【摘 要】
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近年来,人体关节损伤成为影响中老年人身体健康和生活质量的常见问题,人工关节置换是治愈晚期关节严重损伤和坏死的唯一有效方式。人工关节在人体内长期使用时,磨损产生的磨屑可能会导致骨溶解造成关节失效,进而导致关节发生更严重的磨损,因此寻找性能优异的人工关节材料是当前生物摩擦学的研究重点之一。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于其优异的力学性能和生物兼容性在生物医学领域用作为“骨水泥”,超高分子量聚乙烯（UH
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近年来,人体关节损伤成为影响中老年人身体健康和生活质量的常见问题,人工关节置换是治愈晚期关节严重损伤和坏死的唯一有效方式。人工关节在人体内长期使用时,磨损产生的磨屑可能会导致骨溶解造成关节失效,进而导致关节发生更严重的磨损,因此寻找性能优异的人工关节材料是当前生物摩擦学的研究重点之一。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于其优异的力学性能和生物兼容性在生物医学领域用作为“骨水泥”,超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的自润滑性能好、耐磨性能突出,广泛用作人工关节髋臼材料。结合PMMA和UHMWPE两者的优点,制备UHMWPE/PMMA复合材料并探究其生物摩擦学性能,对于新型人工关节材料的研发具有重要实际意义。本文采用常温自固化法制备UHMWPE填充PMMA基复合材料,借助傅里叶红外光谱、热失重和扫描电子显微镜等对UHMWPE/PMMA复合材料进行成分和热力学性能分析,采用球-盘式摩擦磨损试验机和白光共聚焦显微镜研究了干摩擦条件下UHMWPE的填充质量比、热处理工艺、摩擦工况条件对复合材料摩擦磨损规律的影响,同时研究了润滑介质类型、小牛血清溶液浸泡时间等对UHMWPE/PMMA复合材料生物摩擦学性能的影响。在干摩擦条件下,填充UHMWPE能够明显降低PMMA的摩擦系数和磨损率;当UHMWPE填充质量比为20wt%时,UHMWPE/PMMA复合材料具有较好的摩擦学性能。与未经热处理的复合材料相比,热处理能够显著降低UHMWPE/PMMA复合材料的摩擦系数及磨损率。综合来看,模压温度110℃、模压压力15 MPa、保温时间15 min时,UHMWPE/PMMA复合材料具有最佳摩擦学性能。随着载荷增加,UHMWPE/PMMA复合材料的摩擦系数和磨损率都增加;随着滑动速度的增加,其摩擦系数降低而磨损率增加。在液体润滑条件下,UHMWPE/PMMA复合材料在透明质酸钠溶液中的摩擦系数和磨损率均较低;与去离子水润滑条件下相比,小牛血清溶液润滑条件下UHMWPE/PMMA复合材料的摩擦系数较高,磨损率较低。UHMWPE/PMMA复合材料的耐磨性随着在小牛血清溶液中浸泡时间的增加而下降。在小牛血清溶液润滑条件下,UHMWPE/PMMA复合材料的摩擦系数随着载荷的增加先降低后增加,磨损率随着载荷的增加而增加;随着滑动速度的增加,其摩擦系数和磨损率均逐渐降低。
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