DE20209027U1 - Low-wear plastic material - Google Patents
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Description
A 56 466 g Anmelderin:A 56 466 g Applicant:
29. Mai 2002 AESCULAP AG & Co. KGMay 29, 2002 AESCULAP AG & Co. KG
e-260/281 Am Aesculap-Platze-260/281 Am Aesculap-Platz
78532 Tuttlingen78532 Tuttlingen
BeschreibungDescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges verschleißarmes Kunststoffmaterial. Ferner betrifft die Erfindung Implantate und Implantatkomponenten, die unter Verwendung des vorgenannten Kunststoffmaterials hergestellt sind.The present invention relates to a novel low-wear plastic material. The invention also relates to implants and implant components that are manufactured using the aforementioned plastic material.
Endoprothesen, wie beispielsweise Gelenkprothesen, sind bereits seit Jahren in der medizinischen Praxis eingeführt und werden in der Regel aus Metallen, Legierungen, Keramiken, Kunststoffmaterialien oder aus Kombinationen dieser Werkstoffe gefertigt, wobei den Kunststoffmaterialien eine immer größere Bedeutung zukommt.Endoprostheses, such as joint prostheses, have been used in medical practice for years and are usually made of metals, alloys, ceramics, plastic materials or combinations of these materials, with plastic materials becoming increasingly important.
Das in der Endoprothetik zum Einsatz kommende Kunststoffmaterial umfasst häufig ein Polyethylen mit einer ultrahohen Molmasse (UHMWPE). UHMWPE zeichnet sich zwar durch eine Vielzahl von vorteilhaften Eigenschaften aus, es erfüllt jedoch nicht die für eine lange Lebensdauer von Gelenkprothesen notwendigen hohen mechanischen Anforderungen an Festigkeit und Verschleiß.The plastic material used in endoprosthetics often includes ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). Although UHMWPE is characterized by a variety of advantageous properties, it does not meet the high mechanical requirements for strength and wear necessary for a long service life of joint prostheses.
Als Ursache für den Verschleiß von Gelenkimplantaten und Gelenkimplantatkomponenten auf Kunststoffbasis können insbesondere die unter Bewegung und Be-The causes of wear of joint implants and joint implant components based on plastics can be, in particular, the stresses and strains caused by movement and
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lastung einer Prothese auftretenden und einen Abrieb bewirkenden mechanischen Reibungsphänomene sowie die durch die Reibungen entstehende Reibungswärme genannt werden, die eine thermische Alterung des Kunststoffmaterials bewirkt.mechanical friction phenomena that occur when a prosthesis is loaded and cause abrasion, as well as the frictional heat generated by the friction, which causes thermal ageing of the plastic material.
Die durch den Verschleiß entstehenden Abriebpartikel können sich in der benachbarten Knochensubstanz ablagern und dort zu einem Knochenabbau (Osteolyse) führen. Dieser kann eine Lockerung des Implantats zur Folge haben und zu einem Totalausfall des Implantats führen, der einen Ersatz des Implantats mit einer weiteren Operation des Patienten notwendig macht.The abrasion particles resulting from wear can be deposited in the neighboring bone substance and lead to bone loss (osteolysis). This can cause the implant to become loose and lead to total failure of the implant, which makes it necessary to replace the implant and undergo another operation for the patient.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verschleißarmes Kunststoffmaterial zu schaffen.Based on this, the invention is based on the object of creating a low-wear plastic material.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kunststoffmaterial, umfassend eine Polymermatrix, in welcher ein Latentwärmespeichermaterial dispergiert enthalten ist.This object is achieved according to the invention by a plastic material comprising a polymer matrix in which a latent heat storage material is dispersed.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Kompositmaterial, in welchem ein Latentwärmespeichermaterial in dispergierter Form enthalten ist, nach großen Belastungen nur geringe Verschleißerscheinungen aufweist. Surprisingly, it has been shown that the composite material according to the invention, in which a latent heat storage material is contained in dispersed form, shows only slight signs of wear after heavy loads.
Das in dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial dispergierte Latentwärmespeichermaterial nimmt Volumina in dem Matrixmaterial ein, die im Folgenden als Kavitäten bezeichnet werden.The latent heat storage material dispersed in the plastic material according to the invention occupies volumes in the matrix material, which are referred to below as cavities.
