Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical assessment of a hip joint stem model made of a PEEK/carbon fibre composite under compression loading

Dworak M., Błażewicz S.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 2

71--79

EN

Purpose: The aim of the work was to manufacture a composite stem model consisting of carbon fibres (CF) and polyether ether ketone (PEEK) and to perform the surface strain and stress distributions in the stem-femoral bone model under compression loading. Methods: Composite stems differing in elasticity were prepared. Three types of composite stems having different arrangements of carbon fibre reinforcements (carbon fibre roving, carbon fibre sleeves and their combinations) in the polymer matrix were made. The stems were cementless fixed in the femoral bone model channel or with the use of the polymer bone cement (PMMA). Mechanical behaviour of composite stems under compression loading was compared with a metallic stem by strain gauge measurements at different parts of stem/bone model systems. Results: The values of stresses in the proximal part of the bone model for cemented and cementless fixations of the composite stem in the femoral bone channel were higher than those noted for the metallic stem. The increase in proximal bone stress was almost similar for both types of fixation of composite stems, i.e., cemented and cementless fixed stems. Conclusions: The optimal range of mechanical stiffness, strengths and work up to fracture was obtained for composite stem made of carbon fibre sleeves and carbon fibres in the form of roving. Depending on the elasticity of the composite stem model, an increase in the stress in the proximal part of femoral bone model of up to 40% was achieved in comparison with the metallic stem.

2

Non-penetrating very deep sclerectomy with a hydrophobic polymer implant in a rabbit model

Leszczyński R., Stodolak-Zych E., Gumuła T., Wieczorek J., Kosenyuk Y., Pawlicki K., Błażewicz S.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2015

|

Vol. 17, no. 3

23--31

EN

Purpose: The aim of the study was to evaluate the influence of an implant made of a terpolymer (PTFE-PVDF-PP) on the condition of rabbit eyes during a one year observation period. Methods: The implant in the shape of an equilateral triangle (3 mm side length) was manufactured from a thin hydrophobic porous membrane. There were evaluated 40 eyes of 20 rabbits. The animals had non-penetrating very deep sclerectomy (NPVDS) performed, with insertion of an implant in the form of a triangular thin membrane. The control group consisted of 20 eyes where the animals had NPVDS performed without implant insertion. The evaluations included the study of the anterior part of the eye together with photographic documentation. Histopathological examination of the eyes 52 weeks after NPVDS procedure has been made. The process of wound healing was comparable in both groups. Results: The evaluation of the rabbits did not reveal any acute process of intraocular inflammation. After 12 month period of observation, no statistically significant differences in the process of wound healing or status of eyes were found between the groups. An analysis of fibrous connective tissue attachment to the implant showed that its layer was not thick and did not differ significantly from the control. The procedure of very deep sclerectomy and insertion of a polymer implant were well tolerated by the rabbit eyes. Conclusions: The in vivo results indicate that the hydrophobic implant in the form of a membrane can serve as a sclera implant after further study.

3

Preliminary study on the electrospun PLA–based nanofibres as biomaterials for the treatment of cartilage

Magiera A., Markowski J., Lesiuk M., Sieroń A. L, Pilch J., Błażewicz S.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 128-129

110--111

EN

Electrospinning is a simple and universal way to produce fibres from a variety of materials having diameters ranging from submicrometers to nanometers. Such fibres can be formed from resorbable and non-resorbable polymers, ceramics and their different combinations containing nanoparticles. Such a method has gained a great interest in medicine due to its ability to form a fibrous space architecture, similar to the natural extracellular matrix [1,2]. On the other hand, due to a wide range of technical facilities of electrospun fibers the method allows to create directionally-dependent space architecture of nanofibres which mimic natural tissues [3]. Considering the similarities between the microstructure created by nanofibres and the extracellular matrix, nanofibrous materials made by ES technique seem to be promising scaffolds to regenerate cartilage [4] and neural tissue [5]. A material which is used for cartilage scaffolds should mimic native cartilage, which is known to have an oriented structure associated with its mechanical and physiological functions [5]. Scaffold with a biomimetic-oriented architecture is an important requirement for tissue-engineered cartilage. In this study, PLA oriented and non-oriented fibrous scaffolds were manufactured. Selected properties of the materials were analysed and dissussed in view of the manufacture of optimal structure for cartilage tissue engineering.

4

Comparison of durability of resorbable polymer pins in in vitro and in vivo conditions: preliminary study

Stodolak-Zych E., Pałka K., Szponder T., Nowicka K., Błażewicz S.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 128-129

87--89

EN

The work focuses on polymeric cartilage/bone pins (pegs) that were manufactured and tested to assess their application in meniscus injuries. The bone pins measuring 1,2 and 4 mm in diameter were produced from certified resorbable PLDLA by means of hot pressing (at 126oC). In order to establish the material characteristics, tests of mechanical properties, structural testing and stability tests were performed in vitro (an immersion medium: water/PBS buffer). It was established that after three months of incubation the initial implant’s bending strength (120 MPa) decreased by 35%, whereas its tensile strength (52 Pa) weakened by 60%. The degree of degradation did not affect the pH of the immersion fluid. The observed physical changes of the implant, such as: the mass decrease, the change of shape, the increase of crystallinity (DSC/TG), the number of polymer terminal groups (-OH, -COOH), proved the advanced degradation process of PLDLA pins. Implants of particular behaviour were inoculated into the tibia of a New Zealand rabbit. In vivo tests were conducted to confirm the changes observed in vitro. Monitoring of the degradation process was performed after three months following the implantation by means of control X-ray and computed microtomography (μCT).

