填料改性超高分子量聚乙烯的摩擦磨损性能研究

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1、南京理工大学硕士学位论文填料改性超高分子量聚无烯的摩擦磨损性能研究摘要超高分子量聚乙烯被广泛用作全关节置换构件的承载材料己有超过35年的历史。然而在LrHMWPE人工关节的长期使用中，磨屑已成为其失效的主要因素。本文分别以纳米Zr02、纳米Si02、微米PTFE粉末对UHMWPE进行填充改性。重点研究了颗粒填充对LrHMWPE的摩擦磨损性能的影响。本文以模压法研制了UHMWPE及其填充改性复合材料，利用红外光谱测试来研究改性前后UHMWPE的分子结构的变化，并测量样品的洛氏硬度和接触角，为复合材料摩擦磨损的研究提供参考依据。磨损实验分别以蒸馏水、生理盐水和小牛血清为润滑条件，对磨面材料采用Co

2、CrMo合金和Si，N4陶瓷，考察填充颗粒含量、填充颗粒粒径大小、填充颗粒种类以及摩擦副对UHMWPE及其复合材料摩擦磨损性能的影响，通过分析摩擦过程、计算磨损率和观察磨损表面形貌来综合分析UHMWPE的磨损行为．实验结果表明，适量的颗粒填充使UHMWPE的硬度和润湿性都有所提高。摩擦磨损实验表明，填充改性后UHMWPE的磨损率减小．填充不同粒径纳米颗粒时，较大粒径的纳米粒子对UHMWPE磨损改善较好；纳米颗粒的表面处理对UHMWPE的摩擦磨损性能影响不大，填充经偶联剂KH570处理的纳米粒子剂量较少时，对UHMWPE耐磨性改善较好。摩擦副为cocr№合金环时，填充2％Zrth．02的复合材料

3、耐磨性改善最佳。摩擦副为si3N4陶瓷环时，填充3％S102．03的复合材料耐磨性最好。关键词：超高分子量聚乙烯复合材料填充改性摩擦磨损南京理工大学硕士学位论文填料改性超高分子鼍聚无烯的摩撩磨损性能研究AbstractUltra-highmolecularweightpolyethylene(UHMWPE)hasbeenwidelyusedasabeatingmaterialintotaljointreplacementcomponentsforover35years．AlthoughUHMWPEhasmanypropertiesmakingitallexcellentchoiceforthi

4、sapplication,wearistheprimarycauseoffailureinjointreplacementprostheses．Inthisstudy,UHMWPEwasmodifiedwithfillingofnanoZrOz,llanoSi02andmicronPTFEpowders．TheeffectsofthefilledpowdersonthetribologicalpropertiesofUHMWPEwereinvestigated．ThepureUHMWPEandaseriesofUHMWPEcompositesreinforcedbydifferentkinds

5、ofpowderswerepreparedbyheatmoulding．ThestructurechangesofUHMWPEwiththefillingofpowderswerestudiedbyIRtest．ThehardnessandwettingangleoftreatedanduntreatedUHMWPEweremeasured，anditwouldbethereferenceoftheresearchonthetribologicalpropertiesofUHMWPEcomposites．Thetribologicalpropertieswereinvestigatedunde

6、rthreedifferentlubricatingconditionsincludingdistilledwater,salineandserumbyslidingagainstCoCrMoalloyandSi3N4ceramicring．Theeffectsoffillingamount,particlesize,kindofpowderandthecounterfacematerialOilthetribologicalpropertiesofUHMWPEcompositeswerestudied．Themorphologiesofthewomsurfaceswereobservedwi

7、thopticalmicroscopetoanalyzethetribologicalbehaviorandwearmechanismofUHMWPEcompositessynthetically．Asaresult，thehardnessandwettingabilityofUHMWPEwereallimprovedwithproperfillingamount．Theresultsoffric