Führt man einem festen Latentwärmespeichermaterial, beispielsweise einem Wachs, Wärme zu, so beginnt dieses bei Erreichen seiner Schmelztemperatur seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig zu ändern. Während dieses Phasenwechsels absorbiert das Latentwärmespeichermaterial eine bestimmte War-If you add heat to a solid latent heat storage material, such as wax, it begins to change its state of aggregation from solid to liquid when it reaches its melting temperature. During this phase change, the latent heat storage material absorbs a certain amount of heat.
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memenge, die sogenannte Schmelzwärme. Da sich hierbei die Temperatur des Latentwärmespeichermaterials und seiner näheren Umgebung trotz Wärmezufuhr nur geringfügig ändert, spricht man auch von latenter (versteckter) Wärme. Gleichermaßen wird im umgekehrten Phasenwechsel, also von flüssig nach fest, die gespeicherte Latentwärme wieder bei nahezu konstanter Temperatur an die Umgebung abgegeben.quantity, the so-called heat of fusion. Since the temperature of the latent heat storage material and its immediate surroundings only changes slightly despite the addition of heat, this is also referred to as latent (hidden) heat. Similarly, in the reverse phase change, i.e. from liquid to solid, the stored latent heat is released back into the environment at a nearly constant temperature.
Latentwärmespeichermaterialien werden bislang als Kälte- oder Wärmespeicher, beispielsweise in der Lebensmittel-, Textil- und Bauindustrie sowie teilweise auch für elektronische Bauteilkomponenten, verwendet. In der Medizin finden Latentwärmespeichermaterialien als singuläre Werkstoffe Anwendung in Kälte- oder Wärmekissen.Latent heat storage materials have so far been used as cold or heat storage materials, for example in the food, textile and construction industries and also partly for electronic components. In medicine, latent heat storage materials are used as singular materials in cold or heat pads.
Es hat sich gezeigt, dass die dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial zugeführte Wärme von dem in ihm dispergierten Latentwärmespeichermaterial beim Erreichen der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials absorbiert wird, so dass lokale Erwärmungen des Kunststoffmaterials oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials im Wesentlichen vermieden werden und so eine thermisch bedingte Alterung des Kunststoffmaterials weitgehend unterbunden wird, was die Verschleißarmut des erfindungsgemäßen Kompositmaterials erklärt.It has been shown that the heat supplied to the plastic material according to the invention is absorbed by the latent heat storage material dispersed in it when the phase transition temperature of the latent heat storage material is reached, so that local heating of the plastic material above the phase transition temperature of the latent heat storage material is essentially avoided and thus thermally induced aging of the plastic material is largely prevented, which explains the low wear of the composite material according to the invention.
Ein geringer, aber nicht zu vernachlässigender Anteil der von einem Latentwärmespeichermaterial absorbierten Wärmemenge wird als sogenannte sensible (fühlbare) Wärme gespeichert. Daher sollte das Latentwärmespeichermaterial gleichzeitig über eine entsprechend hohe spezifische Wärmekapazität verfügen.A small but not negligible proportion of the amount of heat absorbed by a latent heat storage material is stored as so-called sensible heat. Therefore, the latent heat storage material should also have a correspondingly high specific heat capacity.
