Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ modyfikacji radiacyjnej i termicznej na właściwości funkcjonalne polietylenu

Maszybrocka J., Cybo J., Barylski A., Czaja P.

Tribologia

|

2012

|

nr 4

167-173

PL

W pracy przedstawiono metodę poprawy trwałości eksploatacyjnej UHMWPE przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej odporności oksydacyjnej polimeru. Materiał wyjściowy GUR 1050 (Poli Hi Solidur Medi TECH) został poddany sekwencyjnemu procesowi, który składał się z etapu modyfikacji radiacyjnej oraz obróbki termicznej. Ocenę skuteczności zastosowanej metody przeprowadzono za pomocą badań mikromechanicznych oraz testów tribologicznych na testerze T-01 (polimer/stop Vitalium). Stwierdzono nieznaczne zmniejszenie się charakterystyk mikromechanicznych (twardość i moduł Younga) wariantów poddanych sekwencyjnemu procesowi modyfikacji w stosunku do tylko napromieniowanych. Wyniki testów tribologicznych wykazują jednak wzrost odporności na zużycie w porównaniu z materiałem niemodyfikowanym i jej niezmienioną wartość w stosunku do polimeru napromieniowanego.

EN

This paper presents a method of improving the operational durability of UHMWPE, while ensuring high oxidation resistance of the polymer. The initial material, GUR 1050 (Poly Hi Solidur Medi TECH), underwent a sequential process consisting of a stage of modification through radiation, and a stage of thermal processing. The assessment of the effectiveness of the applied method was performed using micromechanical examination and tribological tests using a T-01 (polymer/Vitalium alloy) tester. It was found that there was a slight decrease in the micromechanical characteristics (hardness and Young's modulus) for the variants subjected to the sequential modification process compared to the variants only irradiated. However, the tribological test results show an increase in resistance to wear compared to unmodified material, and unchanged resistance to wear compared to the irradiated polymer.

2

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

Barylski A., Maszybrocka J., Cybo J., Czaja P.

Tribologia

|

2012

|

nr 3

29-34

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.

3

The evaluation by means of microindentation and sclerometry of changes in properties after electron beam irradiation of polyethylene GUR 1050

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J.

Tribologia

|

2012

|

nr 2

23-29

EN

With the aim to increase the resistance of GUR 1050 polyethylene to plastic deformation and abrasive wear, modification through radiation was applied. Compression tests of up to 300 MPa showed an increase in resistance to permanent deformation. This has been confirmed with microindentation and sclerometry tests. Scratch test indicated a lower tendency of the carved material to chipping than to uplift in all operational deformations. The domination of the micromechanism of the formation of ridges allows the material to retain a small decrease in resistance to wear. The parameters of microtests may be used for the purpose of the evaluation and selection of the polymers used in friction joints in medicine and technology.

PL

W celu podwyższenia odporności polietylenu GUR 1050 na odkształcenie plastyczne i zużycie ścierne zastosowano modyfikację radiacyjną. Badania w zakresie naprężeń do 300 MPa wykazały wzrost odporności na deformację trwałą. Potwierdzono to testami mikroindentacyjnymi i sklerometrycznymi. Scratch test wykazał, że w całym zakresie odkształceń eksploatacyjnych występuje mniejsza skłonność do wykruszania materiału wyżłobionego niż do jego plastycznego wypiętrzania. Dominacja mikromechanizmu bruzdowania pozwala zachować niewielki spadek odporności na zużycie. Parametry mikrotestów mogą być wykorzystywane do diagnozowania i selekcji polimerów stosowanych w medycznych oraz technicznych węzłach tarcia.

4

Ocena skuteczności napromieniowania wiązką elektronów w aspekcie podwyższania odporności na zużycie polietylenów GUR 1020 i GUR 1050 stosowanych na panewki endoprotez

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J., Czaja P.

