Włókna prekursorowe z nanokompozytu PAN do zastosowań medycznych i technicznych

Abstract

Research of the conditions of manufacturing two types nanocomposite PAN precursor fibers was developed. Depending on the type introduced nanoadditive to the PAN fibres, the carbon fibres obtained on their basis will be used for medical or technical applications. In the group of the precursor fibers for medical applications the manufacturing conditions has been developed for fibers containing silver or a system of two nano-additives: silver and hydroxyapatite. It is expected that the carbon fibers obtained from this type of nanocomposite fibers will exhibit antibacterial, or antibacterial and osteoconductive activity, acting as scaffold for bone reconstruction. In the group of the precursor fibers for technical applications developed conditions for the production of nanocomposite PAN fibers containing multiwalled carbon nanotubes. It is expected that the presence of the oriented carbon structures (carbon nanotubes) in precursor at the stage of carbonization, can contribute to a graphite like structure of fibres already in the carbonization process. Based on the initial testing of carbonized fibers containing nano-silver and a system of two nano-additives (silver and hydroxyapatite) it was shown that the tensile properties of obtained carbon fibers are adequate for their medical use (500 MPa). Higher level of strength was obtained in case of the carbon fibers obtained from a precursor containing carbon nanotubes (900 MPa).

W trakcie realizacji badań opracowano warunki wytwarzania dwóch typów prekursorowych włókien z nanokompozytu poliakrylonitrylu przeznaczonych, w zależności od rodzaju wprowadzonego nanododatku, do zastosowań medycznych bądź technicznych uzyskanych z nich włókien węglowych. W grupie włókien prekursorowych do zastosowań medycznych opracowano warunki wytwarzania włókien zawierających nanododatek srebra bądź układ dwóch nanododatków: srebro i hydroksyapatyt. Przewiduje się, iż włókna węglowe uzyskane z tego typu włókien nano-kompozytowych będą wykazywać działanie anty bakteryjne, bądź oprócz działania antybakteryjnego będą wykazywać dodatkowo działanie osteo-konduktywne, stanowiąc rusztowanie dla odbudowy tkanki kostnej. W grupie włókien prekursorowych do zastosowań technicznych opracowano warunki wytwarzania nanokompozytowych włókien PAN zawierających wielościenne nanorurki węglowe. Przewiduje się, iż obecność we włóknach prekursorowych uporządkowanych struktur węglowych już na etapie karbonizacji, może przyczynić się do uzyskania struktur grafitopodobnych we włóknach węglowych po procesie karbonizacji. W oparciu o wstępne próby karbonizacji włókien zawierających nano-srebro i układ dwóch nanododatków (srebra i hydroksyapatytu) stwierdzono, iż właściwości wytrzymałościowe uzyskanych z nich włókien węglowych są na poziomie odpowiednim do ich zastosowań medycznych. Wyższym poziomem wytrzymałości odznaczają się włókna węglowe przeznaczone do zastosowań technicznych, uzyskane z prekursora zawierającego nanorurki węglowe.