Das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial lässt sich, wenn gewünscht, derart ausbilden, dass die an der Oberfläche des Kompositmaterials befindlichen Kavitäten in einer offenen Form vorliegen, d.h. dass ein Materieaustausch zwischenThe plastic material according to the invention can, if desired, be designed in such a way that the cavities located on the surface of the composite material are in an open form, i.e. that an exchange of matter between
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diesen Kavitäten und der Umgebung des Kompositmaterials stattfinden kann. Umfasst ein solches Kompositmaterial ein Latentwärmespeichermaterial, das seinen Aggregatzustand von fest nach flüssig unter Volumenzunahme ändert, so kann das Latentwärmespeichermaterial bei Aufnahme einer diesen Phasenwechsel bewirkenden Wärmemenge aus den an der Oberfläche des erfindungsgemäßen Kunststoff materials befindlichen offenen Kavitäten austreten. Bei einer derartigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompositmaterials, bei welchem ein Latentwärmespeichermaterial mit guten Schmiereigenschaften zum Einsatz kam, hat es sich gezeigt, dass das aus den offenen Kavitäten austretende Latentwärmespeichermaterial auf dem Kunststoffmaterial und insbesondere an den Kontaktflächen zwischen dem Kunststoffmaterial und einem Reibkörper einen Schmierfilm bildet, der die unter Bewegung und Belastung zwischen dem Kunststoffmaterial und dem Reibkörper auftretenden mechanischen Reibungsphänomene und Adhäsionseffekte sowie den daraus resultierenden mechanischen Abrieb und das Entstehen von Reibungswärme deutlich reduziert. Darüber hinaus kann der vorgenannte Schmierfilm zu einer vergrößerten Kontaktfläche und damit zu einem verringerten Kontaktdruck zwischen dem Reibkörper und dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial führen, wobei der verringerte Kontaktdruck eine Verminderung der mechanischen Reibungsphänomene bewirkt und damit einhergehend eine verminderte Bildung von Reibungswärme, die letztlich den mechanischen Abrieb bzw. die thermisch bedingte Alterung des Kunststoffmaterials und des Reibkörpers abermals verringern.these cavities and the environment of the composite material. If such a composite material comprises a latent heat storage material which changes its state of aggregation from solid to liquid with an increase in volume, the latent heat storage material can emerge from the open cavities on the surface of the plastic material according to the invention when it absorbs an amount of heat which causes this phase change. In such an embodiment of the composite material according to the invention, in which a latent heat storage material with good lubricating properties was used, it has been shown that the latent heat storage material emerging from the open cavities forms a lubricating film on the plastic material and in particular on the contact surfaces between the plastic material and a friction body, which significantly reduces the mechanical friction phenomena and adhesion effects which occur under movement and load between the plastic material and the friction body, as well as the resulting mechanical abrasion and the generation of frictional heat. In addition, the aforementioned lubricating film can lead to an enlarged contact area and thus to a reduced contact pressure between the friction body and the plastic material according to the invention, wherein the reduced contact pressure causes a reduction in the mechanical friction phenomena and, associated therewith, a reduced formation of frictional heat, which ultimately again reduces the mechanical abrasion or the thermally induced aging of the plastic material and the friction body.
Im Gegensatz zu dem bislang in der Endoprothetik verwendeten strahlenvernetzten UHMWPE, weist das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial eine verbesserte Verschleiß- und Kriechbeständigkeit sowie eine erhöhte Duktilität auf und kann Stoßbelastungen deutlich besser abfedern, weshalb es sich insbesondere auch zu Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten für das menschliche Knie eignet.In contrast to the radiation-crosslinked UHMWPE previously used in endoprosthetics, the plastic material according to the invention has improved wear and creep resistance as well as increased ductility and can absorb shock loads much better, which is why it is particularly suitable for the production of implants and implant components for the human knee.
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In dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial ist mindestens ein Latentwärmespeichermaterial vorteilhafterweise im Wesentlichen gleichmäßig in der Polymermatrix dispergiert enthalten, um ein einheitliches Wärmeabsorptionsverhalten des Kunststoffmaterials zu gewährleisten und die Bildung lokaler Erwärmungen oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials weitgehend zu vermeiden.In the plastic material according to the invention, at least one latent heat storage material is advantageously contained substantially uniformly dispersed in the polymer matrix in order to ensure a uniform heat absorption behavior of the plastic material and to largely avoid the formation of local heating above the phase transition temperature of the latent heat storage material.
Für bestimmte Anwendungen kann es notwendig sein, dass in der Polymermatrix des erfindungsgemäßen Kompositmaterials mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialien dispergiert enthalten sind, wobei jedes Latentwärmespeichermaterial eine oder mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialkomponenten umfassen kann. Sollen die verschiedenen Latentwärmespeichermaterialien ihre ursprünglichen Phasenumwandlungstemperaturen in dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial beibehalten, so ist bei der Auswahl der Latentwärmespeichermaterialien zu berücksichtigen, dass sich diese unter den Herstellungsbedingungen des Kompositmaterials nicht miteinander vermischen, da eine Vermischung der Latentwärmespeichermaterialien, auch wenn diese nur gering ausfällt, eine Veränderung ihrer Phasenumwandlungstemperaturen bewirken kann.For certain applications, it may be necessary for several different latent heat storage materials to be dispersed in the polymer matrix of the composite material according to the invention, whereby each latent heat storage material can comprise one or more different latent heat storage material components. If the different latent heat storage materials are to retain their original phase transition temperatures in the composite material according to the invention, it must be taken into account when selecting the latent heat storage materials that they do not mix with one another under the manufacturing conditions of the composite material, since mixing of the latent heat storage materials, even if only slight, can cause a change in their phase transition temperatures.
