超高分子量聚乙烯表面仿生多孔结构的制备及其摩擦学性能研究(3)
超高分子量聚乙烯是各种组合式全髓假体中的最脆弱的环节,它与相邻的金属表面或陶瓷表面发生正常或非正常的活动时,其较柔软性决定了该假体成份也最容易被磨损。由于PE或UHMWPE晚期磨损严重，产生磨损碎屑迁移，由巨噬细胞反应引起骨吸收，从而导致支撑关节的固定消失、无菌松动产生并最终使置换失败。Charnley等采用放射法测定Charnley型髋臼假体内面的磨损率为0.1～0.19mm/年, 相当于每年每个关节产生2×107～4×1010个小于10微米的超高分子量聚乙烯碎屑。研究表明：UHMWPE磨损微粒能够引起骨质溶解，使植入型假体骨骼退化，最终减少使用寿命。
1.2 UHMWPE的改性
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[1]，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、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 ~ 210℃)、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。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的改性方面做了许多研究。目前常用的改性方法有化学改性(接枝、交联等)、聚合物填充改性、离子注入改性等。
1.2.1 交联改性
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[2]是交联能降低分子链活动性：在范德华力作用下，分子链间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。
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)、硅烷耦合剂交联。
（a） 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。
（b） 化学交联改性（过氧化物交联改性）是通过化学方法改变树脂分子结构或分子形态使其获得新的性能。
（c） 硅烷化合物中包含着乙烯基和可水解的基团，交联过程中，硅烷在适当的过氧化物作用下接枝到聚合物上。
1.2.2 填充改性
聚合物填充工艺是高分子合成中的一种新型聚合方法,它是把填料进行表面处理后，使其粒子表面形成活性中心，在聚合过程中让乙烯、丙烯等烯烃类单体在填料粒子表面聚合，形成紧密包裹粒子的树脂,最后得到具有独特性能的复合材料。它除具有掺混型复合材料的性能外，还有自身的特性，即在不必熔融树脂的条件下可保持填料的形状，制备成粉状或纤文状复合材料,另外还不受填料与UHMWPE组成比的限制。一般可任意设定填料的含量，且所得复合材料质地均匀。这就使得该复合材料的拉伸强度、冲击强度与UHMWPE相差不大，而且该复合材料的硬度、弯曲强度尤其是弯曲弹性模量比纯UHMWPE高得多，复合材料的热力学性能也得到较好的改善。通过向聚合体系中加入氢或其它链转移剂，可以控制UHMWPE的分子量大小，使得UHMWPE更易于加工。比如加入含结晶水的氧化铝、二氧化硅、水不溶性硅酸盐、碳酸钙、碱式碳酸铝钠、羟基硅灰石、磷酸钙等可以制成高模量的均相聚合填充UHMWPE复合材料；用硅藻土和高岭土为填料合成的UHMWPE复合材料，综合性能优于共混型复合