Tribologia

|

2012

|

nr 4

17-23

PL

W celu zwiększenia odporności polietylenu GUR 1020 i GUR 1050 na odkształcenie plastyczne i zużycie ścierne przeprowadzono modyfikację radiacyjną. Stosowano napromieniowanie elektronami o dawce 26-156 kGy. Wraz ze wzrostem dawki napromieniowania odnotowano zwiększenie twardości i modułu sprężystości podłużnej. Stwierdzono również, że GUR 1050 (o ciężarze cząsteczkowym 9,2•106 g/mol) cechuje się 1,86 razy większą odpornością na trwałą deformację. Wskazuje to na ścisły związek właściwości polimerów z ciężarem cząsteczkowym, który dla GUR 1020 wynosi 5•106 g/mol. Potwierdzenie stanowi mniejsza wartość zużycia tribologicznego GUR 1050 niż GUR 1020, która już w stanie wyjściowym polimerów przekracza 20%. Testy tribologiczne przeprowadzone na testerach T-05 i T-01 dowodzą, że napromieniowanie elektronami (6×26 kGy) obu polimerów powoduje 4-krotne zmniejszenie zużycia w stosunku do polietylenów niemodyfikowanych. Uzyskane wyniki dowodzą skuteczności modyfikacji radiacyjnej, która rokuje możliwość wydłużenia czasu użytkowania panewek endoprotez.

EN

Radiation modification was conducted in order to increase the resistance of GUR 1020 and GUR 1050 polyethylenes to plastic deformation and abrasive wear. Electron irradiation of 26-156 kGy dose was applied. It was determined that the hardness and longitudinal elasticity module increase along with the increase in the dose of radiation. It was also found that GUR 1050 (of a molecular weight of 9.2•106 g / mol) is characterised by a 1.86 times greater resistance to permanent deformation. This indicates a close relationship between the properties of polymers and molecular weight, which for the GUR 1020 is 5•106 g/mol. This is corroborated by a lower value of tribological wear of GUR 1050 compared to GUR 1020, which already exceeds 20% in the initial state of polymers. Tribological tests conducted on the T-05 and T-01 testers have shown that electron irradiation (6x26 kGy) of both polymers result in a four-fold reduction in wear as compared to unmodified polyethylenes. The obtained results demonstrate the effectiveness of radiation modification, which promises the possibility of extending the service life of endoprosthesis cups.

5

Wpływ zawartości CaO na kształtowanie się porowatej mikrostruktury spieków kompozytowych ZrO2/Al2O3

Czaja P., Osińska K., Bernard H., Maszybrocka J., Cybo J., Czekaj D.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

59-64

PL

W prezentowanej pracy przedstawione zostały wybrane zagadnienia dotyczące technologii wytwarzania kompozytów ceramicznych (ZrO2)x(Al2O3)100%-x dla x = 100%, 90% i 80% mas. Prezentowane materiały zostały wytworzone poprzez mieszanie składowych proszków i zagęszczanie otrzymanych mieszanin metodą spiekania swobodnego w temperaturze T = 1350°C przez okres t = 2 godzin. Otrzymano kompozyty ceramiczne z 5-procentową domieszką tlenku wapnia CaO oraz bez domieszki tego tlenku na drodze jednokrotnego i dwukrotnego spiekania. Do obserwacji morfologii przełomu zastosowano metodę skaningowej mikroskopii elektronowej. Dokonano analizy oceny składu chemicznego z wykorzystaniem metody EDS.

EN

The presented paper addresses selected issues relating to the technology of manufacturing ceramic composites (ZrO2)x(Al2O3)100%-x for x = 100%, 90% and 80 wt%. The presented materials have been produced by mixing component powders and consolidation of the resultant mixtures by using natural sintering at T = 1350°C for a time of t = 2 hours. The composites with no and with a calcium oxide admixture of 5 wt% added as the sintering aid were single and double sintered. To carry out observation of the fracture morphology, scanning electron microscopy was used. An analysis of the chemical composition evaluation was made by using EDS.

6

Wpływ modyfikacji radiacyjnej elektronami na deformację plastyczną, właściwości mechaniczne oraz zużycie polietylenu GUR 1050, stosowanego na panewki endoprotez

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J., Czaja P.

