Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Study on the Multi-Directional Static Friction Properties of High Performance Yarns

Qi Yexiong, Iqbal Waqar, Jiang Yaming

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2022

|

Vol. 30, no. 3

111-115

EN

To further optimise the bullet-proof performance of textile reinforced composites, multi-directional friction tests of aramid and ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) yarns were carried out by the slope method. The influence of the included angle between the high-performance yarns on the static friction coefficient for aramid and UHMWPE yarns was studied by measuring the friction coefficient. The relationship between the static friction coefficient and the included angle among the high-performance yarns was discussed. The results showed that the friction coefficient of aramid yarns was higher than that of UHMWPE yarns. Especially, at the same included angle between high-performance yarns, the static frictional coefficient of aramid yarns is 50% higher than that of UHMWPE yarns. In accordance with expectations, the static friction coefficient decreases with the increased included angle between high-performance yarns, and the included angle of high-performance yarns changes from 0º to 90º. The trend of rapid decline appeared when the included angle between high-performance yarns changed from 0º to 15º. For the actual result, the static friction coefficient of aramid and UHMWPE yarns is less than 0.3, which needs to be improved to increase the bullet-proof performance of textile composites.

2

Optimization of micromachining operation for particle reinforced UHMWPE composites

Sofuoğlu Mehmet Alper, Gürgen Selim

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 3

art. no. e138

EN

Unlike metals, polymers are highly affected by the heat generation during the machining of the workpiece, because the thermal conductivity of polymers are considerably lower than metals, and therefore heat is much more effective in the cutting zone. If the appropriate cutting parameters are not selected, the polymers become excessively deformed and the final part has high surface roughness, dimensionally large burr formation, or dimensional deviations. Machining of polymers ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is quite common in industrial applications. In this study, the effect of SiC fillers on the machinability of UHMWPE polymer composite was investigated. First, different samples were produced using different filler sizes (1 μm, 50 μm, and 100 μm) and different filler amounts (1%, 3%, 5%). Micro-milling tests were carried out at a constant feed rate (70 mm/min), constant cutting depth (0.1 mm) and spindle speeds (1200, 2800, and 4400 rpm). Tool overhang lengths were selected as 10, 15, and 20 mm. During the experiments, the surface/burr shapes, cutting temperatures and cutting forces were observed. In general, it is observed that SiC filler reduces cutting forces and cutting temperatures. In the further stage of the study, Taguchi analysis was performed in the light of different SiC filler sizes, filler amounts, rotational speeds, and tool overhang lengths.

3

Change of some parameters of UHMWPE depending on the usage

Sobociński Michał, Nabrdalik Marcin

Modelowanie Inżynierskie

|

2021

|

T. 42, nr 73

48--53

EN

Long-term storage in adverse conditions of polymer materials, initiates ageing process as it affects their useful properties. That process covers all physical and chemical conversions taking place in the structure and effects in conversion of parameters of the material. The subject of this paper was to emphasize changes in some chosen parameters of UHMWPE gained during tests conducted on friction nodes applied in endoprostheses. The frictional – wear tests have been proceeded on samples of UHMWPE paired with contra - samples made of CoCrMo and Ti6Al4V alloys. There have also been conducted Shore’s D hardness tests, as well as DSC analysis. DSC thermograms analysis shows, that the load used at friction – wear tests affected the crystallinity chase and thermal features of polyethylene.

PL

Długotrwałe przechowywanie materiałów polimerowych w niekorzystnych warunkach powoduje inicjowanie procesu starzenia. Proces ten w tym przypadku rozumiany jest jako całokształt przemian fizycznych i chemicznych zachodzących w ich strukturze, wpływających na zmianę właściwości tworzyw polimerowych. Celem pracy było wskazanie zmiany wybranych parametrów UHMWPE zebranych podczas badań prowadzonych nad skojarzeniami węzłów tarcia stosowanymi w endoprotezoplastyce. Badaniom tarciowo - zużyciowym poddano próbki wykonane z UHMWPE współpracujące z przeciwpróbkami wykonanymi ze stopu CoCrMo oraz Ti6Al4V. Przeprowadzono także badania twardości Shore'a D oraz analizę za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC.