5

Comparative assessment of mechanical properties of glass and basalt fibers reinforced polyester resin with St3S steel

Rudawski A., Błażewicz S.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

86--90

EN

The aim of the study was to develop a laminate composite that can be an analog for St3S steel in the case of corrosion problems and excessive product weight. E-glass fibers in the form of mats and fabrics with different reinforcement direction, unsaturated polyester resins, and basalt woven fabrics with a grammature of 180 g/m2 were used in the study. Polyester laminate composites of 300x200 mm were manufactured using the vacuum assisted resin transfer molding method. The mechanical properties of the laminate composites in the form of plates were compared with the mechanical properties of the St3S steel serving as a reference material. Selected glass fiber-reinforced polyester composites with the best mechanical properties were additionally modified with basalt fabric. The flexural strength, elasticity modulus and work up to fracture were determined in the three-point bending mode. The values of the mechanical parameters of the composite samples were compared with the mechanical properties of St3S steel. The highest elasticity modulus of the laminate samples was found for the composite reinforced with a unidirectional glass fabric, while the maximum flexural strength was attained by the composite samples reinforced with three and four directional fibrous reinforcement. Their differences amount to several percent. The composite samples representing the best strength properties were further modified using a fabric made from basalt fibers. The use of hybrid fiber reinforcements (glass fiber, basalt fiber) allows for an over 20% increase in the flexural strength of the composite samples. Comparable strength characteristics to the steel samples were achieved. The flexural strength of the hybrid composite samples was 415 MPa, and 429 MPa for the St3S sample. The hybrid laminate composite with basalt woven fabric has a distinctly higher work up to fracture value in comparison with the unmodified laminate composite related to the same cross section unit.

PL

Celem badań było opracowanie laminatu, który może stanowić analog dla stali St3S w przypadku pojawiających się problemów z korozją i zbyt dużym ciężarem użytkowym. W pracy wykorzystano włókna szklane w postaci mat i tkanin o różnym kierunku wzmocnienia, żywice poliestrowe nienasycone oraz płótno bazaltowe o gramaturze 180 g/m2. Metodą próżniowego przesycenia wytworzono laminatowe kompozyty poliestrowo-szklane o wymiarach 300x200 mm. Właściwości mechaniczne próbek kompozytowych wykonanych z laminatów w formie płytek porównywane były z właściwościami próbek wykonanych ze stali St3S, jako próbek referencyjnych. Laminat poliestrowo-szklany o najlepszych parametrach mechanicznych zmodyfikowano płótnem z włókna bazaltowego. Badanymi parametrami były wytrzymałość na zginanie, moduł sprężystości oraz praca zniszczenia. Wyznaczone wartości parametrów mechanicznych laminatów porównano z właściwościami mechanicznymi dla stali St3S. Dla kompozytów laminatowych ze zbrojeniem z włókna szklanego najwyższy moduł sprężystości posiada próbka wykonana z tkaniny szklanej jednokierunkowej, natomiast najwyższą wytrzymałość na zginanie posiadają laminaty zbrojone włóknem szklanym w postaci tkaniny o trójkierunkowym oraz czterokierunkowym wzmocnieniu. Ich różnice wynoszą kilka procent. Próbki kompozytowe o najkorzystniejszych parametrach wytrzymałościowych poddano modyfikacji z zastosowaniem tkaniny z włókna bazaltowego. Zastosowanie hybrydowego włóknistego wzmocnienia (włókna szklane, włókno bazaltowe) pozwoliło na ponad 20% zwiększenie wytrzymałości na zginanie próbek kompozytowych. Uzyskano porównywalne parametry wytrzymałościowe laminatowego kompozytu hybrydowego do stali. Wytrzymałość na zginanie otrzymanych próbek wynosiła 415 MPa, a dla stali St3S 429 MPa.

6

Wpływ nanometrycznych proszków ceramicznych na proces termicznej konwersji paku węglowego do węgla

Mikociak D., Socha A., Błażewicz S., Łabojko G.

Karbo

|

2013

|

Nr 3

209--216

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu nanometrycznych proszków ceramicznych na proces pirolizy paku węglowego i jego dalszej obróbki termicznej do 2000°C. Do modyfikacji paku wykorzystano montmorylonit (MTT) i krzemionkę w ilości do 10 % wagowych. Badania wykazały, że wprowadzenie nanoproszku ceramicznego w ilości do 5 % wagowych nie zmienia istotnie mechanizmu rozkładu termicznego paku w niskich temperaturach. Wpływ nanocząstek zaznacza się wyraźnie w wyższych temperaturach obróbki. Przy małej koncentracji nanododatku obserwuje się obniżenie rozmiarów krystalitów w pozostałości węglowej po karbonizacji do 1000°C. Jednocześnie odległości międzygrafenowe d002 ulegają zmniejszeniu, w porównaniu do próbek węglowych nie zawierających dodatku ceramicznego, co wskazuje na porządkowanie struktury węgla w trakcie obróbki termicznej po karbonizacji paku. W próbkach węglowych zawierających nanokrzemionkę powyżej 1000°C zachodzi proces karboredukcji, który prowadzi do utworzenia węglika krzemu. W próbach ogrzewanych do 2000°C, oprócz węglika krzemu występuje także krystobalit. W temperaturze 2000°C w obecności 0,5 % zawartości MTT tworzą się dwie formy węgla różniące się parametrami strukturalnymi. Przy wyższych koncentracjach nanododatków ceramicznych (powyżej 5%) proces porządkowania struktury węglowej jest hamowany.