Tribologia

|

2011

|

nr 5

11-20

PL

Odporność polietylenu na zużycie i deformację trwałą wpływa na trwałość polimerowo-metalowych układów kinematycznych. Z myślą o zwiększeniu trwałości zabiegów alloplastyki został wprowadzony polimer GUR 1050 o ciężarze cząsteczkowym 9,2*106 g/mol, który przeznaczony jest zwłaszcza na implanty medyczne. Uzasadnia to celowość oceny odporności tego materiału na zużycie i odkształcenie, a także stwierdzenie, czy jego właściwości użytkowe można podwyższyć poprzez modyfikację radiacyjną. Próbki polimeru wyjściowego (bazowego) napromieniowano elektronami, stosując krotność napromieniowania I = 1–6 dawką 26 kGy. Analiza zmian wartości odkształcenia pod wpływem obciążeń eksploatacyjnych wykazała wzrost odporności polietylenu na deformację trwałą w wyniku zastosowanego napromieniowania. Poprawa właściwości mechanicznych została potwierdzona badaniami mikroindentacyjnymi. Stwierdzono wzrost twardości i modułu Younga. Efekt ten jest zachowany mimo przeciwnego trendu, który wywołuje rosnący stopień deformacji plastycznej polimeru pod wpływem obciążenia. Badania tribologiczne wykazały znaczący wzrost (ok. 4 razy) odporności na zużycie ścierne polietylenu modyfikowanego radiacyjnie. Znaczne ograniczenie zużycia rokuje dłuższy okres współpracy węzła tarcia, co wydłuży czas użytkowania panewki w ludzkim organizmie. Przedstawione w pracy wyniki dowodzą skuteczności modyfikacji radiacyjnej, która podwyższa badane właściwości funkcjonalne proporcjonalnie do zastosowanej dawki napromieniowania elektronami.

EN

The resistance of polyethylene to wear and permanent deformation influences the durability of polymer-metal kinematic systems. The recently introduced polyethylene, GUR 1050, of a molecular weight of 9.2 * 106 g/mole is intended especially for medical implants. This justifies the need for evaluating the resistance of this material to wear and deformation and for determining if its functional properties can be improved by radiation modification. Samples of the initial (base) polymer were electron-irradiated with applying an irradiation multiplication factor I = 1–6 and a dose of 26 kGy. An analysis of changes in the deformation value under the influence of operational loads has shown an increase in the polyethylene resistance to permanent deformation as a result of the irradiation applied. The improvement of mechanical properties has been confirmed in micro-indentation tests. An increase in the hardness and Young's modulus was identified. This effect has been preserved despite an opposite trend that causes a growing level of plastic deformation of the polymer under the influence of load. Tribological tests have shown a significant increase (by ca. 4 times) in the resistance to abrasive wear of the polyethylene modified through irradiation. The significant wear reduction prognosticates a longer life of the friction couple, which will prolong the durability of acetabular cups in the human organism. The test results presented in the paper prove the effectiveness of modification through irradiation that enhances the tested functional properties proportionally to the applied dose of electron irradiation.

7

Badanie metodą EPR wolnych rodników w polimerze UHMWPE stosowanym w biomedycznych węzłach tarcia

Czaja P., Cybo J., Maszybrocka J., Barylski A., Michniowski J.

Tribologia

|

2011

|

nr 5

39-47

PL

W artykule zostały przedstawione wyniki badań EPR wolnych rodników dla dwu gatunków polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej: GUR 1020 i GUR 1050, poddanych napromieniowaniu wiązką elektronów o energii 10 MeV i o krotności napromieniowania i = 1, 2, 3, 4, 6, dawką o mocy 26 kGy. Wraz ze wzrostem dawki promieniowania zwiększa się ilość wolnych rodników w badanym materiale. Zarówno w przypadku polietylenu GUR 1020, jak i GUR 1050 nie obserwuje się stanu nasycenia przy maksymalnej dawce promieniowania równej 156 kGy. Świadczyć to może o zbliżonej odporności radiacyjnej badanych materiałów.

EN

In this paper, the results of EPR measuring of free radicals for two types of polyethylene of ultra high molecular weight: GUR 1020 and GUR 1050 are presented. Samples were irradiated by electron beam energy of 10 MeV and dose 26 kGy a number of times (i = 1, 2, 3, 4, or 6). With the increase of radiation, the amount of free radicals increases as well. In both cases of polyethylene GUR 1020 and GUR 1050, the effect of saturation at the maximum dose of radiation equal 156 kGy was not observed. This proves that both types of material show similar radiation resistance.

8

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

Cybo J., Maszybrocka J., Kanasy J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

763-766

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.

