A importância do desenvolvimento de novos materiais de próteses está relacionada à demanda crescente de cirurgias ortopédicas, especialmente de quadril e de joelho. Com durabilidade relativamente baixa comparada à idade do paciente, da ordem de 10 a 15 anos, a substituição das próteses é inevitável. Visando maior desempenho e maior durabilidade, são necessários desenvolvimentos de novos materiais. Para isto, realizaram-se avaliações por meio de ensaios de simulação do desgaste da prótese, que são complexos, demorados, de elevado custo e exigem o próprio produto acabado como corpos de prova. Diante disto, um procedimento prévio de avaliação com confiança metrológica, mais simples e de menor custo, torna-se necessário. A proposta do presente trabalho é implementar um método simplificado de avaliação do dano por delaminação de materiais poliméricos utilizados em próteses de joelho, em conformidade com a norma ASTM F732. Este é um método de avaliação qualitativa; para um estudo mais aprofundado, diversas técnicas de análise foram empregadas. O polímero avaliado foi um UHMWPE (polietileno de ultra-alto peso molecular) não irradiado. As variáveis de influência investigadas foram o material do contrapar e a condição de lubrificação. Os principais resultados foram: 1) há um ganho de massa por inchamento (swelling) do polímero por absorção de fluido, que se sobrepõe à massa perdida ao longo dos ciclos de desgaste; 2) o inchamento do polímero é intensificado pelo carregamento mecânico; 3) a profundidade do polímero evolui distintamente com cada material de contrapar, porém o desgaste volumétrico atinge um valor final de 0,26 ± 0,02 mm³, considerando todos os ensaios; 4) a delaminação do UHMWPE ocorre independente do contrapar; 5) quando o soro lubrificante evapora, passando de fluido para aspecto de gel, o dano intensifica-se por abrasão; 6) o comportamento do atrito ao longo dos ciclos de desgaste independe do contrapar, atingindo um valor em torno de 0,12 aos 500 mil ciclos, que se mantém até o final; 7) há maior repetitividade do atrito com cerâmica, porém este é mais sensível à condição de lubrificação. Os resultados obtidos nos ensaios com método proposto servem como referência de base para avaliação do desempenho tribológico de novos materiais aplicados em próteses de joelho.
ABSTRACT - The importance of the development of new materials for prostheses is related to the increasing number of orthopedic surgeries, especially of hips and knees. The relatively low durability when compared to the age of the age of the patient, of the order of 10 to 15 years, makes the replacement of the prostheses inevitable. Aiming at improving the performance and durability, the development of new materials is required. This is done through experimental evaluations using simulated wear tests. However, these tests are complex, time consuming and of high cost, besides requiring the use of the final product as the test specimen. Therefore, in order to assess the wear behavior of new materials combinations in a simple but metrological, and cost effective way, a previous, basic test method is needed. The purpose of this work is the implementation of a simplified method of assessment of the delamination wear of polymeric materials used in knee prostheses, in accordance with the ASTM F732 standard. This is a qualitative test method; but deeper investigations were done by means of several analysis techniques. The polymer tested was non-irradiated UHMWPE (ultra-high molecular weight polyethylene). The variables investigated were the material of the counterface and the lubrication condition. The main results were: 1) the polymer undergoes mass gain, due to swellingcaused by fluid absorption, which overcomes the mass lost during the wear cycles; 2) the polymer swelling is enhance by mechanical loading; 3) the evolution of the polymer wear depth is distinct with each counterface material; however, the volumetric wear reaches a final value of 0,26 ± 0,02 mm³, considering all test; 4) the delamination of the UHMWPE occurs independently of the counterface material; 5) when the lubricant serum changes from fluid to gel-like, the damage is intensified by abrasion; 6) the friction behavior during the wear cyclesis independent of the counterface material, reaching a value around 0,12 at 500 mil cycles, which remains stable until the end of the test; 7) the repeatability of friction behavior is better with the polymer-ceramic pair; however this pair of materials is more susceptible to change in the lubrication condition. The results of the proposed work can be considered as the baseline to evaluate the tribological performance of new polymeric materials for knee prostheses.
