Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of fibre reinforcement on selected mechanical properties of dental composites

Niewczas A. M., Zamościńska J., Krzyżak A., Pieniak D., Walczak A., Bartnik G.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 2

3--10

EN

For splinting or designing adhesive bridges, reconstructive composite structures with increased mechanical properties owing to embedded reinforcement fibres are used. The aim of this article was to determine the influence of glass and aramid fibres on the mechanical strength of composites reinforced with these fibres. Methods: Two polymer-ceramic microhybrid materials: Boston and Herculite were tested. Three types of reinforcement fibres were used: aramid (Podwiązka) with a single layer weave, a single layer weave glass fibre (FSO) and triple layer weave glass fibre (FSO evo). Tests were conducted in accordance with the requirements of ISO 4049:2009. The following material types were chosen for research: Boston, Boston + Podwiązka, Herculite, Herculite + Podwiązka, Herculite + FSO and Herculite + FSO evo. The scope of research included: flexural strength B, bending modulus of elasticity εB and work to failure of the reinforced composite Wfb. Additionally, microscopic observations of fracture occurring in samples were made. Results: In comparison: the Herculite (97.7 MPa) type with the Herculite + FSO evo (177.5 MPa) type was characterized by the highest strength. Fibre reinforcement resulted in decreasing the elasticity modulus: Herculite + reinforcement (6.86 GPa; 6.33 GPa; 6.11 GPa) in comparison with the Herculite (9.84 GPa) and respectively Boston + reinforcement (10.08 GPa) as compared with the Boston (11.81 GPa). Conclusions: Using glass fibres increases flexural strength of the test composites. Using aramid fibres does not change their strength. The elasticity modulus of the reinforced reconstructive structures decreases after application of either type of fibres. However, their resistance to the crack initiation increases.

2

Comparative study of wear resistance of the composite with microhybrid structure and nanocomposite

Pieniak D., Walczak A., Niewczas A. M.

Acta Mechanica et Automatica

|

2016

|

Vol. 10, no. 4

306--309

EN

The aim of the study was to compare microhardness and wear resistance of ceramic-polymer composites with micro and nanohybrid structure. For the studies commercial composites were used, containing filler particles of the same type but different sizes, nanosized (Filtek Ultimate) and micro-sized (Filtek Z250) composites. Tribological testing was conducted using ball-on-disc micro-tribometer. Vickers testing method was applied for microhardness studies with the use of Futertech FM 700 device. It has been demonstrated that the wear of Filtek Ultimate is almost twice lower in comparison to wear of Filtek Z250 composite. It has been concluded that the use of filler nanoparticles significantly increased wear resistance of the material. Additionally, lack of correlation between material microhardness and wear resistance has been demonstrated.

3

Application of halloysite in fabrication of composite materials for energy absorption

Głuszek M., Antosik A., Żurowski R., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 2

61--65

EN

This work is devoted to the development of the composition as well as analysis of the rheological properties of shear thickening fluids (STF) based on pure halloysite (mineral from aluminosilicates group; H) and silica (SF14) doped halloysite dispersed in various organic liquids. The objective of this study was to form an intelligent composite using aluminosilicate tubes to dissipate energy and verify the applicability of the final suspensions to produce liquid armor. Halloysite is considered cheaper and more environmental friendly than pure SiO2 for STF production. Herein, we present studies concerning the effects of the molecular weight of poly(propylene glycol) (PPG) and modified aluminosilicate by mixing in ethanol with a carrier fluid. We also report that the fabrication of STF with silica doped halloysite leads to novel organic/inorganic composite materials with unprecedented protection properties. By analyzing the results obtained from the study, it was concluded that the liquids with modified halloysite as a dopant of 1, 3, 5 and 10 vol.% solid phase had a higher viscosity than the reference liquid based only on nanosilica. The fluid with the most favorable rheological properties is the slurry based on nanosilica with 1 vol.% halloysite (previously mixed with EtOH and PPG 725) dispersed in a poly(propylene glycol) of 725 g/mol molecular weight. The maximum shear thickening value of this liquid equaled 557 Pa·s at a shear rate of 7.8 s‒1. In the final step of the research, a knife penetration resistance test was performed. It was observed that the protective properties of p-aramid fabrics interleaved with STF based on pure SF14 powder and doped with halloysite are comparable. Thus, synthetic nanosilica can be partially replaced.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad opracowaniem składu cieczy zagęszczanych ścinaniem na bazie haloizytu (minerału z grupy glinokrzemianów; H) i krzemionki (SF14) domieszkowanej haloizytem zdyspergowanych w wybranych cieczach organicznych oraz ich charakterystykę reologiczną. Głównym celem badań było otrzymanie inteligentnego kompozytu, który wykorzystywałby częściowo rurkowy kształt cząstki haloizytu do rozpraszania energii, oraz sprawdzenie możliwości wdrożenia uzyskanych zawiesin do produkcji materiałów absorbujących energię, np. ciekłych pancerzy. Powszechnie jako fazę stałą stosuje się syntetyczną i drogą krzemionkę. Z uwagi na aspekt ekonomiczny i ekologiczny autorzy dokonali próby zastąpienia SiO2 naturalnym glinokrzemianem, którego zasoby w Polsce oceniane są na około 10÷12 mln ton. W pracy przedstawiono wpływ masy molowej glikolu polipropylenowego (PPG) stosowanego jako dyspergent oraz modyfikacji powierzchni ziaren fazy stałej poprzez mieszanie z etanolem i PPG na właściwości reologiczne zawiesin. Artykuł zawiera również wyniki badań nad otrzymaniem cieczy zagęszczanych ścinaniem na bazie nanokrzemionki z udziałem haloizytu jako domieszki do opracowania materiału kompozytowego do ochrony ciała człowieka. Analizując otrzymane rezultaty, stwierdzono, iż ciecze z dodatkiem 1, 3, 5 i 10% obj. modyfikowanego haloizytu charakteryzowały się wyższymi lepkościami niż próbka referencyjna oparta tylko na SiO2. Najlepsze właściwości reologiczne wykazuje zawiesina z dodatkiem 1%obj. glinokrzemianu (wcześniej poddanego procesowi modyfikacji powierzchni) zdyspergowanego w glikolu polipropylenowym o masie molowej 725 g/mol (PPG 725). Maksimum zagęszczania ścinaniem tej zawiesiny wynosiło 557 Pa·s przy szybkości ścinania 7,8 s‒1. W ostatniej fazie badań przeprowadzono testy odporności na uderzenia ostrzem. Zaobserwowano, iż materiały kompozytowe na bazie mat z włókien p-aramidowych przekładanych cieczami zagęszczanymi ścinaniem zarówno z SF14, jak i krzemionką z dodatkiem glinokrzemianu zapewniają porównywalne funkcje protekcyjne. Wykazano zatem, że syntetyczna nanokrzemionka może być częściowo zastąpiona haloizytem.