9

Wpływ preparatów krwi na właściwości tribologiczne skojarzenia UHMWPE/STOP CoCrMo

Duda P., Cybo J.

Tribologia

|

2009

|

nr 4

43-50

PL

Wprowadzenie nowego materiału na implanty długookresowe, a zwłaszcza endoprotezy, powinno być poprzedzone kompleksowymi badaniami – w tym tribologicznymi. Niemożliwe do pominięcia badania eksploatacyjne in vitro materiałów stosowanych na endoprotezy należy przeprowadzić z jak najdokładniejszym odwzorowaniem warunków panujących w zaimplantowanym stawie. Pozwala to na w miarę dokładne określenie zachowania badanego biomateriału w aspekcie długotrwałej eksploatacji w żywym organizmie. Do tej pory nie ma znormalizowanego środka smarującego, jaki powinien być stosowany w tego typu badaniach. Powyższa tematyka jest sporadycznie poruszana w literaturze. Autorzy dążą do przedstawienia wpływu środków smarujących, w tym osocza krwi zwierzęcej i ludzkiej oraz surowicy krwi ludzkiej, na charakterystyki tribologiczne polimerowo-metalowego węzła tarcia. Wyniki przeprowadzonych eksperymentów ujawniły inny przebieg tych charakterystyk dla preparatów krwi w porównaniu z wodą destylowaną oraz zmiany wartości współczynnika tarcia i intensywności zużywania przy różnych wartościach obciążenia i prędkości ślizgania. Media bazujące na krwi pochodzenia ludzkiego cechowały się większym rozrzutem oraz mniejszą jednoznacznością wyników niż pozostałe środki smarujące. Jest to niekorzystne w przypadku zastosowania czystej postaci tych mediów do badań tribologicznych. Przeprowadzone analizy wskazują na niedoskonałości preparatów krwiopochodnych, ale zarazem ukierunkowują w zakresie poszukiwania cieczy do zastosowań w długotrwałych badaniach tribologicznych in vitro.

EN

An introduction of a new material for long-term implants, especially for endoprostheses, should be preceded with comprehensive research, including tribological tests. The in vitro operational tests of materials used for endoprostheses, which cannot be skipped, should be performed in conditions reflecting, as far as possible, those present in the implanted joint. This will allow a quite accurate description of the behaviour of the biomaterial tested in the aspect of its long-term life cycle in a living organism. So far, there has been no standard lubricating agent that should be used in this type of tests. The above problems are seldom discussed in the professional literature. The authors of this paper intend to present the influence of lubricating agents, including the animal and human blood plasma and the human blood serum, on the tribological characteristics of the polymer-metal friction couple. The results of the experiments made have revealed a different course of tribological characteristics of blood preparations compared to those of distilled water as well as changes in the values of the friction coefficient and wear intensity at various loads and sliding speeds. Human blood-based products are characterised with a larger spread and lower explicitness of results than other lubricating agents. It is disadvantageous in the case of applying a pure form of these products for tribological tests. The analyses carried out show imperfections of blood derivative preparations but, at the same time, they dictate the direction of searching for a liquid to be used in long-term tribological in-vitro tests.

10

Zastosowanie techniki mikroidentacji do oceny modyfikacji radiacyjnej UHMW polietylenu w aspekcie ograniczenia skutków deformacji plastycznej polimerowych elementów endoprotez

Maszybrocka J., Cybo J., Barylski A.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

215-219

PL

W pracy dokonano metodą mikroindentacji oceny skuteczności modyfikacji radiacyjnej polietylenu GUR 1020 i 1050 przeznaczonych na elementy endoprotez. Uzyskane charakterystyki mikromechaniczne wykazały, że napromieniowanie elektronami podwyższa odporność badanych gatunków polimeru na odkształcenie plastyczne i może prowadzić do istotnego wzrostu trwałości eksploatacyjnej elementów endoprotez.

EN

The paper includes an assessment of the effectiveness of radiation modification, through microindentation, of GUR 1020 and 1050 polyethylene used for elements of endoprostheses. The micromechanical characteristics obtained have shown that irradiation with electrons enhances the resistance to plastic deformation of the polymer types investigated and may lead to a significant increase in operational durability of endoprosthesis elements.

