GO增强UHMWPE和PMMA的摩擦学性能研究

发布时间：2017-06-10 22:12

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【摘要】：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种常用的人工关节臼假体衬里材料。然而,临床研究证实,UHMWPE的耐磨性能低,在长期的摩擦磨损过程中将产生大量的磨屑和碎片,从而引发骨质溶解、无菌性松动等,最终导致关节置换术失败。此外,医用高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种兼具美观和功能特性的义齿基托材料,但是,临床中仍有硬度低、耐磨性差等不足。因此,需要对上述两种医用高分子聚合物进行改性。石墨烯(GNS)是由sp2碳原子紧密连接的新型二维纳米级碳材料,具有独特的蜂窝状结构和优异的力学、电学、热学及化学性能。氧化石墨烯(GO)是GNS功能化后的衍生物,其片层表面和边缘还富含大量的羟基、羰基以及羧基等含氧活性基团,以GO作为填料的聚合物复合材料具有优异的力学、摩擦学性能以及良好的生物相容性。 因此,本课题以UHMWPE和PMMA为研究对象,研究了GO/UHMWPE和GO/PMMA复合材料的物理性能和摩擦学性能,主要内容和结果如下： 1、利用改良Hummer法制备GO,并采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等对GO进行形貌观测和结构表征。结果显示：GO是一种具有褶皱起伏样的层状结构；其宽度在微米级范围、厚度在纳米级范围；GO片层间含有大量的含氧活性官能团,使其可以均匀地分散在复合材料的基体中,在医用高分子聚合物的改性领域有着重要的应用价值。 2、采用液相超声分散-高速球磨混合后热压成型法制备GO/UHMWPE复合材料,并通过SEM、显微硬度测试仪和UMT-3MT摩擦磨损试验机对复合材料断面形貌、表面显微硬度和不同润滑介质下的摩擦学性能进行了研究。结果显示：UHMWPE断面为典型的脆性断裂结构特征,其表面光滑且平整。随着GO加入,复合材料断面愈来愈粗糙,其显微硬度和在不同润滑介质下的耐磨性能都得到了不同程度的提高。 3、采用液相超声分散-高速球磨混合后常规义齿基托加工法制备GO/PMMA义齿基托复合材料。并通过光学接触角测量仪、显微硬度测试仪和UMT-3MT摩擦磨损试验机对复合材料表面亲水性能、表面显微硬度和人工唾液润滑介质F的摩擦学性能进行了研究。结果显示：随着GO的加入,复合材料显微硬度呈现出先快速增加后逐渐变缓的趋势；其表面水静态接触角呈现出逐渐降低的趋势；GO含量为0.1wt.%时,复合材料在人工唾液润滑介质下的耐磨性能最佳。
【关键词】：氧化石墨烯 超高分子量聚乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 摩擦磨损性能
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 引言10-11
• 1.1 人工关节假体材料-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)11-13
• 1.2 牙科义齿基托修复材料-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)13
• 1.3 石墨烯(GNS)和氧化石墨烯(GO)13-15
• 1.3.1 GNS的发现及其制备13-14
• 1.3.2 GO的制备14-15
• 1.4 选题依据与研究内容15-17
• 第二章 GO/UHMWPE复合材料的制备及机械力学性能表征17-29
• 引言17
• 2.1 实验原料及仪器设备17-19
• 2.1.1 主要实验原料17
• 2.1.2 实验设备与仪器17-19
• 2.2 实验部分19-27
• 2.2.1 GO的制备19-20
• 2.2.2 GO/UHMWPE复合材料的制备20-21
• 2.2.3 GO的表征与结果21
• 2.2.4 GO/UHMWPE复合材料表征与结果21-27
• 2.2.4.1 表征方法21-24
• 2.2.4.2 数据处理24
• 2.2.4.3 结果与讨论24-27
• 2.3 小结27-29
• 第三章 GO/UHMWPE复合材料在不同润滑介质下的摩擦学性能研究29-48
• 引言29-30
• 3.1 GO/UHMWPE复合材料在水系润滑介质下的摩擦学性能研究30-38
• 3.1.1 实验原料30
• 3.1.2 摩擦磨损试验机及测试方法30-31
• 3.1.3 水系润滑介质下实验结果与讨论31-38
• 3.1.3.1 水系润滑介质下GO/UHMWPE复合材料的摩擦系数31-33
• 3.1.3.2 水系润滑介质下GO/UHMWPE复合材料的磨损率33-34
• 3.1.3.3 水系润滑介质下GO/UHMWPE复合材料磨损表面形貌特征34-37
• 3.1.3.4 水系润滑介质下对偶氧化锆陶瓷球表面XPS表征37-38
• 3.2 GO/UHMWPE复合材料在关节液润滑介质下的摩擦学性能研究38-46
• 3.2.1 实验原料38
• 3.2.2 关节润滑液的配置及其理化性能38-39
• 3.2.3 关节润滑液中GO/UHMWPE复合材料磨削的提取39
• 3.2.4 关节液润滑介质下实验结果与讨论39-45
• 3.2.4.1 关节液润滑介质下GO/UHMWPE复合材料的摩擦系数39-41
• 3.2.4.2 关节液润滑介质下GO/UHMWPE复合材料的磨损率41-42
• 3.2.4.3 关节液润滑介质下GO/UHMWPE复合材料磨损表面形貌特征42-44
• 3.2.4.4 关节液润滑介质下GO/UHMWPE复合材料磨削特征44-45
• 3.2.5 GO/UHMWPE复合材料在四种润滑介质下摩擦系数和磨损率45-46
• 3.3 小结46-48
• 第四章 GO/PMMA义齿基托复合材料的制备及其在人工唾液润滑介质下的摩擦学性能研究48-58
• 引言48
• 4.1 实验部分48-50
• 4.1.1 实验原料、仪器及人工唾液的配置48
• 4.1.2 GO/PMMA义齿基托混合粉末的制备48-50
• 4.1.3 GO/PMMA义齿基托复合材料制备50
• 4.1.4 GO/PMMA义齿基托复合材料性能测试及方法50
• 4.2 结果与讨论50-57
• 4.2.1 GO/PMMA义齿基托复合材料断面SEM形貌特征50-52
• 4.2.2 GO/PMMA义齿基托复合材料硬度特征52-53
• 4.2.3 GO/PMMA义齿基托复合材料亲水性能53-54
• 4.2.4 GO/PMMA义齿基托复合材料在人工唾液润滑下的摩擦学性能54-57
• 4.2.4.1 GO/PMMA义齿基托复合材料摩擦系数特征54
• 4.2.4.2 GO/PMMA义齿基托复合材料磨损率54-55
• 4.2.4.3 GO/PMMA义齿基托复合材料表面磨损形貌特征55-57
• 4.3 小结57-58
• 第五章 全文总结58-60
• 参考文献60-68
• 综述68-75
• 参考文献73-75
• 攻读硕士期间发表的论文75-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：440085