人工关节用超低磨损聚乙烯耐磨性能研究
发布时间：2021-11-09 17:14
目前,超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE）是临床使用最多的人工关节承载材料。然而在临床使用中较软的UHMWPE更易磨损,磨损产生的UHMWPE磨屑最终会导致人工关节植入失效。针对UHMWPE磨屑引起的植入物失效问题,寻找综合性能更优异的新型人工关节承载材料是行之有效的解决办法。超低磨损聚乙烯（Ultra-Low Wear Polyethylene,ULWPE）是由中石油石油化工研究院自主研发的一种新型高密度聚乙烯材料,前期试验已经证明了该材料具有优异的生物相容性和耐磨性,是一种可用于人工关节的新材料。但对于ULWPE材料的耐磨机理的认识尚不足,因此,本论文针对ULWPE材料的耐磨机理进行深入研究。论文通过傅里叶红外光谱分析、差示扫描量热分析、偏光显微镜分析、接触角测量、显微硬度测量、拉伸性能测试等表征手段研究了ULWPE材料的结构（分子结构、结晶度、片晶厚度、结晶形态）、物理学性能（显微硬度、接触角、拉伸性能）,并采用多向运动人工植入物材料磨损试验机研究了ULWPE的磨损行为和磨损机制,试验中以高密度聚乙烯（...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类关节假体[1]
西南交通大学硕士研究生学位论文第2页WeightPolyethylene，UHMWPE），钴铬（Cobalt-Chromium，CoCr）合金，氧化铝（Alumina，Al2O3）陶瓷和氧化锆增韧氧化铝（ZirconiaToughenedAlumina，ZTA）陶瓷材料。主要配副形式为硬对硬和硬对软配副，包括金对金，陶瓷对陶瓷，UHMWPE对金和UHMWPE对陶瓷配副。其中，硬对硬配副关节在临床使用中的磨损量非常低[6,7]，但同时也呈现出许多的临床问题。金对金关节副在体内服役过程中会增加患者局部组织的钴、铬离子含量[8-10]，进而引起患者的过敏反应，炎症反应，甚至是周围组织的严重坏死和假性肿瘤[11,12]，这使得金对金人工髋关节在临床使用中出现了更高的翻修率。而陶瓷对陶瓷配副关节会受限于陶瓷材料的脆性，在临床使用中陶瓷材料易发生脆性破裂而造成植入失效[13]。并且陶瓷对陶瓷关节配副在临床使用中会产生啸叫噪音，临床发生率高达0.7~20.9%[14]。噪音严重地影响了患者的术后体验，且导致噪音的原因尚不完全清楚[15,16]。1.2聚乙烯研究现状由于硬对硬的关节配副存在的一系列临床问题，硬对软关节配副逐渐成为主要的配副方式，并在临床中广泛使用[17]。其中软承载材料为UHMWPE，它是一种由结晶区和非定型区组成的半结晶聚合物，图1-2为材料的显微结构图。由于UHMWPE材料优异的生物相容性、力学性能、耐磨损性能和化学稳定性[18]，它已经成为人工关节首选材料并在骨科植入物领域使用超过50年[19]。(a)(b)图1-2(a)UHMWPE透射电镜显微图；(b)UHMWPE半晶态示意图[20]然而UHMWPE材料在体内服役过程中同样存在一系列的临床问题。患者在术后10~20年的时间里经常受到骨质溶解和无菌性炎症等症状的困扰，并最终导
西南交通大学硕士研究生学位论文第10页（3）ULWPE耐磨性能研究在模拟体内环境条件下，进行销盘试验。选用人工关节常用的CoCr金属和ZTA陶瓷作为对磨副，并通过对比UHMWPE、HXLPE和HDPE三种聚乙烯的磨损量、磨损形貌和磨损行为评价ULWPE的耐磨性能，并结合ULWPE的结构和性能，揭示ULWPE耐磨损机制。1.6.2技术路线全文的技术路线如图1-3所示。图1-3论文技术路线
【参考文献】：
期刊论文
[1]傅里叶变换红外光谱法在高分子材料研究中的应用[J]. 白云,胡光辉,李琴梅,陈新启,髙峡,刘伟丽. 分析仪器. 2018(05)
[2]超高分子量聚乙烯结晶度对生物摩擦学性能的影响[J]. 倪自丰,葛世荣. 润滑与密封. 2008(12)
[3]红外光谱法测定高密度聚乙烯的支化度[J]. 曲凤华,卢惠和. 科技信息. 2008(26)
[4]UHMWPE非等温结晶动力学研究[J]. 赵梓年,文志红. 现代塑料加工应用. 2005(06)
[5]离子注入超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究[J]. 熊党生. 摩擦学学报. 2004(03)
[6]茂金属聚乙烯的非等温结晶行为及其动力学研究[J]. 彭娅,傅强,刘结平,何天白. 高等学校化学学报. 2002(06)
[7]Archard的磨损设计计算模型及其应用方法[J]. 桂长林. 润滑与密封. 1990(01)
博士论文
[1]人工指关节用C/C复合材料及其改性研究[D]. 毛祖莉.天津大学 2014
[2]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
[3]高性能聚烯烃结晶行为及结构性能关系研究[D]. 宋士杰.复旦大学 2011
[4]人工关节润滑技术与摩擦学测试研究[D]. 华子恺.上海大学 2011
