Avaliação do comportamento cíclico do polietileno de ultra-alto peso molecular

Abstract

Materiais poliméricos têm se destacado de maneira crescente na fabricação de componentes estruturais de alto desempenho. Particular ênfase tem sido dada à fabricação de próteses e implantes cirúrgicos pela indústria médica. Analisando a função mecânica desempenhada por esses materiais atualmente, faz-se necessária uma investigação mais detalhada sobre seu comportamento mecânico, tendo em vista que a falha destes componentes é extremamente indesejável, influenciando diretamente possíveis complicações na saúde de pacientes. O polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) é, de maneira consolidada, um dos materiais mais utilizados na fabricação de implantes médicos. Apesar de sua larga utilização, o comportamento mecânico e os parâmetros associados deste polímero são de difícil acesso na literatura, por se tratar de um assunto relativamente recente. A influência de parâmetros como níveis de carregamento, temperatura, frequência e taxas de deformação no comportamento mecânico do UHMWPE tornam a avaliação deste material complexa, exigindo a obtenção de dados por meio de diferentes configurações de ensaios. O presente trabalho tem como objetivo investigar a influência dos níveis de carregamento, frequência de excitação, temperatura e taxa de deformação na resposta mecânica do UHMWPE, bem como o desenvolvimento de uma metodologia para caracterização do mesmo. Para tanto, foram realizados ensaios monotônicos de tração e ensaios cíclicos em diferentes taxas de deformação e diferentes temperaturas. Os resultados mostraram uma grande dependência do comportamento mecânico do UHMWPE em relação, principalmente, à taxa de deformação e à temperatura em que o ensaio é realizado para ambos os ensaios. O fenômeno de fluência cíclica, oriundo dos ensaios cíclicos, foi observado em todas as condições de ensaio realizadas. Este fenômeno apresentou uma forte dependência em relação aos níveis de carga em que os ensaios foram realizados.<br>

Abstract : Polymeric materials have been increasingly prominent in the manufacture of high performance structural components. Particular emphasis has been placed on the manufacture of prostheses and surgical implants by the medical industry. By analyzing the mechanical function performed by these materials today, a more detailed investigation of their mechanical behavior is necessary, since the failure of these components is extremely undesirable, directly influencing possible complications in the health of patients. Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is one of the most widely used materials in the manufacture of medical implants. Despite its wide use, the mechanical behavior and the associated parameters of this polymer are difficult to access in the literature, being a relatively recent subject. The influence of parameters such as loading levels, temperature, frequency and strain rates on the mechanical behavior of the UHMWPE makes the evaluation of this material complex, requiring data collection through different test configurations. The present work aims to investigate the influence of loading levels, excitation frequency, temperature and strain rate on the mechanical response of UHMWPE, as well as the development of a methodology to characterize it. For this purpose, monotonic traction tests and cyclic tests were carried out at different deformation rates and at different temperatures. The results showed a great dependence of the mechanical behavior of the UHMWPE mainly in relation to the deformation rate and to the temperature at which the test is performed for both tests. The cyclic creep phenomenon, from the cyclic tests, were observed in all test conditions. This phenomenon showed a strong dependence on the load levels at which the tests were performed.