Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Static friction of normal and reversed metal–polymer sliding pairs

Opalka Mariusz

Materials Science Poland

|

2022

|

Vol. 40, No. 3

152--159

EN

The frictional cooperation of materials with different hardnesses occurs in machine elements in one of the following two variants: simple or reversed friction pairs. For a simple sliding pair, the sliding materials’ deformation area (contact area) does not move over the surface of the polymeric element during their interaction. In the case of reversed pairs, the contact surface changes its position as it moves over the surface of the polymer element. Tribological tests of selected sliding pairs (polymer on steel or steel on polymer) in static friction were carried out on a tribotester for tests in a reciprocating motion. The polymers selected for the research were popular sliding materials in engineering applications: ultra-high molecular weight polyethylene (PEUHMW), polyoxymethylene (POM) and polytetrafluoroethylene (PTFE). These materials cooperated with the C45 steel at different unit pressure (P= 0.5; 1; 2 [MPa]) in dry friction conditions. The measurement results showed a significant influence of the material combination variant (metal–polymer, polymer–metal) on the value of the friction coefficient. In all tested material combinations in which the steel sample (pin) slid over the polymer plate, the friction coefficient was higher than when the polymer sample worked with the steel plate.

2

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.

3

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).

4

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.

5

Study on the surface of the polymer insert of the knee replacement using pulsed thermography

Krzywicka M., Grudziński J., Tatarczak J., Ścibisz P.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 2

76--80

EN

Providing of joint prostheses with high reliability is particularly important because the loss of their functional properties may cause invasive surgery revision. The main exploitation problems with prostheses are loosening (septic or aseptic) and the wear of inserts made of UHMWPE. Identification of the types and mechanisms of cooperating surfaces wear of the knee prostheses affects the improvement of materials selection, design and increase their reliability and durability. Typical kinds of damage of UHMWPE element of the prosthesis include abrasive wear, plastic deformation and creep, fatigue wear (pitting), changing the chemical composition and colour, changing in the structure, cracking. This paper presents the test results of the UHMWPE insert surface of the knee replacement which was used by the patient for 13 months. Microscopic studies, pulse thermography and 3D scanning of the UHMWPE insert were carried out. 3D scanning element has paved the way for reconstruction of the shape of the working surface of the insert of prosthesis. Surface defects in the tested insert were revealed by using innovative methods of pulsed thermography. In order to identify defects, located on the surface, microscopic studies were carried out. They have shown a complex mechanism of wear. Many signs of abrasive wear, fatigue wear (pitting) and microcracks have been observed. Analysis of the bio-bearing operation also indicates the signs of early fatigue wear. The causes of wear of tested elements include too high load applied exceeding several times the weight of the human body, closed space in which products of friction are accumulated.

PL

Celem pracy jest określenie charakteru uszkodzeń powierzchni wkładki endoprotezy stawu kolanowego wykonanej z PE-UHMW usuniętej reoperacyjnie z powodu obluzowania aseptycznego po 13 miesiącach użytkowania z wykorzystaniem nowoczesnych technik badania powierzchni materiału.

6

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.

7

Prediction of the Durability of Composite Soft Ballistic Inserts

Fejdyś M, Cichecka M, Landwijt M, Struszczyk M

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2014

|

Vol. 22, no. 6 (108)

81--89

EN

The main goal of this research was to develop a method of predicting the durability of soft ballistic inserts made of a high-strength composite based on polyethylene ultra-high molecular weight (UHMWPE) fibres. The research presents a program of tests on the simulated use of composite ballistic inserts elaborated in order to predict the durability as well as changes in the ballistic, physical and mechanical properties occurring due to conditions of use. The research program took the following three procedures of the aging simulation of the ballistic inserts into account: procedure 1 – applying a mechanical load to the insert; procedure 2 – applying a mechanical load along with a temperature cycle to the insert; procedure 3 – applying a mechanical load, temperature cycle and liquid solution simulating human perspiration to the insert. The procedures were verified experimentally by examining inserts made out of soft composite polyethylene Dyneema® SB 21. Also verification by means of the Snedecor’s F-test was carried out. It was shown that the effect of mechanical loading, temperature cycling, and the solution simulating human perspiration influences the progress of degradation of the polyethylene material. The research work included testing new ballistic inserts made of a polyethylene composite, as well as ones subjected to simulation ageing. To investigate the correlation between the natural ageing process and the simulated one, ballistic inserts used under natural conditions for 5, 7, 9 and 13 years were examined. Selected samples were used for the determination of mechanical and ballistic property variation as well as changes in their chemical structure. Changes in the microstructure of the ballistic material were assessed by DSC analysis and infrared spectroscopy (FTIR-ATR).

