań, podobnie jak wyznaczenie oporów tarcia kinetycznego.

EN

The paper describes an investigation of a static friction coefficient of PE-UHMW polyethylene subjected to ionizing radiations and aging, which imitated a biological influence of the human body on the tested material. Tribological tests were conducted in a reciprocating motion at the beginning of movement against ANSI 316L austenitic stainless steel and Ti6Al4V titanium alloy, both common materials applied in implantation surgery. Changes in the static friction coefficient were analysed in association with a contact pressure (in the range 0.5–2.5 MPa) depending on the ionizing radiation dose of PE-UHMW (in the range 25–250 kGy), for both kinds of metal counter samples. The studies confirmed that the static friction coefficient decreases with an increase in contact pressure (in the tested range). It has been found that the optimal ionizing radiation dose, due to the friction value, falls between 100 and 250 kGy, for all tested contact pressures and material couples. The mechanism of the reduction in frictional resistance values has not been identified in this case and requires further research, and the kinetic friction resistance needs to be determined.

Słowa kluczowe

PL

tarcie; współczynnik tarcia statycznego; PE-UHMW; promieniowanie jonizujące

EN

friction; static friction coefficient; PE-UHMW; ionizing radiation

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 5
• Strony: 67--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalewski P.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Tribologii, ul. I. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, Polska

autor

Jasiński R.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Materiałoznawstwa, Wytrzymałości Materiałów i Spawalnictwa, ul. M. Smoluchowskiego 25, 50-372 Wrocław, Polska

Bibliografia

• 1. Gierzyńska-Dolna M.: Odporność na zużycie materiałów stosowanych na endoprotezy. Mechanika w medycynie, Rzeszów, 1996, s. 131-142.
• 2. Otfinowski J., Pawelec A.: Wady i zalety polietylenu jako elementu endoprotezy stawu biodrowego. I Sympozjum Inżynierii Ortopedycznej i Protetycznej, Białystok, 1997, s. 161–169.
• 3. Kostrzewa B., Szewieczek D.: Wybrane zagadnienia wpływu oddziaływania promieniowania jonizującego na biopolimery. Inżynieria Materiałowa, nr 2, 1999, s. 82–85.
• 4. Costa L., Luda M.P., Trosarelli L. et al.: Oxidation in orthopaedic UHMWPE sterilized by gamma-radiation and ethylene oxide. Biomaterials, vol. 19, 1998, pp. 659–668.
• 5. Podrez-Radziszewska M.: Uwarunkowania materiałowe i biomechaniczne trwałości i stabilności implantów. Rozprawa doktorska. Politechnika Wrocławska, Wrocław 2005.
• 6. Jasiński R., Kowalewski P., Litwin A.: Wpływ zużycia zmęczeniowego PE-UHMW stosowanego na panewki endoprotez na jego własności tribologiczne. Tribologia, nr 2, 2013, s. 95–102.
• 7. Jeremic B., Vukelic D., Todorowic P.M. et al.: Static friction at high contact temperatures and low contact pressure. Journal of Friction and Wear, vol. 34–2, 2013, pp. 114–119.
• 8. Dunkin J.E., Kim D.E.: Measurement of static friction coefficient between flat surfaces. Wear, vol. 193, 1996, pp. 186–192.
• 9. Lawrowski Z.: Tribologia. Tarcie, zużycie i smarowanie. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008.
• 10. Podrez-Radziszewska M., Bąkowski D., Lachowicz M. i wsp.: Charakterystyka twardości i właściwości wytrzymałościowych UHMWPE po napromieniowaniu wiązką elektronów. Inżynieria Materiałowa, vol. 27, nr 2, 2006, s. 75–78.
• 11. Podrez-Radziszewska M., Lachowicz M., Dudziński W. i wsp.: Zmiany właściwości mechanicznych i rozwoju pęknięć polietylenu UHMW po obróbce radiacyjnej. Inżynieria Materiałowa, vol. 27, nr 3, 2006, s. 651–654.
• 12. Kowalewski P., Wieleba W., Leśniewski T.: Stanowisko do badań tribologicznych w złożonym ruchu cyklicznym toczno-ślizgowym. Tribologia, nr 2, 2007, 303–311.
• 13. Pawelec Z., Kowalewski P.: Właściwości mechaniczne i współczynnik tarcia statycznego kompozytów metalopolimerowych przeznaczonych do regeneracji układów prowadnicowych obrabiarek skrawających. Tribologia, nr 3, 2013, s. 97–108.
• 14. Dobrowolska A., Kowalewski P., Ptak A.: Wpływ nacisku jednostkowego na współczynnik tarcia statycznego wybranych par ślizgowych metal-polimer. Tribologia, nr 4, 2014, s. 21–32.
• 15. Capanidis D., Kowalewski P., Wieleba W.: Wpływ wartości nacisku oraz czasu jego działania w okresie spoczynku na współczynnik tarcia statycznego PA i POM po stali. Uszczelnienia i technika uszczelniania maszyn i urządzeń: międzynarodowa XII konferencja naukowo-techniczna, Wrocław – Kudowa Zdrój, 2010, s. 50–58.
• 16. Rymuza Z.: Trybologia polimerów ślizgowych. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1986.