4

Mechanical Properties of Alumina Foam/Tri-Functional Epoxy Resin Composites with an Interpenetrating Network Structure

Ligoda-Chmiel J., Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2757--2762

EN

Methods of measuring effective material properties, including Young’s, Kirchoff’s modulus or Poisson’s ratio for composites with an interpenetrating network structure, where the both constituent phases have widely different physical properties, do not lead to an unambiguous interpretation. The commonly- known static methods have the basic disadvantage that higher strain values are needed in order to obtain proper results which is generally impossible to achieve in the case of brittle materials, e. g. ceramics or polymers, as well as for composites created by connecting both these components. The measurement of strain values during the stress test, decreases the values of Young’s modulus from several per cent to several dozen per cent, due to appearance of micro fractures in the brittle materials. If there are differences in the values, then a special form and an appropriate amount of samples are needed. Dynamic methods of predicting an effective material properties (ultrasonic and impulse excitation of vibration techniques) are much more accurate, and their non- destructive nature mean that the samples can be used again in other experiments. This paper uses the traditional compression test and ultrasonic and impulse excitation of vibration methods to compare and analyze the experimental material properties, such as Young’s modulus, Kirchoff’s modulus and Poisson’s ratio using alumina foam/tri-functional epoxy resin composites with an interpenetrating network structure.

PL

Metody wyznaczania stałych materiałowych, m.in. modułu Younga, Kirchoffa oraz współczynnika Poissona kompozytu o strukturze infiltrowanej, w którym obie fazy ciągłe charakteryzują się zupełnie innymi właściwościami fizycznymi, nie są jednoznaczne w interpretacji. Powszechnie znane metody statyczne pomiaru mają tę ujemną stronę, że do otrzymania dokładnych wyników, konieczne są większe odkształcenia, co jest z reguły niemożliwe do osiągnięcia dla materiałów kruchych, tj. ceramicznych lub polimerowych, a tym samym dla kompozytów powstałych przez połączenie tych dwóch komponentów. Pomiar odkształcenia względnego, powstającego podczas przyłożonego naprężenia obniża wartość mierzonego modułu Younga od kilku do kilkudziesięciu procent, z uwagi na pojawiające się w próbce mikropęknięcia. Ze względu na duży rozrzut wyników, metoda ta wymaga specjalnego kształtu i odpowiedniej ilości próbek. Dynamiczne metody wyznaczania stałych materiałowych (metoda ultradźwiękowa, metoda wzbudzania impulsu akustycznego) są znacznie dokładniejsze i nie mają wyżej wymienionych niedogodności, ponadto są to pomiary nieniszczące, pozwalające na ponowne wykorzystanie próbek do innych badań. W niniejszej pracy dokonano analizy porównawczej wartości eksperymentalnych stałych materiałowych, tj. modułu Younga, modułu Kirchoffa kompozytów pianka korundowa/trójfunkcyjna żywica epoksydowa o strukturze wzajemnie przenikających się faz, otrzymanych tradycyjną metodą statycznego ściskania, a także metodą ultradźwiękową oraz metodą wzbudzania impulsu akustycznego.

5

Effect of fluidization time on thickness of composite protective-decorative coating

Bryll K., Pijanowski M., Gawdzińska K., Lijewski S.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

71--75

EN

This study examines how the fluidizing time influences the thickness and decorative properties of a protective coating created by the fluidization method. We have made two types of coatings: polyethylene and a composite (with polyethylene matrix and SiC particle reinforcement). The work, responding to the market demand for new attractive-looking materials, meeting certain preset criteria, such as coating thickness, is part of research into the selection of protective-decorative coatings for elements working in the natural environment, subject to UV radiation, wind and rain.

