Caracterización mecánica del biomaterial PEEK con fibra de carbono para aplicación médica en el diseño de prótesis articular ATM

Abstract

Los materiales tradicionalmente usados en prótesis para la articulación temporomandibular (ATM), como el Ti-6Al-4V o cobalto-cromo tienen problemas como liberación de partículas, osteólisis y el blindaje óseo. En este contexto, el polieteretercetona reforzado con fibra de carbono (CFR-PEEK) es una alternativa prometedora como biomaterial en el diseño de este tipo de prótesis. Por tal razón el objetivo de esta investigación fue caracterizar este material mediante pruebas de compresión y flexión bajo normativas ASTM, para compararlo con la aleación de titanio y determinar qué tan viable es el CFR-PEEK en aplicaciones médicas. El análisis de normas llevo a seleccionar la ASTM D790 (flexión en 3 puntos) y ASTM D695 (compresión) como las más adecuadas para caracterizar este material, se fabricaron probetas estandarizadas y se ensayaron en una prensa MTS, registrado curvas de carga-desplazamiento y esfuerzo-deformación. Identificando que para flexión el material presentó un comportamiento elástico lineal en la zona inicial, con una fractura progresiva con microgrietas, alcanzando cargas máximas de 468,7 N, esfuerzo de 527,8 Mpa y un módulo en flexión de 92,1 Gpa. En compresión se identificó la falla por presencia y propagación de grietas diagonales, obteniendo una resistencia máxima de 174 Mpa, módulo de elasticidad de 6,55 Gpa al someter las muestras a cargas máximas de 22 KN. Aunque las propiedades mecánicas del Ti-6Al-4V son superiores, se demostró que la rigidez y resistencia del CFR-PEEK son similares al hueso cortical, reduciendo el blindaje óseo y mejorando su compatibilidad. Respaldando la viabilidad de usarlo como material alternativo en prótesis de ATM, aportando una metodología estandarizada y datos experimentales relevantes para la comprensión de nuevos biomateriales.