Modetechnologie und Textiltechnik

Experimentelle Untersuchungen an bioinspiriertem, Sisalfaser-verstärktem Epoxid-Verbundwerkstoff für den Einsatz in Fußprothesen

Temesgen Tilahun* und Samuel Tesfaye

Eine Fußprothese ist eine Vorrichtung, die Amputierten anstelle ihres biologischen Körperteils eine sichere Fortbewegung ermöglicht. Das Hauptanliegen dieser Arbeit ist die Untersuchung von Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Schlagfestigkeit, Druckfestigkeit und Wasseraufnahme eines mit Sisalfasern verstärkten Epoxid-Verbundwerkstoffs mit Spinnennetzmuster. Die Prothesenindustrie verwendet hochdichtes Polypropylen (HPP) und Verbundwerkstoffe (Kohlenstoff oder Glas) oder hybride faserverstärkten Epoxid-Verbundstoffe. Die hohen Kosten der Fasern und die geringe Festigkeit des PP sind die Probleme der derzeitigen Prothesenproduktion. Ziel dieser Forschung ist die Modellierung einer Fußprothese für die unteren Gliedmaßen mit besseren mechanischen Eigenschaften und einem erschwinglichen, mit Naturfasern (Sisal) verstärkten Verbundwerkstoff auf Grundlage biologisch inspirierter Faserorientierungstechniken. Mittels Handlaminat-Fertigungstechniken wurde ein Verbundwerkstoff aus 70 % Epoxidmatrix und 30 % Sisalfasern (50 mm lange Fasern) hergestellt, der in Spinnennetzorientierung gestrickt wurde. Die Faser wurde fünf Stunden lang mit 5 % NaOH behandelt und zwei Stunden lang in einem Ofen getrocknet. Anschließend wurden fünf Schichtverbundstoffe hergestellt, die in der Reihenfolge (0/3/6/9/12) übereinander gestapelt wurden. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass ein spinnennetzorientiertes, sisalfaserverstärktes Epoxidverbundmaterial hervorragende Eigenschaften mit einer Zugfestigkeit von 45,6 MPa, einem Zugmodul von 1,2 GPa, einer Biegefestigkeit von 76,78 MPa, einem Biegemodul von 3,42 GPa, einer Druckfestigkeit von 65,55 MPa und einem Druckmodul von 2,229 MPa, einer Schlagfestigkeit von 12,72 J/cm² ^mit einer Schlagenergiebeständigkeit von 4,6 J und einer durchschnittlichen Wasserabsorptionskapazität von 3 % aufweist. Daher kann das spinnennetzorientierte, sisalfaserverstärkte Epoxidverbundmaterial wie vorgeschlagen als alternatives Material für Hersteller von Fußprothesen verwendet werden.