Charakterisierung und Vorhersage des mechanischen Verhaltens von Biokompositen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese, Herstellung und Charakterisierung von Biokompositen auf Basis von Hydroxylapatit (HAp) und Polyethylen als Material für künstliche Knochenimplantate. Das Hauptproblem bei metallischen Knochenimplantaten sind die Belastungsabschirmung und die Knochenregeneration, was durch den Einsatz von polymerbasierten, leichten Knochenimplantaten überwunden werden kann. HAp wurde mittels nasschemischer Fällung synthetisiert und unter Verwendung eines Mikro-Compounders und eines Doppelschneckenextruders mit hochdichtem Polyethylen (HDPE) und hochmolekularem hochdichtem Polyethylen (HMHDPE) vermischt. Zur Herstellung der Proben wurden Mikro-Spritzguss- und Formpressverfahren eingesetzt. Es wurden verschiedene mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, Schlagzähigkeit und Zweikörper-Abriebverschleiß untersucht. Die Versuchsergebnisse zeigten ein stabiles mechanisches Verhalten. Zur Vorhersage des Zweikörper-Abriebverschleißes der hergestellten Biokomposite wurden ein künstliches neuronales Netzwerk (ANN) und ein Fuzzy-Logik-Modell (FL) vorgestellt. Es zeigte sich, dass sowohl das Fuzzy-Logik-Modell als auch das ANN-Modell in der Lage sind, die Abriebverschleißrate mit sehr hoher Genauigkeit vorherzusagen.