EN

The work presents the results of the investigations on the influence of nano-metric ceramic powders on the pyrolysis of coal tar pitch and its subsequent heat treatment up to 2000°C., Montmorillonite (MTT), and silica in an amount up to 10 % by weight, were used to modify the pitch. The studies have shown that the introduction of the ceramic nano-powder up to 5 % does not substantially change the mechanism of thermal decomposition of pitch at low temperatures. The impact of nano-particles is observed at higher processing temperatures. At low concentrations of nano-additives the decrease in the crystallite size of carbon residue after carbonization to 1000°C was observed. At the same time the inter-planar distance d002 between graphene layers is reduced, as compared to the samples without ceramic nano-additives, which indicates that the ordering of the structure of carbon residue in the presence of ceramic nano-particles takes place. In the case of nano-silica during heat treatment of coal tar pitch above 1000°C carboreduction process occurs, which leads to the formation of silicon carbide within carbon matrix. However, after the treatment up to 2000°C cristobalite in the carbon residue was found. Heat treatment of coal tar pitch to 2000°C in the presence of 0,5% of the MTT leads to the formation of two structurally different carbon components. At higher concentrations of ceramic nano-additives (above 5 %) carbon structure ordering process is inhibited.

7

Badania mikroskopowe nanowłóknistych struktur z polilaktydu i żelatyny jako potencjalnych biomateriałów dla medycyny regeneracyjnej

Magiera A., Błażewicz S.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 121

6--12

PL

W wyniku procesu elektroformowania (ang. electro-spinning, ES) otrzymywana jest włóknista forma polimeru. W wyniku modyfikacji polimerowego prekursora poprzez dodatek nanomodyfikatorów możliwe staje się uzyskanie włókien nanokompozytowych. Jednoczesne elektroformowanie (ang. concurrent electrospinning, co-ES), stanowiące modyfikację standardowej techniki ES, umożliwia wytworzenie nowej grupy materiałów, np. powłok zbudowanych z różnorodnych komponentów, włóknistych struktur przestrzennych na rusztowania komórkowe, materiałów gradientowych o różnym udziale składnika włóknistego, włóknistych zbrojeń w technologii nanokompozytów i wielu innych. Celem niniejszej pracy było opracowanie warunków formowania nanowłókien z PLA i GEL. Badania te stanowią pierwszy etap pracy, której celem jest opracowanie warunków jednoczesnego elektroformowania kompozytowej struktury PLA/GEL. W ramach omawianej pracy otrzymano oddzielnie włókna polimerowe z PLA lub żelatyny. W tym celu przeprowadzono proces elektroformowania z wykorzystaniem układu doświadczalnego zaprojektowanego i skonstruowanego w Katedrze Biomateriałów, AGH. Włókniste osady w formie maty były zbierane na uziemionym, obracającym się kolektorze pokrytym folią aluminiową. Otrzymane materiały były badane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (ang. scanning electron microscope, SEM). Podczas badania uzyskanych włókien polimerowych wyznaczono ich średnice oraz analizowano ich morfologię. Średnice uzyskanych włókien z PLA zawierają się w przedziale 0,8-2,0 μm, natomiast włókien żelatynowych w przedziale 0,3-0,6μm. Uzyskane wartości charakteryzowały się niewielkim zróżnicowaniem i zależały od warunków eksperymentalnych procesu elektroformowania. Przedstawiono także wyniki badań otrzymywania włóknistej warstwowej kompozycji złożonej z nanowłókien. Podczas tego procesu na włókna polilaktydowe zebrane na folii aluminiowej nałożono warstwę włókien żelatynowych. Uzyskane struktury były badane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego.

EN

During the electrospinning (ES) process fibrous form of the polymer is obtained. Due to specific modification of a polymer precursor with nanoconstituents, nanocomposite fibres can also be produced. The concurrent electrospinning (co-ES) technique is a modification of the standard ES method in which multiple polymeric jets are being generated. This technique enables to develop new forms of structures - e.g., coatings, 3-D space architectures, gradient materials, fibrous reinforcements in nanocomposites. Our aim was to obtain the PLA and GEL nanofibres as the first stage of the experiments leading to concurrent electrospinning of the composite polylactide/ gelatine material. In this work individual polymeric fibres made of PLA or GEL were successfully produced. To do so the electrospinning setup designed and constructed in our Department was used. Fibrous deposits were collected on grounded rotating mandrel covered with aluminium foil. The obtained materials were analysed using scanning electron microscope (SEM). During the examination of the fibres acquired their diameters were measured. The general analysis of their morphologies was performed as well. Diameters of the PLA fibres obtained in this work ranged between 0.8 and 2.0 μm. GEL fibres were much smaller and had diameters ranging from 0.3 to 0.6 μm. All these values were narrowly distributed and depended on the experimental conditions. Composite polymeric material, get by layered deposition technique, was also obtained. During this process PLA fibres were firstly obtained on the aluminium foil and then covered with GEL fibres. The structure obtained was analysed in the same way as individual, nanocomposite polymeric fibres.

