人工关节超高分子量聚乙烯材料磨损性能研究
发布时间：2020-12-23 10:53
随着现代医疗体系的发展,人类的寿命在不断提高。人类在关节方面的问题也日益增多。到目前为止,进行人工关节置换手术仍然是治疗关节类疾病的最重要的手段。这也让我们对人工关节材料的磨损性能提出了更高的要求。超高分子量聚乙烯(ultra hi gh molecular weight polyethylene,UHMWPE)是人工关节主要材料之一,研究其磨损性能具有重要意义。本文通过不同运动条件和接触压力条件下的磨损实验,对多向运动产生的交叉剪切效应及其对UHMWPE磨损的影响进行了研究。对国产超高分子量聚乙烯的磨损进行测试,并与进口超高分子量聚乙烯进行对比。实验中通过销盘型摩擦试验机来对这种材料进行磨损测试,选取与人体正常运动的参数最为实验运动条件和接触应力的选值。人工关节在植入人体后的失效原因有很多种,人工关节材料的磨损是其重要的失效原因。交叉剪切比作为评价其磨损性能好坏的重要指标,是我们研究的主要方向之一。实验结果表明:随着交叉剪切比增大,超高分子量聚乙烯的磨损体积也会随之增大,与进口超高分子量聚乙烯相比,国产超高分子量聚乙烯磨损性能差别不大。人体处于不同的运动状态时,其关节的接触面所受到的...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
摆轴型模拟机Figure1-1Biaxial-Hip-Simulator
中北大学学位论文9图1-2多轴型模拟机Figure1-2Multi-Hip-Simulator销盘型：销盘型摩擦磨损试验机（如图1-3）的运动方式主要是通过柱销与盘片完成的。可以研究试样柱销的摩擦和润滑性能。相比较于人体的运动方式，销盘模拟机的运动方式有很大的不同。但对于人工关节的研究，销盘模拟机的使用方式简便有效。销盘型摩擦磨损试验机按照摩擦力方向又可以细分为两种：①摩擦力方向恒定型；②摩擦力方向渐变型。第二种类型在对人工关节材料摩擦磨损性能的研究中应用更为广泛[43]。
中北大学学位论文10图1-3销盘型模拟机Figure1-3Pin-on-Plate1.4超高分子量聚乙烯摩擦性能及应用研究现状超高分子量聚乙烯分子结构单元和聚乙烯（PE）完全相同，但超高分子量聚乙烯的分子量一般在150万以上，比普通聚乙烯要高2个数量级，因此，超高分子量聚乙烯拥有一些十分优异的性能，例如耐磨性好、耐腐蚀性好、摩擦系数低等。其在各类领域得到了大量的应用。另外，超高分子量聚乙烯在生物方面的性能也表现的十分优秀。其可以作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节以及节育植入体等临床使用。例如，超高分子量聚乙烯可以制成人工关节的臼杯。超高分子量聚乙烯的摩擦系数比尼龙和其它塑料小得多[43]，在人工关节领域，有很深的应用。超高分子量聚乙烯在作为人工关节材料使用过程中，很大程度上可以减少磨损碎屑的产生，同时，还可以保持其力学性能基本不变。其工作温度可在265~1000℃之间，当温度达到195℃时，可保持良好的韧性和强度而不发生脆化。无毒性，对环境，无污染，可重复使用。与其它塑料材料相比，具有良好的热稳定性和非吸水性。由于这些优良的性能，可以保持尺寸精度，不变形，成本低，安全性高。所以它可以作为人工关节材料植入人体，它的使用范围非常广泛，在世界范围内非常流行。超高分子量聚乙烯性能优异，在人工关节领域的应用十分广泛。但是，随着科研人员对超高分子量聚乙烯研究的深入，以及其在临床应用中的年限越来越长，也逐渐发现
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚醚醚酮及其改性的人工关节材料的摩擦磨损性能研究进展[J]. 宋剑,王松,廖振华,刘宇宏,刘伟强. 功能材料. 2014(23)
[2]PEEK摩擦信号分形维数与表面形貌相关性试验研究[J]. 李超,焦瑜,张静,赵嫚. 中国机械工程. 2011(14)
[3]磨损颗粒引发假体周围骨溶解的机制及药物治疗进展[J]. 张波,郭艾. 中国骨质疏松杂志. 2007(08)
[4]PEEK的特性及应用[J]. 付国太,刘洪军,张柏,韩光鹤. 工程塑料应用. 2006(10)
[5]超高分子量聚乙烯的生物摩擦学[J]. 薛茂权,黄之德. 化工新型材料. 2006(06)
[6]人工关节摩擦学的研究[J]. 戴振东,弓娟琴. 生物医学工程学杂志. 2006(03)
[7]生物摩擦学的研究现状和展望[J]. 方建华,陈波水,董凌,王九. 合成润滑材料. 2004(02)
[8]聚醚醚酮全髋假体复合材料的实验研究[J]. 贾庆卫,孙俊英,孙康,王禹基,戴尅戎. 中国矫形外科杂志. 2003(18)
[9]碳增强的聚醚醚酮作为髋臼假体材料的实验研究[J]. 贾庆卫,孙俊英,江宏卫,孙康,王禹基. 中国矫形外科杂志. 2003(Z1)
[10]医用钛合金的发展及研究现状[J]. 宁聪琴,周玉. 材料科学与工艺. 2002(01)
博士论文
[1]人工关节用超低磨损聚乙烯生物相容性、摩擦学性能与磨屑表征研究[D]. 周磊.北京协和医学院 2014