4

Analysis of Stresses and Strains Distribution of Polyethylene Cups in Hip Joint Endoprosthesis at Various Articular Joints and Friction Conditions

Mordal Katarzyna, Szarek Arkadiusz

Archives of Metallurgy and Materials

|

2021

|

Vol. 66, iss. 2

523--530

EN

The article has been devoted to issues connected with the alloplasty and hip joint endoprostheses, that elements are being developed, which is supported by strength, tribological tests on used biomaterials, incl. polyethylene or computer modelling based on e.g. finite element method (FEM). In this paper, the results of research on the impact of the material articulations of the system head – acetabular and friction conditions on strength parameters of polyethylene components in the hip joint endoprosthesis. Numerical analysis of this friction node was carried out, using the ADINA System computer program and the simulations were performed at various friction conditions for metal/ polyethylene and ceramic/ polyethylene articulations with various UHMWPE modifications. The simulations results have shown the influence of tested material associations and friction conditions on parameters related to the strength of polyethylene cups, i.e. their displacements, stresses and deformations.

5

Micro-machining of UHMWPE composites reinforced with carbide fillers

Gürgen Selim, Sofuoğlu Mehmet Alper

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 4

189--202

EN

Polymer matrix composites (PMCs) have become one of the most widely used engineering materials due to both the developments in polymers and advanced fillers. It is expected that polymer composites will take their final shape during the production phase, which means that they are not required to undergo new processes. However, in some applications, machining operations, such as turning, milling, grooving and hole drilling, cannot be avoided and thus, finishing operations must be applied to these materials. Since these materials have complex microstructures, finishing operations may cause situations that adversely affect engineering properties, such as matrix cracking, delamination, debonding, etc. In this study, micro-milling operations were performed for recently developed ceramic reinforced polymer composites. Three different spindle speeds were used while feed rate and cutting depth were kept constant in the operations. The composites were produced from powdered UHMWPE and silicon carbide particles. Several parameters were varied in the production of the composites, such as molding pressure, filler loading and filler size. The investigated outputs were cutting temperature and surface roughness, whereas machined surfaces and chip morphologies were also investigated via microscopy analyses. In the final stage, regression analyses were performed to investigate the relationships between the process parameters. According to the results, ceramic reinforced polymer composites exhibit different machinability properties than fiber-reinforced ones due to hard fillers and low melting point of UHMWPE.

6

Enhancement of tribological properties and characteristic of polymer matrix composite (UHMWPE reinforced with short fibres of polyester) for Total Disc Replacement (TDR)

Obaid M. N., Radhi S. H.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2020

|

Vol. 102, nr 2

55--65

EN

Purpose: The number of people suffering from Degenerative Disc Disease (DDD) is increasing. The disease causes heavy pain and restrict a number of day-to-day life activities. In extreme cases, the degraded disc is removed under total disc replacement which is usually made up of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE). The material has astounding biocompatible characteristics mechanical properties and wear resistance. However, these characteristics are insufficient in arthroplasty application. Therefore, research investigations are ongoing to improve tribological properties through reinforcement that may result in a composite material of UHMWPE. Thus the current study is aimed at reinforcing UHMWPE with short fibres of polyesters to enhance the tribological properties and surface characteristic so as to improve wear resistance and nourish the fibroblast cells on synthetic disc. Design/methodology/approach: The researcher prepared UHMWPE composite material, reinforced with different weight fractions of short polyester fibres (2, 4, 6, 8 and 10% following hot press method. Further pin-on-disc device was used to study the tribological properties (coefficient of friction and volume of wear). The study tested surface roughness and surface characteristics by atomic force microscopy (AFM) device, hardness by shore D device, contact angle to study the effect of polyester short fibres on wettability of UHMWPE surface and tested the thermal properties and crystalline degree using Differential Scanning Calorimetry measurement (DSC) device. Findings: The results infer that the wear resistance got improved when using 2% w.t polyester though it got decreased initially. However, the value was still more than neat UHMWPE. There was a decrease observed in coefficient of friction, but after 4 w.t% polyester, the coefficient of friction got increased due to increasing percentage of fibres which make it harder and stiff compared to UHMWPE. There was a decline observed in surface roughness due to alignment of the fibres with smooth surface. The contact angle got increased in a moderate range while the roughness enhanced the growth of fibroblast cell. The hardness of composite material got increased, because the fibres turned stiffer and harder than the matrix. DSC results infer the improvements in thermal stability due to high thermal properties of polyester fibres compared to UHMWPE. The degree of crystallinity got increased which in turn enhanced wear resistance, especially at 6 w.t % polyester fibres. There was a mild increase observed in density since the density of polyester is higher than polymer. Research limitations/implications: The major challenge was the dispersion of fibres. Uniform distribution of fibres within the matrix (UHMWPE) was achieved through two steps of mixing processes such as mechanical mixture and twin extruder. In future studies, fatigue tests must be conducted to study the behaviour of prepared composite materials under fatigue cycle. Practical implications: A significant objective is how to connect among different properties to obtain good improvement in tribological and surface properties so as to enhance wear resistance and growth of fibrolase cells. Originality/value: In this study, polymeric short fibres were used as reinforcement with polymeric matrix to enhance the wettability of fibres with matrix. In this way, the bonding among them got increased which supports the tribological, surface, and crystalline behaviour.

