Разработка принципов создания биосовместимых полимерных нанокомпозитов с программируемыми характеристиками для эндопротезирования крупных суставов

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 27.11.2014 № 14.578.21.0083 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2015 по 30.06.2015 выполнялись следующие работы:

  • разработана методика введения нанодисперсного углеродного наполнителя в полимерную матрицу с высокой вязкостью расплава;
  • проведены физико-механические испытания экспериментальных образцов полимерного нанокомпозита;
  • проведены трибологические испытания экспериментальных образцов полимерного нанокомпозита;
  • проведены структурные исследования экспериментальных образцов полимерного нанокомпозита;
  • проведены теплофизические исследования экспериментальных образцов по-лимерного нанокомпозита;
  • подведены итоги этапа. Разработан промежуточный отчет о ПНИЭР;
  • получены экспериментальные образцы полимерного нанокомпозита
  • разработана эскизная конструкторская документация на пресс-форму для изготовления экспериментальных образцов полимерных вкладышей ацетабулярного компонента эндопротеза.
  • изготовлена пресс-форма.

При этом были получены следующие результаты:
  • В рамках выполнения данного этапа методика введения нанодисперсного углеродного наполнителя в полимерную матрицу с высокой вязкостью расплава. В основе метода лежит подход, основанный на совместной механообработке порошка полимера и используемого наполнителя с использованием шаровых планетарных мельниц. Были подобраны оптимальные режимы твердофазного деформационного синтеза композиционных порошков СВМПЭ/МУНТ. Было показано, что метод твердофазного смешения пригоден только для предварительного введения МУНТ в СВМПЭ. Для создания высокопрочных нанокомпозиционных материалов необходимо использование дополнительных методик, улучшающих диспергирование МУНТ в полимерной матрице, в качестве которых в дальнейшем будет использована методика ориентационной вытяжки. Из полученных композиционных порошков методом термического прессования были полученные монолитные образцы полимерного нанокомпозита.
  • В соответствии с разработанной Программой и методиками испытаний экспериментальных образцов полимерного материала с ориентированной структурой, полимерного нанокомпозита, полимерного нанокомпозита с ориентированной структурой были проведены физико-механические и трибологические испытания экспериментальных образцов полимерного нанокомпозита. Проведенные физико-механические испытания показали, что в целом МУНТ оказывают позитивное влияние на упруго-прочностные характеристики материалов: предел прочности, предел текучести и модуль упругости композитов увеличиваются при добавлении углеродных нанотрубок, однако при этом наблюдается снижение пластичности материалов. Результаты трибологических испытаний экспериментальных образцов полимерного нанокомпозита показали некоторое снижение коэффициента трения по сравнению с ненаполненным полимером.
  • Были проведены структурные и теплофизические исследования эксперимен-тальных образцов полимерного нанокомпозита. Методами сканирующей электронной и оптической микроскопии было показано, что в процессе твердофазного смешения СВМПЭ и МУНТ в мельнице планетарного типа происходит распределение наполнителя только по поверхности частиц полимера. Данная особенность поведения углеродных нанотрубок в композиционном материале является негативным фактором, приводящим к тому, что пластичность материала снижается и может наблюдаться выкрашивание частиц МУНТ при проведении трибологических испытаний. Методами ДСК и ТГА было показано, что введение наполнителей в полимерную матрицу не приводит к заметным изменениям теплофизических характеристик полученных композиционных материалов.
Проведенные физико-механические и трибологические испытания показали, что экспериментальные образцы полимерного нанокомпозита, с содержанием МУНТ 1 и 2 масс.% соответствуют пункту 4.2.2. Технического задания.
Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»