[2]人工髋关节的磨损行为及磨粒形态研究[D]. 黄传辉.中国矿业大学（北京） 2004
硕士论文
[1]具有多孔结构的超高分子量聚乙烯摩擦学性能的研究[D]. 唐慧霞.南京航空航天大学 2015
[2]CoCrMo/PEEK关节材料的扭动微动摩擦腐蚀行为研究[D]. 董红莉.中国矿业大学 2014
[3]填料改性超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究[D]. 袁楠.南京理工大学 2006
本文编号：2933593
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
摆轴型模拟机Figure1-1Biaxial-Hip-Simulator
中北大学学位论文9图1-2多轴型模拟机Figure1-2Multi-Hip-Simulator销盘型：销盘型摩擦磨损试验机（如图1-3）的运动方式主要是通过柱销与盘片完成的。可以研究试样柱销的摩擦和润滑性能。相比较于人体的运动方式，销盘模拟机的运动方式有很大的不同。但对于人工关节的研究，销盘模拟机的使用方式简便有效。销盘型摩擦磨损试验机按照摩擦力方向又可以细分为两种：①摩擦力方向恒定型；②摩擦力方向渐变型。第二种类型在对人工关节材料摩擦磨损性能的研究中应用更为广泛[43]。
中北大学学位论文10图1-3销盘型模拟机Figure1-3Pin-on-Plate1.4超高分子量聚乙烯摩擦性能及应用研究现状超高分子量聚乙烯分子结构单元和聚乙烯（PE）完全相同，但超高分子量聚乙烯的分子量一般在150万以上，比普通聚乙烯要高2个数量级，因此，超高分子量聚乙烯拥有一些十分优异的性能，例如耐磨性好、耐腐蚀性好、摩擦系数低等。其在各类领域得到了大量的应用。另外，超高分子量聚乙烯在生物方面的性能也表现的十分优秀。其可以作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节以及节育植入体等临床使用。例如，超高分子量聚乙烯可以制成人工关节的臼杯。超高分子量聚乙烯的摩擦系数比尼龙和其它塑料小得多[43]，在人工关节领域，有很深的应用。超高分子量聚乙烯在作为人工关节材料使用过程中，很大程度上可以减少磨损碎屑的产生，同时，还可以保持其力学性能基本不变。其工作温度可在265~1000℃之间，当温度达到195℃时，可保持良好的韧性和强度而不发生脆化。无毒性，对环境，无污染，可重复使用。与其它塑料材料相比，具有良好的热稳定性和非吸水性。由于这些优良的性能，可以保持尺寸精度，不变形，成本低，安全性高。所以它可以作为人工关节材料植入人体，它的使用范围非常广泛，在世界范围内非常流行。超高分子量聚乙烯性能优异，在人工关节领域的应用十分广泛。但是，随着科研人员对超高分子量聚乙烯研究的深入，以及其在临床应用中的年限越来越长，也逐渐发现
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚醚醚酮及其改性的人工关节材料的摩擦磨损性能研究进展[J]. 宋剑,王松,廖振华,刘宇宏,刘伟强. 功能材料. 2014(23)
[2]PEEK摩擦信号分形维数与表面形貌相关性试验研究[J]. 李超,焦瑜,张静,赵嫚. 中国机械工程. 2011(14)
[3]磨损颗粒引发假体周围骨溶解的机制及药物治疗进展[J]. 张波,郭艾. 中国骨质疏松杂志. 2007(08)
[4]PEEK的特性及应用[J]. 付国太,刘洪军,张柏,韩光鹤. 工程塑料应用. 2006(10)
[5]超高分子量聚乙烯的生物摩擦学[J]. 薛茂权,黄之德. 化工新型材料. 2006(06)
[6]人工关节摩擦学的研究[J]. 戴振东,弓娟琴. 生物医学工程学杂志. 2006(03)
[7]生物摩擦学的研究现状和展望[J]. 方建华,陈波水,董凌,王九. 合成润滑材料. 2004(02)
[8]聚醚醚酮全髋假体复合材料的实验研究[J]. 贾庆卫,孙俊英,孙康,王禹基,戴尅戎. 中国矫形外科杂志. 2003(18)
[9]碳增强的聚醚醚酮作为髋臼假体材料的实验研究[J]. 贾庆卫,孙俊英,江宏卫,孙康,王禹基. 中国矫形外科杂志. 2003(Z1)
[10]医用钛合金的发展及研究现状[J]. 宁聪琴,周玉. 材料科学与工艺. 2002(01)
博士论文
[1]人工关节用超低磨损聚乙烯生物相容性、摩擦学性能与磨屑表征研究[D]. 周磊.北京协和医学院 2014
[2]人工髋关节的磨损行为及磨粒形态研究[D]. 黄传辉.中国矿业大学（北京） 2004
硕士论文
[1]具有多孔结构的超高分子量聚乙烯摩擦学性能的研究[D]. 唐慧霞.南京航空航天大学 2015
[2]CoCrMo/PEEK关节材料的扭动微动摩擦腐蚀行为研究[D]. 董红莉.中国矿业大学 2014
[3]填料改性超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究[D]. 袁楠.南京理工大学 2006
本文编号：2933593
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