7

Effect of Accelerated Ageing on the Ballistic Resistance of Hybrid Composite Armour with Advanced Ceramics and UHMWPE Fibres

Fejdyś Marzena, Kucharska-Jastrząbek Agnieszka, Kośla Katarzyna

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2020

|

Vol. 28, no. 1 (139)

71--80

EN

The main objective of this complex study was to evaluate the durability of newly developed ballistic inserts designed using ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) fibres and advanced ceramics (Al2O3 or SiC). The forecasting of changes in the properties of the newly developed ballistic system is related to safe use and reliable construction, and requires ageing tests to be carried out in natural conditions. Due to the length of this process, a program of tests was developed for simulated use of the composite ballistic inserts under conditions of accelerated ageing, taking into account the 6-year lifespan of these products, which is in accordance with the PN-V-87000:2011 standard. As part of the research work, the new ballistic inserts were tested, and also ones subjected to laboratory ageing for 50, 100, 150 days, which corresponded to 2.2, 4.3 & 6.5 years of ageing in real conditions. The samples selected were verified in terms of ballistic and mechanical behaviour as well as changes in their chemical structure. Changes in the microstructure of the ballistic materials were evaluated using DSC analysis as well as infrared spectroscopy (FTIR-ATR).

PL

Głównym celem realizowanych prac była ocena trwałości nowoopracowanych wkładów balistycznych wykonanych z wysokowytrzymałego materiału na bazie polietylenu o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym (UHMWPE) oraz heksagonalnej ceramiki (Al2O3, SiC). Prognozowanie zmian właściwości nowoopracowanych wyrobów balistycznych związane jest z bezpieczeństwem użytkowania oraz niezawodnością konstrukcji i wymaga przeprowadzenia badań starzeniowych w warunkach naturalnych. Ze względu na długotrwałość tego procesu opracowano program badań symulacji użytkowania kompozytowych wkładów balistycznych w warunkach przyspieszonego starzenia, uwzględniający 6-letni okres użytkowania tych wyrobów, zgodnie z normą PN-V-87000:2011. W ramach pracy przeprowadzono badania nowych wkładów balistycznych, jak również poddanych starzeniu laboratoryjnemu. Wkłady balistyczne poddano działaniu przyspieszonego starzenia w czasie 50, 100, 150 dni, co odpowiadało 2,2, 4,3, 6,5 latom naturalnego starzenia. Dla wytypowanych próbek zostały przeprowadzone badania: właściwości balistycznych i mechanicznych oraz zmian ich struktury chemicznej. Zmiany w strukturze materiałów balistycznych oceniono za pomocą metod: analizy termicznej DSC, spektroskopii w podczerwieni (FTIR-ATR).

8

Low-velocity impact performance of UHMWPE composites consolidated with carbide particles

Gürgen Selim

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 2

112--123

EN

Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is one of important materials utilized against impacting threats. In this work, bulk UHMWPE specimens were fabricated in a compression molding chamber, and molding parameters such as pressure and temperature were varied in the specimen preparation stage to investigate the effect of molding parameters on the impact performance. In addition, silicon carbide fillers were included in the UHMWPE matrix to enhance the anti-impact properties of the specimens. From the results, high molding pressure provides enhanced impact resistance due to improved microstructural consolidation. On the other hand, molding temperature just above the melting point of polymer is much beneficial to the anti-impact behavior of the structures. Carbide fillers lead to an increase in the frictional interaction between the impactor and composites and thereby enhancing the impact resistance of the structures. However, the gain in the protective properties performance is restricted up to a certain amount of carbide loading because at higher filler ratios, the composites change from ductile to brittle characteristics. For this reason, crack growth susceptibility develops in the composites at excessive carbide loadings.