PL

W niniejszej pracy poddano badaniu powłokę dekoracyjno-ochronną wytworzoną metodą fluidyzacyjną w celu określenia wpływu czasu fluidyzacji na grubość tej powłoki oraz jej właściwości dekoracyjne. Wytworzono dwa rodzaje powłok: polietylenową i kompozytową (o osnowie z polietylenu i zbrojeniu z SiC w postaci cząstek). Praca ta stanowi odpowiedź na zapotrzebowanie rynku na nowe materiały o odpowiednim wyglądzie estetycznym, określonych właściwościach (w tym wypadku grubości) i jest częścią badań związanych z doborem powłok ochronno-dekoracyjnym na elementy pracujące w środowisku naturalnym narażonym na oddziaływanie promieni UV, wiatru i deszczu.

6

The effect of molecular weights of poly(propylene glycol) on rheological properties of shear thickening fluids

Głuszek M., Idźkowska A., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 2

92--95

EN

Ceramic polymer composites have great importance in many branches of industry. They are used, among the others in electronics, optoelectronics, plastics for the construction of nuclear reactors or spacecrafts. They also play an important role in the production of materials for the protection of the human body. These materials are formed of shear thickening fluids (STF), also referred to as dilatant fluids. They are non Newtonian liquids, which are characterized by an increase in viscosity as a function of shear rate. Materials and devices based on shear thickening fluids dissipate an energy associated to shocks, impacts and vibrations very well. This paper presents the results of research on the effects of a molecular weight of dispersing agent on the rheological properties of shear thickening fluids. In the first step, liquids with poly(propylene glycol) of a molecular weight of 400, 425 or 725 g/mol (used as a dispersing agent) were prepared. As a ceramic powder, a nanosilica with an average particle size of 14 nm was used. Concentration of the powder was 12 vol.% or 15 vol.%. In the second step of this study, the rheological properties of the prepared fluids were analysed at 25°C. The effects of the type of used glycol and the content of solid phase on the rheological properties were examined. More favorable results were obtained for the systems of 15% by volume of the solid phase. The influence of the temperature on therheological properties was also checked. Parallel measurements for systems with a poly(propylene glycol) of a molecular weight of 400, 425, 725 g/mol and a powder 12 vol.% at 37°C were conducted. The effects of the viscosity leap were lower but were received at higher shear rates.

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe mają bardzo duże znaczenie w wielu gałęziach przemysłu. Znajdują zastosowanie m.in. w elektronice, optoelektronice, tworzywach do konstrukcji reaktorów jądrowych czy statków kosmicznych. Istotną rolę odgrywają również przy produkcji materiałów służących ochronie ciała człowieka. Takie materiały powstają na bazie płynów zagęszczanych ścinaniem, nazywanych również dylatancyjnymi. Są to ciecze nienewtonowskie, które charakteryzuje wzrost wartości lepkości ze wzrostem szybkości ścinania. Materiały i urządzenia oparte na zawiesinach zagęszczanych ścinaniem bardzo dobrze rozpraszają energię towarzyszącą wstrząsom, uderzeniom oraz drganiom. W ramach pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem masy cząsteczkowej cieczy dyspergującej na właściwości reologiczne płynów zagęszczanych ścinaniem. W pierwszym etapie przygotowano zawiesiny, w których jako dyspergent zastosowano poli(glikole propylenowe) o masie cząsteczkowej 400, 425 lub 725 g/mol. Fazę stałą stanowiła nanokrzemionka o średniej wielkości ziarna 14 nm. Stężenie proszku wynosiło odpowiednio 12% obj. i 15% obj. W drugiej fazie prac zbadano właściwości reologiczne przygotowanych cieczy w temperaturze 25°C. Sprawdzono, jaki wpływ na właściwości reologiczne cieczy ma rodzaj glikolu i stężenie fazy stałej. Korzystniejsze wyniki uzyskano dla układów z 15% obj. nanokrzemionki. Spośród użytych despergentów najlepszym okazał się poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 425 g/mol przy zawartości 15% obj. proszku. W celu sprawdzenia wpływu temperatury na właściwości reologiczne cieczy zagęszczanych ścinaniem przeprowadzono analogiczne badania w temperaturze 37°C. Zastosowanie podwyższonej temperatury spowodowało przesunięcie skoków dylatancji do wyższych szybkości ścinania, jednakże skoki te były niższe.

7

Ceramic-polymer composites for microwave applications

Szafran M., Bogdańska B., Bobryk E., Jaszczyszyn E., Derzakowski K.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 1

9-13

EN

Ceramic-polymer composites with ferroelectric properties provide significant opportunities in the design and manufacture of modern electronic materials whose functional characteristics are constantly being improved. Barium titanate (BT) and barium strontium titanate (BST) are known and widely used materials in electronics. The paper presents the results of research on a receiving ceramic-polymer composite with an as low as possible permittivity and loss tangent. As a ceramic fraction barium-strontium titanate (BST) with various dopants (Fe2O3, Ni2O3, La2O3, SnO2 and Y2O3) were tested and as an organic one - water dispersions of styrene-acrylic polymers. The influence of BST doped with metal oxides on the sintering process was observed. X-ray diffraction patterns were made for sintered powders while the Vickers hardness, relative density and volume shrinkage of sintered pellets were studied. The zeta potential as a function of pH for pure BST and doped with Ni2O3 were measured. BST doped with Ni2O3 had the best relative density and this powder was used for further research. For the aqueous tape casting method four water dispersions of polymers with different concentrations and structures as binders were tested. For these polymers heat flow as a function of temperature by differential scanning calorimetry (DSC) and the glass transition temperature were measured. Additionally, the concentration of water dispersion of the polymers was tested by the gravimetric method. For the obtained ceramic - polymer composites, the relative permittivity and loss tangent were measured at a 9 GHz frequency.

