UHMWPEHA梯度复合髓臼材料的制备及性能研究

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1、博士学位论文UHMWPE／HA梯度复合髋臼材料的制备及性能研究PreparationandPropertiesofUHMWPE／HAGradientAcetabularComposites学号：

2、I=Q鱼QZQZ2松生胜塾拯完成日期：一呈Q!墨二Q旦大连理工大学DalianUniversityofTechnologyIIIIqlllllqllllllIIIILlillllILIIIY2416273大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢

3、的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：作者签名：大连理工大学博士学位论文摘要超高分子量聚乙烯(UHMWPE)因为具有良好的耐磨性、机械性能、抗腐蚀性以及生物相容性，而被广泛应用于人工关节材料。但是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使用寿命的主要因素。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

4、人工关节置换失败的主要原因。所以，改善UHMWPE人工关节材料的抗磨损性能是至关重要的。本文通过用十氢萘和石蜡油作溶剂制备了UHMWPE溶液，通过凝胶化温度测试、小角激光光散射(SALS)、广角X．射线衍射(W．AXD)，考察了其凝胶化机理。结果表明石蜡油作溶剂时，由于其分子结构与UHMWPE分子链结构类似，有很好的亲和力，可能起到了交联点作用。UHMWPE分子链在106～108℃发生凝胶化，凝胶化与相分离关系不大。UHMWPE溶液的旋节线分离温度为109℃，远高于十氢萘作溶剂的88℃。而十氢萘作溶剂制备的UHMWPE溶液，是通过相分离形成

5、聚合物富集区，导致凝胶化，从而促进了其凝胶结晶的过程。通过正交极化SALS和偏光显微镜(POM)对两种溶剂制各的UHMWPE溶液进行了观察，发现十氢萘作溶剂制备的UHMWPE溶液，在65～75℃淬冷，相分离的初期无散射图形，随着时间延长可以得到清晰的X形散射图形，相应的POM图片出现连续的网络结构。而石蜡油作溶剂制备的UHMWPE溶液，即使在室温下淬冷也只能得到模糊的圆形散射图形，相应的POM图片只显示出不是很清晰的连续结构。小角X．射线散射(SAXS)结果表明，两种溶剂制备的UHMWPE溶液的凝胶结晶机理不同，但得到干凝胶膜中的片晶结构基

6、本相同，拉伸储能模量分别达到195和180GPa。以十氢萘和石蜡油作溶剂，通过溶液法制备了UHMWPE／羟基磷灰石(HA)复合溶液，用流变仪测试了复合溶液的粘度，并考察了其凝胶化时间。发现十氢萘的Ut-IMWPE／HA复合溶液的粘度随着HA含量的增加，逐渐减小；而石蜡油作溶剂，则反之。十氢萘作溶剂制备UHMWPE／HA复合溶液的凝胶化时间，随着HA含量的增加逐渐缩短，在83℃，HA含量增加到31．5v01％时，纯的UHMWPE溶液的凝胶化时间由3250S缩短到2700S。相反，石蜡油作溶剂时，随着HA含量的增加，凝胶化时间逐渐延长。在83℃

7、，HA含量增加到31．5v01％时，纯的UHMWPE溶液的凝胶化时间由1200S延长到1980S。通过扫描电镜(SEM)观察发现石蜡油作溶剂时，HA在UHMWPE基体中分散的更均匀。UHMWPEgrtA梯度复合髋臼材料的制备及性能研究利用溶液法制备了一种具有梯度结构的UHMWPE／HA复合材料。通过摩擦测试发现，145—153℃下热压制备的UHMWPE／HA梯度复合材料的表面具有很好的抗磨损性。SEM和WAXD结果表明UHMWPE的(110)面平行于膜的表面发生了取向。衰减全反射红外(ATR)结果证明了150℃热压的UHMWPE膜和UItM

8、WPE／HA复合膜，表面层下1．4gm以内无HA，而180℃热压的表面层含有HA，导致150℃热压的表面层比180℃热压的表面层的结晶度高。利用SEM和X．射线能量色散谱(EDS)观察发现UHMWPE／HA复合物在150℃热压时，大部分UHMWPE在HA表面重结晶，而在180℃热压时，大部分1mMWPE从HA表面熔融滑脱，小部分在HA表面重结晶。复合拉伸模量，剪切模量和泊松比受压膜温度的影响不大。随着HA含量的增加，复合泊松比的实部逐渐减小。当HA含量超过23．5v01％时，v’变为负值，表明UHMWPE／HA复合材料中出现了海绵结构。所以

9、，随着HA含量增加，在高负载下，表面摩擦系数减小。摩擦系数、磨损率和弯曲测试性能都表明溶液法制备的UHMWPE／HA复合材料的结果要优于熔融法制备的。一系列的实验结果都证明，利用