9

Modelowanie stanu naprężeń i odkształceń w kompozycie UHMWPE – włókno węglowe

Mordal Katarzyna, Szarek Arkadiusz

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2019

|

z. 17

85--92

PL

Artykuł poświęcono modelowaniu stanu naprężeń i odkształceń kompozytu UHMWPE – włókno węglowe. Część wstępna obejmuje kwestie związane z biomateriałami, kompozytami oraz właściwościami osnowy i włókien analizowanego materiału. Z kolei w części badawczej zaprezentowano zagadnienia dotyczące przygotowania modelu badanego kompozytu oraz wyniki badań z wykorzystaniem metody elementów skończonych obrazujące rozkład naprężeń i odkształceń w materiale powstający w wyniku ściskania.

EN

The article is devoted to modeling the state of stresses and strains for composite UHMWPE – carbon fiber. The introductory part covers issues related to biomaterials, composites and properties of matrix and fibers of analyzed material. In turn, the research part presents issues regarding the preparation of the model of the tested composite and the results of computer simulations, carried out in the ADINA program, illustrating the distribution of stresses and strains of the material resulting from compression.

10

The effect of an accelerated ageing process on tribological wear of polimeric elements in joint endoprostheses

Mróz A., Wielowiejska-Giertuga A., Wiśniewski T., Barczewski M., Łapaj Ł., Gierzyńska-Dolna M.

Tribologia

|

2016

|

nr 2

73--85

EN

The polymeric components of endoprostheses in in vivo conditions are subjected to the oxidation process (ageing). The paper presents the results of friction and wear testing performed with use of a knee-joint simulator. The polymeric parts were machined from UHMWPE and UHMWPE modified with the addition of vitamin E. The calorimetric analysis and tribological testing results confirm the negative effect of accelerated ageing in oxygen atmosphere on the tribological properties of UHMWPE as well as the antioxidative properties of vitamin E.

PL

Polimerowe komponenty endoprotez w warunkach in vivo ulegają procesowi starzenia (utleniania). W artykule przedstawiono wyniki badań tarciowo-zużyciowych endoprotez stawu kolanowego. Komponenty polimerowe wykonano z UHMWPE i UHMWPE modyfikowanego witaminą E. Wyniki badań kalotometrycznych i tribologicznych potwierdziły negatywny wpływ procesu przyspieszonego starzenia w atmosferze tlenu na właściwości strukturalne i tribologiczne UHMWPE oraz antyoksydacyjne właściwości witaminy E.

11

A tribological assessment of UHMW polyethylene in dry and lubricated conditions

Siwak P., Patalas A., Jabłoński P., Peta K.

Tribologia

|

2016

|

nr 6

139--148

EN

The aim of the study was to evaluate tribological properties of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE). This study concerns the areas of both mechanical and biomechanical application fields, including chain guides and knee or hip joint liner replacement. The presented paper describes conducted research on tribological properties of UHMWPE with tribological testing station UMT-2 Bruker. This testing station is capable of conducting tribological tests of ferrous, non-ferrous metals, plastics, ceramics, composites, and various types of coatings, under both "dry" and liquid and solid lubricating agents. Tests were performed under various conditions, differing in relative speed and the load of interacting frictional pair. Moreover, test duration and the performed number of cycles were considered.

PL

Celem pracy jest ocena właściwości tribologicznych polietylenu wielocząstkowego w odniesieniu do aplikacji mechanicznych oraz biomedycznych, m.in. prowadnic w przekładniach łańcuchowych oraz elementów pośrednich (przekładek) endoprotez stawowych. W pracy przedstawiono badania mające na celu kompleksową ocenę właściwości tribologicznych UHMWPE za pomocą wielopróbkowego stanowiska badawczego UMT-2 Bruker. Urządzenie pozwala na badania tribologiczne materiałów żelaznych, nieżelaznych, tworzyw sztucznych, ceramiki, kompozytów, jak i różnego rodzaju powłok w warunkach „na sucho” oraz smarowania środkami ciekłymi i stałymi. Badania tribologiczne prowadzono w różnych warunkach, tj. przy zadanej prędkości względnej współpracującej pary ciernej, siły obciążająca parę trącą, temperatury, określonej częstotliwości, ilość przeprowadzanych cykli pracy oraz przerwy między nimi z zastosowaniem różnych środków smarujących.