[5]超高分子量聚乙烯的表面改性及其耐磨性能研究[D]. 谢东.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]人工关节用辐照交联超高分子量聚乙烯的结构与性能研究[D]. 姜熙.天津大学 2014
[2]碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其摩擦磨损性能研究[D]. 吴欣鑫.南京理工大学 2012
[3]载阿仑膦酸钠超高分子量聚乙烯球盘摩擦学性能研究[D]. 杨丹.西南交通大学 2011
本文编号：3485750
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类关节假体[1]
西南交通大学硕士研究生学位论文第2页WeightPolyethylene，UHMWPE），钴铬（Cobalt-Chromium，CoCr）合金，氧化铝（Alumina，Al2O3）陶瓷和氧化锆增韧氧化铝（ZirconiaToughenedAlumina，ZTA）陶瓷材料。主要配副形式为硬对硬和硬对软配副，包括金对金，陶瓷对陶瓷，UHMWPE对金和UHMWPE对陶瓷配副。其中，硬对硬配副关节在临床使用中的磨损量非常低[6,7]，但同时也呈现出许多的临床问题。金对金关节副在体内服役过程中会增加患者局部组织的钴、铬离子含量[8-10]，进而引起患者的过敏反应，炎症反应，甚至是周围组织的严重坏死和假性肿瘤[11,12]，这使得金对金人工髋关节在临床使用中出现了更高的翻修率。而陶瓷对陶瓷配副关节会受限于陶瓷材料的脆性，在临床使用中陶瓷材料易发生脆性破裂而造成植入失效[13]。并且陶瓷对陶瓷关节配副在临床使用中会产生啸叫噪音，临床发生率高达0.7~20.9%[14]。噪音严重地影响了患者的术后体验，且导致噪音的原因尚不完全清楚[15,16]。1.2聚乙烯研究现状由于硬对硬的关节配副存在的一系列临床问题，硬对软关节配副逐渐成为主要的配副方式，并在临床中广泛使用[17]。其中软承载材料为UHMWPE，它是一种由结晶区和非定型区组成的半结晶聚合物，图1-2为材料的显微结构图。由于UHMWPE材料优异的生物相容性、力学性能、耐磨损性能和化学稳定性[18]，它已经成为人工关节首选材料并在骨科植入物领域使用超过50年[19]。(a)(b)图1-2(a)UHMWPE透射电镜显微图；(b)UHMWPE半晶态示意图[20]然而UHMWPE材料在体内服役过程中同样存在一系列的临床问题。患者在术后10~20年的时间里经常受到骨质溶解和无菌性炎症等症状的困扰，并最终导
西南交通大学硕士研究生学位论文第10页（3）ULWPE耐磨性能研究在模拟体内环境条件下，进行销盘试验。选用人工关节常用的CoCr金属和ZTA陶瓷作为对磨副，并通过对比UHMWPE、HXLPE和HDPE三种聚乙烯的磨损量、磨损形貌和磨损行为评价ULWPE的耐磨性能，并结合ULWPE的结构和性能，揭示ULWPE耐磨损机制。1.6.2技术路线全文的技术路线如图1-3所示。图1-3论文技术路线
【参考文献】：
期刊论文
[1]傅里叶变换红外光谱法在高分子材料研究中的应用[J]. 白云,胡光辉,李琴梅,陈新启,髙峡,刘伟丽. 分析仪器. 2018(05)
[2]超高分子量聚乙烯结晶度对生物摩擦学性能的影响[J]. 倪自丰,葛世荣. 润滑与密封. 2008(12)
[3]红外光谱法测定高密度聚乙烯的支化度[J]. 曲凤华,卢惠和. 科技信息. 2008(26)
[4]UHMWPE非等温结晶动力学研究[J]. 赵梓年,文志红. 现代塑料加工应用. 2005(06)
[5]离子注入超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究[J]. 熊党生. 摩擦学学报. 2004(03)
[6]茂金属聚乙烯的非等温结晶行为及其动力学研究[J]. 彭娅,傅强,刘结平,何天白. 高等学校化学学报. 2002(06)
[7]Archard的磨损设计计算模型及其应用方法[J]. 桂长林. 润滑与密封. 1990(01)
博士论文
[1]人工指关节用C/C复合材料及其改性研究[D]. 毛祖莉.天津大学 2014
[2]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
[3]高性能聚烯烃结晶行为及结构性能关系研究[D]. 宋士杰.复旦大学 2011
[4]人工关节润滑技术与摩擦学测试研究[D]. 华子恺.上海大学 2011
[5]超高分子量聚乙烯的表面改性及其耐磨性能研究[D]. 谢东.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]人工关节用辐照交联超高分子量聚乙烯的结构与性能研究[D]. 姜熙.天津大学 2014
[2]碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其摩擦磨损性能研究[D]. 吴欣鑫.南京理工大学 2012
[3]载阿仑膦酸钠超高分子量聚乙烯球盘摩擦学性能研究[D]. 杨丹.西南交通大学 2011
本文编号：3485750
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