11

Odkształcenie nowej generacji polimerów na implanty medyczne w świetle próby ściskania

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

3-7

PL

Porównano odkształcenie plastyczne, sprężyste i całkowite nowych gatunków polimerów GUR 1020 i 1050 na implanty medyczne. Stwierdzono większą odporność polietylenu 1050 na deformację trwałą i lepsze właściwości sprężyste. Wykazano, że modyfikacja radiacyjna podwyższa odporność obu gatunków UHMWPE na odkształcenie plastyczne.

EN

A comparison is made of plastic, elastic and total deformation of new grades of GUR 1020 and 1050 polymers used in medical implants. Polyethylene 1050 has been found to have higher resistance to permanent deformation and better elastic properties. It has been shown that radiation modification increases the resistance of the both grades of UHMWPE to plastic deformation.

12

Verification of the stereometric-fractal description of overlaps in sialon ceramics' fractures

Stach S., Roskosz S., Cybo J., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

239-243

EN

A quantitative description of overlaps on fractures in sialon ceramics, is presented in the paper. A conventional analysis, aiming at the determination of the percentage share of overlaps on the basis of quantitative fractography, was preceded by stereometric/fractal analyses. They enabled the selection of representative sections of samples and then, the production of transverse microsections in those places for an analysis of the fractures' profiles using the light microscopy method and fractographic image analysis. Based on the compared results from both methods, a successful verification was made of the research methodology developed earlier for sintered carbides and proven for a chromium-molybdenum steel.

PL

W pracy dokonano ilościowego opisu przesłonięć na przełomach nowoczesnego materiału inżynierskiego - ceramiki sialonowej. Konwencjonalną analizę, mającą na celu określenie udziału procentowego przesłonięć na podstawie fraktografii ilościowej, poprzedzono badaniami stereometryczno-fraktalnymi. Badania te umożliwiły zarazem wybór reprezentatywnych przekrojów próbek, a następnie wykonanie w tym miejscu zgładów poprzecznych do analizy profili przełomu metodą mikroskopii świetlnej i faktograficznej analizy obrazu. Na podstawie porównania wyników obu metod zweryfikowano pomyślnie metodykę badawczą wcześniej opracowaną dla węglików spiekanych i sprawdzoną dla stali chromowo-molibdenowej.

13

The morphology, texture and structure orientation of polyethylene formed via work hardening and electron irradiation

Duda P., Cybo J., Maszybrocka J., Cwajna J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

198-203

EN

The paper presents a new method for shaping the structure and properties of polyethylene intended for endoprostheses' cups. The method consists in applying plastic strain to a semi-finished product of a cup (Chirulen) and its irradiation with an electron beam. As a result of a small, permanent deformation, performed in an area distant from the consolidation area and a high polymer orientation, a small degree of lamellar structure orientation and of crystalline phase texture were obtained. However, the deformation fulfilled its role as an effective initiator of changes in the UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) morphology. The share of low and high-molecular fractions changed in the samples produced. Electron irradiation provides the material's strengthening due to the structural changes, mainly polyethylene cross-linking. It caused a significant reduction of the low-molecular fraction's weight and polydispersity as well as an increased degree of UHMWPE's crystallinity by several percent. Also, an increase occurred within the degree of the structure's macroparticle spatial arrangement, which measures the absorption of a crystallinity band within the FT-IR spectrum (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). The most advantageous morphological changes occurred during simultaneous utilization of both formation factors. The authors' studies quoted in the paper have demonstrated that in those cases, polyethylene's resistance to wear and permanent deformation increased several times during the tribological process of the polymer-metal system. This should ensure a significant increase in the operational durability in the material intended for endoprostheses' cups.