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe o właściwościach ferroelektrycznych dają znaczne możliwości przy projektowaniu i wytwarzaniu nowoczesnych materiałów elektronicznych o nowych i wciąż udoskonalanych cechach użytkowych. Znanym od lat i powszechnie stosowanym materiałem w elektronice jest tytanian baru (BT) oraz tytanian barowo-strontowy (BST). Domieszkowanie BST tlenkami metali powoduje zmianę parametrów elektrycznych (np. przenikalności dielektrycznej, tangensa kąta strat) oraz fizycznych (twardości, zagęszczenia). W niniejszej pracy badano wpływ domieszek (Fe2O3, Ni2O3, La2O3, SnO2 i Y2O3) na proces spiekania BST w zakresie 1200÷1400°C. Przeprowadzono analizę rentgenograficzną otrzymanych proszków, a także zbadano mikrotwardość Vickersa, względne zagęszczenie spieków oraz ich skurczliwość objętościową. Wykonano pomiary potencjału zeta w funkcji pH dla czystego BST oraz domieszkowanego 2 i 8% mol Ni2O3. Na podstawie otrzymanych wyników wybrano proszek o najlepszym zagęszczeniu (BST + 5% mol Ni2O3) i dobrano spoiwo polimerowe oraz upłynniacz, aby otrzymać gęstwę odpowiednią do odlania folii metodą aqueous tape casting. Istotne było dobranie polimerów obniżających lub niewpływających znacząco na wartość względnej przenikalności dielektrycznej, ponieważ po procesie formowania folia nie była już spiekana. Badano wodne dyspersje polimerów styrenowo-akrylowych o różnych stężeniach, które wyznaczono metodą wagową. Wykonano pomiary zmiany strumienia ciepła w funkcji temperatury metodą skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC) i na podstawie tej zależności wyznaczono temperaturę zeszklenia analizowanych polimerów. Uzyskane kompozyty ceramiczno-polimerowe o różnych zawartościach proszku ceramicznego (60 i 55%) oraz różnych ilościach domieszek (2, 5 i 8% mol) poddano badaniom względnej przenikalności dielektrycznej oraz tangensa kąta strat przy częstotliwości 9 GHz.

8

Fabrication of Mn doped PZT for ceramic-polymer composites

Nogas-Ćwikiel E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1065-1065

EN

Lead zirconate titanate (PZT) ceramics, with general chemical formula Pb(Zr1-xTix)O3 are used in numerous piezo- and pyroelectric applications. In practice, PZT is rarely used in a chemical pure form. The dielectric, piezoelectric and pyroelectric properties of PZT can be modified by adding dopants to the ABO3-type PZT perovskite structure. Ceramics powders of manganese-doped lead zirconate titanate with composition Pb(Zr0.3Ti0.7)0.97Mn0.03O3 (PMZT) were prepared by the sol-gel method using: lead(II)acetate trihydrate, zirconium(IV)propoxide, titanium(IV)propoxide and manganese(II)acetate tetrahydrate as precursors. The PMZT-PVC composites were fabricated from PMZT and polymer powders by hot-pressing method.

PL

Ceramiczne roztwory stałe cyrkonianu tytanianu ołowiu (PZT) o wzorze ogólnym Pb(Zr1-xTix)O3 znajdują szerokie zastosowanie jako piezo- i piroelektryki. W praktyce czysty PZT jest rzadko używany. Właściwości piezoelektryczne i piroelektryczne PZT modyfikuje się poprzez dodawanie domieszek do struktury typu perowskitu ABO3. Ceramiczne proszki cyrkonianu tytanianu ołowiu domieszkowanego manganem o składzie Pb(Zr0;3Ti0;7)0;97Mn0;03O3 (PMZT) otrzymano metodą zolowo-żelową. Jako prekursorów użyto: octanu ołowiu, propanolanu cyrkonu, propanolanu tytanu i octanu manganu. Kompozyty ceramiczno-polimerowe PMZT-PVC otrzymano z proszku PMZT i proszku polimeru PVC metoda prasowania na gorąco.

9

Fabrication and characterization of BST60/40//PVDF ceramic-polymer composite

Osińska K., Adamczyk M., Dzik J., Bernard H., Czekaj D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1083-1091

EN

In this paper BST//PVDF composites with 0-3 connectivity were prepared from (Ba0.6Sr0.4)O3 (BST60/40) ceramic powder and polyvinylidene fluoride (PVDF) powder by a hot pressing method, for different concentration of the ceramic phase (cV). Morphology of BST//PVDF composites was observed by transmission electron microscopy and scanning electron microscopy, whereas the crystalline structure was studied by the X-ray diffraction method. The temperature dependence of dielectric permittivity of BST//PVDF composites was measured in the frequency range of f=10kHz-1MHz. The split-post dielectric resonator (SPDR) was used for the measurements of the real and imaginary part of dielectric permittivity of BST//PVDF composites in the microwave frequency range of f=3-10GHz. It was found, that the dielectric properties of the ceramic-polymer composite for cV >20% change significantly for both small (f=10kHz-1MHz) and high (f=3-10GHz) frequencies. The abrupt increase in permittivity may indicate an excess of the percolation threshold, so the ceramic-polymer composite for the concentrations of the active ceramic phase cV >20% cannot be indexed as composites with 0-3 connectivity.

