UHMWPE關(guān)節(jié)置換材料的耐磨改性研究.pdf

1、與普通聚乙烯和其它工程塑料相比，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）作為一種熱塑性工程塑料具有良好的耐磨性、自潤滑性、耐沖擊性、耐腐蝕性和良好的生物相容性等，在機(jī)械、化工、紡織和醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域均具有非常廣泛的應(yīng)用前景，尤其作為人工關(guān)節(jié)軟骨---關(guān)節(jié)臼置換材料與金屬或陶瓷關(guān)節(jié)頭組合構(gòu)成目前臨床普遍采用的人工關(guān)節(jié)。但在使用過程中，因磨損產(chǎn)生的大量磨屑易聚積并誘發(fā)機(jī)體細(xì)胞產(chǎn)生一系列不良生物反應(yīng)，導(dǎo)致假體周圍骨質(zhì)溶解和無菌松動(dòng)，嚴(yán)重影響了人工關(guān)節(jié)的

2、質(zhì)量和使用壽命。因此，提高UHMWPE的耐磨性能并減少磨損顆粒的產(chǎn)生，對于延長人工關(guān)節(jié)材料的臨床壽命，減少患者痛苦具有重要意義。主要的研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　?。?）采用二苯甲酮（BP）作為引發(fā)劑，在UHMWPE粉體上接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯（PFAMAE），探討了各因素對接枝率的影響以及接枝對UHMWPE擦學(xué)性能的影響；在接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯的基礎(chǔ)上，對UHMWPE-g-PFAMAE填充納米 PTFE（Nano-PT

3、FE），考察填充后復(fù)合材料的力學(xué)與摩擦學(xué)性能及其磨損機(jī)理。通過對UHMWPE紫外光接枝PFAMAE產(chǎn)物的紅外光譜分析，證實(shí)了PFAMAE接枝的成功，通過單因素實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)的接枝工藝條件?？疾炝私又骍HMWPE-g-PFAMAE材料的力學(xué)及摩擦學(xué)性能，結(jié)果表明：經(jīng)過PFAMAE接枝改性后，UHMWPE材料的摩擦系數(shù)和磨損率都有不同程度的降低，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和硬度也均得到改善。將納米PTFE與UHMWPE-g-PFAMAE填充復(fù)合的

4、實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)添加1％Nano-PTFE時(shí)，復(fù)合材料表現(xiàn)出最低的磨損率和摩擦系數(shù)；并借助 SEM表征了材料的磨損面和轉(zhuǎn)移膜形貌，發(fā)現(xiàn)改性前后復(fù)合材料的磨損機(jī)理從磨粒磨損轉(zhuǎn)變到粘著磨損。
　?。?）在（1）的基礎(chǔ)上，采用BP作為引發(fā)劑，丙烯酸（AA）為接枝單體，借助紫外光對UHMWPE進(jìn)行接枝改性，再將PA粉末對接枝后的產(chǎn)物UHMWPE-g-AA進(jìn)行共混改性，考察了UHMWPE-g-AA/PA共混材料的力學(xué)與摩擦學(xué)性能及其磨損機(jī)理。結(jié)

5、果表明，當(dāng)PA含量為4%時(shí)，UHMWPE-g-AA/PA共混材料的摩擦學(xué)性能最好，摩擦系數(shù)降低到0.193，磨損率為5.89×10-7mm3/(N·m)。此時(shí)材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率也最優(yōu)。從共混材料的磨損面形貌 SEM可知，無論添加 PA的多少，其磨損機(jī)理都主要表現(xiàn)為磨粒磨損，填料的加入只是改善了犁溝的寬度和深度。
　　（3）用硅烷偶聯(lián)劑KH560對納米SiO2進(jìn)行表面處理，然后將其與UHMWPE-g-AA復(fù)合，考察了Nano

6、-SiO2對UHMWPE-g-AA/Nano-SiO2復(fù)合材料力學(xué)及摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：在UHMWPE-g-AA中引入納米SiO2，能大幅提升復(fù)合材料的硬度，當(dāng)納米 SiO2含量為2%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸和斷裂伸長率最好。當(dāng) Nano-SiO2含量在3%左右時(shí)，UHMWPE-g-AA/SiO2復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能最好，其摩擦系數(shù)為0.213，磨損率為3.53×10-7mm3/(N·m)。從磨損面的 SEM照片可以看出，當(dāng) Nano