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《中国矿业大学》 2009年
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超高分子量聚乙烯的抗氧化处理及其生物摩擦学行为研究

倪自丰  
【摘要】: 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有良好的生物相容性、化学稳定性、抗冲击性、耐磨性及耐腐蚀性,是较为理想的医用高分子材料。然而,在长期的应用过程中,氧化、磨损以及磨屑积聚,易引起骨质溶解,发生无菌松动,从而加重了患者的痛苦,降低了人工关节的使用寿命。本文选用医药级UHMWPE粉末和天然维生素E为原料,采用模压成型法制备出UHMWPE/VE复合材料,并对其进行γ-射线辐照交联处理,最终得到抗氧化、耐磨损辐照交联UHMWPE/VE新型人工关节材料。 常规气氛模压成型会在UHMWPE内部残留有气孔缺陷,从而降低了其力学性能和生物摩擦学性能;低真空环境下模压成型能有效地消除UHMWPE内的气孔缺陷,从而增加了其力学性能,提高了其生物摩擦学性能。 辐照交联提高了UHMWPE的综合力学性能和抗磨粒磨损性能,但交联度的增加会降低其塑性;VE掺杂能有效地降低UHMWPE在辐照交联过程中的氧化程度,提高其疲劳性能,但过高浓度的VE掺杂会显著降低辐照交联UHMWPE的交联度,从而降低其力学性能和生物摩擦学性能。 UHMWPE在辐照过程中会产生大量的残留自由基,这些残留自由基会与氧发生反应,从而导致UHMWPE氧化降解。加速老化后,辐照交联UHMWPE的力学性能和生物摩擦学性能显著降低;由于VE掺杂能显著提高辐照交联UHMWPE的抗氧化稳定性,加速老化前后,其力学性能和生物摩擦学性能变化并不明显。 模压成型UHMWPE试样的表面晶体结构平行于表面排列。辐照交联增加了UHMWPE的结晶度,提高了其晶体结构致密度。加速老化后,辐照交联UHMWPE样品表面出现了大量的晶体结构断裂现象,而辐照交联UHMWPE/VE样品表面的晶体结构并未发生明显变化。 表面是受外界环境因素作用最直接的部位,也是直接与空气中氧发生接触的部分。加速老化后,UHMWPE试样的表面硬度和表面弹性模量都有所增加,而其本体硬度和本体弹性模量都有所降低。 辐射交联增加了UHMWPE的抗蠕变性能,降低了其对载荷变化的响应灵敏度。加速老化后,辐射交联UHMWPE的抗蠕变性能有所降低;而辐照交联UHMWPE/VE的抗蠕变性能降低并不明显。 辐照交联提高了UHMWPE的表面自由能,增强了样品的润湿性;少量的VE掺杂并没有改变辐照交联UHMWPE的表面自由能和润湿性。UHMWPE的吸水率非常低,辐照交联和VE掺杂都会进一步降低其吸水率。在模拟体液中浸泡6个月后,辐照交联UHMWPE/VE试样中VE的含量并没有发生明显变化。 人工髋关节磨损模拟试验结果表明,辐照交联UHMWPE/VE髋臼的耐磨损性能有了显著地提高;同时,辐照交联UHMWPE/VE能有效地控制磨屑的尺寸,减少了磨屑数量,并降低了由磨屑而引起细胞不良反应的程度,对于提高人工关节的可靠性和稳定性具有重要的意义。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TQ325.12

【参考文献】
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