1 COMPÓSITOS Aumentar a resistência mecânica, rigidez, tenacidade, resistência à fadiga com fibras com partículas problemas: Ex: um constituinte tem dimensões à escala celular  “ingestão celular”  produção enzimas -Matriz reforçada por fibras ou partículas -fibras contínuas ou descontínuas

2 Composites Consist of two or more distinct parts – Generally in the macrosize range Have a distinct interface between materials Usually consist of “matrix” and “reinforcement” Specifications – Materials – Properties of materials – Geometry of reinforcement – Concentration – Distribution – Orientation Classification- – Fibrous, particulates, layers, etc Issues – Biocompatibility of multiple materials – Small particles – Resorption of composites

3 Composites: Carbon fiber – Biocompatible – Reinforces polymer and ceramic systems – Surface coating of orthopedic implants – Tendon and ligament replacement Polymer fiber – Generally not high strength Exceptions: Kevlar and UHMWPE – Similar apps as carbon (rarely used though) – PLA, PGA, and PGLA reinforce degradable polymers Ceramics – Weak in tension or shear, brittle – Usually a particulate in other materials Glasses – Fiber glass reinforces polymers – Good mechanical and electrical properties – Resorbable glasses in resorbable polymers

4 Fibras de carbono  produzidas: estabilização, carbonização, grafitização  reforçam politetrafluoroetileno poroso para tecidos macios  revestem ligações de implantes ortopédicos  reforçam PE de elevado peso molecular  tendões e materiais de ligamento Fibras de vidro não são usadas em biomateriais

5 Fibras poliméricas  fibras aramídicas = kevlar  elevada resistência, rigidez, resist. à fadiga  próteses de tendões e ligamentos  fibras poliméricas absorvíveis em suturas Cerâmicos  fosfato de cálcio, e de aluminio  hidroxiapatite cerâmica - ligação c/osso

6 polímeros não absorvíveis sintécticos: PTFE, polisulfona, PE elevada densidade, PMMA +fibras carbono ou cerâmicos = próteses anca, dispositivos de fixação, raízes de dentes artificiais polímeros absorvíveis = poliglicol, PLA e PGA polímeros absorvíveis de origem natural = colagénio de boi purificado (biocompatibilidade, disponibilidade) Processo de fabrico de compósitos: pultrusão, enrolamento filamentar

7 COMPÓSITOS DE MATRIZ ABSORVÍVEL Com matriz absorvível pretende-se:  expor superfícies  libertar antibióticos  fixação de fracturas Ex: fixação de fracturas  se a fixação for rígida  osteoporose, porque: Eosso=17 a 24GPa e Eparafusos : ETi =110 GPa e Eaço316L=210GPa  corrosão Eosso  Eligas parafusos  corrosão  2ª operação para remover fixação  fixação absorvível   o dispositivo de fixação degrada-se c/ o tempo reduzindo o risco de osteoporose  não há necessidade de segunda operação Ex: PLA reforçado c/ fibras de fosfato de cálcio Ex: PLA c/ fibras de C usadas em placas fixação óssea

8 COMPÓSITOS DE MATRIZ NÃO ABSORVÍVEL Usam-se fibras e partículas para aumentar a resistência mecânica substituição de parte do fémur: Ex: matrizes poliméricas reforçadas c/fibras de carbono   E= 18 a 76 GPa

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10 Propriedades mecânicas dos compósitos: dependem de : - tipo de compósitos - reforço - orientação Compósitos fibrosos: -Esforço paralelo às fibras (isodeformação) - E c =E f V f +E m V m F F matriz fibras

11 Compósitos fibrosos: -Esforço paralelo às fibras (isotensão) - 1/Ec=Vf/Ef+Vm/Em F F matriz fibras

12 Exemplos de compósitos: -aplicações ortopédicas PLA c/C PLA-Ca-P ou com biovidros -aplicações dentárias – resistir à fluência e desgaste  matriz : resina acrílica  reforço: vidro de Ba ou sílica