PL

Artykuł prezentuje metodę kształtowania budowy i właściwości polietylenu przeznaczonego na panewki endoprotez. Metoda polega na zastosowaniu odkształcenia plastycznego półproduktu panewek (Chirulenu) oraz jego napromieniowaniu wiązką elektronów. W wyniku niewielkiej deformacji trwałej, przeprowadzonej w zakresie odległym od obszaru umocnienia i dużej orientacji polimeru, uzyskano nieznaczny stopień orientacji struktury lamelarnej i tekstury fazy krystalicznej. Odkształcenie spełniło jednak rolę efektywnego inicjatora zmian morfologii UHMWPE. W wytworzonych próbkach zmienił się udział frakcji nisko- i wysokomolekularnej. Napromieniowanie elektronami wzmocniło zmiany budowy na skutek usieciowania polietylenu. Zmniejszyło istotnie ciężar cząsteczkowy i polidyspersyjność frakcji niskomolekularnej oraz zwiększyło o kilka punktów procentowych stopień krystaliczności UHMWPE. Podwyższeniu uległ także stopień przestrzennego uporządkowania makrocząsteczek struktury, którego miarąjest absorpcja pasma krystaliczności w widmie FT-IR. Najkorzystniejsze zmiany morfologicznie wystąpiły podczas łącznego stosowania obu czynników kształtujących. Cytowane w artykule badania autorów wykazały, że w tych przypadkach zwiększyła się kilkukrotnie odporność polietylenu na zużycie i trwałą deformację podczas procesu tribologicznego systemu polimer-metal. Powinno to zapewnić znaczny wzrost trwałości eksploatacyjnej materiału przeznaczonego na panewki endoprotez.

14

The effect of forming the polyethylene structure of endoprosthesis cups on morphological changes in the upper layer during friction

Maszybrocka J., Cybo J., Duda P., Cwajna J., Barylski A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

192-197

EN

To increase resistance to wear and permanent deformation of polyethylene working in a polymer/metal couple (e.g. in human joint endoprostheses), the authors applied a new method. The method consists in changing the structure and properties of polyethylene subjected to preliminary work-hardening and irradiation with an electron beam. The assessment of the morphology obtained for the material variations produced has been presented in [11]. The paper describes the influence of the so-formed structure on the changing susceptibility of polymer's working surface and its upper layer to permanent deformation during a tribological process. It also shows the possibility of lamellar phase's rotation and reorientation in the context of polyethylene's resistance to wear.

PL

W celu poprawienia odporności na zużycie i trwałą deformację polietylenu pracującego w skojarzeniu polimer - metal (np. endoprotezy stawów ludzkich) zastosowano nową metodę. Polega ona na zmianie budowy i właściwości polietylenu poddanego wstępnemu zgniotowi i napromieniowaniu wiązką elektronów. Charakterystykę morfologii uzyskanej dla wytworzonych odmian materiału przedstawiono w [11]. Prezentowana praca opisuje wpływ tak ukształtowanej budowy na zmiany podatności powierzchni roboczej i warstwy wierzchniej polimeru do trwałej deformacji podczas procesu tribologicznego. Wskazuje także dla tych warunków na możliwość rotacji i reorientacji fazy lamelarnej w aspekcie poprawy odporności polietylenu na zużycie.

15

Evaluation of the share of overlaps on 34CrMo4 steel fractures by surface stereometry and multifractal analysis methods

Stach S., Sozańska M., Cybo J., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 4

244-246

EN

A method is presented to estimate the percentage share of overlaps in 34CrMo4 steel fractures in a conventional way based on quantitative fractography and image analysis methods, as well as utilizing new stereometric/multifractal methodology. The present study was performed in order to determine whether the new method and the co-dependence developed earlier for sintered carbides can be transferred and applied for a different material grade [1]. Considerations conducted in two alternative ways (analysis of mutually perpendicular profiles and of entire fracture surface fragments) have shown concurrence of the results in both cases. They have also corroborated compliance of the calculations made with the conventional fractographic method.

PL

Przedstawiono metodę estymacji udziału procentowego przesłonięć i przełomach stali 34CrMo4 przy wykorzystaniu sposobu konwencjonalnej opartego na metodzie fraktografii ilościowej oraz analizy obrazu, ji i zastosowaniu nowej metodyki stereometryczno-multifraktalnej. Badana prowadzono w celu stwierdzenia, czy nowa metoda i współzależnos opracowana wcześniej dla węglików spiekanych może być przetransponowani na inny gatunek materiału [1]. Rozważania prowadzone dwoi alternatywnymi sposobami (analizy wzajemnie prostopadłych profili i całyd fragmentów powierzchni przełomu) wykazały zbieżność wyników w m przypadkach. Potwierdziły także zgodność tych obliczeń z konwencjonalu metodą fraktograficzną.