PL

Głównym celem realizowanych prac było opracowanie metody prognozowania trwałości miękkich wkładów balistycznych wykonanych z wysokowytrzymałego kompozytu na bazie polietylenu o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym(UHMWPE). W artykule przedstawiono program badań symulacji użytkowania kompozytowych wkładów balistycznych, który opracowano celem prognozowania trwałości, a tym samym przewidywania zmian parametrów balistycznych, fizyko-mechanicznych wkładów ochronnych, zachodzących pod wpływem warunków eksploatacji. Wnioskowanie odnośnie zmian stanu technicznego wyrobów balistycznych pod wpływem warunków przechowywania i użytkowania wymagało zweryfikowania opracowanej metodyki badawczej i przeprowadzenia badań uwzględniających metodę przyspieszonego starzenia. W ramach pracy badaniom poddano nowe pakiety balistyczne wykonane z kompozytu polietylenowego, jak również poddane starzeniu laboratoryjnemu. Celem zbadania korelacji między procesami starzenia naturalnego i symulowanego zbadano pakiety balistyczne użytkowane w warunkach naturalnych przez 5, 7, 9 i 13 lat. Dla wytypowanych próbek zostały przeprowadzone badania właściwości mechanicznych i balistycznych oraz zmian ich struktury chemicznej. Zmiany w strukturze materiałów balistycznych oceniono za pomocą metod: analizy termicznej DSC, spektroskopii w podczerwieni (FTIR-ATR).

8

Analiza zużycia polietylenu UHMW PE stosowanego w układach biotribologicznych

Madej M., Ozimina D., Cwanek J., Styp-Rekowski M.

Tribologia

|

2010

|

nr 1

61-76

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań materiałów stosowanych na elementy systemów biotribologicznych – endoprotez stawów. Badaniom poddano polietylen ultra-wielkocząsteczkowy UHMW PE w skojarzeniu trącym ze stopem Co-Cr-Mo oraz ze stopem Co-Cr-Mo z powłoką TiN, otrzymaną techniką PVD. Topografię i analizę powierzchni oceniano przy użyciu mikroskopu skaningowego SEM oraz mikroskopu sił atomowych AFM. Charakterystyki tribologiczne uzyskano na aparacie T-17, pracującym w skojarzeniu trzpień–płytka zgodnie z normą ASTM 732-82 w warunkach tarcia ze smarowaniem roztworem Ringera. Badania wykazały, że mechanizmy zużycia polietylenowych elementów zależą przede wszystkim od materiału powierzchni roboczych węzła tarcia.

EN

This analysis concerns the interaction of a Co-Cr-Mo alloy head with and without a TiN coating and an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW PE) acetabular cup. The TiN coatings were deposited on the Co-Cr-Mo alloy substrate using the PVD technology. The morphology and structure of Co-Cr-Mo alloy, TiN coating and UHMW PE were analyzed by scanning electron microscopy. The surfaces topography were made with atomic force microscopy – AFM. The tribological tests were performed in accordance with ASTM 732-82 in a T-17 tribotester for a sliding-reciprocating motion. The friction pair was analyzed in the pin-on-plate type wear tests. The results indicated that the mechanisms of wear of the endoprosthesis elements were dependent mainly on the material used.

9

Effect of electron beam irradiation and plastic deformation on molar mass of medical grade ultra-high molecular weight polyethylene

Sudol M., Czaja K.

Polimery

|

2010

|

T. 55, nr 11-12

890-894

EN

Separated and combined electron beam irradiation (as a sterilization procedure) and plastic deformation effects on the average molar mass of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW-PE) were studied. It was found, that both irradiation and deformation have a different impact on the polymer structure. With the growing irradiation dose the mass-average molar mass (Mω) of the polymer soluble fraction reduces and the amount of insoluble fraction (gel) increases. On the other hand, the plastic deformation of UHMW-PE alone may be considered as not involving any destruction of polymer macromolecules. The combined effect of these factors leads to different results in comparison to their separate action and depends on the sequence of the destructive impacts on the polymer. However independently of the sequence of both external factors their synergetic effect is observed for the degradation of UHMW-PE.

