Die Verbesserung der Faserhaftung durch Oberflächenoxydation im kohlefaserverstärkten Knochenzement

Zusammenfassung

In früheren Untersuchungen wurde die mechanische Überlegenheit des kohlefaserverstärkten und apatithaltigen Knochenzementes gegenüber herkömmlichem PMMA aufgezeigt. Um eine weitere Verbesserung der Festigkeit zu erreichen, wurden die C-Fasern mittels Salpetersäurebehandlung oxydiert. In den rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen zeigte sich teilweise ein innigerer Kontakt zwischen Faser und PMMA, außerdem bildeten sich trabekelartige Ausläufer vom Zement zur Kohlefaser aus. Die Dauerschwingfestigkeit konnte durch die Oxydationsbehandlung um ca, 17% gesteigert werden. Diese Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit durch die Oxydierung liegt jedoch im Falle des PMMA unterhalb der mit anderen Verbundwerkstoffen erreichbaren Steigerung. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich in der relativ starken Polymerisationsschrumpfung des PMMA, welche die Faser-Matrixverbindung zusätzlich belastet.

Abstract

The mechanical superiority of carbon fiber reinforced PMMA containing additional apatite was shown previously. For further improvement these carbon fibers were now submitted to a superficial oxidation treatment by HNO₃. A closer contact between the carbon fibers and PMMA and even trabeculae-like adhesions were detected by Scanning Electron Microscopy. The fatigue strength of the carbon fiber reinforced bone cement could be increased at 17% by this oxidation treatment. This increase, however, is less than that observed in the case of other fiber reinforced composites. Most likely this is caused by the pronounced polymerisation contraction of PMMA. Further improvement of the adhesion of the fibers to cement may be achieved by different oxidation techniques, further extraction of foreign substances or graft polymerization of the carbon fibers by PMMA or other polymers.