8

Otrzymywanie nanorurek węglowych na podłożach metalicznych i kwarcowych metodą CVD

Frączek-Szczypta A., Spisak M., Błażewicz S.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 6

1191-1198

PL

Przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem nanorurek węglowych (CNT) metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej na stali nierdzewnej oraz na kwarcu. Podłoża stalowe nie wymagały stosowania dodatkowej procedury związanej z nanoszeniem katalizatora metalicznego, niezbędnego do krystalizacji węgla w postaci nanorurek. Dla podłoża kwarcowego jako katalizator stosowano żelazo. Opisano sposób przygotowania powierzchni podłoży, warunki doświadczalne otrzymywania CNT z acetylenu i uzyskane wyniki. Podłoża i osady węglowe badano stosując mikroskopię skaningową (SEM), optyczną i spektroskopię rentgenowską z dyspersją energii (EDS). Porównano efektywność wzrostu nanorurek na obu podłożach i określono korzystne zakresy temperaturowe do ich krystalizacji. Badania wykazały, że na podłożu stalowym nanorurki węglowe powstawały w zakresie temperatur 700–800°C. Wzrost nanorurek węglowych na podłożu kwarcowym poprzedzony był tworzeniem się warstwy węgla pirolitycznego. Na warstwie tej wzrastały nanorurki węglowe. Po schłodzeniu reaktora warstwa ta wraz z nanorurkami nie przylegała do powierzchni kwarcu. Taki mechanizm zaobserwowano dla osadów węglowych na powierzchni kwarcowej otrzymanych w temp. 750°C.

EN

C nanotubes were produced on stainless steel and quartz substrates by CVD using CH≡CH at 700–800°C and studied for microstructure and surface roughness. Fe(NO₃)₃ was used as catalyst on the quartz substrate. Formation of mono and multiwall tubes was obsd.

9

In vitro studies of different types of carbon nanotubes deposited on PTFE membrane

Frączek-Szczypta A., Menaszek E., Miranowicz M., Błażewicz S.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

153--154

10

Augmentation of flexural strength of concrete beams glued with carbon laminate

Piekarczyk J., Błażewicz S., Piekarczyk W.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 1

98-103

EN

Improvement of performance of building objects particularly made of concrete and stone (bridges, ceilings, girders) is more and more often obtained via reinforcing with thin, high-strength bands made of carbon polymers. The reinforcement comprises gluing high-module, or high-strength thin carbon laminate (using suitable resin) to the building element at its supporting side. Additional reinforcement is obtained in result of gluing carbon laminate, having suitable orientation of fibres at the beam side planes, within shearing areas. Bending strength tests, measurements of fracturing energy and measurements of static Young’s modulus were executed with the use of 500 x 26 x 26 mm concrete beams cut of the concrete B-30 blocks, made of concrete of C25/30 class, as well as with use of sandstone beams. 13.8-fold increase of bending strength, 124-fold increase of the destruction work and slight increase of Young’s modulus (1.6-fold) was observed for the concrete B-30 – carbon laminate system. Reinforcement with laminate and additional reinforcement of shearing zones resulted in 17.7-fold bending strength increase (load capacity) and 187-fold increase of destruction work. Reinforcement of shearing zones of concrete beams with laminate has no influence on the system Young’s modulus. Reinforcing 530 x 32 x 32 mm sandstone beams with carbon laminate results in 9.2-fold increase of bending strength and 23.2-fold increase of destruction work. Additional reinforcement of the shearing zones improved the bending strength with over 50 % and increased fracturing energy about 3 times. Analogous tests executed with the use of shorter sandstone beams proved considerably smaller values of the bending strength and destruction work. Freezing-corrosion tests with the use of concrete beams having low strength class and reinforced with laminate proved that bending strength is reduced with 60 % after 30 freezing-corrosion cycles, whereas the sandstone beams reinforced with laminate lose their bending strength with 20 % after 30 cycles.

PL

Poprawa właściwości eksploatacyjnych obiektów budowlanych, szczególnie tych wykonanych z betonu i kamienia (mosty, stropy, dźwigary), coraz częściej uzyskiwana jest przez wzmocnienie za pomocą cienkich, wysokowytrzymałych taśm wykonanych z polimerów węglowych. Wzmocnienie obejmuje przyklejanie wysokomodułowego lub wysokowytrzymałego cienkiego laminatu węglowego (przy wykorzystaniu odpowiedniej żywicy) do elementu budowlanego po jego stronie nośnej. Dodatkowe wzmocnienie uzyskuje się w wyniku przyklejania laminatu węglowego, mającego odpowiednią orientację włókien, w płaszczyznach bocznych belki w obszarach ścinanych. Przeprowadzono badania wytrzymałości na zginanie, pomiary energii pękania i pomiary statycznego modułu Younga w przypadku belek betonowych o wymiarach 500 x 26 x 26 mm wyciętych z betonowych bloków B-30, wykonanych z betonu C25/30, a także w przypadku belek z piaskowca. W przypadku układu beton B-30 – laminat węglowy zaobserwowano 13,8-krotny wzrost wytrzymałości na zginanie, 124-krotny wzrost pracy zniszczenia i nieznaczny wzrost modułu Younga (1,6-krotny). Wzmocnienie za pomocą laminatu i dodatkowe wzmocnienie stref ścinania doprowadziło do 17,7-krotnego wzrostu wytrzymałości na zginanie (nośność) i 187-krotnego wzrostu pracy zniszczenia. Wzmocnienie stref ścinania belek betonowych za pomocą laminatu nie miało wpływu na moduł Younga układu. Wzmacnianie belek piaskowca o wymiarach 530 x 32 x 32 mm za pomocą laminatu węglowego powoduje 9,2-krotny wzrost wytrzymałości na zginanie i 23,2-krotny wzrost pracy zniszczenia. Dodatkowe wzmocnienie stref ścinania poprawiło wytrzymałość na zginanie o ponad 50 % i zwiększyło energię pękania około 3 razy. Analogiczne badania przeprowadzone przy użyciu krótszych belek z piaskowca dowiodły znacznie mniejszej wartości wytrzymałości na zginanie i pracy zniszczenia. Badania odporności na zamrażanie-rozmrażanie belek z betonu niskiej klasy wytrzymałości, wzmocnionych laminatem dowiodły, że ich wytrzymałość na zginanie zmniejsza się o 60 % po 30 cyklach zamrażania- rozmrażania, podczas gdy w tych samych warunkach belki z piaskowca tracą 20 % swojej wytrzymałości.

11

Preliminary investigation of alginate fibers modified with magnetite

Frączek-Szczypta A., Piecek A., Boguń M., Błażewicz S.

Engineering of Biomaterials

|

2011

|

Vol. 14, no. 106-108

17--20

EN

In this work alginate nanocomposite fibers modified with magnetite were investigated as prospective material for bone tissue regeneration after tumor resection. In the first stage of the research the morphology of composite fibers and their chemical composition were evaluated. Determination of the mechanical properties of the nanocomposite materials indicated that magnetite does not improve the strength of the nanocomposites. A slight increase of Young’s modulus was observed only for composite fibers with a lower concentration of nanoadditive. Weekly and monthly incubation of fibers in distilled water indicates the release of magnetite from the material. This result is optimistic in terms of the applicability of these materials, not only for tissue regeneration, but also to destroy cancer cells using the external magnetic field.

12

Nowy system sprężania taśm kompozytowych CFRP do wzmacniania konstrukcji żelbełowych

Siwowski T., Michałowski J., Błażewicz S.

Inżynieria i Budownictwo

|

2010

|

R. 66, nr 3

152-156

PL

Opisano nowy, polski system sprężania taśm kompozytowych CFRP do wzmacniania konstrukcji żelbetowych. W porównaniu z dostępnymi systemami wzmocnienia, opisany system ma zalety, które według autorów mogą stanowić o jego przewadze nad innymi systemami.

EN

The new Polish system for RC members strengthening called Neoxe Prestressing System (NPS) has been presented. As against to available CFRP prestressing systems, the NPS system has got lots of advantages, which have been also described.

13

Wpływ węgla pirolitycznego na parametry morfologiczne krwi

Szymonowicz M., Janus A., Pielka S., Obłąkowska D., Błażewicz S.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 96-98

83--87

PL

W pracy przedstawiono analizę ilościową wybranych parametrów morfologicznych krwi po jej czasowym kontakcie z materiałem węglowym LTI. Na podstawie uzyskanych wyników nie stwierdzono zmian w wartościach parametrów układu czerwonokrwinkowego, natomiast zaobserwowano zmiany w wartościach parametrów układu białokrwinkowego i płytkowego. Zaobserwowane zmiany w wartościach parametrów morfologicznych nie przekraczają zakresu wartości referencyjnych dla tych wskaźników.

EN

A quantitative analysis of selected morphological parameters of blood after its temporal contact with LTI carbon material was presented in the study. The obtained results indicate that the values of parameters of erythrocyte system did not change, while the values of parameters of leukocyte and platelet systems were altered. The changes in the values of parameters did not exceed the range of referential values for these indexes.

14

Otrzymywanie i ocena właściwości mechanicznych kompozytów z poliuretanu i włókien węglowych jako potencjalnych materiałów konstrukcyjnych dla medycyny

