超高分子量聚乙烯材料热膨胀效应.doc

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1、超高分子量聚乙烯材料热膨胀效应.刘杰苏学英王慧娟王东辉李秀平曹承彬［摘要］由于手术中骯臼聚乙烯内衬的松紧度经常表现出令人不可理解的变化,很明显，聚乙烯的热膨胀效应有其非常特殊的本质.本文是通过实验方法对超高分子量聚乙烯材料受热膨胀后的尺寸变化进行测量，对中国、英国、德国生产的几种常见的聚乙烯材料在0°C和接近室温的20°C以及在接近人体体温的37°C条件下在其长度、外径和内径三个方向的热膨胀变化进行观察和对比，以确定聚乙烯内衬和钛合金外杯在不同季节和不同温度下加工的最佳公差.从而对机加工过程及检验方法进行指导和改进，并为制作聚乙烯材料的产品设计人员提供了参考数据.［关键词

2、］超高分子量聚乙烯、热膨胀[Abstract]Tntotalhipreplacement,thepress-fitoftheUIIMWPE1inertothemetalshellissometimesunpredictable.Obviously,TheThepropertiesofUIIMWPEareverydifferentfromthoseofmetal.purposeofthisstudyistocomparethethermalexpansionratiosamongthreecommonusedUIIMWPEspecimens,whicharemadeinCh

3、ina,EnglandandGermanthroughmeasuringthe1ength,externaldiameterandinternaldiameterrespectively.Thetestwasperformedatthetemperatureof0°C,20°Cand37°Ctosimulatetheambientandhumanbodytemperature-ThenthemostappropriatetolerancesbetweenUIIWPE1inerandtitaniumshel1indifferenttemperaturesandseasons

4、couldbedetermined.Thistestcouldalsoofferthedesignersnecessarydata.[Keywords]UIIMWPE,thermalexpansion在进行競关节置换的外科手术中，最常见的临床问题是競臼内衬从外杯脱落或无法压进外杯•这个问题与聚乙烯在不同温度下的热膨胀情况有关I。已有论文证明，聚乙烯的热膨胀会影响内衬与外杯的配合情况巴本实验对三种不同产地的聚乙烯材料在0°C、20°C和37°C条件下的热膨胀与相同条件下的钛合金材料的热膨胀进行比较.并在干燥和水浴两种条件下进行，以模拟机加工环境和人体体液环境。因为北京蒙太因

5、医疗器械有限公司对聚乙烯产品是使用冰水检验的，所以此实验的意义在于首先确定37度水浴中聚乙烯内衬的真实尺寸，继而推算出冰水检验时的允许公差，然后根据不同温度下聚乙烯膨胀率的曲线制定不同温度下的制造公差.材料与实验方法准备常温下内径为巾28mm,外径为巾40mm,高度为40mm的4个圆筒，材料分别为中国聚乙烯、德国聚乙烯、英国聚乙烯和钛合金.为了确定样品的长度、内径、外径的尺寸变化，用恒温箱控制温度，用卡尺进行测量庄。（如图1）ititJ-fL—/V—国产聚乙烯德国聚乙烯英国聚乙烯图1:实验样件干燥条件下的热膨胀:将恒温箱中温度调至0°C后，将样块放入，30分钟后取出，用

6、卡尺对其长度、外径、内径进行测量、记录。再将恒温箱温度分别调至20°C和37°C,各保留30分钟，用同一方法测量在这两种温度下的样块的尺寸并记录。水浴中的热膨胀：将样品放入冰水混合物中，30分钟后取出，用卡尺对其长度、外径、内径进行测量、记录。再将恒温箱温度分别调至20°C和37°C,各保留30分钟，用同一方法测量在这两种温度下的样块的尺寸并记录。实验结果第一.在本实验条件下，聚乙烯由于吸水造成的膨胀视为零实验结果证明，在相同的温度条件下,超高分子量聚乙烯样块在干燥和水浴两种情况下的膨胀变化完全相同（参见表1•表2）,所以在本实验条件下超高分子量聚乙烯由于吸水产生的膨胀视

7、为零。因此在加工和检验过程中可以不考虑聚乙烯在液体中或在干燥状态下的区别.第二，在相同的温度条件下三种聚乙烯的膨胀程度以中国聚乙烯的最大，德国的次之，英国的最小•通过对表1.表2的数据分析，得出聚乙烯的热膨胀曲线,如下图3.4.5.所示:其差别率在1%左右•对产品的精确度不能说没有影响.第三，在不同的温度条件下三种聚乙烯在长度•外径•内径三个方向上各自的膨胀率也不相等，其中长度方向的膨胀率最大，内径最小.（见表3•图5）.利用公式计算得出聚乙烯的热膨胀率.«!=(L1-L0)/L0(T1-T0)=AL/LOATaD=(Dl-D