Karbon türevi dolgulu ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (PE) kompozit ve hibrit kompozit kaplamaların sürtünme ve aşınma davranışları

Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (PE) bileşenlerinin aşınması, kemik erimesine yol açan ve implantların ömrünü sınırlayan önemli bir dezavantaj olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle PE'nin tribolojik ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine yapılan çalışmalar devam etmektedir. Bu amaçla, gelişmiş sürtünme ve aşınma özelliklerine sahip PE esaslı kompozit malzemeler üretmek için dolgu maddesi olarak çeşitli karbon türevi katkı maddeleri (GNP, GO, CNT ve GNP-GO) kullanılmıştır. Öncelikle GNP, GO, CNT ve GNP-GO dolgularının farklı miktarları (ağ. %0,7, 1,0, 2,0 ve 3,0) PE matrisine ilave edilerek PE/GNP, PE/GO, PE/CNT kompozit ve PE/GNP-GO hibrit kompozit tozları sıvı faz ultrasonik karıştırma yöntemiyle üretilmiştir. Daha sonra bu tozlar sıcak pres kalıplama ile toz PE üzerine kaplanmıştır. Kompozit ve hibrit kompozit kaplamaların aşınma ve sürtünme davranışları, kuru kayma ve Hanks dengeli tuz çözeltisi ortamlarında, ileri-geri aşınma test cihazı ile karşı malzeme olarak paslanmaz çelik (316L) kullanılarak incelenmiştir. Kaplamaların mikroyapısal analiz sonuçları, kullanılan tüm dolguların polimer ile etkileşimini doğrulamıştır. En yüksek mikrosertlik değerleri ağ. %0,7 CNT, %3,0 GNP ve %1,0 GO içeriğine sahip kompozit kaplamalarda tespit edilmiştir. Kuru ve Hanks çözeltisi ortamlarında kaplamaların büyük çoğunluğu dolguların yağlayıcı etkisinden dolayı PE'den daha kararlı ve daha düşük sürtünme katsayısı değişimi göstermişlerdir. Kuru kayma koşullarında ağ. %3,0 GNP ve %1,0 GO, Hanks çözeltisi ortamında ise ağ. %0,7 CNT ilavesi PE'ye göre aşınma direncini geliştiren dolgu miktarları olmuştur. PE/GNP-GO hibrit kompozit kaplamaların mikroyapısal ve tribolojik analiz sonuçları GNP ve GO dolgularının sinerjik etkisini göstermiştir, ancak kaplamaların mikrosertlik değerlerinde ve aşınma dirençlerinde herhangi bir iyileşme sağlanamamıştır. Bu çalışma, PE yerine biyomalzeme olarak yüksek mikrosertliğe ve en az aşınma kalıntısına sahip PE/0.7CNT kompozit kaplamanın kullanılmasını önermektedir.