Dworak M., Błażewicz S.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 95

33--39

PL

Praca przedstawia wstępne wyniki badań dotyczące otrzymywania materiałów kompozytowych o osnowie poliuretanowej ze wzmocnieniem w postaci włókien węglowych (TPU/włókna węglowe) oraz oceny ich właściwości mechanicznych. Celem tych badań jest opracowanie nowych, niemetalicznych kompozycji przeznaczonych na implanty. Kompozyty wytworzono wykorzystując prepregi złożone z tkaniny z włókien węglowych (2D) przesyconej termoplastycznym poliuretanem (TPU). W pracy analizowano wpływ różnego sposobu ułożenia tkaniny 2D (warstwy prepregu [0/90]6, [0/90/±454/0/90]) na właściwości mechaniczne otrzymanych kompozytów. Wykorzystując metodę ultradźwiękową określono siłę więzi utworzonej pomiędzy warstwami kompozytu. W zależności od ułożenia warstw i temperatury formowania otrzymano zróżnicowane właściwości mechaniczne kompozytów. Temperatura prasowania wykazuje silny wpływ na siłę wiązania pomiędzy warstwami kompozytu. Najwyższą wartość wytrzymałości na zginanie uzyskano dla próbek kompozytów wykazujących jednakowe ułożenie warstw laminatu w kompozycie. W zależności od warunków formowania moduł sprężystości kompozytów zawiera się w przedziale od 20 GPa do 37 GPa. Kompozyty takie mogą być wykorzystane jako implanty konstrukcyjne dla zastosowań w medycynie oraz do wytwarzania wyrobów medycznych przeświecalnych dla promieniowania rentgenowskiego.

EN

The work presents preliminary results dealing with manufacture of a composite material consisting of a polyurethane matrix and carbon fibres (TPU/carbon fibres) as well as assessment of its mechanical properties. Such a material is intended to be used in development of new, non-metallic implants. The composites were made using carbon fibre fabric (2D) and thermoplastic polyurethane (TPU) in the form of prepregs. The effect of different superposition of 2D layers (prepreg layers, [0/90]6, [0/90/±454/0/90]) on mechanical properties of the resulting composites was analyzed. By means of the ultrasonic inspection the interface bonding between layers in the composite was measured. It was shown that depending the stacking layers and temperature of compression molding the composites differed in the mechanical properties. Temperature of compression moulding has strong influence on interfacial bonding between the plies of the composites. The higher flexural strength was obtained for the composite samples exhibiting similar arrangement of laminate layers in the composite. Depending on compression molding parameters the flexural modulus of the composites ranged from 20 to 37 GPa. Such composites may be considered as materials providing suitable mechanical characteristic for use in medicine for structural implants and other radiolucent devices.

15

Processing of biodegradable linear polyurethane for different medical applications

Laska J., Błażewicz S.

Polish Journal of Applied Chemistry

|

2009

|

Vol. 53, nr 1

43-49

EN

Polyurethanes are frequently used as biomaterials due to their biocompatibility and fatigue resistance. Their properties can be easily differentiated by changing the length or amount of the hard and soft segments. Linear elastomeric and biodegradable polyurethane prepared from aliphatic diisocyanate, poly(s-caprolactone) diol, and biologically active isosorbide diol as a chain extender was processed into membranes and elastic foams. Smooth and porous highly flexible membranes were obtained by combination of solvent-nonsolvent phase-inverse process and salt leaching. The polyurethane was also blended with polylactide in purpose to change mechanical properties and resorption time of the material. The obtained materials are presently examined as potential scaffolds for skin and bone tissue engineering and for nerve guidance channels.

16

Zastosowanie laminatów węglowych do zwiększenia wytrzymałości na ściskanie elementów betonowych

Piekarczyk J., Błażewicz S., Białoskórski J.

Materiały Ceramiczne

|

2009

|

T. 61, nr 2

107-112

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań dotyczących podniesienia wytrzymałości na ściskanie cylindrycznych próbek betonowych wzmocnionych za pomocą różnych laminatów węglowych. Cylindryczne próbki betonu klasy C25/30 o średnicy 47 mm i wysokości 112,5 mm owinięto włóknami węglowymi K 63712 tworzącymi różną liczbę warstw kompozytowych (0-5). Próbki betonu owijano również włóknami węglowymi w postaci mat 1D i tkanin 2D. Wytrzymałość na ściskanie próbek betonu wzmocnionych za pomocą 5 warstw włókien węglowych K63712 zwiększyła się ponad 3-krotnie. Najbardziej efektywne wzmocnienie stwierdzono w przypadku próbek betonu owiniętych dwoma warstwami włókien węglowych w postaci maty 1D (300 g/cm2). Uzyskano zwiększenie wytrzymałości 3,1 raza w porównaniu z próbkami niewzmacnianymi, które przed wzmocnieniem matą węglową 1D (300 g/cm2) miały wytrzymałość na ściskanie wynoszącą 54,6±3,2 MPa, natomiast po zastosowaniu maty pokazały wytrzymałość 178,5±19,0 MPa.

EN

The paper presents the results of a study on compressive strength improvement in case of the cylindrical concrete specimens reinforced with different types of carbon laminates. The cylindrical specimens made of C25/30 class concrete, having a diameter of 47 mm and a height of 112,5 mm, were wound with the K 63712 carbon fibers forming a various number (0-5) of composite layers. The concrete specimens were also wound with carbon fibers in a form of 1D mat and 2D cloth. The compressive strength of the cylindrical concrete specimens reinforced with five K63712 carbon fiber layers increased more than 3 times. The most effective reinforcement was found in case of the concrete specimens wound with two layers of 1D carbon fiber mat (300 g/cm2). The strength increased 3.1 times in comparison to the non-reinforced specimens that had the compressive strength of 54.6±3.2 MPa and 178.5±19.0 MPa before and after reinforcing with the 1D carbon fiber mat, respectively.