12

Badania tarciowo-zużyciowe skojarzeń materiałowych typu metal–polimer znajdujących zastosowanie w implantach ortopedycznych

Wielowiejska-Giertuga A., Miler M., Sulej-Chojnacka J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 1

73--82

PL

Rosnące wśród pacjentów zapotrzebowanie na endoprotezy stawów, związane m.in. ze starzeniem się populacji, wymaga od współczesnej medycyny ciągłego postępu i udoskonalania stosowanych w implantologii materiałów. W pracy przedstawiono wyniki wstępnych badań tarciowo-zużyciowych materiałów wybranych spośród powszechnie stosowanych w endoprotezoplastyce stawu kolanowego. Badania przeprowadzono z zastosowaniem testera T-17 pracującego w skojarzeniu badawczym typu trzpień–płytka (block–on–disk), przeznaczonego do wyznaczania charakterystyk tribologicznych skojarzeń materiałowych współpracujących ślizgowo w ruchu posuwisto- -zwrotnym, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów przeznaczonych na elementy protez stawów człowieka, np. polimerów. Wyznaczeniu charakterystyk tribologicznych oraz określeniu zużycia liniowego poddano trzpienie wykonane z polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) oraz polietylenu UHMWPE modyfikowanego witaminą E. Materiał przeciwpróbki (płytki) stanowił stop CoCrMo. Badania prowadzono przez milion cykli w środowisku surowicy bydlęcej o temperaturze 37°C±2°C. Częstotliwość ruchu wynosiła 1 Hz±0,1 Hz. W celu określenia mechanizmu zużycia, powierzchnie trące badanych materiałów po testach poddano obserwacjom przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej. Analiza uzyskanych wyników badań tribologicznych pozwoliła wskazać spośród badanych próbek korzystniejsze skojarzenie materiałowe, którym była para trąca: modyfikowany witaminą E polietylen UHMWPE–stop CoCrMo. Dla powyższej pary trącej odnotowano nieznacznie większe wartości współczynnika tarcia, ale jednocześnie mniejsze zużycie liniowe. Natomiast na podstawie obserwacji morfologii powierzchni określono główny mechanizm zużycia, którym było zużycie ścierno-adhezyjne.

EN

The growing demand among patients for endoprosthesis joints associated, among others, with an aging population, requires from modern medicine continuous progress and improvement of materials used in implantology. The paper presents the preliminary results of friction-wear tests of materials chosen from among those commonly used in knee endoprostheses. The tests were conducted using a T-17 tester working in a block-on-disk tribosystem designated to determine the tribological characteristics of material combinations articulating in a reciprocating motion with particular reference to the materials used for elements of human joint prostheses, e.g. polymers. The tribological characteristics were determined and the linear wear was identified for pins made of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) and UHMWPE modified with vitamin E. The counter specimen materials (discs) consisted of a CoCrMo alloy. The study was conducted throughout a million cycles in an environment of bovine serum at a temperature of 37°C±2°C. The frequency of movement was 1 Hz±0.1 Hz. In order to determine the wear mechanism, the friction surfaces of the tested materials were subjected to observation using scanning electron microscopy after testing. Analysis of the tribological test results enabled the authors to indicate from among the tested samples the most advantageous material combination, which was the vitamin E modified UHMWPE– CoCrMo alloy friction pair. For the above friction pair a slightly higher friction coefficient was recorded, but also at the same time reduced linear wear. In contrast, based on the surface morphology observations, the main wear mechanism was defined which was abrasive-adhesive wear.