PL

W ramach prezentowanej pracy, kompozyty BST//PVDF, o sposobie łączenia faz 0-3, otrzymywane były z proszku ceramicznego (Ba0:6Sr0:4)O3 (BST60/40) oraz proszku poli(fluorku winylidenu) (PVDF), dla różnego stężenia fazy ceramicznej (cV ), metodą prasowania na gorąco. Morfologie kompozytów BST//PVDF obserwowano z zastosowaniem transmisyjnego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Strukturę krystaliczną badano metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Temperaturowa zależność przenikalności elektrycznej mierzona była w zakresie częstotliwości f =10kHz-1MHz. Do pomiarów w zakresie bardzo wysokich częstotliwości f =3-10GHz zastosowano rezonator dielektryczny SPDR. Można zauważyć, że zarówno dla niskich ( f =10kHz-1MHz), jak i wysokich ( f =3-10GHz) częstotliwości właściwości dielektryczne kompozytów ceramiczno-polimerowych dla stężenia fazy ceramicznej cV >20%, zmieniają się w znacznym stopniu. Gwałtowny wzrost wartości przenikalności może świadczyć o przekroczeniu progu perkolacji, a więc kompozyty ceramiczno-polimerowe o stężeniu aktywnej fazy ceramicznej cV >20% nie mogą być indeksowane jako kompozyty o sposobie łączenia faz 0-3.

10

The Structural Optimixation of Ceramic-Organic Composites

Borysovska K., Verbylo D., Podrezov Yu., Szafran M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

875-879

EN

The results of studies concerning of ceramic - polymer composites on the porous ceramic base are presented in the paper. Wide technological possibilities of fabrication of high-porous materials allows for an optimization of the structural parameters of ceramic-polymer composites in order to achieve their maximum mechanical properties. In the case of the transition from the single crack fracture to stochastic cracking, porous morphology, volume porosity, pore and particle size, properties of polymeric filler should be taking into account. The influence of the porous structure and the porosity of the ceramic matrix on strength and the mechanical behavior of the ceramic-polymer composite is caused by the stress concentration near the pores. Introduced to the pores of the ceramic porous material of polymer leads to improve the strength and damping parameters of the composite obtained.

PL

W artykule przedstawiono i przeanalizowano właściwości mechaniczne kompozytów ceramika-polimer o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego. Wykazano, że optymalizacja struktury takich kompozytów stwarza możliwość uzyskania materiałów o bardzo dobrych parametrach mechanicznych. W procesie optymalizowania parametrów takich kompozytów należy wziąć pod uwagę porowatość, wielkość i rozkład wielkości porów oraz właściwosci polimeru wprowadzonego do porów ceramicznego tworzywa porowatego. Wykazano że wprowadzenie polimeru do porów ceramicznego tworzywa porowatego prowadzi do wzrostu wytrzymałości mechanicznej oraz właściwości tłumiących takich kompozytów.

11

Effect of particle size and particle surface pretreatment of fillers on selected properties of model ceramic-polymer composites used as dental fillings

Siejka-Kulczyk J., Lewandowska M., Kurzydłowski J.

Polimery

|

2008

|

T. 53, nr 3

208-212

EN

The properties of polymer matrix composites used as dental fillings are strongly affected by the presence and surface treatment of ceramic glass fillers. The proper selection of the size of filler particles, which determine mechanical properties, is a crucial problem in design of ceramic-polymer composites for dental fillings. The goal of the work was to determine the influence of average filler particle size and the effect of surface treatment on selected mechanical properties of composites based on mixture of acrylic resins: 2,2-bis-[4-(2-hydroxy-3-methacryloxypropoxy)phenyl]propane (bis-GMA) and triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA).

PL

Materiałami badanymi w pracy były kompozyty oparte na mieszaninie dwóch żywic metakrylanowych, zawierające 40-60% obj. napełniaczy ceramicznych (głównie krzemionkowych) o różnym średnim wymiarze cząstek. Określono wpływ tych wymiarów (w przedziale 13nm-3žm) czterech typów napełniaczy na maksymalny ich udział w kompozycji (MVFF) a także na wytrzymałość na zginanie (Rf) (rys. 2) i mikrotwardość HV 0,2 (rys. 3). Zbadano również zależność wartości MVFF, Rf i HV 0,2 od ilości 3-(metakryloiloksy) propylotrimetoksysilanu (MPTMS) - środka zastosowanego do powierzchniowej obróbki (silanizacji) proszkowych napełniaczy kompozytów zawierających mikronapełniacz “K3M" (rys. 4, 6, 7) lub mikrokrzemionkę (rys. 8, 9). Stwierdzono, że średni wymiar cząstek napełniacza wywiera istotny wpływ na oceniane właściwości materiałów: kompozyty z mikronapełniaczem (wymiar 500nm) charakteryzują się zdecydowanie większą wartością Rj i mikrotwardością niż kompozyty wzmacniane mikrokrzemionką (wymiar 3žm). Wykazano też, że kompozyty zawierające silanizowany napełniacz ceramiczny wykazują lepsze właściwości mechaniczne niż kompozyty z niesilanizowanym proszkiem.

