超高分子量聚乙烯关节的生物降解行为研究

发布时间：2017-07-17 00:15

  本文关键词：超高分子量聚乙烯关节的生物降解行为研究

  更多相关文章： 超高分子量聚乙烯 松弛 降解模型 Burgers模型 动态粘弹性

【摘要】：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有优越的物理、化学性能和良好的生物相容性,是比较理想的医用高分子材料,广泛应用于人工关节领域。随着设计、加工、制造以及置换手术水平的提高,UHMWPE关节的使用寿命最长可达20年以上。据不完全统计,2011年我国骨科医生共实施人工关节置换术约20万例,2012年约24万例,呈逐年增长趋势,导致虽然人工关节失效比例不断下降,每年报告的失效案例数目仍不断增加,引起医院、关节厂商和研究人员的普遍关注。本文通过整理、总结UHMWPE关节的生物降解机理,得出UHMWPE关节使用性能的变化主要来源于凝聚态结构的改变,本质上是高聚物链段分子在环境作用下发生的松驰运动。通过物理化学、高分子物理的基本原理,从理论上给出了温度、应力、溶剂水分子对UHMWPE关节降解影响的单一作用机制及协同效应,建立了UHMWPE关节降解的数学模型,并通过体外生物降解加速实验进行了验证。通过对UHMWPE降解过程力学性能变化的研究,发现其蠕变性能在比较大的尺度内与降解时间的关系稳定性最好,可以用作降解程度评价及预测。根据生物降解UHMWPE的球压蠕变曲线,拟合得到模拟线性高聚物粘弹性的Burgers模型以及材料的本征方程,发现生物降解过程UHMWPE的弹性降低、粘性增加,分析了模型参数随降解时间的变化规律及原因。模拟流变实验的测试条件,通过对Burgers模型(本征方程)的理论研究得到生物降解UHMWPE的动态粘弹性能,由此得出随降解时间增加,UHMWPE的缠绕分子量提高,缠绕点数量下降;重均分子量提高,分子量分布变宽,分子量较低组分数量减少;长支链含量上升。同时发现,单振动周期弹性能、损耗能随降解时间分别增加、下降,据此对UHMWPE髋关节植入手术后1个月内脱位失效高发、植入半年内磨损率大的问题,提供了一种理论上可能的解释。同时,提出一种基于蠕变测试的新型重均分子量表征方法。
【关键词】：超高分子量聚乙烯 松弛 降解模型 Burgers模型 动态粘弹性
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-18
• 1 绪论18-26
• 1.1 概述18-19
• 1.2 国内外研究现状19-24
• 1.3 研究目的24
• 1.4 研究内容24-26
• 2 超高分子量聚乙烯的生物降解试验方法26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 材料制备与测试方法26-31
• 2.3 试验方法31-34
• 3 超高分子量聚乙烯关节的生物降解模型34-66
• 3.1 引言34
• 3.2 降解机制分析34-40
• 3.3 等效性方程推导40-52
• 3.4 理论模型的试验验证52-62
• 3.5 降解程度预测方程62-63
• 3.6 降解程度定量评价方法63-64
• 3.7 本章小结64-66
• 4 生物降解超高分子量聚乙烯的动态粘弹性分析66-88
• 4.1 引言66
• 4.2 粘弹性力学模型66-71
• 4.3 本构方程的建立71-72
• 4.4 应力应变的动态响应72-76
• 4.5 缠结分子量76-79
• 4.6 长链支化79-81
• 4.7 松弛时间谱81-84
• 4.8 重均分子量84-85
• 4.9 本章小结85-88
• 5 结论88-92
• 5.1 本文工作总结88-89
• 5.2 论文创新点89-90
• 5.3 工作展望90-92
• 参考文献92-98
• 作者简历98-102
• 学位论文数据集102

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本文编号：551172