硅胶内衬套材料与小腿皮肤界面摩擦特性研究

发布时间：2017-07-18 00:06

  本文关键词：硅胶内衬套材料与小腿皮肤界面摩擦特性研究

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【摘要】：残疾人在穿戴假肢运动过程中在接受腔与残肢皮肤之间会形成临界接触面,在此临界面上,运动压力与相应的摩擦力将对残肢皮肤表面、皮下组织、血管以及血液的正常流动等产生重要影响。临床上由于假肢设计或选材不合理导致残肢与腔体过度摩擦会对皮肤造成很大伤害,给患者带来巨大痛苦,因此,研究假肢材料与残肢触界面的摩擦学行为对于假肢材料的优化设计和提高残疾人的生活质量具有重要的理论和现实意义。 本文借助UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机,采取往复摩擦的球/面接触模式,模拟了假肢接受腔/硅胶内衬套、硅胶内衬套/残肢皮肤两种接触界面；基于定积分求不规则图形面积的理论对摩擦前后能量的损耗进行了计算；使用OLS1100型三维激光共焦扫描显微镜、HY0580电脑式万能材料试验机、DSA100型视频接触角测量仪以及数码照相机等对皮肤及假肢材料表面特征进行观察和分析；从摩擦学、生物学、材料学等多学科交叉的角度研究了残肢皮肤/硅胶材料和硅胶材料/接受腔材料两个相邻界面上的摩擦学行为。 主要结论如下： 1.硅胶材料/皮肤界面、接收腔/硅胶材料接触界面在往复摩擦模式初期均会产生滑动,其摩擦系数较大；随着界面间产生粘着,摩擦系数减小,并逐渐趋于稳态。 2.硅胶材料反面上的粗大微凸体,增加了材料与皮肤的粘结性,使皮肤处于粘着摩擦机制,摩擦系数较低,摩擦能耗较少；正面上的针织结构不但增加了往复摩擦过程中硅胶与接受腔之间的相对滑动量、摩擦系数及摩擦能耗,而且减少了其反面与皮肤往复摩擦过程中皮肤协调位移时的变形,从而降低了材料与皮肤之间的摩擦系数和能量损耗。 3.硅胶材料在不同载荷下的压缩试验表明,不同硅胶材料均在载荷为4.5N时出现平台期,此时材料出现蠕变特性；在载荷相同的情况下1号和4号材料的形变比2号和3号材料小,说明材料表面的各种结构对缓解皮肤的压力有一定作用。 4.选用与皮肤接触反面上具有粗大微凸体,与接收腔接触正面上具有针织结构的硅胶材料,有利于减小材料与皮肤的摩擦能耗,减少皮肤发热和变形,降低皮肤的摩擦损伤风险。
【关键词】：硅胶材料 表面结构 小腿皮肤 摩擦行为 能量损耗
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.17;TH117
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 皮肤摩擦、矫形器械及假肢的研究12-15
• 1.1.1 皮肤摩擦的研究内容12-13
• 1.1.2 假肢矫形器械及假肢的研究现状13-15
• 1.2 假肢接受腔及内衬套材料15-17
• 1.2.1 假肢接受腔材料15-16
• 1.2.2 硅胶内衬套材料16-17
• 1.3 定积分求不规则图形面积的方法17-18
• 1.4 选题意义及内容18-20
• 1.4.1 选题意义18
• 1.4.2 研究内容18-20
• 第2章 试验概述20-24
• 2.1 试验设备20-21
• 2.1.1 UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机20
• 2.1.2 拉伸压缩试验设备20-21
• 2.2 志愿者选择21-22
• 2.3 试验材料22
• 2.4 试验参数22-23
• 2.5 试验分析方法23-24
• 第3章 硅胶材料的物理性能研究24-33
• 3.1 材料的压缩性能试验及分析24-29
• 3.2 硅胶材料的表面粗糙度29-31
• 3.3 亲水性比较31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 人体下肢皮肤与硅胶材料的摩擦特性研究33-44
• 4.1 试验简介33-34
• 4.2 结果与分析讨论34-42
• 4.2.1 皮肤与硅胶材料摩擦后温度变化分析34-36
• 4.2.2 摩擦过程中摩擦力(系数)变化分析36-38
• 4.2.3 摩擦过程中能量损耗分析38-40
• 4.2.4 试验前后皮肤粗糙度对比40-42
• 4.3 本章小结42-44
• 第5章 接受腔材料与硅胶材料摩擦特性研究44-53
• 5.1 试验简介44-45
• 5.2 摩擦过程中摩擦系数变化分析45-48
• 5.3 摩擦过程中能量损耗分析48-50
• 5.4 摩擦前后压痕的对比说明50-51
• 5.5 摩擦试验讨论51-53
• 结论与展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的研究项目60

【参考文献】

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本文编号：555183