Publicación: Socket transradial en material compuesto de resina termofija reforzada con tela de algodón mineralizada
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Resumen en español
RESUMEN: El presente trabajo de grado muestra el proceso de diseño conceptual y simulación para un socket de miembro superior transradial en material compuesto laminar elaborado con fibra de algodón mercerizada y resina poliéster, impregnando las fibras de algodón por el método de infusión al vacío, con el objetivo de determinar si el material compuesto satisface los requerimientos mecánicos y funcionales para ser utilizado en la fabricación de prótesis de miembro superior. En el diseño conceptual se obtuvieron los parámetros básicos de diseño y los criterios de selección de concepto mediante revisión bibliográfica, libros, artículos y ensayos experimentales. Mediante el programa de dibujo CAD Inventor, se obtuvo una geometría cilíndrica simplificada del socket sobre la cual, utilizando la extensión Nastram de este software, se realizó la simulación del estado de esfuerzos y deformaciones mediante la metodología de elementos finitos tipo cascara para materiales compuestos ortótropos. En la simulación computacional se introdujeron las propiedades mecánicas elásticas del compuesto resina poliéster-algodón medidas mediante ensayos de tracción, compresión y cortante en el plano. Buscando aumentar las propiedades mecánicas del compuesto resina poliéster-algodón, se efectuaron varios tratamientos físico-químicos para modificar el tejido de algodón mediante impregnación con agentes mineralizante como hidróxido de calcio -Ca(OH)₂-, cementos hidráulicos blanco y gris tipo portland, y un cemento de activación alcalina (o geopolimérico). Se observó una ligera mejora de las propiedades mecánicas, medidas a tracción, en los tejidos de algodón modificados con hidróxido de calcio, que se asocia al depósito de partículas minerales entre las fibras del tejido de algodón como lo confirman los análisis SEM y FTIR practicados. Este resultado, preliminar, pude conducir a una mejora en propiedades y desempeño de un socket transradial fabricado mediante infusión de resina al vacío a partir de compuestos laminares de tejidos de algodón mineralizados e impregnados con resina poliéster.
Resumen en inglés
ABSTRACT: This degree work shows the process of conceptual design and simulation for a transradial upper limb socket in laminar composite material with mercerized cotton fiber and polyester resin, impregnating the cotton fibers by the vacuum infusion method, with the objective to determine if the composite material satisfies the mechanical and functional requirements to be used in the manufacture of upper limb prostheses. In the conceptual design, the basic design parameters and the concept selection criteria were obtained through bibliographic review, books, articles, and experimental trials. Using the CAD inventor drawing program, a simplified cylindrical socket geometry was obtained on which, using the Nastram extension of this software, the simulation of the state of stresses and deformations was performs using the Shell-type finite element methodology for orthotropic composite materials. In the computational simulation, the elastic mechanical properties of the polyester-cotton resin composite, measured by in-plane tensile, compression and shear tests were introduced. Seeking to increase the mechanical properties of the polyester-cotton resin compound, several physical-chemical tests were carried out to modify the cotton fabric by impregnation with mineralizing agents such as calcium hydroxide -Ca (OH) ₂-, white and gray Portland-type hydraulic cements, and an alkaline (or geopolymeric) activation cement. A slight improvement in the mechanical properties, measured in tension, was observed in the cotton fabrics modified with calcium hydroxide, which is associated with the deposit of mineral particles between the fibers of the cotton fabric, as confirmed by the SEM and FTIR analyzes performed. This preliminary result could lead to an improvement in the properties and performance of a transradial socket manufactured by vacuum resin infusion from laminar composites of mineralized cotton fabrics impregnated with polyester resin.