13

The Effect of Processing Conditions on the Performance of UHMWPE-Fibre Reinforced Polymer Matrix Composites

Fejdyś M., Łandwijt M., Kucharska-Jastrząbek A., Struszczyk M. H.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2016

|

Vol. 24, no. 4 (118)

112--120

EN

The aim of this study was to analyze the influence of the main pressing parameter, i.e. temperature of a ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibrous sheet Dyneema ® HB26, on the performance of resultant UHMWPE-fibre reinforced polymer matrix composites intended for the manufacturing of ballistic personal protection. The main goal of this research was to connect the pressing temperature of the initial polyethylene fibrous material and the main performance feature, i.e. the ballistic behaviour of the resultant composites. The polyethylene composites, designed at various temperatures, were subjected to testing of ballistic, mechanical, thermal (DSC) and structural (FTIR) properties, as well as the surface topography by means of scanning electron microscopy (SEM). Attempts were made to determine the correlation between ballistic and mechanical properties of the various types of polyethylene composites designed and their structural and surface properties. Phenomena accompanying the pressing process of the fibrous polyethylene composites at various temperatures are discussed along with attempts to estimate the mechanisms of changes. This research allowed for the determination of optimal pressing conditions for fibrous polyethylene material to obtain a composite with optimal features for ballistic and personal protection application.

PL

Celem pracy była analiza wpływu temperatury prasowania nietkanego wyrobu polietylenowego (UHMWPE) Dyneema® HB26 na właściwości wytworzonego kompozytu przeznaczonego do balistycznych ochron osobistych. Głównym celem było określenie współzależności miedzy temperaturą prasowania a odpornością balistyczną otrzymanych kompozytów. Wytworzone w różnych temperaturach kompozyty poddano badaniom odporności balistycznej oraz właściwości: mechanicznych, termicznych i strukturalnych, i także badaniom morfologii powierzchni. Podjęto próbę określenia zależności pomiędzy odpornością balistyczną, a właściwościami mechanicznymi zaprojektowanych kompozytów polietylenowych, jak również ich właściwościami strukturalnymi i powierzchniowymi. Przedyskutowano zjawiska towarzyszące prasowaniu kompozytów polietylenowych w różnych temperaturach, a nastepniepodjęto próbę określenia mechanizmów tych procesów oraz oszacowania zmian zachodzących w kompozytach. Badania pozwoliły na określenie optymalnej wartości temperatury prasowania tego wyrobu.

14

Effect of Accelerated Ageing on Ballistic Textiles Modified By Plasma-Assisted Chemical Vapour Deposition (PACVD)

Struszczyk M. H., Puszkarz A. K., Miklas M., Wilbik-Hałgas B., Cichecka M., Urbaniak–Domagała W., Krucińska I.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2016

|

Vol. 24, no. 1 (115)

83--88

EN

The functionalisation of textile products and materials using the low temperature plasma technique is increasingly used in industrial practice, mainly because of the many benefits, often unattainable with the use of other techniques. The study focused on the modification of the composite textile materials - sheets of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) fibres (Dyneema® SB51) by applying the surface deposition of silicone-like polymer in an environment of low temperature plasma. The aim of this study was to evaluate changes in the mechanical and physical properties of modified ballistic textiles under simulated storage conditions in accelerated time. Based on experiences in planning the research on accelerated aging, a test programme was developed for the assessment of changes during the aging process in ballistic fibrous materials under various environmental conditions. The process of low temperature plasma modification affected the mechanical properties of the ballistic composite textile materials during the accelerated ageing using temperature or temperature and humidity. The effect of the modification varied with the mechanical properties investigated.

PL

Funkcjonalizacja tekstylnych produktów i materiałów, przy zastosowaniu techniki plazmy niskotemperaturowej, jest coraz częściej stosowana w praktyce przemysłowej, głownie ze względu na wiele korzyści, często nieosiągalnych dla innych technik modyfikacji. W prezentowanych badaniach skupiono się na modyfikacji kompozytowych materiałów tekstylnych wykonanych z włókien polietylenowych o znaczącej masie cząsteczkowej (Dyneema® SB51) poprzez depozycję powierzchniową polimerów silanowych w środowisku plazmy niskotemperaturowej. Celem pracy była ocena zmian w właściwościach mechanicznych i fizycznych zmodyfikowanych tekstyliów balistycznych pod wpływem symulowanych warunków przechowywania w badaniach przyspieszonego starzenia. Program badań został opracowany na podstawie doświadczeń w planowaniu badań przyspieszonego starzenia, celem określenia zmian w włókienniczym materiale balistycznym zachodzących w czasie starzenia, w różnych warunkach środowiskowych. Proces modyfikacji plazmą niskotemperaturową wywoływał zmiany w właściwościach mechanicznych kompozytowych materiałach balistycznych podczas przyspieszonego starzenia przy zastosowaniu jako czynnika starzeniowego: temperatury lub temperatury i wilgotności. Obserwowane tendencje zmian w właściwościach różniły się w zależności od badanej cechy materiału.

