Badania zmęczeniowe nanokompozytów elastomerowych przeznaczonych na systemy wspomagania serca

• Autorzy: El Fray M.

Warianty tytułu

EN

Fatigue investigations of elastomeric nanocomposites for heart assisting devices

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano właściwości zmęczeniowe nowych, syntezowanych nanokompozytów elastomerowych. Osnowę polimerową stanowił elastomer multiblokowy poli(alifatyczno/aromatyczny ester) (PET/DLA) o twardości porównywalnej do twardości poliuretanów stosowanych obecnie w konstrukcjach sztucznych komór wspomagania pracy serca, w roli napełniacza zaś zastosowano nanometryczne cząstki węglowe (30 nm) (CNP). Właściwości zmęczeniowe określano metodą pętli histerezy mechanicznej, w której dokonuje się oceny kolejnych stanów naprężenia-odkształcenia materiału podczas deformacji cyklicznej. Obciążając sinusoidalnie materiał w cyklach niesymetrycznych wyznaczono wartości „pełzania dynamicznego” otrzymanego kopolimeru i nanokompozytów zawierających 0,2 lub 0,6 % mas. nanocząstek węgla. Wyniki wskazują, że bardzo mały udział nanocząstek nie wpływa w istotnym stopniu na wzrost odporności na płynięcie materiału w czasie (100 tys. cykli, częstotliwość 1,33 Hz) i stałym obciążeniu. Mimo to jednak badane materiały poliestrowe (z i bez udziału nanocząstek) wykazują ponad sześciokrotnie większą odporność na płynięcie pod obciążeniem niż dostępny w handlu poliuretan stosowany w kardiochirurgii.

EN

The results of studies on the fatigue properties of synthesized novel elastomeric nanocomposites have been presented. An elastomeric multiblock poly(aliphatic/aromatic ester) — PET/DLA of a hardness comparable to that of biomedical polyurethanes used for cardiovascular applications was applied as polymeric matrix and carbon nanoparticles (CNP, 30 nm) used as fillers (Fig. 1). The fatigue properties were determined by the "mechanical hysteresis loop method”, in which the subsequent stress-strain behavior was evaluated during cyclic deformations (Fig. 2, Table 1). The dynamic creep values of the copolymers and the synthesized nanocomposites containing 0.2 or 0.6 wt. % of the carbon nanoparticles was determined by sinusoidal deformation of the material in unsymmetrical cycles (Figs. 3—9, Table 2). The obtained results indicate that a small percentage per weight composition of the nanoparticles does not cause an increase in the creep resistance of the material in any significant manner over a long testing period (100 thousand cycles, 1.33 Hz frequency) under constant loading. Moreover, the studied polyester materials (with and without the nanofillers) exhibited an over six-fold increase in the creep resistance under loading in comparison with biomedical polyurethane currently applied in cardiovascular devices.

Słowa kluczowe

PL

poliestry; nanocząstki węgla; nanokompozyty; poliuretany; właściwość mechaniczna dynamiczna; metoda pętli histerezy mechanicznej,; sztuczne serceią

EN

polyesters; carbon nanoparticles; nanocomposites; polyurethanes; dynamic mechanical properties; mechanical hysteresis loop method; artificial heart

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 56, nr 7-8
• Strony: 571--577
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

El Fray M.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Instytut Polimerów, Zakład Biomateriatów i Technologii Mikrobiologicznych ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin,

Bibliografia

• 1. Wojtyniak B., Goryński P.: "Sytuacja Zdrowotna Ludności Polski", Raport Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego -- Państwowego Zakładu Higieny, Warszawa 2008.
• 2. Ghanbari H., Vitage H., Kidane A. G., Burriesci G., Tavakoli M., Seifalian A. M.: Trends Biotechnol. 2009, 27, 359.
• 3. Lelah M. D., Cooper S. L.: "Polyurethanes in Medicine", BocaRatton CRC Press, 1986.
• 4. Pinchuk L.: J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 1994, 6, 225.
• 5. De Zee M., Bojsen-Moller F., Voigt M.: J. Appl. Physiol. 2000, 89, 1352.
• 6. Kausch H. H.: "Polymer Fracture", vol. 2 "Polymer Properties and Applications", Springer Verlag, New York 1978.
• 7. Jamision R. D., Schulte K., Reifsnider K. L., Stinchcomb W. W.: ASTM STP 836, Philadelphia, PA, 1984, str. 21--55.
• 8. Owen M. J.: "Composite Materials", vol. 5, Academic Press, New York 1974.
• 9. Cotton J. R., Winwood K., Zioupos P., Taylor M.: J. Biomech. Eng. 2005, 127, 213.
• 10. Oakland R. J., Furtado N. R., Wilcox R. K., Timothy J., Hall R. M.: The Spine Journal 2009, 9, 174.
• 11. El Fray M.: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej 2003, 17, 1.
• 12. El Fray M., Altstädt V.: Polymer 2003, 44, 4635.
• 13. Kustosz R.: Biuletyn Programu Polskie Sztuczne Serce, Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu 2010, 3, 19.
• 14. El Fray M., Altstädt V.: Polymer 2003, 44, 4643.
• 15. Prowans P., El Fray M., Jursa J.: Polimery 2005, 50, 45.
• 16. Piegat A., El Fray M.: Polimery 2007, 52, 885.
• 17. Zgłosz. pat. P-391 408 (2010).
• 18. Takahara A., Yamada K., Kajiyama T., Takayanagi M.: J. Biomed. Mater. Res. 1985, 19, 13.
• 19. Takahara A., Yamada K., Kajiyama T., Takayanagi M., Macknight W. J.: Polymer 1985, 26, 987.