Analysis of the possibilities of increasing resistance to plastic deformation of new biopolymers by means of modification through radiation

• Autorzy: Cybo J. , Maszybrocka J. , Kanasy J. , Barylski A.

Warianty tytułu

PL

Analiza możliwości podwyższenia odporności na odkształcenie plastyczne nowych biopolimerów metodą modyfikacji radiacyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For new generation polymers (GUR 1020 and GUR 1050), preferred for the production of endoprosthesis components, the following properties have been subjected to an analysis: resistance to deformation, hardness, the Young's modulus and their changes resulting from modification through radiation. Improvement of all the properties has been found for both materials, proportional to the applied dose of irradiation with an electron beam. The influence of irradiation (d = 26÷104 kGy) and plastic deformation (e f= 0.1÷0.7) on the volume of structural nanovoids, hardness and on the modulus, has been substantiated analytically (GUR 1050). Convergence between the tendencies in the change of nanopores' size and properties has been indicated. A strong dependency has been found of characteristics of the materials analysed on the molecular weight of the polymer: the higher the weight (GUR 1050), the higher resistance to permanent deformation and the better the elastic properties. It has been proved that plastic deformation has an almost twice weaker impact on worsening of the properties of polyethylene 1050 than 1020. This means that by applying GUR 1050 in a polymer-metal kinematic pair, it is possible to significantly increase operational durability of the system.

PL

Dla nowej generacji polimerów (GUR 1020 i GUR 1050), preferowanych do wytwarzania elementów endoprotez, poddano analizie: odporność na odkształcenia, twardość, moduł Younga oraz ich zmiany w wyniku modyfikacji radiacyjnej. Dla obu materiałów stwierdzono poprawę wszystkich właściwości proporcjonalnie do zastosowanej dawki napromieniowania strumieniem elektronów. Udokumentowano analitycznie (GUR 1050) wpływ napromieniowania (d = 26÷104 kGy) i odkształcenia plastycznego (e f = 0,1÷0,7) na objętość nanopustek struktury, twardość i moduł. Wskazano na zbieżność między trendami zmian wielkości nanoporow i właściwości. Stwierdzono silną zależność charakterystyk analizowanych materiałów od ciężaru cząsteczkowego polimeru: im wyższy ciężar (GUR 1050), tym większa odporność na odkształcenie trwałe i lepsze właściwości sprężyste. Wykazano, że odkształcenie plastyczne wpływa prawie dwukrotnie słabiej na pogorszenie właściwości polietylenu 1050 niż 1020. Oznacza to, że stosując GUR 1050 w polimerowo-metalowym węźle kinematycznym możliwe jest znaczne zwiększenie trwałości eksploatacyjnej układu.

Słowa kluczowe

EN

UHMWPE; plastic strain; electron irradiation; microhardness; Young's modulus; free volume centers in polymer

PL

UHMWPE; odkształcenie plastyczne; napromieniowanie elektronami; mikrotwardość; moduł Younga; centra objętości swobodnej polimeru

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 763--766
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cybo J.

autor

Maszybrocka J.

autor

Kanasy J.

autor

Barylski A.

• Department of Materials Science, Silesian University, Sosnowiec,

Bibliografia

• [1] Purski K., Górecki A., Jabłoński T.: Tactics of coping with hip joint acetabular coups revision operations. Ortopedia Traumatologia Rehabilitacja 3 (2001) 15-20.
• [2] Greer K. W., Hamiltton J. W.: Polyethylene wear in orthopedics. J&JP, Inc (1994).
• [3] Edidin A. A., Rimnac C. M., Kurtz S. M.: Mechanical behaviour, wear surface morphology and clinical performance of UHMWPE acetabular components after 10 years of implantation. Wear 2001 (2005) 152-158.
• [4] Lancaster J. G., Dawson D., Isaac G. H.: The wear of ultra-high molecular weight polyethylene sliding on metallic and ceramic counterfaces representative of current femoral surfaces in joint replacement. Proc. Inst. Mech. Eng. 211 (1997) 17-24.
• [5] Wróblewski B. M., Siney P. D., Dowson D.: Prospective clinical and joint simular studies of a new total hip arthoplasty using alumina ceramics heads and cross-linked polyethylene cups. J. Bone Joint Surg. B 78 (1996) 280-285.
• [6] Gierzyńska-Dolna M., Krzesiński G., Rajchel B.: Criteria of material selection and surface treatment for endoprotesis of hip joint. Inż. Mater. 5 (1999) 553-557.
• [7] Maszybrocka J., Cybo J., Frąckowiak J.: Change of micromechanical properties of polyethylene induced by a tribological process in polymer/ metal system. Mater. Sci. Forum 513 (2006) 75-85.
• [8] Maszybrocka J., Cybo J., Cwajna J.: Changes to the morphology, structure and properties as a consequnce of poliethylene working in a polymer-metal kinematic pair. Materials Characterization 60 (2009) 1139-1144.
• [9] Duda P., Cybo J., Maszybrocka J., Barylski A.: The morphology, texture and structure orientation of polyethylene formed via work hardening and electron irradiation. Inż. Mater. 164 (2008) 198-203.
• [10] Kurtz S. M., Muratoglu O. K., Evans M., Eddin A. A: Advances in the processing, sterylization and crosslinking of ultra high molecular weight polyethylene for total joint arthoplasty. Biomaterials 20 (1999) 1559-1682.
• [11] Eddin A. A., Kurtz S. M.: The evolution of paradigms for wear in total joint arthoplasty. The Role of Design. Material and Mechanics (2000) 1-14.
• [12] Li S., Bursein A.H.: Ultra hight molecular weight polyethylene. The material and its use in total joint implants. J. Bone Joint Surg. Am. 76 (1994) 90-100.
• [13] Brandon C. R., O’Connor D. O., Muratoglu O. K., Jasty M., Ramamurti B., Merril E., Harris W.: A new polyethylene with undetectable wear at 12 milion cycles. Trans 24th Soc Biomater 21 (1998) 2.
• [14] Eddin A. A., Jewett Ch., Kurtz S. M.: Direct corelation of obrasive wear for irradiation-crosslinked UHMWPE with large-deformation mechanical behavior determined at the articulating surface. In: Trans. Of the 45th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Soc. Anaheim (1999) 782.
• [15] Muratoglu O. K., Cook J. L., Jasty M., Harris H. W.: A novel technique to measure the cross-link density of irradiated UHMWPE. Trans 44th Orthop Res Soc 23 (1998) 782.
• [16] Eldrup M., Lightbody D., Sherwood J. N.: The Temperature Dependence of Positron Lifetimes in Solid Pivalic Acid. Chem. Phys. 63 (1981) 51-58.
• [17] Nakanishi H., Jean Y. C.: Positron and Positronium Chemistry. In: D. M. Schrader and Y. C. Jean, Editors, Positron and Positronium Chemistry, Elsevier, Amsterdam (1988) 159-192.
• [18] Kansy J.: Microcomputer program for analysis of positron lifteme specta. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 374 (1996) 235- 244.