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
- Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме.
- Проведены патентные исследования по ГОСТ Р
15.011-96. - Представлены выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач.
- Проведены экспериментальные исследования процесса формирования ориентированной структуры в полимерном материале.
- Разработана методика получения полимерного материала с ориентированной структурой.
- Получены ориентированные прекурсоры полимерного материала.
- Проведены структурные исследования экспериментальных образцов полимерного материала с ориентированной структурой.
- Проведены теплофизические исследования экспериментальных образцов полимерного материала с ориентированной структурой.
- Разработана программа и методики испытаний экспериментальных образцов полимерного материала с ориентированной структурой, полимерного нанокомпозита, полимерного нанокомпозита с ориентированной структурой.
- Проведены физико-механические испытания экспериментальных образцов полимерного материала с ориентированной структурой.
- Проведены трибологические испытания экспериментальных образцов полимерного материала с ориентированной структурой
- Подведены итоги этапа. Разработан промежуточный отчет о ПНИЭР.
- Разработана эскизная конструкторская документация на пресс-форму для изготовления экспериментальных образцов. Изготовлена пресс-форма.
- Разработана эскизная конструкторская документация на спецоборудование и спецоснастку для создания экспериментальной установки для формования экспериментальных образцов материалов. Создана экспериментальная установка.
- Получены полимерные материалы с изотропной структурой.
- Получены экспериментальные образцы полимерного материала с ориентированной структурой из прекурсоров.
При этом были получены следующие результаты:
- Был проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации, а также проведен патентный поиск по теоретическим и экспериментальным путям создания биосовместимых полимерных нанокомпозитов. Представлены передовые результаты, полученные в ведущих мировых и отечественных фирмах и центрах по разработке материалов для эндопротезирования крупных суставов.
- В настоящей работе предлагается подход, базирующийся на улучшении физико-механических и/или трибологических характеристик полимерных элементов. Согласно стандарту ИСО 5834, для изготовления нагруженных элементов имплантатов разрешен единственный полимерный материал — сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Поэтому единственным способом улучшения функциональных характеристик полимерных деталей имплантантов является создание композиционных материалов на основе СВМПЭ, при условии сохранения ими биосовместимости на уровне матричного материала.
- В качестве матрицы для изготовления биосовместимых полимерных нанокомпозитов, имеющих ориентированную структуру, был выбран СВМПЭ. В качестве дисперсных углеродных наполнителей выбраны углеродные нанотрубки и фуллерены. Были обусловлены основные направления исследований, которые должны решить проблемы введения наполнителей в матрицу и его равномерного распределения в композите, а также формирования ориентированной структуры в композиционном материале.
- Проведены экспериментальных исследований процесса формирования ориентированной структуры в полимерном материале. Был выбран оптимальный метод получения полимерного материала с ориентированной структурой, обеспечивающих достижение требуемых физико-механических и трибологических характеристик разрабатываемых материалов. Проведенные исследования позволили разработать методику получения полимерного материала с ориентированной структурой в соответствии с Техническим Заданием настоящей ПНИЭР. Разработанная методика была использована для получения экспериментальных образцов СВМПЭ с ориентированной структурой для проведения дальнейших исследований.
- Образцы СВМПЭ, полученные методом горячей ориентационной вытяжки, обладают ориентированной однородной структурой с характерным рисунком полос деформации вдоль направления ориентации (рисунок 1).
Рисунок 1 — Микроструктура ориентированных образцов СВМПЭ
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. Было показано, что с приобретением ориентированной структуры наблюдается увеличение предела прочности при растяжении и модуля упругости при сжатии более чем в два раза, и заметное улучшение трибологических характеристик разрабатываемых материалов.
