Wpływ modyfikacji przez odkształcenie i napromieniowanie elektronami na podwyższenie właściwości funkcjonalnych biopolimerów GUR1020 i GUR1050

• Autorzy: Barylski A. , Maszybrocka J. , Cybo J. , Czaja P.

Warianty tytułu

EN

The influence of modification by deformation and electron irradiation on the enhancement of functional properties of GUR1020 and GUR1050 biopolymers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Polietylen GUR1020 i GUR1050, przeznaczony do wytwarzania panewek endoprotez, poddano kształtowaniu metodą ściskania jednoosiowego (do wartości odkształcenia plastycznego ef = 0,2) i sieciowania radiacyjnego (za pomocą wiązki elektronów). Zastosowana sekwencja oddziaływań kształtujących polimery zakładała (przy zachowaniu niewielkiej wartości deformacji ef) brak efektu steksturowania fazy krystalicznej, ale nieznaczną orientację fazy lamelarnej w strukturze i wzmocnienie – przez wywołany stan naprężeń – skutków morfologicznych modyfikacji radiacyjnej. Celem zastosowanej metody było znaczne zmniejszenie zużycia tribologicznego polimerów zarówno w stosunku do materiałów wyjściowych, jak i modyfikowanych wyłącznie przez napromieniowanie elektronami. Stwierdzono dla obu materiałów i porównywanych sposobów kształtowania wzrost twardości i modułu sprężystości wraz z dawką napromieniowania. Wykazano, że zmiany zachodzą z różną intensywnością zależną od rodzaju polimerów, które cechują się prawie dwukrotnie różniącym się ciężarem cząsteczkowym. Wyniki testów tribologicznych wykazały 11-krotny wzrost odporności na zużycie (liniowe; tester T-01) w porównaniu z materiałem niemodyfikowanym. W odniesieniu do materiału poddanego tylko napromieniowaniu elektronami stwierdzono 2,5-3-krotne zmniejszenie zużycia.

EN

GUR1020 and GUR1050 polyethylenes, intended for the production of endoprosthesis cups, were subjected to forming by uniaxial compression (up to the value of plastic deformation ef = 0.2), and radiation cross-linking (by means of an electron beam). A slight orientation of the lamellar phase in the structure as well as strengthening – through the induced state of stresses – of morphological effects of radiation modification, and no texturing effect of the crystalline phase had been assumed for the applied sequence of polymer forming interactions (while maintaining a small deformation value ef). The aim of the applied method was a significant reduction in tribological wear of polymers, both the starting materials and ones modified exclusively by electron irradiation. An increase in hardness and elasticity modulus along with a radiation dose was found for both materials and the compared methods of forming. It was demonstrated that changes occur with varying intensity depending on the type of polymers, which are characterised by an almost two-fold difference between their molecular weight. The results of tribological tests showed an 11-fold increase of wear resistance (linear; tester T-01), compared to the unmodified material. Only a 2.5 to3 fold reduction in wear was found compared to the material subjected to electron irradiation.

Słowa kluczowe

PL

polietylen UHMW; odkształcenie polimeru; modyfikacja radiacyjna; twardość; moduł sprężystości; zużycie liniowe

EN

UHMW polyethylene; polymer deformation; radiation modification; hardness; elastic modulus; linear wear

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 3
• Strony: 29--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Barylski A.

autor

Maszybrocka J.

autor

Cybo J.

autor

Czaja P.

• Uniwersytet Śląski w Katowicach, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, Katedra Materiałoznawstwa, ul. Śnieżna 2, 41-200 Sosnowiec,

Bibliografia

• 1. Greer K.W., Hamiltton J.W.: Polyethylene wear in orthopedics. J&JP. Inc 1994.
• 2. Cybo J., Maszybrocka J., Duda P., Bartczak Z., Barylski A., Kaptacz S.: Properties of ultra-high-molecular-weight polyethylene with a structure modified by plastic deformation and electron-beam irradiation. „Journal of Applied Polymer Science 2012, DOI: 10,1002/app.36572.
• 3. Cybo J., Duda P., Maszybrocka J.: Zmiany zużycia tribologicznego polietylenu na panewki endoprotez w następstwie kształtowania budowy polimeru przez odkształcenie plastyczne i napromieniowanie elektronami. Tribologia 2006: 3: 35-46.
• 4. Cybo J., Maszybrocka J., Barylski A., Kansy J.: Resistance of UHMWPE to plastic defomiation and wear and the possibility of its enhancement through modification by radiation, Journal of Applied Polymer Science 2012, DOI: 10.1002/app.36573.
• 5. 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.
• 6. Ohta M., Hyon S.H., Tsutumi S.: Control of crystalline orientation to enhance the wear resistance of ultra-high molecular weight polyethylene crystallization cups for artificial joints. Wear 255 (2003) 1045-1050.
• 7. Oliver W.C., Pharr G.M.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research 1992; 7(6): 1564-1583.
• 8. ISO 7206 (1996): Implants for surgery - Partial and total hip joint prostheses.
• 9. Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J., Czaja P.: Ocena skuteczności napromieniowania wiązką elektronów w aspekcie podwyższania odporności na zużycie polietylenów GUR 1020 i GUR 1050 stosowanych na panewki endoprotez; Tribologia 2012 (w druku).