Im Gegensatz dazu kann es auch Umstände geben, unter denen eine Mischbarkeit bzw. eine teilweise Mischbarkeit der verschiedenen Latentwärmespeichermaterialien erwünscht ist. Werden bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials beispielsweise teilweise miteinander mischbare Latentwärmespeichermaterialien eingesetzt, so können sich während der Herstellung in der Polymermatrix des Kompositmaterials Latentwärmespeichermaterialien mit verschiedenster Zusammensetzung und entsprechend verschiedenen Phasenumwandlungstemperaturen bilden. Derartige Kompositmaterialien absorbieren eine Wärmemenge in der Regel nicht nur bei diskreten Temperaturen, sondern über Temperaturbereiche hinweg.In contrast, there may also be circumstances under which miscibility or partial miscibility of the various latent heat storage materials is desired. If, for example, partially miscible latent heat storage materials are used in the production of the composite material according to the invention, latent heat storage materials with a wide variety of compositions and correspondingly different phase transition temperatures can form in the polymer matrix of the composite material during production. Such composite materials generally absorb an amount of heat not only at discrete temperatures, but across temperature ranges.
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Vorteilhafterweise umfasst die Polymermatrix des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials mindestens ein Polyethylen mit ultrahoher Molmasse, insbesondere mit einem mittleren Molekulargewicht in einem Bereich von ca. 3.000.000 bis 7.000.000, da es gute tribologische Eigenschaften, wie beispielsweise eine starke Abriebsbeständigkeit und einen geringen Reibungswiderstand, sowie eine sehr gute Verträglichkeit mit dem Körpergewebe aufweist.Advantageously, the polymer matrix of the plastic material according to the invention comprises at least one polyethylene with an ultra-high molecular weight, in particular with an average molecular weight in a range of approximately 3,000,000 to 7,000,000, since it has good tribological properties, such as strong abrasion resistance and low frictional resistance, as well as very good compatibility with the body tissue.
Alternativ zum UHMWPE umfasst die Polymermatrix des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials ein Polyaryletherketon, wobei insbesondere Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyetherketonketone und/oder Polyetheretherketonketone bevorzugt sind, da sie die für eine Implantatanwendung unabdingbaren Werkstoffeigenschaften wie Biokompatibilität, gute Chemikalien- und Hydrolysebeständigkeit, gute Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit und gute tribologische Eigenschaften aufweisen und sich mit allen für Thermoplaste üblichen Verfahren bearbeiten lassen. Darüber hinaus lassen sich Polyaryletherketone an die mechanische Festigkeit der Knochensubstanz anpassen, wodurch dem sogenannten "stress-shielding" entgegengewirkt werden kann.As an alternative to UHMWPE, the polymer matrix of the plastic material according to the invention comprises a polyaryletherketone, with polyetherketones, polyetheretherketones, polyetherketoneketones and/or polyetheretherketoneketones being particularly preferred, as they have the material properties essential for implant use, such as biocompatibility, good chemical and hydrolysis resistance, good strength, rigidity, toughness and good tribological properties, and can be processed using all of the processes customary for thermoplastics. In addition, polyaryletherketones can be adapted to the mechanical strength of the bone substance, which can counteract so-called "stress shielding".
Zwischen den Reibkörpern von Gelenkprothesen treten unter physiologischen Bedingungen Temperaturen in einem Bereich von ca. 40 bis ca. 60 0C auf, weshalb das in dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial dispergierte Latentwärmespeichermaterial vorteilhafterweise mindestens eine Phasenumwandlungstemperatur in diesem Temperaturbereich aufweist.Under physiological conditions, temperatures in a range of approximately 40 to approximately 60 ° C occur between the friction bodies of joint prostheses, which is why the latent heat storage material dispersed in the plastic material according to the invention advantageously has at least one phase transition temperature in this temperature range.
