9524124866

Modelowanie tarcia w endoprotezie stawu kolanowego 18

Stosowane są trzy podstawowe metody otrzymywania elementów endoprotez z PE-UHMW [78]:

- bezpośrednie wtryskiwanie,

wyciskanie prętów a następnie obróbka mechaniczna, wtryskiwanie półwyrobów a następnie obróbka mechaniczna.

W latach 60-tych promieniowanie gamma było podstawowym sposobem stosowanym w sterylizacji elementów wykonanych z PE-UHMW. Głównymi przemianami chemicznymi zachodzącymi pod wpływem promieniowania jonizującego w polietylenie są: sieciowanie (Cross-linking) [70], degradacja oraz utlenianie [104], Sieciowanie polega na tworzeniu się wiązań C-C pomiędzy cząsteczkami [28]. Degradacja elementów wykonanych z polietylenu na skutek sterylizacji radiacyjnej polega na rozrywaniu wiązań chemicznych makrocząsteczki polimeru [28]. Utlenianie powstające na powierzchni oraz bezpośrednio pod nią [78] polega na tworzeniu się tlenków i wodorotlenków [28]. Sterylizacja wpływała na zmianę właściwości mechanicznych oraz tribologicznych materiału [106]. W latach 50-tych wpływ promieni gamma na zużycie ścierne polietylenu nie był dobrze poznany.

Przez lata podejmowano próby poprawienia własności PE-UHMW. Celem było przede wszystkim zmniejszenie intensywności zużycia tribologicznego, poprawienie odporności na zużycie zmęczeniowe oraz udamości materiału.

Pod koniec lat 70 -tych pojawił się materiał o nazwie Poły II. Był to kompozyt na bazie PE-UHMW z dodatkiem dyspersyjnym włókien węglowych [78]. Produkcja elementów z tego materiału polegała na metodzie bezpośredniego wtrysku mieszaniny proszku PE-UHMW oraz włókien węglowych do gotowych form [78]. Poły II charakteryzował się znacznie lepszą odporność na pełzanie oraz wykazywał mniejsze zużycie podczas badań na stanowisku tarcza-trzpień (pin-on-disc) niż zwykły PE-UHMW [78]. Materiał ten został wycofany z rynku po 7 latach od jego wprowadzenia na skutek problemów technologicznych występujących podczas produkcji metodą wtrysku.

Kolejną odmianą PE-UHMW, która pojawiła się na początku lat 90-tych, był materiał o nazwie Hylamer. Materiał ten posiadał podwyższone własności mechaniczne, bez stosowania jakichkolwiek napełniaczy oraz włókien [78]. Podwyższenie parametrów wytrzymałościowych Hylamer’a wynikało z precyzyjnej kontroli struktury krystalicznej materiału. Proces produkcyjny opierał się na stosowaniu bardzo wysokiego ciśnienia (powyżej 280 MPa), wysokiej temperatury (powyżej 250°C) oraz powolnemu procesowi schładzania [78]. Materiał ten posiadał znacznie wyższy stopień krystaliczności (80%) oraz podwyższony moduł sprężystości podłużnej w porównaniu z wcześniej stosowanymi odmianami polietylenu. Przez kolejne lata pojawiały się rozbieżne wyniki badań klinicznych odnośnie odporności Hylamer’u na zużycie [78, 82]. Również wzrost sztywności materiału nie sprzyjał stosowaniu go w produkcji endoprotez.

W roku 1995 przedstawione zostały wyniki badań [78] oceniających wpływ sposobu produkcji panewek polietylenowych na ich odporność na zużycie. Badania wykazały, że komponenty produkowane metodą wtrysku bezpośredniego zużywają się 2-krotnie mniej od elementów produkowanych metodami ubytkowymi [78].

Oprócz badań nad polietylenem o ultrawysokim ciężarze cząsteczkowym prowadzone były również badania nad polietylenem dużej gęstości (HDPE). Wykazano znaczne zmniejszenie zużycia elementów wykonanych z HDPE poddawanemu dawce promieniowania równiej 100 Mrad w stosunku do nienapromieniowanego PE-UHMW [78]. Poprawienie odporności na zużycie jest następstwem usieciowania cząsteczek polietylenu(cross-linking). Analogicznie, zwiększenie dawek promieniowania dla PE-UHMW również zwiększa jego odporność na zużycie. Przy napromieniowaniu PE-UHMW dawką 20 Mrad zużycie liniowe jest niemierzalne [78]. Chociaż stosowanie tak