Otrzymywanie i ocena właściwości mechanicznych kompozytów z poliuretanu i włókien węglowych jako potencjalnych materiałów konstrukcyjnych dla medycyny

Praca przedstawia wstępne wyniki badań dotyczące otrzymywania materiałów kompozytowych o osnowie poliuretanowej ze wzmocnieniem w postaci włókien węglowych (TPU/włókna węglowe) oraz oceny ich właściwości mechanicznych. Celem tych badań jest opracowanie nowych, niemetalicznych kompozycji przeznaczonych na implanty. Kompozyty wytworzono wykorzystując prepregi złożone z tkaniny z włókien węglowych (2D) przesyconej termoplastycznym poliuretanem (TPU). W pracy analizowano wpływ różnego sposobu ułożenia tkaniny 2D (warstwy prepregu [0/90]6, [0/90/±454/0/90]) na właściwości mechaniczne otrzymanych kompozytów. Wykorzystując metodę ultradźwiękową określono siłę więzi utworzonej pomiędzy warstwami kompozytu. W zależności od ułożenia warstw i temperatury formowania otrzymano zróżnicowane właściwości mechaniczne kompozytów. Temperatura prasowania wykazuje silny wpływ na siłę wiązania pomiędzy warstwami kompozytu. Najwyższą wartość wytrzymałości na zginanie uzyskano dla próbek kompozytów wykazujących jednakowe ułożenie warstw laminatu w kompozycie. W zależności od warunków formowania moduł sprężystości kompozytów zawiera się w przedziale od 20 GPa do 37 GPa. Kompozyty takie mogą być wykorzystane jako implanty konstrukcyjne dla zastosowań w medycynie oraz do wytwarzania wyrobów medycznych przeświecalnych dla promieniowania rentgenowskiego.

The work presents preliminary results dealing with manufacture of a composite material consisting of a polyurethane matrix and carbon fibres (TPU/carbon fibres) as well as assessment of its mechanical properties. Such a material is intended to be used in development of new, non-metallic implants. The composites were made using carbon fibre fabric (2D) and thermoplastic polyurethane (TPU) in the form of prepregs. The effect of different superposition of 2D layers (prepreg layers, [0/90]6, [0/90/±454/0/90]) on mechanical properties of the resulting composites was analyzed. By means of the ultrasonic inspection the interface bonding between layers in the composite was measured. It was shown that depending the stacking layers and temperature of compression molding the composites differed in the mechanical properties. Temperature of compression moulding has strong influence on interfacial bonding between the plies of the composites. The higher flexural strength was obtained for the composite samples exhibiting similar arrangement of laminate layers in the composite. Depending on compression molding parameters the flexural modulus of the composites ranged from 20 to 37 GPa. Such composites may be considered as materials providing suitable mechanical characteristic for use in medicine for structural implants and other radiolucent devices.