15

Wybrane zagadnienia współpracy UHMW PE z tkanką kostną

Sobociński M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2015

|

T. 21, Nr 3 (165)

294--296

PL

Praca obejmuje tematykę zastosowania endoprotez połowicznych obejmujących skojarzenie: głowa metalowa - naturalna panewka lub też głowa wykonana z UHMWPE i naturalna panewka. W pracy podano wyniki przeprowadzonych analiz mające na celu określenie parametrów współpracy tkanki z materiałami stosowanymi w implantologii. Określano opory tarcia w zamodelowanych układach oraz krzywe zużycia dla tych par trących.

EN

The paper includes the subject areas of application of partial endoprostheses composed of either metal head and natural cup, or UHMWPE head and natural cup. The paper includes empirical results of the analysis conducted to designate parameters of cooperation between the tissue and implanted materials. Friction resistances in modelled sets as well as curves of the wear have been assigned for the friction pairs.

16

Rozkład naprężeń występujących w węźle tarcia endoprotezy całkowitej dwuprzedziałowej stawu kolanowego

Nabrdalik M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2015

|

T. 21, Nr 3 (165)

275--278

PL

W pracy dokonano analizy rozkładu naprężeń występujących w węźle tarcia endoprotez dwuprzedziałowych (dwukłykciowych) stawu kolanowego. Analiza ta została przeprowadzona za pomocą obliczeń numerycznych. Zastosowanie metody elementów skończonych, pozwala na obliczenie i przedstawienie rozkładu naprężeń w poszczególnych elementach modelu obliczeniowego.

EN

The paper presents the numerical analysis of stress occurring in the friction node of bi-condylar knee endoprostheses. The Finite Elements Method allows to calculate and present the stress distribution in all elements of the computing model.

17

Experimental research and numerical analysis of 9 mm Parabellum projectile penetration of ultra-high molecular weight polyethylene layers

Wiśniewski A., Pacek D.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2013

|

R. 42, z. 127

55--64

EN

The paper presents results of experimental research and numerical analysis of the 9 mm Parabellum projectile (brass jacket, lead core) impact (impact velocity Vi = 365 m/s) into layers of the nonwoven polyethylene Dyneema®SB71 (100x100 mm) placed on the backing material. 3D numerical simulations with the use of the Ansys Autodyn v14 program were made. On the basis of the literature and own results of the weight drop test into ballistic plasticine (backface signature BFS = 18-24 mm) conforming to experimental tests numerical model of backing material was made. As a boundary condition in the numerical simulations of projectile impact into Dyneema®SB71 layers it was assumed loading of the tightening belt with 25 N force. In difference to experimental results in numerical simulations the front part of the jacket torn off and the core material flow outside the jacket and there were no perforated layers.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań ostrzałem oraz analiz numerycznych uderzenia pocisku 9 mm Parabellum (płaszcz mosiężny, rdzeń. ołowiany, prędkość uderzenia Vi = 365 m/s) w warstwy nietkanego wyrobu polietylenowego Dyneema®SB71 (100x100 mm) umieszczonego na podłożu balistycznym. Symulacje numeryczne 3D zrealizowano w programie do analiz dynamicznych Ansys Autodyn v14. W oparciu o dane literaturowe oraz własne wyniki zrzutu swobodnego ciężarka na plastelinę balistyczną (głębokość deformacji podłoża BFS = 18-24 mm) opracowano zgodny z wynikami badań eksperymentalnych model numeryczny podłoża balistycznego. Jako warunek brzegowy w symulacji uderzenia pocisku w warstwy Dyneema'y®SB71 przyjęto obciążenie paska dociskającego siłą 25 N. W odróżnieniu od badań ostrzałem w symulacji numerycznej oderwała się przednia część płaszcza pocisku oraz nie nastąpiło przebicie żadnej z warstw wyrobu polietylenowego Dyneema®SB71.

18

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.

