Estudo do comportamento tribológico de um novo material para aplicações ortopédicas - Marques, Nuno Miguel Oliveira
A substituição da junta da anca é actualmente uma das cirurgias, designada por artroplastia, mais realizadas. Geralmente, uma prótese da anca é relativamente bem sucedida permitindo, segundo uma visão optimista, um período de funcionamento compreendido entre 15 e 20 anos. Um dos factores e talvez o mais significativo que limita o tempo de funcionamento de uma prótese é o desgaste afecto à componente acetabular (geralmente realizada em polietileno de elevada densidade) que desliza contra uma superfície metálica (componente femoral). Todavia, de modo a aumentar a qualidade de vida de todos os pacientes, que note-se são cada vez mais jovens, justifica-se a investigação de novos materiais para substituição do polietileno e consequentemente aumentar o tempo de funcionamento de uma prótese da anca. Nesta dissertação pretende-se avaliar o comportamento tribológico de um material alternativo ao polietileno para aplicação na componente acetabular da prótese da anca. Pretende-se deste modo interligar diferentes áreas como a Engenharia Mecânica e as Tecnologias de Saúde tendo em vista, como acima referido, a melhoria da qualidade de vida de todos as pessoas que por doença ou acidente necessitem de uma prótese. Nesta dissertação é apresentada uma revisão bibliográfica que contempla a aplicação de ensaios tribológicos em materiais para aplicação na prótese da anca e alguns dos fundamentos associados à referida junta. Adicionalmente é apresentado um estudo sobre os mais recentes desenvolvimentos realizados ao nível da investigação na tribologia de novos materiais com potencial para substituir o polietileno. Neste contexto, o procedimento experimental desenvolveu-se com o objectivo de, numa primeira fase se obter resultados do comportamento tribológico do novo material- poly-ether-ether-ketone (com e sem reforço de fibras de carbono) e do polietileno de forma a poderem ser estabelecidas comparações quanto ao coeficiente de atrito e taxa de desgaste. Seguidamente, foi realizado um estudo sobre o comportamento ao atrito do material que melhor desempenho apresentou na fase anterior- poly-ether-ether-ketone reforçado com fibras de carbono. Pretendeu-se a realização de um estudo que introduzisse um cariz estatístico à avaliação dos resultados- através da análise da variância (ANOVA), de modo a discriminar quantitativamente os efeitos provocados pela tensão de contacto, velocidade de deslizamento e distância percorrida no coeficiente de atrito do par de materiais em contacto. Finalmente e numa perspectiva de abranger os diferentes “campos” da tribologia foram realizados ensaios tribológicos de forma a evidenciar o mecanismo de lubrificação subjacente ao par de materiais e às condições experimentais utilizadas. Os resultados obtidos evidenciam que o novo material - poly-ether-etherketone reforçado com fibras de carbono melhora substancialmente o desempenho tribológico. Concluiu-se igualmente que a rugosidade da superfície metálica exerce um factor preponderante no coeficiente de atrito e taxa de desgaste. De acordo com as condições experimentais utilizadas, o par de materiais em contacto “funciona” num regime de lubrificação limite/mista.