Mechanical behavior of carbon fiber reinforced polyurethane derived from castor oil: contribution for the design of hip implant stems.

Utilizando-se um poliuretano derivado de óleo de mamona desenvolvido para implantes ósseos, aonde este vem demonstrando ser biocompatível e apresentando características fisico-químicas semelhantes às dos ossos, estuda-se o comportamento mecânico deste material quando reforçado por fibra de carbono, juntamente com uma metodologia de fabricação de hastes de implante de quadril. Avaliou-se o efeito da fração volumétrica em fibra nas propriedades mecânicas do compósito, bem como, a influência da realização de um tratamento superficial da fibra de carbono por método químico, visando melhorar a adesão interfacial fibra/matriz. Foram realizados ensaios mecânicos nos corpos de prova em compósitos e nas hastes fabricadas para avaliar a resistência mecânica sob carregamentos quase-estáticos. Também foram realizadas simulações computacionais da haste, juntamente com o dispositivo de ensaio projetado, para comparação com os resultados experimentais. Para isto, utilizou-se o programa ANSYS®, que é um sistema de engenharia auxiliado por computador (Computer Aided Engineering - CAE) e utiliza o Método dos Elementos Finitos como ferramenta de análise estrutural. Resultados satisfatórios foram obtidos nos ensaios mecânicos do poliuretano reforçado por fibra de carbono, viabilizando sua aplicação no projeto de hastes de implante de quadril.The polyurethane derived from castor oil has demonstrated excellent biocompatibility and similarity to the physical and chemical properties of the human bone. In order to use this material in the design of hip implant stems, this work investigates its mechanical behavior when reinforced by carbon fibers. A manufacturing methodology for hip implant stems is also proposed and validated. The effects of fiber volume fraction and superficial treatments on the carbon fibers are evaluated in terms of the mechanical properties of the polyurethane and of the composite. Mechanical tests were performed in the manufactured stems to evaluate the strength under quasi-static loading. Computational simulations of the stem and testing devices were also performed by using the Finite Element Method and the commercial package ANSYS®. The results obtained are quite satisfactory which validates the application of the carbon fiber reinforced polyurethane in hip implant stems