17

Membrany kompozytowe przeznaczone na implanty okulistyczne

Stodolak E., Krok M., Gumuła T., Błażewicz S.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 4

352-357

PL

Zaprojektowano i wykonano materiał kompozytowy przeznaczany na śródgałkowy implant okulistyczny (implant keratocytowy). Materiałem bazowym był syntetyczny niedegradowalny terpolimer (PTFE-PVDF-PP) o stwierdzonej biozgodności (norma PN-EN ISO 10993). Jako fazę porotwórczą zastosowano biodegradowalny polimer-alginian sodu (NaAlg), którego użyto w formie proszku i włókien. Biopolimer mieszano z roztworem terpolimeru. Kompozyty otrzymywano metodą odlewania, a następnie poddawano je obróbce fizykochemicznej w celu nadania im niezbędnej porowatości. W ten sposób otrzymano biomateriał o wysokiej porowatości otwartej z systemem porów połączonych. Średnia wielkość porów w biomateriale zależy od rozmiaru cząstek fazy porogennej oraz od jej rodzaju (włókna lub proszek NaAlg). Membrana kompozytowa jest tworzywem trwałym, odpornym na długotrwałe obciążenia zarówno statyczne, jak i dynamiczne. Niewielki wzrost porowatości i wzrost wielkości porów obserwowany po testach zmęczeniowych nie powoduje deformacji tworzywa membrany i nie prowadzi do jej zniszczenia. Powierzchnie membran mają charakter silnie hydrofobowy (wyniki pomiarów kąta zwilżania i energii powierzchniowej), co utrudnia adhezję makromolekuł, będącą powodem blokowania się porów membrany. Wysoki kąt zwilżania utrzymuje się również w przypadku zastosowania jako cieczy pomiarowej medium hodowlanego wzbogacanego albuminą. Otrzymane wyniki eksperymentalne stanowiły podstawę do podjęcia dalszych badań nad zachowaniem się materiałów membranowych w warunkach in vivo.

EN

Glaucoma is an disease in which increased intraocular pressure causes damages of the eye structure. This leads to destruction of ophthalmic nerve, and as a result, changes of the field of vision. As a secondary effect secondary changes in the eye structure are observed. The disease is caused by blocking of a natural porous eyeball structure so called drainage angle. Inflow of the aqueous medium from inside the eye to the anterior chamber is more difficult than in physiological state. This state leads to excessive accumulation of the aqueous medium in the eye ball. As a result, the increased intraocular pressure causes tissue ischemia and afterwards their necrobiosis leaing to atrophy of the ophthalmic nerve. The role of materials used in therapy of glaucoma is to decrease the pressure inside eye. Materials for such application should fulfill main criteria, such as biocompatibility, biostability and appropriate high porosity. Moreover, it is necessary to provide nonpenetrating filtration inside the eye. For long-term-use, the material applied for cornea implants also have to withstand static pressure and dynamic pressure changes and have to be stable in biological environment. Therefore, its durability in in vitro conditions plays an important role. A new composite material for intraocular ophthalmic implant (keratitis implant) was designed and manufactured. The composite matrix based on a synthetic non-degradable terpolymer (PTFE-PVDF-PP) with certified biocompatibility (PN-EN ISO 10993 standard). As a porogenic phase bio-degradable polymer - sodium alginate (NaAlg) in the form of powder and fibres was used. The biopolymer was mixed with terpolymer solution. Composites were manufactured by casting technique followed by such a physicochemical treatment which led to obtaining appropriate porosity. This procedure enable to manufacture biomaterial possessing high open porosity with interconnected pore system. The average pore size in biomaterial remains in relation with size of porogenic phases and the type of porogenic phases (fibres or particles of NaAlg). The composite membrane is a material durable and resistant to long-term static and dynamic loads. The slight increase of total porosity and pore size which was observed after fatigue tests did not lead to deformation of the membrane material and did not lead to its destruction. Surfaces of the membrane materials were highly hydrophobic (results of wetting angle measurements and surface energy determination). That prevent adhesion of macromolecules responsible for blocking of membrane pores. High value of wetting angle were registered not only in case of distilled water but also in case of using plasma enriched with albumins. On the basis of results of these experiments new tests in in vivo conditions were continued.

18

Wstępne badania nad wytwarzaniem włókien węglowych z paku mezofazowego z dodatkiem nanorurek węglowych

Mikociak D., Michałowski J., Błażewicz S.

Karbo

|

2009

|

Nr 2

74-78

PL

Powszechnie stosowanym prekursorem do produkcji włókien węglowych jest poliakrylonitryl (PAN). Na rynku handlowym coraz więcej włókien węglowych jest obecnie wytwarzanych z produktów przeróbki ropy naftowej i węgla kamiennego, są to paki izotropowe i mezofazowe. Te ostatnie pozwalają na wytworzenie włókien węglowych o bardzo dużych wartościach modułu Younga. Praca niniejsza dotyczy możliwości wytwarzania włókien węglowych z prekursora pakowego zawierającego jednościenne nanorurki węglowe. Wykorzystany prekursor to pak mezofazowy typu AR firmy Mitsubishi Gas Chemical Company. Prezentowane są wstępne wyniki badań dotyczące procesów stabilizacji i karbonizacji otrzymanych włókien węglowych i włókien kompozytów, zawierających nanorurki. Przeprowadzono badania właściwości elektrycznych i mechanicznych otrzymanych włókien. Dotychczasowe rezultaty wykazują, że w miarę wzrostu średnicy włókna pakowego spada wytrzymałość, a obecność nanododatku zmienia właściwości elektryczne kompozytowych włókien węglowych w porównaniu do włókien czystych.