Das Latentwärmespeichermaterial ist vorteilhafterweise insgesamt mit einem Anteil von ca. 0,2 bis ca. 10 Vol.% in der Polymermatrix enthalten, da unterhalb von 0,2 Vol.% die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials lediglich schwach ausgeprägt sind und oberhalb von 10 Vol.% die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften der Kunststoffmatrixmaterialien UHMWPE oder Polyaryletherketon, insbesondere de-The latent heat storage material is advantageously contained in the polymer matrix in a proportion of approximately 0.2 to approximately 10 vol.%, since below 0.2 vol.% the above-mentioned advantageous properties of the plastic material according to the invention are only weakly pronounced and above 10 vol.% the above-mentioned advantageous properties of the plastic matrix materials UHMWPE or polyaryletherketone, in particular the
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ren mechanische Eigenschaften, maßgeblich beeinträchtigt werden. Die besten Resultate wurden in einem Bereich von 1 bis 3 Vol.% erhalten.mechanical properties are significantly impaired. The best results were obtained in a range of 1 to 3 vol.%.
Damit die Temperatur des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials auch bei der Absorption relativ großer Wärmemengen im Wesentlichen nicht über die Phasenumwandlungstemperatur des in ihm dispergierten Latentwärmespeichermaterials ansteigt, weist das Latentwärmespeichermaterial eine möglichst große Schmelzenthalpie auf, bevorzugt größer 20 kJ/kg, besonders bevorzugt größer 40 kJ/kg und am meisten bevorzugt größer 80 kJ/kg.So that the temperature of the plastic material according to the invention does not rise substantially above the phase transition temperature of the latent heat storage material dispersed in it, even when absorbing relatively large amounts of heat, the latent heat storage material has as high an enthalpy of fusion as possible, preferably greater than 20 kJ/kg, particularly preferably greater than 40 kJ/kg and most preferably greater than 80 kJ/kg.
Vorteilhafterweise weist das eine Wärmemenge absorbierende Latentwärmespeichermaterial eine relativ hohe spezifische Wärmekapazität auf. Dadurch wird gewährleistet, dass die von dem Latentwärmespeichermaterial bei der Phasenumwandlung gespeicherte sensible Wärmemenge zu einer möglichst geringen Temperaturerhöhung oberhalb seiner Phasenumwandlungstemperatur führt. Dabei ist ein Latentwärmespeichermaterial mit einer spezifischen Wärmekapazität größer 0,5 kJ/kg K, bevorzugt größer 1 kJ/kg K und besonders bevorzugt größer 1,5 kJ/kg K, besonders geeignet.The latent heat storage material that absorbs a quantity of heat advantageously has a relatively high specific heat capacity. This ensures that the sensible heat quantity stored by the latent heat storage material during the phase transformation leads to the smallest possible temperature increase above its phase transformation temperature. A latent heat storage material with a specific heat capacity of greater than 0.5 kJ/kg K, preferably greater than 1 kJ/kg K and particularly preferably greater than 1.5 kJ/kg K, is particularly suitable.
Wenn eine Schmierfilmbildung auf dem Kunststoffmaterial und/oder zwischen den Kontaktflächen der Reibkörper nicht zweckmäßig ist, ist es besonders günstig, wenn das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatszustand nicht ändert.If the formation of a lubricating film on the plastic material and/or between the contact surfaces of the friction bodies is not appropriate, it is particularly advantageous if the latent heat storage material does not change its state of aggregation during its phase transformation.
Wenn eine Schmierfilmbildung auf dem Kunststoffmaterial und/oder zwischen den Reibkörpern zweckmäßig ist, ist es vorteilhaft, wenn das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig ändert.If the formation of a lubricating film on the plastic material and/or between the friction bodies is desirable, it is advantageous if the latent heat storage material changes its state of aggregation from solid to liquid during its phase transformation.