12

Kompozyty ceramika-polimer do zastosowań stomatologicznych

Cwalińska A., Szafran M., Rokicki G., Biernat M.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

Vol. 10, no. 69-72

69-73

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad otrzymaniem nowych materiałów kompozytowych do zastosowań stomatologicznych. Jednym ze składników fazy organicznej był nowy, rozgałęziony monomer uretanowo-metakrylowy UM1. Charakteryzuje się on ponad cztery razy mniejszym skurczem polimeryzacyjnym w porównaniu do powszechnie stosowanej w stomatologii żywicy opartej na monomerze Bis-GMA. Wypełniacz stanowiły ceramiczne proszki krzemionkowe, których udział był stały i wynosił 60% obj. kompozytu, w tym 10% obj. nanokrzemionki. Proszki wprowadzano do kompozycji żywic, w których zmieniano stosunek wagowy mieszaniny Bis-GMA/TEGDMA do żywicy UM1. Badania wykazały, że dodatek żywicy UM1 pozwala na uzyskanie kompozytów o większej twardości i większej wytrzymałości na zginanie w porównaniu do kompozytów opartych na Bis-GMA.

EN

This paper presents results of research on obtaining new composite materials for dental application. One of the components of organic phase is new, branched UM1 urethane-methacrylic monomer. The monomer shows over four times lower polymerization shrinkage in comparison to commonly used in dentistry Bis-GMA - based resin. Applied inorganic fillers consisted of silica powders, which total content was kept constant and amounted up to 60 vol.% of composite, while nanofiller amount was 10 vol.%. Ceramic powders were added to mixture of resins, in which weight ratio of Bis-GMA/TEGDMA composition to UM1 resin varied. Results prove that UM1 resin additive allows obtaining composites distinguished by increased hardness and flexural strength in comparison to those based on Bis-GMA monomer.

13

Wpływ modyfikacji powierzchni proszku ceramicznego na właściwości kompozytów ceramiczno-polimerowych o zastosowaniu stomatologicznym

Szafran M., Rokicki G., Bobryk E., Szczęsna B.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 3

78-82

PL

Celem pracy było przeprowadzenie badań nad ceramiczno-polimerowymi materiałami kompozytowymi z przeznaczeniem na stomatologiczne wypełnienia stałe. Badania dotyczyły wpływu silanizacji - modyfikacji powierzchni wypełniacza poprzez zastosowanie środka preadhezyjnego - na właściwości użytkowe materiałów kompozytowych. W kompozytach o zastosowaniu stomatologicznym proszek ceramiczny stanowi fazę rozproszeną, a polimer - fazę ciągłą. Ze względu na specyfikę obydwu materiałów niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego połączenia tych faz. Zadanie to realizowano, stosując środek preadhezyjny, który zwiększał oddziaływania na granicy faz i tym samym korzystnie wpływał na właściwości mechaniczne otrzymanych kształtek. Silanizacja proszku ceramicznego pozwoliła także na wprowadzenie większej ilości wypełniacza do żywicy polimerowej. Badano również wpływ ilości i metody nanoszenia środka sprzęgającego (y-metakrylooksypropylo-trimetoksysilanu) na ziarno proszku nieorganicznego. W celu oceny właściwości mechanicznych kształtek kompozytowych poddano je badaniu mikrotwardości Vickersa i wytrzymałości na zginanie. Wykazano wpływ silanizacji na upakowanie ziarna w kompozycie oraz wpływ na parametry wytrzymałościowe kompozytów ceramiczno-polimerowych.

EN

Ceramic-polymer composites are used in dentistry for nearly 30 years and due to their ability of composition modification they are the most promising materials. Also patient's expectations on dentistry fillings outlook made these materials popular. However their's durablity and mechanical properties still are not as good as amalgam's. Dental composites have structure similar to the tooth tissue. They consist of polymer resin, inorganic filler and preadhesion agent. Organic matrix is composition of dimethacrylic monomers usually Bis-GMA and TEGMA monomers. Silica, strontium, barium and boro-silicate glass are ceramic fillers. They increase strength and decrease polymerization shrinkage. Improvement of adhesion of inorganic glass to organic resin is achieved through silanization process. Commonly used silane is methacryloxypropyl-trimethoxysilanc. It has hydrolysable group and organofunctional group attached to silicon by an alkyl bridge. Methoxy groups undergo hydrolysis and condensation reactions in the presence of moisture. The objective of the study was to conduct research on ceramic-polymer composites used as dental fillings. The research verified influence of filler's surface treatment on functional properties of composite materials. In these composites ceramic powder is dispersed phase and polymer--continous phase. Because of specifity of both materials, good coupling is necessary. This task was conducted by using preadhesion agent, which increased adherence on filler - resin interface and improved mechanical properties of composite samples. The latest literature data indicate that it can be achieved by optymalization quantity of silane and method of filler treatment. It was proved that silanization allows to input more filler into organic resin (Tab. 1) and enhances microhardness (Fig. 2) and flexural strength (Fig. 3) of composite samples.

