بررسی اثر تقویت‏کنندگی هم زمان الیاف پلی پروپیلن و نانو ذرات سیلیکا در رفتار مکانیکی ماده مرکب زمینه لاستیک سیلیکون قابل استفاده در ایمپلنت مفصل انگشت

لاستیک سیلیکون پلیمری مصنوعی با خصوصیات بی‏نظیری همچون زیست‏سازگاری می‏باشد که قابلیت استفاده در زمینه‏های مختلف از جمله پزشکی را ممکن می‏سازد. سال‏هاست که از این ماده در تولید ایمپلنت مفصل متاکارپوفالانژیال انگشت استفاده می‏شود. لاستیک سیلیکون با وجود این محاسن، دارای خواص مکانیکی ضعیفی می‏باشد که کاربرد آن را محدود می‏کند. به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی لاستیک سیلیکون برای استفاده در مفصل انگشت، از تقویت‏کننده استفاده می‏شود. به همین منظور، در این تحقیق نانو ذرات سیلیکا و الیاف پلی پروپیلن با درصدهای وزنی متفاوت (0، 1و 2) به‏کار گرفته شدند و رفتار فیزیکی، مکانیکی و حرارتی آن‏ها توسط آزمون جذب آب، کشش، فشار، فشرده‏سازی و آزمون مکانیکی دینامیکی، اتصال تقویت‏کننده‏ها با زمینه توسط ftir و سطح شکست نمونه‏های کشیده شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) بررسی شد. به منظور بررسی اثر محیط بدن بر خواص کشش، فشار و فشرده‏سازی، تعدادی از نمونه‏ها پس از قرارگیری در محلول شبیه‏سازی بدن (sbf) مورد ارزیابی قرار گرفتند. علاوه بر این، ایمپلنت مفصل انگشت توسط نرم‏افزار آباکوس شبیه‏سازی شد تا رفتار کامپوزیت‏های تولیدی به عنوان ماده تولید‏کننده ایمپلنت مفصل انگشت بررسی شود. نتایج بدست آمده نشان می‏دهد که استحکام کششی لاستیک سیلیکون با افزودن نانو ذرات و الیاف تا %wt 2، از mpa 94/3 به 6/5 و mpa 91/6 و تنش فشاری در کرنش 5/0 با افزایش نانو ذرات و الیاف تا %wt 2، از 98/0 به 9/1 و mpa 37/2 افزایش یافته است. در نمونه هیبریدی با %wt 1 از الیاف و %wt 1 نانو ذرات، الیاف اثر مطلوبی بر خواص کامپوزیت می‏گذارد و استحکام کششی را از mpa 6/5 در کامپوزیت لاستیک سیلیکون-سیلیکا به 21/6 افزایش می‏دهد. میزان آب جذب شده با %wt 2 نانو ذرات سیلیکا و الیاف به ترتیب 44/1 و %06/1 بدست آمد. در کامپوزیت هیبریدی حضور الیاف با اثری سودمند جذب آب را به %36/1 کاهش داد. خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی، پس از قرارگیری در محلول sbf به مقدار کمی حدود %6 کاهش یافت. حضور الیاف تاثیر خوبی در کاهش افت خواص نشان داد. نتایج آزمون دینامیکی مکانیکی و فشرده‏سازی نشان می‏دهد که با حضور تقویت‏کننده‏ها دمای شیشه‏ای لاستیک سیلیکون به مقدار جزئی حدود 5/4 درجه به دماهای بالاتر منتقل می‏شود و میرایش کم می‏شود. اما در محدوده دمایی وسیعی رفتار ویسکوالاستیک نمونه‏ها مستقل از دماست. نتایج شبیه‏سازی نشان می‏دهد که تنش‏های ایجادی در ناحیه لولایی وسط بیشتر از نقاط دیگر می‏باشد و این تنش با افزایش زاویه خمش یا کشش بیشتر می‏شود. در شرایط اعمال نیروی یکسان، تنش، کرنش، زاویه خمش و جابه‏جایی نمونه‏های با استحکام بیشتر، کمتر می‏باشد که این می‏تواند به افزایش عمر ایمپلنت کمک کند.