Propiedades mecanicas

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Propiedades Mecánicas de Biomateriales
Teresita R. Cuadrado y Gustavo A. Abraham Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA) (UNMdPCONICET), J. B. Justo 4302, B7608FDQ Mar del Plata. Resumen El empleo de un determinado biomaterial en el diseño de un dispositivo biomédico obliga a evaluar su capacidad de soportar las cargas mecánicas a las que va a estar sometidodurante el cumplimiento de su función específica. Cualquier estado de carga complejo puede expresarse en función de los siguientes modos de solicitación básicos: a) fuerzas axiales (tracción y compresión), b) fuerza de corte, c) momento de flexión, d) momento de torsión. La ciencia de materiales abarca el estudio de los componentes y procesos de fabricación que permiten obtener biomateriales con laestructura y propiedades específicas deseadas. Para evitar la falla estructural es necesario que las tensiones internas no superen ciertos límites máximos. Resulta entonces necesario conocer el estado tensiona l que se genera en los materiales constitutivos de cada dispositivo bajo el estado de carga probable en la aplicación. Los materiales pueden presentar diferentes tipos de comportamientomecánico: elástico, plástico, viscoelástico, superelástico, superplástico dependiendo de la microestructura del mismo. El comportamiento elástico implica la recuperación de las dimensiones originales en el momento en que se retira la carga aplicada. Por el contrario, el comportamiento plástico ocurre cuando se observa una deformación permanente. Otros materiales sometidos a un determinado nivel decarga experimentan flujo viscoso en el cual los átomos, moléculas o partículas que lo componen se trasladan unas en relación con otras disipando energía (sistemas viscoelásticos). Existen otros fenómenos que se manifiestan a más largo plazo y pueden llevar a la falla de los materiales. Entre ellos se pueden mencionar: fatiga, fluencia, relajación de tensiones, desgaste y sus combinaciones. El términofatiga implica la solicitación del material bajo carga cíclica. Cualquier material sometido a cargas variables en el tiempo tiende a fallar a tensiones muy inferiores a las que serían necesarias en condición estática. Los materiales poliméricos compuestos por macromoléculas experimentan comunmente fenómenos de relajación de tensiones y fluencia. En el primer fenómeno la imposición de unadeterminada deformación del material requiere de un menor esfuerzo con el paso del tiempo. El segundo hace referencia a una deformación creciente del material con el tiempo de aplicación de una carga constante. Conceptos básicos En general dividimos los materiales bajo estudio en metales, polímeros y cerámicos, pero tanto los biomateriales utilizados en la confección de dispositivos como las tejidos biológicos son sistemas compuestos de estructura compleja. Los metales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada. Los polímeros están formados por largas cadenas de moléculas orgánicas que pueden estar libres o unidas entre sí a traves de algunos enlaces covalentes o fuerzas secundarias. Esto es lo que permite diferenciar los polímeros termoplásticos delos termorrígidos. Los primeros pueden llegar a fluir al incrementar la temperatura mientras que l s segundos no pueden hacerlo sufriendo antes su degradación. Los o polímeros amorfos experimentan un cambio en la capacidad calorífica al alcanzar la temperatura de transición vítrea (Tg) donde se produce una absorción de energía para la movilización cooperativa de segmentos de cadena. Estatemperatura define el cambio del estado vítreo al estado gomoso. Los polímeros semicristalinos además de esta transición muestran temperaturas de cristalización y de fusión. Por lo tanto, las propiedades mecánicas de polímeros dependerán

de la temperatura de ensayo empleada en relación con las temperaturas de transición antes mencionadas. Los elastómeros son sistemas poliméricos cuyas dimensiones...
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