Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modeling and computing of stress and strain distribution in UHMW polyethylene elements of chosen artificial human joints

Nabrdalik Marcin, Sobociński Michał

Polish Journal of Chemical Technology

|

2020

|

Vol. 22, nr 3

1--8

EN

The aim of the study was to present numerical strength analysis of the virtual knee and hip joints for the most popular tribological pairs used in prosthetic arthroplasty based on the Finite Elements Method. FEM makes it possible to calculate the stress in particular elements of the tested models. The research was dedicated to elucidate abrasive wear mechanisms during surface grinding of a polyethylene UHMW and a metal elements of endoprostheses. Strong adhesion was found between the abrasives and workpieces, which might be attributed to the chemical bonding between the abrasives and workpieces in synovial liquid. Therefore, the wear of UHMWPE is both chemical and physical. Abrasive wear effect, as a result of the abrasive wear process, is associated with material loss of the element surface layer due to the separation of particles by fissuring, stretching, or micro-cutting.

2

Wpływ wzrostu gęstości usieciowania na właściwości mechaniczne i tribologiczne polimeru GUR 1050 dla endoprotezoplastyki kształtowanego przez napromieniowanie i odkształcenie plastyczne

Barylski A., Maszybrocka J.

Tribologia

|

2014

|

nr 2

9--17

PL

W celu zwiększenia odporności polietylenu GUR 1050 na odkształcenie plastyczne i zużycie ścierne przeprowadzono modyfikację radiacyjną z późniejszym odkształceniem plastycznym. Stosowano napromieniowanie elektronami o dawce 26-156 kGy i odkształcenie plastyczne o wartości ef= 0,2. Ze wzrostem dawki napromieniowania odnotowano znaczne zwiększenie gęstości usieciowania polimeru. Stwierdzono równocześnie, że występuje ścisły związek pomiędzy gęstością usieciowania a właściwościami mechanicznymi i tribologicznymi badanego polimeru. Potwierdzenie stanowi mniejsza wartość zużycia tribologicznego GUR 1050. Testy tribologiczne przeprowadzone na testerach T-05 i T-01 dowodzą, że wzrost gęstości usieciowania po napromieniowaniu strumieniem elektronów i po odkształceniu plastycznym polimeru powoduje 13-krotne obniżenie intensywności zużycia liniowego i 6-krotne obniżenie intensywności zużycia masowego w stosunku do polietylenów niemodyfikowanych. Uzyskane wyniki dowodzą skuteczności stosowanej technologii kształtowania polimeru, która rokuje możliwość wydłużenia czasu użytkowania panewek endoprotez.

EN

Radiation modification with subsequent plastic deformation was conducted in order to increase the resistance of GUR 1050 polymer to plastic deformation and wear. Electron irradiation of 26-156 kGy dose and plastic deformation of the value of ef = 0.2 was applied. It was determined that the crosslink density increase along with the increase of the dose of radiation. It was also found that there is a close relationship between the crosslink density and the mechanical and tribological properties. Tribological tests conducted on the T-05 and T-01 testers have shown that the increase of crosslink density after electron beam irradiation and subsequent plastic deformation result in a 13-fold reduction in linear wear and a 6-fold reduction mass wear as compared to unmodified polyethylenes. The obtained results demonstrate the effectiveness of the technology used for the modification the polymer, which promises the possibility of extending the lifetime of endoprosthesis cups.

3

Wpływ modyfikacji radiacyjnej i termicznej na właściwości funkcjonalne polietylenu

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

Tribologia

|

2012

|

nr 4

167-173

PL

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

EN

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

4

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

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

Tribologia

|

2012

|

nr 3

29-34

PL

Polietylen GUR1020 i GUR1050, przeznaczony do wytwarzania panewek endoprotez, poddano kształtowaniu metodą ściskania jednoosiowego (do wartości odkształcenia plastycznego ef = 0,2) i sieciowania radiacyjnego (za pomocą wiązki elektronów). Zastosowana sekwencja oddziaływań kształtujących polimery zakładała (przy zachowaniu niewielkiej wartości deformacji ef) brak efektu steksturowania fazy krystalicznej, ale nieznaczną orientację fazy lamelarnej w strukturze i wzmocnienie – przez wywołany stan naprężeń – skutków morfologicznych modyfikacji radiacyjnej. Celem zastosowanej metody było znaczne zmniejszenie zużycia tribologicznego polimerów zarówno w stosunku do materiałów wyjściowych, jak i modyfikowanych wyłącznie przez napromieniowanie elektronami. Stwierdzono dla obu materiałów i porównywanych sposobów kształtowania wzrost twardości i modułu sprężystości wraz z dawką napromieniowania. Wykazano, że zmiany zachodzą z różną intensywnością zależną od rodzaju polimerów, które cechują się prawie dwukrotnie różniącym się ciężarem cząsteczkowym. Wyniki testów tribologicznych wykazały 11-krotny wzrost odporności na zużycie (liniowe; tester T-01) w porównaniu z materiałem niemodyfikowanym. W odniesieniu do materiału poddanego tylko napromieniowaniu elektronami stwierdzono 2,5-3-krotne zmniejszenie zużycia.

EN

GUR1020 and GUR1050 polyethylenes, intended for the production of endoprosthesis cups, were subjected to forming by uniaxial compression (up to the value of plastic deformation ef = 0.2), and radiation cross-linking (by means of an electron beam). A slight orientation of the lamellar phase in the structure as well as strengthening – through the induced state of stresses – of morphological effects of radiation modification, and no texturing effect of the crystalline phase had been assumed for the applied sequence of polymer forming interactions (while maintaining a small deformation value ef). The aim of the applied method was a significant reduction in tribological wear of polymers, both the starting materials and ones modified exclusively by electron irradiation. An increase in hardness and elasticity modulus along with a radiation dose was found for both materials and the compared methods of forming. It was demonstrated that changes occur with varying intensity depending on the type of polymers, which are characterised by an almost two-fold difference between their molecular weight. The results of tribological tests showed an 11-fold increase of wear resistance (linear; tester T-01), compared to the unmodified material. Only a 2.5 to3 fold reduction in wear was found compared to the material subjected to electron irradiation.

5

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

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

Tribologia

|

2012

|

nr 4

17-23

PL

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

EN

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

6

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

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

Tribologia

|

2011

|

nr 5

11-20

PL

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

EN

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

7

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

Maszybrocka J., Cybo J., Barylski A.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

215-219

PL

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

EN

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

8

Odkształcenie nowej generacji polimerów na implanty medyczne w świetle próby ściskania

Barylski A., Cybo J., Maszybrocka J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2009

|

R. 106, z. 1-M

3-7

PL

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

EN

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