聚醚醚酮及其复合材料的生物摩擦学研究

发布时间：2021-01-27 15:13

　　关节置换术是一种治疗晚期关节疾病的有效方法,而聚醚醚酮（PEEK）因其优异的机械性能和良好的生物相容性被视为理想的人工关节摩擦副。体外摩擦学研究也已发现纯PEEK（450G）的耐磨损性能不佳,仅适用于低载荷协调性关节假体设计;理论上通过复合不同的增强体或固体润滑颗粒,可不同程度提升PEEK的耐磨属性,进一步拓展其应用范围。目前,PEEK复合材料包括碳纤维增强（CA30）、玻璃纤维增强（GL30）和碳纤维/石墨烯/聚四氟乙烯综合增强（FC30）这三种,均被视为潜在的人工关节材料,它们在生理运行工况下的磨损机理以及磨损性能有待进一步研究。为此,本文基于“销-盘”摩擦学试验,在牛血清生理润滑条件下采用“圆形”生理滑动轨迹,检测了 PEEK及其复合材料的摩擦学性能。此外,采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、光学显微镜和拉曼光谱仪（Raman）等测试方法观察磨损表面微观形貌、化学成分和表层结晶度变化。以此,探讨PEEK基复合材料自配副的磨损机理,阐明增强体的实际减摩抗磨机制,解释物理摩擦过程对摩擦副表层的直接影响。随后,进一步系统化研究PEEK复合材料配对传统聚合物摩擦副（UHMW... 

【文章来源】：陕西科技大学陕西省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２?ＰＥＥＫ的化学结构与晶胞单元??

０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?ｌｘｉ〇３?ｌ〇ｘｉ〇３ｉ〇〇ｘｉ〇３?１增６?１〇ｘｌ〇６?１〇〇ｘｌ〇６??应变?循环次数??ａ）?２３°Ｃ时，应变速率对ＰＥＥＫ压缩性能的影响?ｂ）?ＰＥＥＫ三点ｆ曲ＩＳＯ?１７８试验??８００－???７００“?Ｘ＂??６００?－?／??Ｓ?５００?／??ｉ？?４００－?／??＾?３００?丨??２００－?ｊ??，０Ｖ????°０?１０?２０?３０?４０??位移（ｍｍ）??Ｃ）疲劳曲线??图１－３?ＰＥＥＫ机械性能??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ?ｏｆ?ＰＥＥＫ??总体而言，与未填充的ＰＥＥＫ相比，纤维的加入使复合材料的机械性能都显著提高，??比如强度、疲劳和断裂初性等。图１－４?（ａ）为ＰＥＥＫ材料断裂面微观形貌，纯ＰＥＥＫ的??断裂面有一些层片状结构，总体断裂是比较均匀的叫。图１－４?（ｂ）、（ｃ）分别为玻璃纤维??增强ｍ和碳纤维增强［ＭＰＥＥＫ，ＧＬ３０中玻璃纤维的表面光滑，但ＣＡ２０中碳纤维表面包??裹着一层ＰＥＥＫ基体，两种断裂面形成鲜明比较，并明显得出ＰＥＥＫ基体与碳纤维的相??６??

别添加石墨烯、聚??四氟乙烯等作为增强体提高摩擦副的耐磨损性能。此外，对高载荷关节配副设计，还可??通过混合添加碳纤维、石墨烯、聚四氟乙烯等增强体制备高强度耐磨的复合材料配副。??ｍｍ??ａ）?４５０Ｇ?ｂ）?ＦＣ３０??擊纏??ｃ）?ＣＡ２０?ｄ）?ＧＬ３０??其中ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）中材料均来自ＶｉｃｔｒｅｘＬｔｄ．其中４５０Ｇ为未填充的ＰＥＥＫ，?ＣＡ２０为２０％质??量分数的碳纤维填充ＰＥＥＫ，ＦＣ３０表示碳纤維、石墨烯、ＰＴＦＥ分别以１０％质量分数填充ＰＥＥＫ??图１－４?ＰＥＥＫ及其复合材料的断面形貌图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｅｃｔｉｏｎ?ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ＰＥＥＫ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ??１．２．２?ＰＥＥＫ材料的生物摩擦学性能??生物摩擦学从构词法可看出是生物学与摩擦学结合而衍生的复合词，该学科主要研??究人体日常生理活动中内所存在的各种摩擦行为，包括皮肤摩擦学、关节摩擦学、人工??心脏摩擦学等方面。而关节摩擦学是以关节自然运行工况与润滑条件为切入点，研究与??探讨关节配副材料的生理摩擦与磨损状况，进而指导假体设计与筛选合适的摩擦配副。??磨损按照磨损机理可分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损四种。磨粒磨损指??硬颗粒或凸起与材料表面互相摩擦引起的。粘着磨损指在应力接触的过程中，由于材料??变形而转移损失的行为。腐蚀磨损则是由于电化学反应在材料表面与周围环境间发生。??这些磨损形式在人体摩擦系统中同样存在，在人工关节材料的摩擦过程中的主要磨损机??理为磨粒磨损和个别材料出现的粘着磨损。如图１－５所示为其磨损示意图。??７??

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]颗粒填充聚醚醚酮复合材料的生物摩擦学性能研究[D]. 刘玲玲.南京理工大学 2006



本文编号：3003271