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Als Latentwärmespeichermaterial sind alle Stoffe oder Stoffgemische geeignet, die mindestens eine Phasenumwandlungstemperatur in einem Bereich von ca. bis ca. 60 0C aufweisen. Dabei sind insbesondere solche Latentwärmespeichermaterialien bevorzugt, die eine gute Verträglichkeit mit dem Polymermatrixmaterial und mit dem Körpergewebe aufweisen. Latentwärmespeichermaterialien können eine oder mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialkomponenten umfassen. Als Latentwärmespeichermaterialien bzw. Latentwärmespeichermaterialkomponente sind beispielsweise Wachse, Wachsester, Fette, Fettsäuren, Carbonsäuren, Polymere, Eiweiße, organische Salze, anorganische Salze und/oder hydratisierte anorganische Salze geeignet. Gegebenenfalls werden dem Latentwärmespeichermaterial Hilfsstoffe wie beispielsweise Dispersionsmittel zugesetzt, die eine Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials im Kunststoffmatrixmaterial erleichtern.All substances or mixtures of substances that have at least one phase transition temperature in a range from approx. to approx. 60 ° C are suitable as latent heat storage materials. In particular, latent heat storage materials that have good compatibility with the polymer matrix material and with the body tissue are preferred. Latent heat storage materials can comprise one or more different latent heat storage material components. Examples of suitable latent heat storage materials or latent heat storage material components are waxes, wax esters, fats, fatty acids, carboxylic acids, polymers, proteins, organic salts, inorganic salts and/or hydrated inorganic salts. If necessary, auxiliary substances such as dispersants are added to the latent heat storage material to facilitate dispersion of the latent heat storage material in the plastic matrix material.
Vorteilhafterweise ist das Latentwärmespeichermaterial an ein Trägermaterial gebunden, beispielsweise in Form eines Granulats oder eines Pulvers, um eine möglichst gleichmäßige Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials in der Kunststoffmatrix zu bewirken, wobei dies insbesondere für Latentwärmespeichermaterialien gilt, die nur sehr schwer in der Kunststoffmatrix zu dispergieren sind. Als Trägermaterialien sind insbesondere solche mit kapillarer Struktur geeignet. The latent heat storage material is advantageously bound to a carrier material, for example in the form of granules or a powder, in order to achieve the most uniform possible dispersion of the latent heat storage material in the plastic matrix, whereby this applies in particular to latent heat storage materials that are very difficult to disperse in the plastic matrix. Carrier materials that are particularly suitable are those with a capillary structure.
Um eine Dispergierung eines schwer dispergierbaren Latentwärmespeichermaterials zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Latentwärmespeichermaterial in verkapselter Form in dem Kunststoffmatrixmaterial dispergiert wird. Durch die Verkapselung, also die Abschirmung des Latentwärmespeichermaterials von dem Kunststoffmatrixmaterial, können auch Latentwärmespeichermaterialien verwendet werden, die nicht gut mit dem Körpergewebe oder dem Kunststoffmatrixmaterial verträglich sind und dessen mechanische und/oder tribologische Eigenschaften nachteilig verändern würden. Um einen guten War-In order to ensure dispersion of a latent heat storage material that is difficult to disperse, it is particularly advantageous if the latent heat storage material is dispersed in encapsulated form in the plastic matrix material. Encapsulation, i.e. shielding the latent heat storage material from the plastic matrix material, also allows latent heat storage materials to be used that are not well compatible with the body tissue or the plastic matrix material and would adversely change its mechanical and/or tribological properties. In order to ensure good maintenance
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metransport von dem Kunststoffmatrixmaterial zum Latentwärmespeichermaterial zu gewährleisten, weist das Material zum Verkapseln des Latentwärmespeichermaterials vorteilhafterweise eine große Wärmeleitfähigkeit auf.In order to ensure efficient thermal transport from the plastic matrix material to the latent heat storage material, the material for encapsulating the latent heat storage material advantageously has a high thermal conductivity.
An ein Trägermaterial gebunden oder in verkapselter Form können mehrere verschiedene Latentwärmespeichermaterialien problemlos in dem Kunststoffmatrixmaterial eines erfindungsgemäßen Kompositmaterials dispergiert werden, ohne dass sich diese miteinander vermischen.Bound to a carrier material or in encapsulated form, several different latent heat storage materials can be easily dispersed in the plastic matrix material of a composite material according to the invention without mixing with one another.
Ein erfindungsgemäßes Kunststoffmaterial wird vorteilhafterweise mittels Kolbenextrusion (RAM-Extrusion), Extrusion, Press-Sintern, Pressen, Spritzgießen oder Kalandrieren hergestellt, welche eine im Wesentlichen gleichmäßige Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials in der Kunststoff matrix erlauben.A plastic material according to the invention is advantageously produced by means of piston extrusion (RAM extrusion), extrusion, press sintering, pressing, injection molding or calendering, which allow a substantially uniform dispersion of the latent heat storage material in the plastic matrix.