14

Wpływ dodatku nanowypełniacza na właściwości mechaniczne i tribologiczne kompozytów ceramiczno-polimerowych do zastosowań stomatologicznych

Szafran M., Bobryk E., Szczęsna B., Jałbrzykowski M.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 3

83-87

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych i tribologicznych ceramiczno-polimerowych materiałów kompozytowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne. Badania te dotyczyły wpływu rodzaju, ilości i rozkładu wielkości ziaren wypełniacza na właściwości materiałów kompozytowych. Z literatury naukowej wynika, że poprawę parametrów wytrzymałościowych tych materiałów może zapewnić optymalizacja ilości i składu wprowadzanych proszków ceramicznych. Dlatego przeprowadzono badania nad wpływem wypełniacza, a w szczególności nanowypełniacza na właściwości mechaniczne materiałów kompozytowych. Założono, że dodatek nanoproszku zapewni lepszą wytrzymałość mechaniczną. W tym celu wykonano serię kształtek z udziałem proszków o dwóch gradacjach ziarna i o różnym składzie ilościowym względem siebie. Całkowity stopień upakowania wypełniacza w kompozycie był stały. Otrzymane materiały poddano badaniom właściwości mechanicznych: mikrotwardości Vickersa, wytrzymałości na zginanie i ścieralności. Stwierdzono, że dodatek nanowypełniacza poprawił parametry wytrzymałościowe kompozytów o zastosowaniu stomatologicznym.

EN

Human expectations always implicates a demand for new technologies. The same rule applies to dentistry materials. Until quite lately amalgam fillings were used most often because its good mechanical properties as well as Iow price. However its disadvantages such as high termal conductivity and unsatisfying colour motivated scientists to investigate of new materials which could be used as dental fillings. Ceramic-polymer composites seemed to be the most perspective. The aim of this study was to conduct research on influence of type, quantity and filler's grain size distribution on functional properties of ceramic--polymer composites used as dental fillings. Following latest scientific literature it is known that optymalization of quantity and composition of ceramic fillers can improve strength of composite materials. This is the reason for research on effect of filler, especially nanofiller on tribological and mechanical properties of dental composites. It was assumed that nano-particles enhance durability of composite samples. To prove that series of samples was made. Each sample had different content of silica filler and nanofiller but total load was constant. Microhardness, flexural strength and tribological tests were performed on these samples. The results indicate that nanoparticles have the potential to improve microhardness (Fig. 1), wear (Figs. 3 and 4) and mechanical properties (Fig. 2) of ceramic-polymer composites used as dental fillings.

15

Charakterystyka powierzchni kompozytów ceramiczno-polimerowych w środowiskach wodnych o różnych pH

Siejka-Kulczyk J., Lewandowska M., Kurzydłowski K.J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

194-197

16

Zastosowanie kompozytów ceramika - polimer o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego z fosforanów wapniowych w inżynierii tkankowej

Szafran M., Bobryk E., Rzeszutek R., Chróścicka A., Lewandowska-Szumieł M.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 47-53

92--96

PL

W artykule przedstawione zostały wyniki badań nad otrzymaniem materiału kompozytowego ceramiczno-polimerowego o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego. W opracowanym kompozycie fazę ceramiczną stanowi porowaty spiek z mieszaniny hydroksyapatytu i fosforanu wapnia, a fazą polimerową wypełniającą pory ceramicznego tworzywa ceramicznego jest biodegradowalny makromonomer laktydowo-węglanowy, w różnym stopniu wypełniający pory ceramicznej osnowy. Opracowane materiały zostały poddane wstępnym badaniom pozwalającym zakwalifikować kompozyt jako nośnik dla żywych komórek a także sprawdzić możliwość stosowania tej grupy materiałów w inżynierii tkankowej. Z pierwszych prób wynika, że zastosowane materiały z fosforanów wapnia są dobrze tolerowane przez ludzkie komórki osteogenne w hodowli in vitro.

EN

The paper presents the results of studies on obtaining polymer-ceramic composites based on a porous ceramic material. In the composite developed the ceramic phase consists of a porous ceramic sinter of a mixture of hydroxyapatite and calcium phosphate, and the polymer phase, filling the pores of the ceramic material, consists of a biodegradable lactide-carbonate macromonomer which fills, to a variable degree, the pores of the ceramic base. The obtained materials were subjected to preliminary investigations enabling to qualify the composite as a carrier for living cells an to check the possibility of using this group of materials in the tissue engineering. Preliminary tests have shown that the calcium phosphate materials used are well tolerated by osteogenic human cells in in vitro cultures.

17

Badania degradacji kompozytów ceramiczno-polimerowych stosowanych na stałe wypełnienia stomatologiczne

Siejka-Kulczyk J., Lewandowska M., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 47-53

184--186

PL

Celem badań była ocena trwałości kompozytów ceramika - polimer stosowanych jako stałe wypełnienia stomatologiczne. Do badań wykorzystano materiały wytworzone na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej we współpracy z Wydziałem Chemicznym Politechniki Warszawskiej, Instytutem Szkła i Ceramiki w Warszawie oraz Wydziałem Mechanicznym Politechniki Białostockiej. W celu oceny stopnia degradacji materiałów próbki poddano ekspozycji w roztworze 0,1M NaOH przez: 6h, 24h oraz 7 dni. Stopień degradacji oceniano, mierząc wytrzymałość na zginanie i mikrotwardość HV0,2. Próbę zginania przeprowadzono na maszynie MTS, a mikrotwardość mierzono przy użyciu twardościomierza Zwick. Jako miarę degradacji badanych materiałów przyjęto spadek właściwości mechanicznych w stosunku do stanu wyjściowego (materiały nie poddane działaniu roztworu NaOH).

