Przepływ ciepła w warstwie cementu chirurgicznego z dodatkiem cząstek AL203

• Autorzy: Okrajni J. , Ziemba S. , Stumpf J.

Warianty tytułu

EN

Heat flow in a surgical cement layer with A1203 particles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opis zjawiska przepływu ciepła w warstewce cementu chirurgicznego i możliwości ograniczenia niekorzystnego wpływu cementu na organizm człowieka wymaga dokładnego poznania procesu polimeryzacji w ujęciu termodynamicznym. Szczególne znaczenie ma przy tym zagadnienie opisu źródła ciepła będącego efektem reakcji chemicznej, którego czasowe charakterystyki decydują o intensywności oddziaływania polimeru na organizm. Praca koncentruje się na opisie źródłowego pola temperatury w warstewce cementu chirurgicznego. Przedstawiono w niej wyniki pomiarów umożliwiających wyznaczenie charakterystyk wewnętrznego źródła ciepła w cemencie. W pracy wyznaczono rozkład temperatury w płycie dla różnych wartości współczynnika wyrównywania temperatury. Wykonano pomiary temperatury cementu polimeryzującego pomiędzy dwiema ściankami drewnianych foremek w kąpieli wodnej o temperaturze 37 °C. Wyznaczono wpływ domieszki A1203 na właściwości cieplne kompozytu PMMA + A1203 oraz na temperaturę maksymalną w procesie polimeryzacji. Opracowany model procesu przepływu ciepła pozwala ocenić kierunek zmian spowodowany dodatkami komponentów, oraz oszacować wartość temperatury maksymalnej dla danego ich udziału objętościowego. Praca wskazuje na potrzebę dalszych badań zjawiska przepływu ciepła w warstewce cementu chirurgicznego.

EN

A description of the heat flow phenomenon in a surgical cement layer and of the chance to reduce the disadvantageous influence of surgical cement on the human organism (Fig. 1) requires in-depth understanding of the polymerization process from the thermodynamic point of view. The problem of a description of the heat source, being the effect of a chemical reaction, is of particular importance, since its time characteristics determine the intensity of polymer influence on the human organism. This paper focuses on the description of the source temperature field in a surgical cement film. The results of measurements (Fig. 2, 3) are presented which allow the determination of the characteristics of the internal heat source in cement (Fig. 4). The paper discribes temperature distribution in a plate, determined for different values of temperature diffusivity coefficient. The temperature field modelling results are presented in Fig. 5+7. Temperature measurements were made of the cement located between thin wooden plates in water bath of a temperature of 37 °C (Fig. 8,9). Data concerning the thermal properties of PMMA and A1203 admixture are gathered in (Table 1). The influence has been determined of the A1203 admixture on the thermal properties of the PMMA + A1203 composite (Table 2). The maximum temperature of the cement layer has been determined as the function of the A1203 admixture (Fig. 10). The heat flow model developed enables the evaluation of the direction of changes caused by addition of components as well as the estimation of the maximum temperature of the cement during polymerization.

Słowa kluczowe

PL

cement chirurgiczny; proces przepływu ciepła; domieszki Al2O3; pomiary temperatury cementu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 2
• Strony: 73--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Okrajni J.

autor

Ziemba S.

autor

Stumpf J.

• Katedra Mechaniki Materiałów, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• [1] Balin A.: Właściwości biomateriałów stosowanych jako wypełniacze w chirurgii kostnej. Annales Academiae Medicae Silesiensis. supl. 29, Katowice 1999. Materiały II Sympozjum „Biomechanika w implantologii”. Ustroń-Jaszowiec 1999, s. 9–16
• [2] Huiskes R.: Some fundamental aspects of human joint replacement. Acta Orthopedica Scandinavica, Sopl. No 185, Copenhagen 1980
• [3] Marciniak J.: Biomateriały. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002
• [4] Łukaszczyk J.: Polimerowe i kompozytowe cementy kostne oraz materiały pokrewne. Cz. I. Klasyczne cementy metakrylanowe i ich modyfikacja. Polimery, 44, 2, 2004, s. 79–88
• [5] Kozłowska A.: Badania warunków polimeryzacji mas akrylowych jako implantów. Polimery w Medycynie, t. 7, 3, 1997, s. 137–177
• [6] Okrajni J., Balin A.: Estimation of the ceramic admixture infl uence on the polimerization temperature surgical cement, VII International Conference NT. “Medical informatics and Technologies, Journal of Medical Informatics and Technologies, vol. 6, 2003, Published by: Dept. of Computer Systems University of Silesia, 2003, s. IT-127-135
• [7] Śleziona J.: Podstawy technologii kompozytów. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998
• [8] Vallo CI.: Theoretical prediction and experimental determination of the effect of mold characteristics on temperature and monomer conversion fraction profi les during polymerization of a PMMA-based bone cement. J. Biomed. Mater. Res. 2002, 63(5), p. 627–642
• [9] Balin A.: Materiałowo uwarunkowane procesy adaptacyjne i trwałość cementów stosowanych w chirurgii kostnej Wydawnictwo Politechniki Śląskiej Gliwice 2004
• [10] Ashby M. F.: Dobór materiałów w projektowaniu inżynierskim. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1998
• [11] Mazullo S., Paolini M., Verdi C.: Numerical simulation of thermal bone necrosis during cementation of femoral prostheses. J. Math. Biol., 1991, 29, (5), 475–494
• [12] Stańczyk M., Telega J. J.: Thermal problems in artifi cial joints: infl uence of bone cementpolymerization. Acta Bioengng. Biomech., 2001, 3, (Suppl.2), 489–496
• [13] Giunti A., Moroni A., Olmi R., Vicenzi G.: Composite acrylic cement with added hydroxyapatite: a study of the polymerization temperature. J. Orthop. Traumatol. 1983 Sep; 9 (3):369–75
• [14] Oczoś K.E.: Kształtowanie ceramicznych materiałów. Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1996