Das erfindungsgemäße Kompositmaterial eignet sich beispielsweise für Anwendungen im medizinischen Bereich, insbesondere kann das Kompositmaterial bei der Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten verwendet werden. Dabei sind als Implantate und Implantatkomponenten insbesondere Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie bevorzugt.The composite material according to the invention is suitable, for example, for applications in the medical field; in particular, the composite material can be used in the manufacture of implants and implant components. In particular, cups, inlays and sliding components for the human knee are preferred as implants and implant components.
Ferner betrifft die Erfindung Implantate und Implantatkomponenten, insbesondere Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials hergestellt sind.Furthermore, the invention relates to implants and implant components, in particular cups, inlays and sliding components for the human knee, which are produced using the composite material according to the invention.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen im Einzelnen:The following description of a preferred embodiment serves to explain the invention in more detail in conjunction with the drawing. In detail:
Fig. 1: eine Verschleißpaarung im unbelasteten Zustand; undFig. 1: a wear pairing in the unloaded state; and
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Fig. 2: eine Verschleißpaarung im belasteten Zustand.Fig. 2: a wear pairing in the loaded condition.
In Figur 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials 1 zusammen mit einem Reibkörper 7 als Verschleißpaarung in einem unbelasteten Zustand dargestellt. Ein Latentwärmespeichermaterial 3 ist in der Kunststoffmatrix 2 in dispergierter Form in sogenannten Kavitäten enthalten.Figure 1 shows an embodiment of a plastic material 1 according to the invention together with a friction body 7 as a wear pairing in an unloaded state. A latent heat storage material 3 is contained in the plastic matrix 2 in dispersed form in so-called cavities.
Die in einem Belastungszustand (Figur 2) zwischen dem Kunststoffmaterial 1 und dem Reibkörper 7 auftretenden Reibungsphänomene führen zur Bildung von Reibungswärme, die von dem Latentwärmespeichermaterial 3 beim Erreichen seiner Schmelztemperatur aufgenommen wird, wobei das Latentwärmespeichermaterial 3 seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig unter Volumenzunahme ändert. Dabei tritt das Latentwärmespeichermaterial 3 aus den an der Oberfläche des Kunststoffmaterials 1 befindlichen offenen Kavitäten 5 aus und bildet zwischen dem Kunststoffmaterial 1 und dem Reibkörper 7 einen Film 9. Dieser Schmierfilm 9 bewirkt einerseits eine Reduzierung des mechanischen Abriebs und der thermischen Alterung des Kunststoffmaterials 1 und des Reibkörpers 7, da er die unter Bewegung und Belastung zwischen dem Kunststoffmaterial 1 und dem Reibkörper 7 auftretenden mechanischen Reibungsphänomene sowie die daraus resultierende Reibungswärme deutlich vermindert. Andererseits führt der Film 9 zu einer vergrößerten Kontaktfläche und folglich zu einem verringerten Kontaktdruck zwischen dem Kunststoff material 1 und dem Reibkörper 7, wobei der verringerte Kontaktdruck abermals eine Verringerung der mechanischen Reibungsphänomene und der dadurch entstehenden Reibungswärme bewirkt und so letztlich einen verminderten Verschleiß bewirkt.The friction phenomena occurring in a load state (Figure 2) between the plastic material 1 and the friction body 7 lead to the formation of frictional heat, which is absorbed by the latent heat storage material 3 when it reaches its melting temperature, whereby the latent heat storage material 3 changes its state of aggregation from solid to liquid while increasing in volume. The latent heat storage material 3 emerges from the open cavities 5 on the surface of the plastic material 1 and forms a film 9 between the plastic material 1 and the friction body 7. This lubricating film 9 reduces the mechanical abrasion and thermal aging of the plastic material 1 and the friction body 7, since it significantly reduces the mechanical friction phenomena occurring under movement and load between the plastic material 1 and the friction body 7 and the resulting frictional heat. On the other hand, the film 9 leads to an increased contact area and consequently to a reduced contact pressure between the plastic material 1 and the friction body 7, wherein the reduced contact pressure again causes a reduction in the mechanical friction phenomena and the resulting frictional heat and thus ultimately causes reduced wear.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008050083A1 (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-02 | Invibio Limited | Polymeric material |
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2002
- 2002-05-31 DE DE20209027U patent/DE20209027U1/en not_active Expired - Lifetime
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