超高相对分子质量聚乙烯交联研究进展

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1、万方数据化学推进剂与高分子材料ChemicalPropellants&PolymericMaterials2010年第8卷第4期超高相对分子质量聚乙烯交联研究进展徐红艳(天津大学材料科学与工程学院，天津300072)摘要：超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)因其优异的综合性能被广泛用于人工关节替代等材料中，但磨损现象一直是造成替代关节破坏而失效的最重要因素。近年来通过交联提高UHMWPE的耐磨性已成为学术界研究的一大热点。综述-rUHMWPE在交联方而的最新研究成果。研究重点集中在通过各种射线辐照、化学方法、硅烷接枝获得uHMWPE的交联。关键词：超高相对分

2、子质最聚乙烯；辐射交联；化学交联；硅烷化合物交联中图分类号：TQ325．12文献标识码：A文章编号：1672—219l(2010)04—0008—05超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)是一种新型热塑性工程塑料，最早由德国HOECHST公司于1958年作为商品出售。其分子结构与普通聚乙烯的基本相同，但由于其具有非常高的相对分子质量(106以上)，故具有一些普通聚乙烯所不具有的优异性能【l】，如耐冲击性、耐磨损性、耐化学药品性、耐低温性、耐应力开裂性、抗黏附能力、优良的电绝缘性、安全卫生及自润滑性等性能，可代替碳钢、不锈钢、青铜等材料广泛应用于纺织、采矿、化工

3、、包装、机械、建筑、电气、医疗、体育等领域。同时由于其还具有优良的对化学药品稳定性、吸水性、电绝缘性及对生物无毒性，UHMWPE已经获得美国FDA批准用于人体生物材料，广泛应用于关节替代材料。虽然UHMWPE具有许多优异的特性，但也有许多不足，如熔体流动速率(MFR)低(接近于零)、熔点高(190-21O℃)、黏度大、极难加工成型等。另外与其他工程塑料相比，具有表面硬度低、热变形温度低、弯曲强度和耐蠕变性较差、抗磨损能力差、强度低等缺点，影响了其使用效果和应用范围。近年来，为了提高uHMWPE的综合性能，使之能得到更广泛的应用，学者们在uHMWPE的改性方面做

4、了许多研究。目前常用的改性方法有化学改性(如共聚、接枝、交联等)、聚合物填充改性、自增强改性等。在上述方法中，对UHMWPE进行交联改性已成为研究的一大热点。自由基反应产生交联，分子链通过共价键相连。交联提高耐磨性的基本原理f2J是交联能降低分子链活动性：在范德华力作用下，分子链问的共价键能有效阻止分子链运动，从而影响UHMWPE在外力作用下的滑移，提高了耐磨性。文中针对交联改性方面，对近几十年来超高相对分子质量交联技术所取得的进展作一综述性介绍。lUHMwPE的交联聚合物的交联包括3种方法：电离辐射(辐射引发交联)、自由基引发的化学交联(FRGC)、硅烷耦合

5、剂交联。1．1辐射交联辐射交联是采用一定剂量的电子射线或其他射线直接对UHMWPE制品进行照射，使得UHMWPE分子中的一部分主链或侧链被射线切断，产生一定量的自由基，这些自由基彼此结合，在UHMWPE内部形成交联链。辐射交联中UHMWPE结构会发生2种变化(图1)，一种是分子链断裂(C—C断裂)，另一种是分子间的自由基(由C—H键断裂产生)相互作用形成交联。UHMWPE作为人体植入材料在低剂量(20～40kGy)的辐射消毒过程中，主要发生上述第一种结构变化。也就是说，尽管也会有少许自由基产生，但几乎不会发生交联。究其原因，UHMWPE中相邻链的碳原子之问距离

6、太远(0．41nm)而无法键合，此外室温下晶格刚性太强而不能形成分子链问的C—C键(0．154nm)‘"。辐收稿日期：20lO一05一l8作者简介：徐红艳(1987一)，女。在读硕士，主要从事交联超高相对分子质量聚乙烯的玻璃化转变方向的研究。电子信箱：xuhongyanl006@163．com万方数据徐红艳·超高相对分子质量聚乙烯交联研究进展·90审9叩审9审粥f潞一嚣L—————————一链断裂审审审审9审。专弋专专鼍≮l·——————————一交联中I审审9一P*}PPro曲oo曲图I辐射交联中UHMWPE结构变化示意图Fig．ISketchmapofUH

7、MWPEstructurechangeinirradiationcrosslinking射过程中产生的自由基会被限制在材料中，其受限位置受UHMWPE的晶核、表面结构、折叠面的片晶及界面区域等因素的影响【4】。然而这些自由基不管被限制在哪里，都具有较强的活性，并且能在材料中扩散”】。UHMWPE在高剂量(50一10000kGy)的辐射中，生成的自由基会相互结合发生交联(图lb)。辐射交联有2个缺陷：一方面，固态下的辐射交联得到的是不均匀的聚合物网络，这主要是由于聚合物的辐射交联一般发生在无定形区【61；另一方面，交联过程不是100％有效，经辐射处理后聚合物均裂

8、产生不稳定的自由基，能够在基体内存留很