16

Evaluation of sialon ceramics' crack resistance via surface stereometry and multifractal analysis

Stach S., Cybo J., Roskosz S., Cwajna J.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

216-218

EN

One of the most frequently applied parameters in quantitative fractography is the fracture area development coefficient Rs. It provides, inter alia, the information on the fracture formation mechanism and the energy consumed for its formation. Sialon ceramics studies confirm this viewpoint [1]. For selected parameters Rs qualitative dependencies were developed. A proportional relation between the fracture area development coefficient and the sialons' bending strength was established. However, the applied stereometric analysis did not take account of the overlaps present in the investigated fractures. This problem can be solved by applying an additional analysis of the stereometric file by using multifractal techniques.

PL

Jednym z najczęściej wykorzystywanych w fraktografii ilościowej parametrów jest współczynnik rozwinięcia pola powierzchni przełomu Rs. Dostarcza on m.in. informacji o mechanizmie powstawania przełomu oraz energii zużytej na jego wytworzenie. I Pogląd ten znajduje potwierdzenie w przeprowadzonych badaniach ceramiki sialonowej [1]. Dla wyznaczonych parametrów Rs opracowano zależności ilościowe. Wykazano proporcjonalny związek pomiędzy współczynnikiem rozwinięcia powierzchni przełomu, a wytrzymałością na zginanie ceramiki sialonowej. Zastosowana analiza stereometryczna nie uwzględniała jednak przesłonięć występujących w badanych przełomach. Rozwiązanie tego problemu jest możliwe poprzez zastosowanie dodatkowej analizy pliku stereometrycznego z wykorzystaniem technik multifraktalnych.

17

Zmiany zużycia tribologicznego polietylenu na panewki endoprotez spowodowane kształtowaniem budowy polimeru przez odkształcenie plastyczne i napromieniowanie elektronami

Cybo J., Duda P., Maszybrocka J.

Tribologia

|

2006

|

nr 3

35-46

PL

Przedstawiono możliwości zwiększenia odporności na zużycie tribologiczne UHMWPE pracującego w układzie polimer-metal. Efekt uzyskano w następstwie zmian budowy polietylenu przeznaczonego na panewki endoprotez. Przebudowę polimeru osiągnięto w wyniku zastosowania pojedynczo i łącznie działających czynników w postaci wstępnego odkształcenia plastycznego i napromieniowania wiązką elektronów. Spośród analizowanych parametrów morfologii polietylenu, zmiany stopnia krystaliczności, udziału frakcji wysokomolekularnej i stopnia przestrzennego uporządkowania struktury wydają się odgrywać najistotniejszą rolę w kształtowaniu odporności na zużycie. Wykazano, że praktycznie tylko metoda łącznego stosowania obu oddziaływań zewnętrznych zapewnia taką budowę polimeru, która umożliwia największe ograniczenie zużycia.

EN

The capacity to enhance the resistance to tribological wear of UHMWPE working in a polymer/metal system is presented in the paper. An effect was obtained as a result of changes in the structure of polyethylene intended for acetabular cups of endoprostheses. Reconstruction of the polymer was achieved owing to the application of factors, working alone or in a combination, such as: preliminary plastic deformation and irradiation with an electron beam. From among the analyzed parameters of: polyethylene morphology, changes in the degree of crystallinity, high-molecular fraction content and the degree of spatial arrangement of structure, the above processes seem to play the most important role in shaping the resistance to wear. It has been proved that practically, only the method of a combined application of both of the external treatment processes ensures such a polymer structure that can enable the greatest reduction of wear.

18

Wpływ wstępnego odkształcenia plastycznego i bombardowania elektronami na podatność polietylenu do trwałej deformacji

Cybo J., Maszybrocka J., Duda P.

Tribologia

|

2006

|

nr 2

47-59

PL

Przedstawiono możliwość zmniejszenia podatności do trwałej deformacji UHMWPE pracującego w układzie tribologicznym polimer-metal. Efekt uzyskano w następstwie zmian budowy polietylenu przeznaczonego na panewki endoprotez. Przebudowę polimeru osiągnięto w wyniku zastosowania takich czynników kształtujących, jak wstępne odkształcenie plastyczne i bombardowanie wiązką elektronów. Stwierdzono, że proporcjonalnie do wielkości obu oddziaływań zmniejszeniu ulega grubość warstwy wierzchniej zdeformowanej plastycznie podczas procesu tribologicznego. Zmniejsza się także stopień deformacji występującej na powierzchni tarcia. Wykazano ponadto, że w próbkach polietylenu o najmniejszym zużyciu zachodzi reorientacja lamel struktury krystalicznej do płaskiego i krawędziowego ich usytuowania względem powierzchni roboczej, a część lamel krawędziowych jest obracana zgodnie z kierunkiem tarcia.