EN

The objective of the research was an evaluation of durability of ceramic - polymer composites used for dental fillings. In the investigations, materials fabricated at the Faculty of Materials Science and Engineering of Warsaw University of Technology in cooperation with the Faculty of Chemistry of Warsaw Universify of Technology, Institute of Glass and Ceramics in Warsaw and the Faculty of Mechanics of Bialystok Technical University were used. In order to evaluate the material's degradation degree, specimens were subjected to exposition in a 0,1M NaOH solution for: 6h, 24h, and 7 days. The degree of degradation was evaluated by measuring flexural strength and microhardness HV0,2. The bend test was performed on a MTS machine, and microhardness was measured using a Zwick hardness tester. As a measure of degradation of the examined materials, a decrease in mechanical properties compared to the initial state (materials not subjected to exposition in NaOH solu- tion) was determined.

18

Właściwości kompozytów ceramiczno-polimerowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne

Lewandowska M., Andrzejczuk M., Sikorski K., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 38-42

74-76

PL

W pracy wykonano badania szeregu kompozytów ceramiczno-polimerowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne. Jako wypełniacz zastosowano szkło o średniej wielkości cząstek 5 mikrometrów oraz nanokrzemionkę o średniej wielkości cząstek 40 nanometrów. Stwierdzono, że nawet niewielkie ilości nanowypełniacza wpływają na podwyższenie właściwości mechanicznych kompozytów oraz ograniczenie skurczu polimeryzacyjnego.

EN

Series of ceramic-polymer composites used for permanent fillings were fabricated during this work. Ceramic glass, of the average particle size of a few mm, and nanosilica, of the average particle size of 40 nm, were used as fillers. It was found that even a small amount of the nanofiller increases the mechanical properties of the composites and reduces the polymerization shrinkage.

19

Kompozyty ceramiczno-polimerowe na bazie porowatego hydroksyapatytu i makromonomerów laktydowo-węglanowych

Szafran M., Bobryk E., Bereza M., Parzuchowski P.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 38-42

150-154

PL

W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań na otrzymaniem biozgodnego, porowatego materiału syntetycznego, o określonej orientacji porów w przestrzeni, umożliwiającej komórkom kostnym "zagnieżdżenie się" oraz tworzenie kości. Opracowano kompozyt ceramiczno-polimerowy, w którym fazę ceramiczną stanowi porowaty spiek z hydroksyapatytu a fazę polimerową (biodegradowalną), zapełniającą w różnym stopniu pory, makromonomer laktydowo-węglanowy. Taki skład kompozytu pozwolił pogodzić dużą porowatość materiału z wymaganą wytrzymałością mechaniczną oraz spełnić warunek biozgodności.

EN

The introductory results of studies on the obtaining of a biocompatible, porous synthetic material of defined orientation of pores in space, permitting the bone cells to infest and form bones, are presented. A ceramic-polymer composite has been developed, in which a porous ceramic of hydroxyapatite is the ceramic phase and a lactide-carbonate macromonomer is the polymer (biodegradable) phase filling to a various degree the pores. Such a composite composition permitted to reconcile the high porosity of the material with the required mechanical strength and fulfill the biocompatibility condition.

20

Badania właściwości materiałów ferroelektrycznych w zakresie mikrofal

Jaszczyszyn E., Szafran M., Modelski J., Bobryk E.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2003

|

Vol. 49, z. 2

247-256

PL

W pracy przedstawiono impulsową metodę do pomiaru parametrów materiałów ceramiczno-polimerowych, przydatnych do zastosowań w zakresie mikrofal. Przeprowadzono także badania kompozytowych warstw ceramiczno-polimerowych zawierających modyfikowany ceramiczny proszek ferroelektryczny typu Ba0.65Sr0.35TiO3 oraz odpowiedni polimer, w którym w sposób dyskretny rozproszone zostały ziarna tego proszku. Otrzymane współczynniki przestrajania skutecznej przenikalności elektrycznej pozwalają stwierdzić, że warstwy takie nadają się do opracowania nowych typów anten oraz podzespołów mikrofalowych.

EN

Pulse method for microwave measurement of the ceramic-polymer materials parameters has been developed. Ceramic-polymer composite substrates with modified ferroelectric powder Ba0.65Sr0.35TiO3 and appropriate polymer (grains of the powder have been sprayed into polymer with specific method) have been also investigated. The powder Ba0.65 Sr0.35TiO3 has been synthesized at the temperature range 1150-1350C/3h and admixture (from 0,5% to 3%) of oxides of nickel or manganese or iron have been added. The ferroelectric powder after being granulated (into grinder) according to desired size (1-5 um) has been utilized in order to obtain ceramic-polymer films. The substrates of the ceramic-polymer composite have been designed such that volume of the ferroelectric powder was from 75% to 97,5%. However, volume of the polymer was at the range from 2,5 to 25%. Thickness of the composite layer has been chosen from 100 to 500 um. The type of the polymer required for obtaining the composite with desired parameters has been also investigated. Main properties of the composite are mechanical resistance and flexibility. They permit to operate easy with obtained substrate and cover conductive plane with it. The polystyrene and polyvinyl butyral are the best among many investigated polymers. The proposed pulse method for microwave measurement of the ceramic-polymer materials parameters is based on measurement of the pulse delay to after pulse passed of the microstrip line fragment. The substrate of the microstrip line is realized with ferroelectric material. Utilizing this pulse method permits to accurately define the pulse delay without matched to microstrip, but it does not permit to assign losses. Because permittivities of the investigated materials are primarily unknown this way might be very useful. Microstrip line can be matched and the losses can be determined by changing pulse magnitudes. Obtained results (e.g. tuning ability coefficient of the effective permittivity) show that ceramic-polymer substrate can be utilized in designing new type of antennas and microwave devices.