γ射线辐照交联超高分子量聚乙烯的摩擦学性能new

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1、第25卷第3期徐州工程学院学报(自然科学版)2O1O年9月Vo1．25No．3Journa1ofXuzhouInstituteofTechnology(NaturalSciencesEdition)SEP．2O1O，)，射线辐照交联超高分子量聚乙烯的摩擦学性能黄传辉，刘庆华，张磊，王庆良(1．徐州工程学院，江苏徐州221008；2．中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州221116)摘要：采用不同剂量射线对UHMWPE进行表面辐照处理，制备了辐照交联UHMWPE材料，测定了其结晶度和表面硬度．利用UMT—II型摩擦磨损试验机，

2、考察了25小牛血清润滑条件下的摩擦磨损性能．实验结果表明：随7射线辐照剂量的增加，交联UHMWPE的结晶度和表面硬度均增大，二者具有相同的变化规律；小牛血清润滑条件下，交联UHMWPE的摩擦系数高于未辐照样品，但辐照UHMWPE的磨损率降低，耐磨损性能明显提高；未辐照样品的磨损机理主要表现为粘着磨损和塑性变形，辐照样品则表现为疲劳磨损和磨粒磨损．关键词：超高分子量聚乙烯；射线辐照；结晶度；摩擦磨损中图分类号：R318．O8文献标志码：A文章编号：1674-358X(2010)03—0001—06超高分子量聚乙烯(ultra-hi

3、ghmolecularweightpolyethylene，UHMwPE)是一种线性结构的综合性能良好的热塑性工程塑料，具有良好的机械性能、低的摩擦系数和磨损率及生物相容性．自Charnley成功用于全人工髋关节置换术以来，UHMWPE用于人工髋、膝等关节置换材料已有4O多年的历史口]．目前，全人工关节置换术的长期追踪研究表明：关节置换术后假体的磨损是影响其长期疗效的一个重要因素；磨损颗粒特别是UHMWPE磨损颗粒引起的局部界面骨溶解，导致假体无菌松动，是造成人工关节置换失败的主要原因[3]．虽然临床上使用了全陶瓷(cerami

4、c—ceramic)和全金属(metal-meta1)人工关节配副假体，但UH-MWPE关节组合依然是目前临床应用中使用最普遍的置换假体；因此，UHMWPE组件的磨损将直接影响关节假体的摩擦磨损性能和使用稳定性．目前，国内外学者就解决UHMWPE使用中的磨损问题进行了大量实验研究，一方面是UHMWPE的填充改性，如颗粒和纤维增强UHMWPE复合材料就是通过提高UHMWPE复合材料的硬度、弹性模量等力学性能，增强UHMWPE关节假体的承载能力和蠕变抗力，从而降低UHMWPE的磨损-7；另一方面是对UHMWPE进行表面改性，即主要利

5、用辐射交联和离子注入等表面处理技术，通过改变UHMWPE的表面分子结构、物理和化学特性，达到提高抗磨损性能目的L8]．本实验通过7射线辐照交联改性技术，获得交联改性UHMWPE材料．本文研究了7射线辐照交联对UHMWPE结构及摩擦学性能的影响，为UHM-WPE的耐磨改性技术提供了参考数据．1试验部分1．1实验材料制备实验所使用的UHMWPE材料为市售医用粉体，分子质量为5．4×10。，颗粒粒径(D50)约为157m，比表面积约16．53m。／kg．块体UHMWPE采用真空热压成型工艺制备，所用设备为真空热压烧结炉．将干燥的UHM

6、WPE粉体置于成型模具内，放人加热炉中，抽真空至10Pa，常温下以较低的压力预压．随后升温至190℃，于15MPa压力下模压成型，并保压至模具温度降至室温．采用。Co作为7射线源，在室温、空气条件下对低真空环境模压成型UHMWPE样品进行射线辐照，辐照剂量率为5kGyh_。，辐照剂量分别为120，250，500kGy．辐照后，UHMWPE样品的颜色发生了变化，由原来的白色逐渐变为淡黄褐色，并随吸收收稿日期：2010-06—22基金项目：江苏省自然科学基金项目(BK2006031)；清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金项目(SKL

7、TKFO8AO1)作者简介：黄传辉(1970一)，男，江苏徐州人，副教授，博士，主要从事聚合物摩擦学研究．·1·徐州工程学院学报(自然科学版)2010年第3期剂量的增加颜色逐渐变深．1．2压痕硬度压痕硬度测试依据标准为IsO2039-1，在UMT—II型摩擦磨损试验机上进行UHMWPE压痕硬度测试．实验初始载荷为9．8N，主实验载荷为132N，选用直径为(5．0±0．05)mm的ZrO陶瓷球．测试时样品(40mm×50mmX4mm)放在测试平台上，陶瓷球以9．8N作用力压入UHMWPE样品表面并保持3S，随后将施加载荷增至132

8、N并保持30S后卸载，记录压痕深度．压痕硬度换算公式(1)如下L1。。：H：=0．21P’(1)其中，H为样品压痕硬度(N／mm。)；D是球直径(ram)；h是最大压痕深度(mm)；P是试验负荷(N)．本文取1O次重复测试的平均值作为测试结果．1．3摩擦磨损实验