Experimentální studium tření umělých kloubních chrupavek
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
K náhradě poškozené kloubní chrupavky se používá mnoho konvenčních materiálů, které začínají být nahrazovány inovativními biomimetickými materiály, které kopírují vlastnosti kloubní chrupavky. Jedněmi z těchto materiálů jsou polyvinylalkoholové (PVA) hydrogely zesítěné metodou freeze-thawing a cast-drying. Tyto hydrogely se blíží vlastnostem chrupavky. Za účelem objasnění vlivu kinematických a zátěžných podmínek na tření hydrogelů byly zvoleny tři stupně kluzné rychlosti a zatížení a jednotného maziva-PBS. Součinitel tření FT hydrogelu klesal s rostoucím zatížením. Závislost rychlosti nevykazovala jednotný trend a odpovídala adsorpčně-odpudivému modelu pro PVA gely. Součinitel tření CD hydrogelu rostl s rostoucí kluznou rychlostí dle adsorpčně-odpudivého modelu pro PVA gely. Zvýšení zatížení pří nízkých rychlostech CD hydrogelu vyvolalo mírné snížení součinitele tření. Při nejvyšší rychlosti existovalo optimální zatížení, při kterém bylo dosaženo nízkého součinitele tření. CD hydrogel vykazoval několikanásobně nižší součinitel tření než chrupavka. FT hydrogel dosáhl nižšího součinitele tření než chrupavka pouze při 5 N a 10 mm s-1. Tato práce přispívá pochopení tribologických vlastností PVA hydrogelů.
Many conventional materials are used to replace damaged articular cartilage, which are beginning to be replaced by innovative biomimetic materials that mimic cartilage properties. One of these materials are poly(vinyl alcohol) (PVA) hydrogels crosslinked by freeze-thawing and cast-drying method. These hydrogels possess similar mechanical as articular cartilage. In order to clarify the effect of kinematic conditions on the friction of hydrogels, three levels of sliding speed and load and a uniform lubricant – PBS were chosen. The coefficient of friction of the FT hydrogel decreased with increasing load. The dependence of the sliding speed did not show a uniform trend and corresponded to the adsorption-repellent model for PVA gels. The coefficient of friction of the CD hydrogel increased with increasing sliding speed according to the repulsion-adsorption model for PVA gels. The increase in load at low sliding speeds of CD hydrogel caused a slight decrease in the coefficient of friction. At the highest speed, there was an optimal load at which a low coefficient of friction was achieved. The CD hydrogel showed a lower coefficient of friction than cartilage. The FT hydrogel achieved a lower coefficient of friction than cartilage only at 5 N and 10 mm s- 1. This work contributes to the understanding of the tribological properties of PVA hydrogels.
Many conventional materials are used to replace damaged articular cartilage, which are beginning to be replaced by innovative biomimetic materials that mimic cartilage properties. One of these materials are poly(vinyl alcohol) (PVA) hydrogels crosslinked by freeze-thawing and cast-drying method. These hydrogels possess similar mechanical as articular cartilage. In order to clarify the effect of kinematic conditions on the friction of hydrogels, three levels of sliding speed and load and a uniform lubricant – PBS were chosen. The coefficient of friction of the FT hydrogel decreased with increasing load. The dependence of the sliding speed did not show a uniform trend and corresponded to the adsorption-repellent model for PVA gels. The coefficient of friction of the CD hydrogel increased with increasing sliding speed according to the repulsion-adsorption model for PVA gels. The increase in load at low sliding speeds of CD hydrogel caused a slight decrease in the coefficient of friction. At the highest speed, there was an optimal load at which a low coefficient of friction was achieved. The CD hydrogel showed a lower coefficient of friction than cartilage. The FT hydrogel achieved a lower coefficient of friction than cartilage only at 5 N and 10 mm s- 1. This work contributes to the understanding of the tribological properties of PVA hydrogels.
Description
Citation
KULÍŠEK, V. Experimentální studium tření umělých kloubních chrupavek [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Základy strojního inženýrství
Comittee
doc. Ing. David Paloušek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Martin Vrbka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zbyněk Strecker, Ph.D. (člen)
Ing. Milan Omasta, Ph.D. (člen)
Ing. David Košťál, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-07-16
Defence
Student prezentoval výsledky své práce a zodpověděl dotazy:
1) Z konstrukce vyplývá, že chrupavka byla testovaná vůči sklu BK7 jako plochý vzorek o průměru 10mm. Hydrogel byl nabalený na kuličku s průměrem 19mm. Z jakého důvodu nebyly vzorky a jejich kontaktní oblast sjednocené a jaký vliv to mohlo mít na výsledky? - zodpovězeno
2) V práci bylo dané, že byly zvolené 3 zatěžující síly a 3 rychlosti vyplývající z limitů stroje. Byly definované hodnoty při kterých dochází k nadměrnému opotřebení hydrogelu? - zodpovězeno
3) V práci byly použité konkrétní hodnoty rychlostí (5,10,15 mm/s) a zatížení (2,5,10 N). Z čeho dané hodnoty vycházejí? - zodpovězeno
4) Má vliv na výsledek koeficientu tření u hydrogelu délka rehydratace? - zodpovězeno
ing.Strecker: Jaké jsou nejlepší vlastnosti hydrogelu? Jaká je souvislost součinitele tření s opotřebením kloubu? Proč je důležitý součinitel tření v kloubu? doc. Vrbka: Jaký je tam režim mazání, co se v kloubu děje? - částečně zodpovězeno
Ing.Omasta: přečetl jste všech 90 článků - zodpovězeno
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení