Biyomalzeme Olarak Kullanılan UHMWPE'e Alternatif UHMWPE/Yeşil Grafen Kompozitlerin Üretimi, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada düşük yoğunluğu, yağlayıcı özelliği ve mükemmel mekanik özellikleri ile dikkat çeken grafen dolgu maddesi olarak kullanılmıştır. Kompozitlerin mikroyapısal ve tribolojik özelliklerini araştırmak için RGO dolgusunun farklı ağırlıkça (ağ.) % değerleri (0.1, 0.3, 1.0 ve 2.0 ağ.%) ilave edilerek UHMWPE kompozitleri önce sıvı faz ultrasonik karıştırma ardından sıcak pres kalıplama ile üretilmiştir. Tüm analiz sonuçları, RGO ilavesinin kompozitlerin kristal yapısını değiştirdiğini ve matriksde homojen dağıldığını, ayrıca matriks-dolgu etkileşiminin de sağlandığını göstermiştir. Ağ. %2.0 RGO ilavesi ile elde edilen kompozitin sertlik değerinde katkısız polimere göre %22.5 artış sağlanmıştır. Kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışları serum ve hank sıvıları ortamlarında, ileri-geri aşınma test cihazı ile karşı malzeme olarak Al2O3 bilye kullanılarak incelenmiştir. Ağ.%1.0 RGO içeren kompozitin serum ve hank sıvıları ortamlarında en düşük sürtünme katsayısı ve aşınma hızına sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca polimer matrikse RGO ilavesi ile yorulma aşınması izlerinin tüm ortamlarda önemli derecede azaldığı belirlenmiştir.

In this study, graphene with its low density, lubricating properties and excellent mechanical properties will be used as fillers. UHMWPE composites filled with different loading (0.1, 0.3, 1.0 and 2.0 wt.%) of RGO were fabricated by firstly liquid phase ultrasonic mixing and then hot press molding to investigate microstructural and tribological properties. All analysis results showed that the addition of RGO changed the crystal structure of composites and distributed in the matrix homogeneously, as well as matrix-filler interaction is provided. The hardness value of the composite obtained with the addition of 2.0% RGO increased by 22.5% compared to the unfilled polymer. The wear and friction behavior of composites were investigated in sliding against an Al2O3 counterface and experiments carried out in a reciprocating friction testing machine under serum and hank's solutions lubricating conditions. Composite with 1.0 wt.% RGO had the lowest friction coefficient and wear rate under serum and hank lubricating conditions. Furthermore, fatigue wear tracks were significantly reduced when RGO was added in the polymer matrix at these lubrication conditions.