Пары трения №2.
Сегодня про пару трения керамика-полиэтилен.
- Что такое износ полиэтилена?
- Что представляет из себя современная медицинская керамика из чего она производится?
- Керамика-полиэтилен лучше, чем метал-полиэтилен. Правда или миф?
Отступление: в сравнениях пар трения по износу мы будем рассматривать только современный HXLPE (сшитый, кросс-линк и т.п) полиэтилен. У простого UHWMPE причины износа более разнообразны. Часть механизмов его износа не характерны для HXLPE.
Даже самый современный полиэтилен ИЗНАШИВАЕТСЯ. Почему?
Ключевой механизм износа HXLPE - абразивный износ. Что это такое? Микронеровности на головке образуют микроскопические сколы на поверхности полиэтиленового вкладыша - эти сколы и микроцарапины еще больше увеличивают шероховатость головки, головка еще сильнее изнашивает вкладыш. Это если совсем просто.
Согласно физике износа (если сильно не вдаваться в другие механизмы износа: абразивный износ 3 телом, окисление, пластическая деформация и т.п.) - объем изношенного полиэтилена пропорционален силе трения и пройденному пути головкой при вращении. А сила трения, как мы помним, пропорциональна силе давления и коэффициенту трения. Если сравнивать две между собой пары трения - для снижения износа уменьшить можно только силу трения, а если конкретнее - коэффициент трения. Но каким образом керамиче, кая головка на него влияет?
На этом пока остановимся на процессе износа и перейдем к керамике, чтобы далее сравнить износ двух пар трения: кер-пол и мет-пол.
Что представляет из себя современная керамика?
Разберем на примере самой современной и популярной керамики 4го поколения. Разработчиком и производителем керамики BIOLOX Delta является немецкая компания CeramTec с основным заводом в г. Плохинген. Именно данный производитель является поставщиков керамических компонентов для многих производителей эндопротезов, занимая более 90 процентов рынка керамических компонентов.
Что же такое керамика и из чего она состоит?
Современная керамика - это композитный материал, состоящий из оксида алюминия (80%), оксида циркония (17%), оксид стронция (3%) и оксида хрома (0.5%) (именно он придает керамике biolox delta характерный и узнаваемый розовый цвет).
Керамика-полиэтилен лучше, чем метал-полиэтилен. Правда или миф?
Да, это так. Износ полиэтилена в этой паре трения действительно меньше.
Казалось бы: твердые керамическая и металлическая головки должны изнашивать полиэтилен одинаково, ведь именно он, как более мягкий материал, в паре трения является «слабым звеном». Почему это не так?
Свойства керамики, которые приводят к снижению износа:
1. Качество исходной поверхности.
При производстве керамика полируется до идеально гладкой поверхности. Низкая исходная шероховатость поверхности напрямую минимизирует абразивный износ полиэтилена.
2. Твердость керамики
Керамика более твердый материал. Ее поверхность гораздо более устойчива к микроцарапинам. Металлическая головка при движении покрывается микроцарапинами, которые многократно ускоряют абразивный износ полиэтилена. Из-за своей твердости и стабильной поверхности керамическая головка остается гладкой на протяжении всего срока службы.
3. Высокая гидрофильность.
Керамика обладает большей гидрофильностью (способность удерживать на себе воду), что приводит к образованию стабильной пленки вокруг головки, значительно снижая трение и износ полиэтилена. Металлические головки наоборот гидрофобны и препятствуют образованию этой пленки.
4. Химическая инертность керамики
В организме металлические головки в очень небольшой степени, но все же подвержены электрохимической коррозии, которая может повреждать их поверхность и увеличивать шероховатость, соответственно, увеличивая абразивный износ.
Керамика является диэлектриком и химически абсолютно инертна.
Все вышеперечисленные свойства керамических головок позволяют их поверхности оставаться практически неизменно гладкой.
Что это значит на практике? Лабораторные и клинические исследования, проводимые в мире, доказывают усреднено снижение износа полиэтилена в паре трения керамика-полиэтилен почти в 2 раза.