PL

Badano wpływ sterylizacji metodą napromieniania strumieniem elektronów oraz deformacji plastycznej (zgniatania, rys. 1) polietylenu ultrawielkocząsteczkowego (UHMW-PE), stosowanego do wytwarzania panewek endoprotez stawu biodrowego, na masę molową polimeru. Stwierdzono, że sterylizacja wpływa na utleniającą destrukcję makrocząsteczek polimeru, której stopień zależy od użytej dawki promieniowania (zmniejszenie masy molowej masowo średniej). Procesowi temu towarzyszy sieciowanie makrocząsteczek (wzrost udziału frakcji nierozpuszczalnej). Z kolei sama deformacja plastyczna wydaje się nie mieć wyraźnego wpływu na proces degradacji. Tymczasem łączne zastosowanie obydwu czynników zewnętrznych prowadzi do odmiennych efektów, dodatkowo zależnych od kolejności ich oddziaływania. W każdym wariancie oddziaływań zewnętrznych, w którym stosowana była sterylizacja radiacyjna strumieniem elektronów (niezależnie od kolejności stosowanych oddziaływań jak też w przypadku braku deformacji), następowała wyraźna destrukcja polimeru, prowadząca do zmniejszenia jego masy molowej z poziomu ok. 1000 kg/mol odpowiadającego próbce bazowej do wartości nie przekraczającej 200 kg/mol. Towarzyszące temu zmniejszenie polidyspersyjności z wartości ok. 10 do wartości 2-4 świadczy, że degradacji ulegały przede wszystkim nieusieciowane (rozpuszczalne) frakcje polimerowe o najdłuższych łańcuchach. Wyniki badań prowadzą także do wniosku, że odkształcenia plastyczne UHMW-PE zastosowane po jego sterylizacji radiacyjnej przyczyniają się w mniejszym stopniu do degradacji i sieciowania makrołańcuchów polimeru, niż w przypadku odwrotnej kolejności działania tych czynników. Jednak w obydwu przypadkach obserwuje się synergizm współdziałania obu czynników zewnętrznych na procesy destrukcyjne makrołańcuchów polietylenowych.

10

Effect of electron-beam irradiation on structure of ultra high molecular weight polyethylene used in medical implants

Sudoł M, Czaja K., Cybo J., Duda P.

Polimery

|

2004

|

T. 49, nr 11-12

841-844

EN

Effect of electron beam irradiation with a dose equivalent to that used in practice during radiation sterilization of endoprostheses (26 kGy) or twice higher (2 ź 26 kGy) on the change of UHMW-PE structure. UHMW-PE (trade name Chirulen 1120) is used for preparation of cups of hip endoprostheses. Structural changes of the polymer have been investigated using FT-IR method. Mainly the results of polymer oxidation (increase in the part of carbonyl groups of ketone, ester and perester types as well as of hydroxyl and vinyl groups) have been found. It was also found, using GPC method, that irradiation caused also partial degradation of macromolecules (reduction of molecular weight one order of magnitude) and crosslinking processes were favored by macroradicals formed (gel fraction part about 40 %, increase in melting temperature as well as in crystallinity degree).

PL

Określono wpływ napromieniania strumieniem elektronów dawką równoważną stosowanej w praktyce podczas sterylizaqi radiacyjnej endoprotez chirurgicznych (26 kGy) oraz dwukrotnie większą (2 ź 26 kGy) na zmianę struktury PE-UHMW o nazwie handlowej "Chirulen 1120" (tabela 1) służącego do otrzymywania panewek endoprotez biodrowych. Metodą FT-IR zbadano zmiany strukturalne polimeru, stwierdzając głównie występowanie skutków jego utlenienia (wzrost udziału grup karbonylowych typu ketonowego, estrowego i nadestrowego, grup hydroksylowych oraz winylowych) (rys. 1). Metodą GPC stwierdzono, że napromienianie powoduje także częściową degradację makrocząsteczek (zmniejszenie ciężaru cząsteczkowego o jeden rząd wielkości), a wytworzone makrorodniki sprzyjają procesom sieciowania (wynoszący ok. 40 % udział frakcji żelowej, wzrost temperatury topnienia i stopnia krystaliczności) (tabela 2).