Зависимость напряжения деформации для полимеров.

Образец, имеющий форму двойной лопатки, растягивают с постоянной скоростью и регистрируют напряжение.

Напряжение/деформация=(нагрузка/ед. пл. попер. сеч.)/(удлинение/исх. длину*100%)

Предел текучести.

Точка на кривой, при которой происходит увеличение деформации образца без увелчения растягивающей нагрузки.

Прочность при растяжении.

Максимальная нагрузка при испытании на напряжение,(1Н/мм2). 

Величина прочности при разрыве.

величнина = нагрзка/ПОПЕРЧЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ.

 

Точка А – предел пропорциональности

Точка Б – предел текучести

Точка С – предел прочности

Точка Х - предел разрушения

 

Зависимость имеет прямолинейный участок, на котором приращение деформации сопровождается приращением усилия (Закон Гука). Эта деформация упругая. Форма образца и размер сечения рабочей части не изменяются (0 – А). А-Б – прямолинеен (проявляется пластическая составляющая полимеров).

Усталостные свойства полимеров.

Износостойкость полимеров определяется температурой, шероховатостью поверхности, скоростью скольжения, удельной нагрузкой, продолжительностью контакта. С повышением чистоты обработки износ уменьшается.

Износостойкость полимеров довольно сложным образом зависит от давления, которое определяет площадь фактического контакта, величина деформативной зоны, сила трения.

Анализ экспериментальных данных изучения износостойоксти полимеров свидетельствует, что износ – явление сложное, отражающее комплекс процессов, протекающих как в граничных слоях примеров.

Чаще всего износ полимерных материалов обусловлен их усталостным разрушением, в результате многократной деформации в пятнах фактического контакта. Характерен для высокоэластического состояния.

Абразивный износ – износ вследствие резанья или при трении по шероховатым поверхностям.

Испытание на выносливость – испытание материалов и их соединений на способность сопротивляться действию переменных по времени, величине и направлению, циклических нагрузок при изгибе, растяжении и кручении. Испытание проводят в нормальных условиях, либо при повышенных или пониженных температурах.

Модуль упругости полимеров – с ростом числа циклов нагружения модуль упругости снижается. В этом отличие усталости пластмасс от усталости металлов.

Машины для испытания на сжатие и растяжение металлов

 

 

 

 

Тестер твердости полимеров по Роквеллу

 

 

Износостойкость на машине Табера

 

 

Полимерные материалы для эндопротезирования.

Министерством здравоохранения для внутретканевого применения разрешены только отдельные марки полиэтилена, полиамида, полиметилметакрилата, полиэтилентерефталата (лавсана), политетрафторэтилена.

Полиэтилен.

Полиэтилен – твердый термопластичный материал белого цвета, прочный, эластичный, хороший диэлектрик, устойчив ко многим химическим реагентам и агрессивным средам, радиоактивным излучениям и низким температурам.

Для эндопротезирования суставов используют высокомолекулярный полиэтилен с молекулярной массой выше 1 млн., характеризующийся высокими антифрикционными свойствами, износостойкостью, ударопрочностью. Также он отличается высокой химической стойкостью к агрессивным средам и действию спиртов.

Полиэтилен, имеющий ячеистую структуру, состоящую из отдельных, не сообщающихся полостей, заполненных газом, называют вспененным.

 

Полиамиды.

Полиамиды – это полимеры, содержащие в основной цепи макромолекулы амидных групп.

Полиамид-6 (поликапроамид, нейлон, капрон). Получают в результате полимеризации капролактама. Твердое вещество белого цвета, высокая механическая прочность, износостойкость, химическая устойчивость к действию жиров, спиртов, масел, эфиров.

Получают нити из полиамида-6 для лент при сухожильно-мышечной пластике, пластике связок, протезов сосудов, сетки для замещения дефектов тканей, а так же в качестве материала для внутрекостных штифтов. В целом, результаты опытов показали невысокую пригодность нейлона для эндопротезирования.

Полиамид-12 – низкое водопоглощение, следовательно, стабильность размеров деталей, которые изготовлены на основе этого полимера. Высокие механические и антифрикционные свойства, износостойкость. Используется в качестве материала для узлов трения эндопротезов.  

Полиэтилентерефталат (Лавсан).

Прочное, износостойкое синтетическое вещество, хороший диэлектрик. Его применяют при производстве волокна, пленок, лент, тканей, сеток медицинского назначения. Самое высокое применение при эндопротезировании связок и сухожилий.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4, фторлон-4).

Твердое вещество белого цвета, можно назвать благородными пластиками, так как, по стойкости к действию самых агрессивных сред они превосходят даже благородные металлы. В них, в отличие от полиэтиленов, атомы водорода заменены фтора. Фторопласт-4 – диэлектрик, характеризуется высокими антифрикционными свойствами, способностью к самосмазыванию (использование его в узлах без доступа смазки), биологически инертен, устойчив к окислителям.

Применяется для производства искусственных сосудов, при изготовлении искусственных клапанов сердца, деталей слухового аппарата, много деталей медицинского оборудования. Выдерживает высокие температуры (190-200) а так же низкие температуры.

Полиакрилаты.

Не токсичность, биосовместимость, возможность варьирования эластичности, гидрофильности, прозрачности и прочностных характеристик позволяют получать на основе полиакрилатов разнообразные изделия медицинского назначения (костные цементы, зубные протезы, пломбы и др.). Применяется в восстановительной хирургии в качестве имплантатов и шовных материалов, глазные имплантаты, глазные линзы.

Гидрогель – композит на основе акрилата, применяют для восстановления тканей мозга.

2-гидроксиэтилметакрилат – в качестве клеевых композиций для костной ткани, катеторов, имплантатов. Этот же материал используется для закрытия барабанной перепонки, для усиления голосовых связок, пластической хирургии носа, груди, лица.

Синтетический каучук. В данный момент ведутся разработки, модифицированного синтетического каучука.

Полиметилметакрилат – получается в результате полимеризации одноименных продуктов. Бесцветное вещество, оптически прозрачный, светостоек, устойчив к действию кислорода, химических реагентов, имеет хорошие механические и эксплуатационные свойства. Можно изготовлять эндопротезы головки бедра, плечевой и бедренной костей.

Самополимеризующийся метилметакрилат – акрилцемент. Его применяют для пломбировки костных полостей после удаления, либо в случае замещения мест опухолей, лечение патологических переломов, при эндопротезировании суставов как средство закрепления в кости эндопротеза. Обычно состоит из двух компонентов: стерильный порошок и стерильная жидкость в ампуле.

Силиконовые каучуки.

Кремний органические полимеры. Представляют собой желеподобную бесцветную массу без вкуса и запаха, отличаются высокой термоокислительной стабильностью УФ-излучения. Применяют силиконовые каучуки в производстве трубок для переливания крови, искусственных клапанов сердца, имплантатов в челюстно-лицевой хирургии. Им присуще явление вулканизации. Есть каучуки, вулканизирующиеся при повышенной температуре (горячего отвердения) и вулканизации при комнатной температуре (холодного отвердения).

СК характеризуются не токсичностью и отсутствием патологических реакций со стороны контактирующих с ними тканей. СК горячего отвердения применяются для изготовления эндопротезов межфаланговых и кистно-фаланговых суставов, костей запястья, головок лучевой и локтевой костей и т. д.