19

Experimental investigations of guide rings made of UHMWPE and PTFE composite in water hydraulic systems

Okularczyk W., Baranowski W.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 1

53-57

EN

In the present work two materials of guiding elements were tested in water hydraulic. The guide elements used for the test station were made of UHMWPE and PTFE filled with 23% of carbon powder and 2% of graphite powder (Kefloy-22). During investigations of hardness conducted for stuffing box packings in water hydraulic systems an analysis of proper selection of piston rod guiding elements has also been carried out [diameter] 45 f7 (Ra = 0.07-0.20 μm, Rm => 2.5 μm). Working piston rod made of chromium-nickel steel AISI 431 (Cr = 16.7%, Ni = 2.08%) has been used for investigations. Some of the guiding elements, after proper selection of the material, could be still used, despite damaged seal. The tests have been performed maintaining water pressure on the sealing at a level of p = 8 ± 1 MPa and the average velocity of the piston rod of v = 0.35 m/s. Water temperature during investigations was regulated within the range of Tmin = 291 K and Tmax = 305 K. Variable value of friction coefficient has been obtained for the guide rings made of PTFE composite with the change in piston rod velocity and friction force as a function of the velocity of single guide element made of Kefloy-22 after the distance of 15 000, 60 000 and 90 000 m. For the lifetime reaching friction distance of 200 km the guide rings can be used several times. Similar measurement has been performed for guide elements made of UHMWPE. The seals were disassembled during tests from the stuffing boxes. During assessment of the elements made of polyethylene with very high molecular mass (UHMWPE) it was found that friction force (and the friction coefficient, respectively) after 108 000 cycles (i.e. 108 000 m), decreased only by 30%. It was also found that friction coefficient for UHMWPE μUHMWPE has a continuous value within the range of applied velocity of v Okularczyk, W. 0.05 to 0.40 m/s. In order to determine friction coefficient μUHMWPE the weight of the piston rod was calculated, whose mass m = 15.5 kg, thus pressing force N = 152 N. At the friction force for single guide element, after the distance of 3500 m, with F pr = 20 N value of μUHMWPE = 0.26. However after 108 000 m of friction distance the friction coefficient μUHMWPE = 0.20. It should be highlighted that these coefficients concern dry friction. Kefloy-22 can be successfully used for guide rings in water hydraulic systems. Application of guide rings made of UHMWPE has been estimated negatively. It has been revealed that there was not beneficial to produce the guide elements from this material despite the fact that UHMWPE has the lowest abrasive wear from all polymers. Problem occurred due to wear particles disturbing the work of the cylinder.

PL

Podczas wykonywania badań trwałościowych, uszczelnień dławnicowych w układzie hydrauliki wodnej dobrano skojarzenie, w którym uszczelnienie tłoczyskowe wykonano z PE-UHMW, natomiast pierścienie prowadzące z kompozytu PTFE (Kefloy-22). Do badań zastosowano tłoczysko robocze [średnica] 45 f7 o poniższych parametrach: materiał: stal chromowo-niklowa gat. AISI 431 (Cr = 16,7%, Ni = 2,08%) chromowana technicznie o gr. powłoki > = 20 μm, elipsoidalność = > 1/4 f7, liczba mikropęknięć >= 5000/mm2, Ra = 0,07÷ 0,20 μm, Rm =< 2,5 μm. Niektóre z elementów prowadzących, dzięki prawidłowemu doborowi materiału, mogły być używane nadal, mimo zniszczenia uszczelek. Badania prowadzono, utrzymując ciśnienie wody obciążające uszczelki na poziomie p = 8 ± 1 MPa oraz prędkość średnią tłoczyska v = 0,35 m/s. Temperatura wody podczas badań, a tym samym temperatura tłoczyska, była regulowana w zakresie Tmin = 291 K, Tmax = 305 K. Otrzymano zależność wartości współczynnika tarcia pierścieni prowadzących wykonanych z kompozytu PTFE od prędkości ruchu tłoczyska. Przy trwałości uszczelnień dochodzącej do 200 km drogi tarcia pierścienie prowadzące mogły być stosowane kilkakrotnie. Pozytywnie oceniono Kefloy-22 jako materiał do zastosowania na pierścienie prowadzące w hydraulice wodnej. Oceniono negatywnie stosowanie pierścieni prowadzących wykonanych z PE-UHMW. Zaproponowano właściwy dobór materiałowy zestawów uszczelniająco-prowadzących.

20

Develoment of a physiognomic hip joint replacement

Sykora J., Konvickova S., Daniel M.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 89-91

17