Morphology changes of ultra high molecular weight polyethylene occurring on the surface, in the subsuperficial zone, and in volume as a result of friction in polymer/metal system

• Autorzy: Cybo J. , Maszybrocka J. , Frąckowiak J. E.

Warianty tytułu

PL

Zmiany morfologii polietylenu w wyniku tarcia zachodzące na powierzchni, w strefie przypowierzchniowej i objętości UHMWPE polimerowo-metalowego węzła tarcia

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT'2004 : XVII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVII; 20-24.06.2004; Łódź, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The mechanisms and opportunities for considerable reduced wear permanent deformation of the UHMWPE element in a polymer/ metal friction couple have been studied. As a result of initlial plastic deformation and electron beam irradiation of a semi-finished material used for the acetabular cup endoprotheses, a change of the biopolymer internal structure was achieved. It was observed that a proper ratio of high and low molecular fractions of UHMWPE has made possible flat reorientation of lamellas in the friction zone during plastic deformation induced by the tribological process and reduction of the deformed zone thickness and of its wear value. In optimum samples, a reduction of the so-called free volume takes place in the polymer. This is conducive to obtaining a high degree of the structure arrangement and, in consequence, to an improvement of the micromechanical properties (microhardness, modulus of elasticity, and resistance to microwear and to permanent strain) of the entire cross-section of the investigated biopolymer specimens.

PL

Zinterpretowano mechanizmy i możliwości kilkukrotnego ograniczenia zużycia oraz trwałej deformacji polietylenowego elementu w polimerowo-metalowym węźle tarcia. Poprzez wstępne odkształcenie plastyczne i napromieniowanie wiązką elektronów półproduktu panewek endoprotez uzyskano zmianę wewnętrznej budowy biopolimeru. Zapewnienie właściwej proporcji frakcji wysoko- i niskomolekularnej oraz semikrystalicznej postaci UHMWPE stworzyło wariantom predestynowanym do zastosowań tribologicznych możliwość: płaskiej reorientacji lamel w strefie tarcia podczas deformacji plastycznej wywołanej procesem tribologicznym, ograniczenia grubości strefy zdeformowanej i wartości zużycia. W wariantach optymalnych zachodzi równocześnie zmniejszenie tzw. objętości swobodnej (nanopustek) w całej masie polimeru. Sprzyja to uzyskaniu dużego stopnia przestrzennego uporządkowania struktury, a w konsekwencji poprawie właściwości mikromechanicznych (mikrotwardości, modułu sprężystości oraz odporności na mikrozużycie i trwałą deformację) całego przekroju poprzecznego badanych próbek biopolimeru.

Słowa kluczowe

PL

polietylen; tarcie; zużycie; węzeł tarcia; biopolimery; UHMWPE

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 3
• Strony: 295--298
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Cybo J.

• Department of Materials Science, Silesian University, Sosnowiec

autor

Maszybrocka J.

• Department of Materials Science, Silesian University, Sosnowiec

autor

Frąckowiak J. E.

• Division of Materials Modeling, Silesian University, Katowice

Bibliografia

• [1] Greer K.W., Hamilton J.V.: Polyethylene Wear in Orthopedics, J&JP, Inc, 1994.
• [2] Huber J., Plitz W., Walter A., Refior H.J.: Vergleichende tribologische Untersuchungen von Chirulen, Hylamer und Enduron ge-paart mit A12O3, Orthopade 26(1997)125-128.
• [3] Gierzyńska-Dolna M.: Biotribologia, Wyd. Poi. Częst, Częstochowa 2002 (in polish).
• [4] Edidin A.A, Jewett C.W, Kurtz S.M.: Degradation of mechanical behavior in UHMWPE after natural and accelerated aging, Biomaterials 21(2000)1451-1460.
• [5] Edidin A.A., Rimnac C.M., Kurtz S.M.: Mechanical behavior, wear surface morphology, and clinical performance of UHMWPE acetabular components after 10 years of implantation, Wear 250(2001) 152-158.
• [6] Kurtz S.M., Muhlstein C., Edidin A.A.: Surface morphology and wear mechanisms of four clinically relevant biomaterials after hip simulator testing, J Biomed Mater Res 52(2000)447-459.
• [7] Duda P.,Cybo J.,Czają K. et al.: Właściwości materiału panewek endoprotez w funkcji parametrów wewnętrznej budowy Chirulenu poddanego odkształceniu i sterylizacji, Annales Academiae Medicae Siles. 32(2001)63-69 (in polish).
• [8] Cybo J,Czaja K.,Duda P.,et. al.: Ocena właściwości biopolimeru Chirulen na podstawie zmian budowy molekularnej i nadcząsteczkowej, wywołanych odkształceniem plastycznym i sterylizacją radiacyjną, Chir. Narz. Ruchu i Ortop. Polska 3(2002)301-307 (in polish).
• [9] Duda P., Cybo J., Maszybrocka J.: Właściwości funkcjonalne polimerowo-metalowego węzła tarcia, Proc. Conf. „Tworzywa sztuczne w budowie maszyn", Kraków 2003, p.137-140 (in polish).
• [10] Maszybrocka J., Cybo J., Duda P.: Zmiany właściwości mikromechanicznych biopolimeru w wyniku tarcia, ibid p.257-260.
• [11] Simpha R., Somcynsky T.: On the statistical thermodynamics of spherical and chain molecule fluids, Macromolecules 2( 1969)342- 350.
• [12] Wiliams M.L., Landel R.F, Ferry J.D.: The temperature dependence of relaxation mechanisms in amorhous polymer and other glassforming liquids, Chem. Soc. 3701-3703(1965)77-87.
• [13] Tao S.T.: Positronium annihilation in molecular substances, Chem. Phys. 56(1972)5499-5507.
• [14] Eldrup N., Lightbody D.:Sherwood J.N.: The temperature dependence of positron lifetimes in solid pivalic acid, Chem.Phys. 63(1981)51-58.