Aktuelle polymere Glasfaserverbundsysteme sind weder biokompatibel noch bioabbaubar. In der Medizin werden Titanlegierungen und chirurgische Edelstähle als Implantatmaterialien bei komplexen Knochenbrüchen eingesetzt. Im Sinne der minimal-invasiven Medizin und zur Beschleunigung der Knochenheilung werden neuartige Implantatwerkstoffe mit, dem natürlichen Knochen ähnlichen mechanischen Eigenschaften gesucht. In diesem Zusammenhang entwickelt das "Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie" der Technischen Universität Wien erstmals hochfeste, faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit bioabbaubarer, polymerer Matrixkomponente. In dieser Arbeit wurden Polymer-Matrices basierend auf Vinyl-Estern und Thiol bzw. Methacrylaten eingesetzt. Weiters wurden Gewebe aus handelsüblichen E-Glasfasern als Verstärkungsmaterial verwendet. Es wurden Verbundwerkstoffe mittels Hand-lamination und thermischer Härteverfahren hergestellt. Durch die Verwendung einer beheizbaren Plattenpresse wurde ein hoher Faservolumengehalt erreicht. Bei der Materialprüfung wurden die gefertigten Probenkörper einem 3-Punkt-Biegetest und der Dynamisch Mechanischen Analyse zugeführt. Die bruchmechanische Untersuchung erfolgte mittels Rasterelektronenmikroskopie. Die Testergebnisse zeigen ein hohes Potential der biokompatiblen und bioabbaubaren Polymermatrices. So erreichten die glasfaserverstärkten Laminate Biegefestigkeiten von bis zu 750MPa (im Fall der Methacrylate) und bis zu 340MPa (im Fall der Vinyl-Ester). Biegemodulwerte von 37GPa bzw. 30GPa wurden erzielt. Zufolge der Bruchanalyse sollten bei Verbesserung der Faser/Matrix-Bindung sogar noch höhere Festigkeitswerte erreichbar sein. Durch die Verwendung von bioabbaubaren Glasfasern ist in Zukunft sogar die Fertigung komplett bioabbaubarer Laminate mit Festigkeitswerten im Bereich des natürlichen Knochens möglich.<br />Einsatzgebiete solcher Materialien könnten einerseits in der Osteosynthese liegen oder andererseits zu besseren Recycling-Prozessen beim Umgang mit glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen führen.<br />
de
Today's fibreglass reinforced polymers aren't biodegradable or even biocompatible. In medicine titan alloys and special steels are used as temporary implant materials for complex bone fractures. In order to minimize surgical interventions and for better fracture healing new implant materials with natural bone-like characteristics are searched for. In this matter the "Institute of Material Science and Technology" at the Vienna University of Technology is developing the first high-strength fibre reinforced composites with biodegradable polymeric matrix.<br />For this study, polymeric matrices based on vinyl-esters and thiol or meth-acrylates were used. Fabrics of common E-glass fibres were used as reinforcement material. Composites plates were manufactured according to hand-lamination practices and thermal hardening processes. High-volume fibre concentrations were obtained by the use of a heatable slab press.<br />Material testing of manufactured test specimen included 3-point bending test, dynamical-mechanical analysis and fractography via scanning electron micrograph. Test results evidence high potential of biocompatible and biodegradable polymer matrices. Fibreglass reinforced lamina reached bending strength up to 750MPa (meth-acrylates based) respectively 340MPa (vinyl-ester based). Flexural modulus of 37GPa (respectively 30GPa) was obtained.<br />Fractography results evidence even more strength potential by achieving better fibre/matrix adhesion. The future use of bioglass fibres would enable fully biodegradable composites materials with characteristics close to natural bone. Application areas could be found in osteosynthesis or innovative recycling and waste management concepts for composites materials.
en
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Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Zsfassung in engl. Sprache
