Таблица 11.6 Полимеры для конструкций имплантатов
Полимеры делят на три группы
Термопласты содержат высокомолекулярные соединения и сохраняют неизменными свойства при термообработке. Если полимер, нагревая, расплавить, а затем, охлаждая, вновь перевести в исходное состояние, то его первоначальные свойства не изменятся. Свойства термопластов определяются химическим составом и физическим строением. Термопласты могут быть аморфными (полистирол, полиакрилат, поливинилхлорид) и кристаллическими (полиэтилен, полиамиды, фторопласты).
Термореактивные полимеры имеют жесткую трехмерную сетку с поперечными связями и образуются в результате отвердения смесей двух и более компонентов. Они содержат низкомолекулярные соединения и сохраняют стеклообразное состояние вплоть до термической деструкции. Чем гуще сетка, тем меньше эластичность и пластичность полимера и тем более он хрупок. Сополимер есть результат химического соединения двух полимеров в одну цепь. Сополимер может быть блочным (полиуретановые эластомеры).
Аморфные (стеклообразные) полимеры (эластомеры, каучуки) обладают слабыми поперечными связями и могут испытывать при комнатной температуре большие обратимые упругие деформации
(около 800 %).
Полимеры обладают целым рядом специфических свойств:
1.На их поведение и физико-механические характеристики существенно влияет продолжительность нагружения. В частности, при постоянной деформации может наблюдаться релаксация напряжений, ползучесть (рост деформации во времени). Модуль нормальной упругости зависит от скорости деформирования или частоты воздействий.
2.Полимеры отличает сложная природа упругости: они одновременно могут испытывать полностью обратимую небольшую мгновенно-упругую и значительную высокоэластическую деформации.
3.В них происходят необратимые процессы течения двух видов: 1) обусловленное молекулярным механизмом, аналогичным течению вязких жидкостей и происходящим при низком уровне напряжений; 2) химическое, возникающее при высоких уровнях напряжения и температуры.
4.Напряженно-деформированное состояние полимеров оказывает влияние на химические процессы.
5.При нагружениях молекулярные цепи могут быть ориентированы в определенном направлении, что приводит к изменению механических свойств полимеров.
ДЕФОРМАЦИИ И ПРЕДЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИМЕРОВ
Для аморфных полимеров характерны три вида физического состояния (рис. 11.3, кривая 1): стеклообразное I', высокоэластическое II и вязкотекучее III. Каждому из этих состояний соответствует условно принятая температура, определяющая область практического применения того или иного полимера.
При Т < Тс (Тс — температура стеклования) в зоне хрупкости I и в зоне вынужденной эластичности I' молекулярная подвижность в полимерах отсутствует, они находятся в твердом (застеклованном) состоянии.
При Т > Тс (зона II) полимер начинает размягчаться и переходить в высокоэластическое состояние, сопровождающееся резким уменьшением модуля упругости, возрастанием деформируемости. В области высокоэластического состояния молекулярные цепи подвижны.
Дальнейший разогрев (зона III) сопровождается переходом полимера в вязкотекучее состояние, которое наступает при температуре текучести Т = ТТ При этом деформации становятся полностью необратимыми.
Полимеры медицинского назначения в конструкциях имплантатов не должны претерпевать больших деформаций, поэтому температура их стеклования Тс должна быть выше температур, возможных в естественных условиях (в организме), тогда = у, поскольку доля
деформаций пл, вэ, 0 в этом состоянии мала.
С увеличением молекулярной массы полимера нарастание кинетической энергии макромолекул замедляется, поэтому наблюдается сдвиг Тс в сторону более высоких температур. Но это происходит до определенного значения молекулярной массы, выше которого Тс остается постоянной. На рис. 11.4 показаны термомеханические кривые для полимеров одинакового химического строения с различной молекулярной массой М. Возрастание номера кривой соответствует степени полимеризации (М1 < М2 < М3 < < М4 < М5 < М6).
