Önerősített UHMWPE kompozitok mechanikai es tribológiai vizsgálata
A polimerek kopásnak és mechanikai behatásoknak való ellenállása az ipar valamennyi területén kulcsfontosságú tényező. Az implantátumok alapanyagaként is használt ultra nagy molekulatömegű polietilén (UHMWPE) esetén különösen fontos ez a tulajdonság. Kopásállóságának javítására már jelenleg is széles körben alkalmazott módszer a gamma-sugárzással való térhálósítás [1]. Azonban az erősítőanyagokkal való kopásállóság növelés egyelőre nem bizonyult elég eredményesnek, hogy széles körben elterjedjen [2].
A nagy teljesítményű polietilén (HPPE) szálak redndkívüli szilárdsággal rendelkeznek, ezért számos önerősített kompozit fejlesztés középpontjában is állnak [3]. Az önerősített kompozitok, és az orientáció hatása a kopási tulajdonságokra egy kevéssé megértett kutatási terület, amelynek a besugárzással együttes hatásának vizsgálata széles körben hasznosítható lehet. Kiemelendő, hogy az UHMWPE biokompatibilitásának eredményeképp implantátum esetén is előnyösnek bizonyulhat egy még nagyobb kopásállósággal rendelkező anyag [4].
A célom a gamma-sugárzással való térhálósítás, illetve az önerősítés együttes használata volt kopásállóság növelésére. Ehhez Dyneema® erősítőszálat, illetve a szál megolvadásának elkerülése érdekében mátrixanyagként az UHMWPE fröccsönthető típusát használtam. A mátrixanyagból lemezeket préseltem, majd rétegeléses technológiával körülbelül 20% szál tartalmú kompozitot állítottam elő. A próbatestek egy része 200 kGy dózissal besugárzásra került. Ezeket, illetve a nem besugárzott mintákat különböző szálorientáció mellett vizsgáltam.
A próbatestek kopási jellemzőinek vizsgálatát pin-on-disk módszerrel végeztem. Mechanikai minősítésük keménységméréssel és egy dinamikus mechanikai analizátor (DMA) segítségével történt. Az eredmények összevetése azt mutatta, hogy mind a nagy teljesítményű polietilén szálakkal való erősítés, mind a besugárzás pozitív hatással volt a próbatestek tulajdonságaira.
Irodalom:
[1] Huang, Y.-F., Zhang, Z.-C., Xu, J.-Z., Xu, L., Zhong, G.-J., He, B.-X., Li Z.-M.: Simultaneously improving wear resistance and mechanical performance of ultrahigh molecular weight polyethylene via cross-linking and structural manipulation. Polymer, vol 90, 222-231 (2016).
[2] Gao C., Yu L., Liu H., Chen L.: Development of self-reinforced polymer composites. Progress in Polymer Science, vol. 37, no. 6, 767-780 (2012).
[3] Lemstra, P. J.: Chapter 1: High-performance polyethylene fibers. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, vol. 5, no. 2, 49-59 (2022).
[4] Bistolfi, A., Giustra, F., Bosco, F., Sabatini, L., Aprato, A., Bracco, P., Bellare A.: Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) for hip and knee arthroplasty: The present and the future. Journal of Orthopaedics, vol. 25, 98-106 (2021).
szerző
-
Kolda Nikolett
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Mészáros László
egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék -
Tatár Balázs
Doktorandusz, Polimertechnika Tanszék -
Kitti Keszei
tanszéki mérnök, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (külső)
