ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ УПРУГИХ И ВЫСОКОЭЛАСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ КРИВЫХ РЕЛАКСАЦИИ
Аннотация
В статье приводится альтернативная методика определения физико-механических параметров полимера по заранее выбранному закону связи напряжения-деформации. В качестве указанного закона выбрано нелинейное обобщенное уравнение Максвелла-Гуревича, содержащее один упругий параметр — модуль упругости, и три высокоэластических: модуль высокоэластичности, модуль скорости и коэффициент начальной релаксационной вязкости. В отличие от существующих методик определения указанных параметров полимера как функции от одной переменной, как правило температуры, на примере кривых релаксации полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) приводится алгоритм определения характеристик материала с последующим построением закона их изменения как функции двух переменных: уровня ионизирующего излучения и доли добавки гидроксиаппатита. Анализ результатов показал, что облучение образца и введение добавки оказывают различное влияние на упругие и высокоэластические параметры полимера. Так при одновременном облучении материала и введении добавок модуль скорости полимера увеличивается гораздо сильнее, чем при воздействии каждого фактора по отдельности. В свою очередь совместное действие радиации и добавок приводит к некоторому снижению величины коэффициента начальной релаксационной вязкости по сравнению с уровнем, достигаемым при наличии только или ионизирующего излучения, или введения гидроксиаппатита. В завершении приводится модельный эксперимент по построению кривых релаксации полимера с использованием полученных физико-механических параметров. Весьма хорошее совпадение теоретических и экспериментальных кривых позволяет говорить о достоверности использованной методики.
<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>
Литература
Nagels J., Stokdijk M., Rozing P.M. Stress shielding and bone resorption in shoulder arthroplasty. J. Should. Elbow Surg. 2003. V. 12. N 1. P. 35–39. DOI: 10.1067/mse.2003.22.
Albano C. Evaluation of a composite based on high-density poly-ethylene filled with surface-treated hydroxyapatite. Polymer Bull. 2009. V. 62. N 1. P. 45–55. DOI: 10.1007/s00289-008-1011-x.
Fang L., Leng Y., Gao P. Processing and mechanical properties of HA/UHMWPE nanocomposites. Biomater. 2006. V. 27. N 20. P. 3701–3707. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2006.02.023.
Husin M.R. Effect of hydroxyapatite reinforced high density poly-ethylene composites on mechanical and bioactivity properties. Key Eng. Mat. Trans Tech. Publ. 2011. V. 471. N 6. P. 303–308. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.471-472.303.
Wannomae K.K. The effect of real-time aging on the oxidation and wear of highly cross-linked UHMWPE ace-tabular liners. Biomater. 2006. V. 27. N 9. P. 1980–1987. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2005.10.002.
Zuo Y. Novel bio-composite of hydroxyapatite reinforced polyam-ide and polyethylene: Composition and properties. Mater. Sci. Eng. A. 2007. V. 452. P. 512–517. DOI: 10.1016/j.msea.2006.11.138.
Albano C. Prediction of mechanical properties of composites of HDPE/HA/EAA. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2011. V. 4. N 3. P. 467–475. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2010.12.008.
Pielichowska K., Blazewicz S. Bioactive polymer/hydroxyapatite (nano) composites for bone tissue regeneration. Biopolymers. 2010. N 1. P. 97–107. DOI: 10.1007/12_2010_50.
Fouad H. Assessment of function-graded materials as fracture fixa-tion bone boneplates under combined loading conditions using finite element modelling. Med. Eng. Phys. 2011. V. 33. N 4. P. 456–463. DOI: 10.1016/j.medengphy.2010.11.013.
Fouad H. Effects of the bone-plate material and the presence of a gap between the fractured bone and plate on the predicted stresses at the fractured bone. Med. Eng. Phys. 2010. V. 32. N 7. P. 783–789. DOI: 10.1016/j.medengphy.2010.05.003.
Kane R.J., Converse G.L., Roeder R.K. Effects of the reinforce-ment morphology on the fatigue properties of hydroxyapatite rein-forced polymers. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2008. V. 1. N 3. P. 261–268. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2008.01.004.
Younesi M., Bahrololoom M.E. Producing toughened PP/HA-LLDPE ternary bio-composite using a two-step blending method. Mater. Design. 2009. V. 30. N 10. P. 4253–4259. DOI: 10.1016/j.matdes.2009.04.029.
Li K., Tjong S.C. Preparation and mechanical and tribological prop-erties of high-densitypolyethylene/hydroxyapatite nanocomposites. J. Macromol. Sci. 2011. V. 50. N 7. P. 1325–1337. DOI: 10.1080/00222348.2010.516154.
Fouad H. Characterization and processing of high density polyeth-ylene/carbonnano-composites. Mater. Design. 2011. V. 32. N 4. P. 1974–1980. DOI: 10.1016/j.matdes.2010.11.066.
Fouad H., Elleithy R. High density polyethylene/graphite nano-composites for total hipjoint replacements: Processing and in vitro characterization. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2011. V. 4. N 7. P. 1376–1383. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2011.05.008.
Fouad H, Elleithy R., Alothman O.Y. Thermo-mechanical, wear and fracture behavior of high-density polyethylene/hydroxyapatite nano composite for biomedical applications: effect of accelerated ageing. J. Mater. Sci. Technol. 2013. V. 29. N 6. P. 573–581. DOI: 10.1016/j.jmst.2013.03.020.
Fouad H. Effect of long term natural aging on the ther-mal, mechanical, and viscoelastic behavior of biomedical grade of ultra high molecular weight polyethylene. J. Appl. Polymer Sci. 2010. V. 118. N 1. P. 17–24. DOI: 10.1002/app.32290.
Mourad A.H., Fouad H., Elleithy R. Impact of some environmental conditions on the tensile, creep creepre-covery, relaxation, melting and crystallinity behaviour of UHMWPE-GUR 410-medical grade. Mater. Design. 2009. V. 30. N 10. P. 4112–4119. DOI: 10.1016/j.matdes.2009.05.001.
Litvinov S.V., Trush L.I., Avakov A.A. Some features in the definition of the temperature fieldin axisymmetric problems. International Conference on Industrial Engi-neering, Applicationsand Manufacturing (ICIEAM). Chelyabinsk. 2017. P. 1-5. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076449.
Karpov V.L. Radiation-chemical process and their implementa-tion in industry. Atomic Energy. Atomizdat. 1969. V. 26. N 2. P. 150–154 (in Russian). DOI: 10.1007/BF01119491.
Alothman O.Y. Thermal, creep-recovery and viscoelastic behavior of highdensity polyethylene/hydroxyapatite nano particles for bone substitutes: effects of gamma ra-diation. Biomed. Eng. Online. 2014. V. 13. N 1. URL: https://biomedical-engineering-online.biomedcentral.com/articles/10.1186/1475-925X-13-125. DOI: 10.1186/1475-925X-13-125.