EN

The capacity to reduce the susceptibility to permanent deformation of UHMWPE working in a tribological, polymer/metal system is presented herein. An effect was obtained as a result of changes in the structure of a polyethylene intended for acetabular cups of endoprostheses. Reconstruction of the polymer was achieved owing to the application of shaping factors such as: preliminary plastic deformation and its irradiation with an electron beam. It has been found that thickness of an upper layer deformed during a tribological process undergoes a reduction proportional to the value of both processes. The effects of deformation occurring on the friction surface are also reduced. In addition, it has been shown that in polyethylene variants of the lowest wear, lamellas of a crystalline structure undergo reorientation to a flat and edgewise situation in relation to the working surface and part of lamellas situated on the edges undergo rotation in the friction direction.

19

Zmiany właściwości mikromechanicznych polietylenu panewek endoprotez w wyniku kształtowania polimeru przez wstępny zgniot i napromieniowanie wiązką elektronów

Cybo J., Duda P., Myszybrocka J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2006

|

R. 103, z. 6-M

131-134

PL

W pracy przedstawiono zmiany budowy UHMWPE ukierunkowane na poprawę właściwości użytkowych materiału do zastosowań w polimerowe - metalowych węzłach tarcia. Kształtowanie budowy zrealizowano przez zastosowanie oddzielnego i łącznego działania wstępnego odkształcenia plastycznego i napromieniowania wiązką elektronów. Spośród analizowanych parametrów morfologii polietylenu za najbardziej istotne uznano duże zmiany udziału frakcji wysokomolekulamej i stopnia przestrzennego uporządkowania struktury oraz umiarkowany wzrost stopnia krystaliczności, które wydają się odgrywać najistotniejszą rolę w kształtowaniu odporności na zużycie i trwałą deformację.

EN

Changes in the UHMWPE structure oriented towards enhancement of functional properties of the material for applications in polymer/metal friction couples arę presented in the paper. The shaping of the structure was performed by applying separate and joint initial plastic deformation and irradiation with an electron beam. From among the analyzed parameters of the polyethylene morphology, the significant changes in the high-molecular fraction content, the degree of spatial arrangement of the structure and a moderate increase of the degree of crystallinity seem to play the most important role in shaping resistance to wear and permanent deformation.

20

Zmiany budowy polietylenu panewek endoprotez w wyniku kształtowania polimeru przez zgniot i napromieniowanie wiązką elektronów

Cybo J., Duda P., Myszybrocka J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2006

|

R. 103, z. 6-M

127-130

PL

W pracy przedstawiono zmiany budowy UHMWPE ukierunkowane na poprawę właściwości użytkowych materiału do zastosowań w polimerowe - metalowych węzłach tarcia. Kształtowanie budowy zrealizowano przez zastosowanie oddzielnego i łącznego działania wstępnego odkształcenia plastycznego i napromieniowania wiązką elektronów. Spośród analizowanych parametrów morfologii polietylenu za najbardziej istotne uznano duże zmiany udziału frakcji wysokomolekularnej i stopnia przestrzennego uporządkowania struktury oraz umiarkowany wzrost stopnia krystaliczności, które wydają się odgrywać najistotniejszą rolę w kształtowaniu odporności na zużycie i trwałą deformację.

EN

Changes in the UHMWPE structure oriented towards enhancement of functional properties of the material for applications in polymer/metal friction couples arę presented in the paper. The shaping of the structure was performed by applying separate and joint initial plastic deformation and irradiation with an electron beam. From among the analyzed parameters of the polyethylene morphology, the significant changes in the high-molecular fraction content, the degree of spatial arrangement of the structure and a moderate increase of the degree of crystallinity seem to play the most important role in shaping resistance to wear and permanent deformation.