UHM WPE关节置换材料的耐磨改性研究

发布时间：2019-01-28 10:56

【摘要】：与普通聚乙烯和其它工程塑料相比,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为一种热塑性工程塑料具有良好的耐磨性、自润滑性、耐冲击性、耐腐蚀性和良好的生物相容性等,在机械、化工、纺织和医疗等多个领域均具有非常广泛的应用前景,尤其作为人工关节软骨---关节臼置换材料与金属或陶瓷关节头组合构成目前临床普遍采用的人工关节。但在使用过程中,因磨损产生的大量磨屑易聚积并诱发机体细胞产生一系列不良生物反应,导致假体周围骨质溶解和无菌松动,严重影响了人工关节的质量和使用寿命。因此,提高UHMWPE的耐磨性能并减少磨损颗粒的产生,对于延长人工关节材料的临床寿命,减少患者痛苦具有重要意义。主要的研究内容及结果如下:(1)采用二苯甲酮(BP)作为引发剂,在UHMWPE粉体上接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯(PFAMAE),探讨了各因素对接枝率的影响以及接枝对UHMWPE擦学性能的影响;在接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯的基础上,对UHMWPE-g-PFAMAE填充纳米PTFE(Nano-PTFE),考察填充后复合材料的力学与摩擦学性能及其磨损机理。通过对UHMWPE紫外光接枝PFAMAE产物的红外光谱分析,证实了PFAMAE接枝的成功,通过单因素实验得出最优的接枝工艺条件。考察了接枝后UHMWPE-g-PFAMAE材料的力学及摩擦学性能,结果表明:经过PFAMAE接枝改性后,UHMWPE材料的摩擦系数和磨损率都有不同程度的降低,拉伸强度、断裂伸长率和硬度也均得到改善。将纳米PTFE与UHMWPE-g-PFAMAE填充复合的实验证明:当添加1%Nano-PTFE时,复合材料表现出最低的磨损率和摩擦系数;并借助SEM表征了材料的磨损面和转移膜形貌,发现改性前后复合材料的磨损机理从磨粒磨损转变到粘着磨损。(2)在(1)的基础上,采用BP作为引发剂,丙烯酸(AA)为接枝单体,借助紫外光对UHMWPE进行接枝改性,再将PA粉末对接枝后的产物UHMWPE-g-AA进行共混改性,考察了UHMWPE-g-AA/PA共混材料的力学与摩擦学性能及其磨损机理。结果表明,当PA含量为4%时,UHMWPE-g-AA/PA共混材料的摩擦学性能最好,摩擦系数降低到0.193,磨损率为5.89×10-7mm3/(N·m)。此时材料的拉伸强度和断裂伸长率也最优。从共混材料的磨损面形貌SEM可知,无论添加PA的多少,其磨损机理都主要表现为磨粒磨损,填料的加入只是改善了犁沟的宽度和深度。(3)用硅烷偶联剂KH560对纳米SiO2进行表面处理,然后将其与UHMWPE-g-AA复合,考察了Nano-SiO2对UHMWPE-g-AA/Nano-SiO2复合材料力学及摩擦学性能的影响。结果表明:在UHMWPE-g-AA中引入纳米SiO2,能大幅提升复合材料的硬度,当纳米SiO2含量为2%时,复合材料的拉伸和断裂伸长率最好。当Nano-SiO2含量在3%左右时,UHMWPE-g-AA/SiO2复合材料的摩擦学性能最好,其摩擦系数为0.213,磨损率为3.53×10-7mm3/(N·m)。从磨损面的SEM照片可以看出,当Nano-SiO2含量低于3%时,复合材料主要表现出磨粒磨损与轻微塑性变形的特征;而当Nano-SiO2含量大于3%时,其磨损机理则为粘着磨损和疲劳磨损;只有在Nano-SiO2含量为3%时,复合材料主要呈现出粘着磨损的特征。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08

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