EN

Commonly used precursor for carbon fibres is polyacrylonitrile (PAN). Recently, more and more types of carbon fibres being available on the market are produced from the processing of petroleum and coals, those are mesophase and isotropic pitches. Coal tar mesophase pitches are suitable precursors to obtain ultra high Young modulus carbon fibres. In this work the possibility to fabricate the pitch - based carbon fibres containing single walled carbon nanotubes is discussed. As the precursor mesophase pitch (AR, Mitsubishi gas Chemical Company) has been used. The work presents preliminary results on the stabilization and carbonization processes of pure mesophase pitch fiber and the fibres with carbon nanotubes. Electrical and mechanical properties of the resulting fibres are studied. It was found that an increase of pitch fibre diameters decreases carbon fibre strength, whereas the presence of carbon nanotubes modifies the electrical properties of composite carbon fibres in comparison to pure carbon fibres.

19

Kompozyty węglowe modyfikowane ceramiką

Gumuła T., Mikociak D., Błażewicz S., Michałowski J.

Karbo

|

2009

|

Nr 1

49-52

PL

Celem pracy było wytworzenie kompozytów C/C modyfikowanych dodatkami ceramicznymi do zastosowań cieplnych i medycznych. Jako materiał na osnowę wykorzystano pak węglowy pochodzenia krajowego, a elementem wzmacniającym były włókna węglowe (Torayca). Wykonano elementy instalacji mikrotechnologicznej do wytwarzania kompozytów. Włókna węglowe nasycano pakiem w specjalnie do tego celu skonstruowanym urządzeniu umożliwiającym w sposób ciągły otrzymywanie taśmy typu prepreg. Szerokość otrzymanej taśmy odpowiadała szerokości formy służącej do ciśnieniowej karbonizacji kompozytów pak/włókno węglowe. Warunki otrzymywania kompozytów C/C ustalano w trakcie procesu optymalizacji opierając się na wynikach badań właściwości mechanicznych próbek kompozytowych. Próbki kompozytu C/C stanowiły materiał wyjściowy do wytwarzania kompozytów węglowo-ceramicznych. Próbki te dosycano żywicą olimetylofenylosiloxanową i analizowano właściwości mechaniczne. Kompozyty C/C modyfikowano nanocząstkami hydroksyapatytu z przeznaczeniem na materiały dla chirurgii kostnej.

EN

The aim of the work was to elaborate C/C composites modified with ceramic additives designed for thermal and medical applications. The composites were studied in view of their mechanical properties. Coal tar pitch was used as a matrix precursor, and carbon fibers (Torayca) as the reinforcement. The elements of microtechnological system for the fabrication of carbon composites have been made. The fibers tow was impregnated with liquid pitch in special unit allowing for continuous forming the prepreg in the shape of tape of suitable width corresponding to the size of mould to realize the pressure carbonization. The processing variables were chosen on the basis of evaluation of the mechanical properties of the resulting composite samples. Pure C/C composites were then modified with various ceramic components depending on final destination. Carbon composites for thermal application were impregnated with polysiloxane resin followed by heat treatment to transform the polymeric precursor into silicon carbide. Carbon composites designed for bone surgery materials were modified with hydroxyapatite in the form of nanoparticles.

20

Strength Properties of Polyacrylonitrile (PAN) Fibres Modified with Carbon Nanotubes with Respect to their Porous and Supramolecular Structure

Mikołajczyk T., Rabiej S., Szparaga G., Boguń M., Fraczek-Szczypta A., Błażewicz S.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2009

|

Vol. 17, no. 6 (77)

13--21

EN

This work was dedicated to the investigation of the influence of the effect of carbon nanotubes on the porous and supramolecular structure of precursor polyacrylonitrile (PAN) fibres. A relationship was found between the structure of the fibers produced in a two-stage and three-stage drawing process and the strength properties of those fibres. The structural parameters and properties of PAN fibres modified with carbon nanotubes were compared with corresponding values for the fibres without nanoadditives. It was found that the introduction of carbon nanotubes into the material of PAN fibres increases their deformability at successive stages of drawing to a degree depending on the type of nanotube. This was the main reason for their higher strength properties in comparison with the fibres without a nanoadditive.

PL

W pracy zbadano wpływ rodzaju nanorurek węglowych na strukturę porowatą i nadmolekularną prekursorowych włókien poliakrylonitrylowych. Ustalono związek pomiędzy strukturą wytworzoną po dwu i trójetapowym procesie rozciągania, a właściwościami wytrzymałościowymi tych włókien. Parametry strukturalne i właściwości włókien PAN modyfikowanych nanorurkami węglowymi porównano z odpowiednimi wskaźnikami dla włókien niezawierających nanododatku. Stwierdzono, iż z wprowadzeniem do tworzywa włókien PAN nanorurek węglowych związane jest zwiększenie podatności na deformację w kolejnych etapach rozciągu w stopniu uzależnionym od rodzaju nanorurek. Stanowi to główną przyczynę ich wyższych właściwości wytrzymałościowych w porównaniu do włókien bez nanododatku.