模擬生理應(yīng)力環(huán)境中醫(yī)用鎂合金及其復(fù)合材料的降解行為.pdf

1、生理應(yīng)力在人體新陳代謝過程中發(fā)揮著極其重要的作用，同時(shí)也會(huì)影響可降解植入器械的降解行為。醫(yī)用鎂合金在可降解骨科固定器械和血管支架領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為此，本文探究了模擬生理應(yīng)力環(huán)境中鎂合金及其涂層的降解行為，設(shè)計(jì)并制備出了新型可降解鎂合金絲材/聚乳酸(Mg/PLA)復(fù)合材料，并系統(tǒng)研究了模擬靜、動(dòng)態(tài)生理應(yīng)力環(huán)境中該復(fù)合材料的降解行為。
　　研究了模擬靜態(tài)生理應(yīng)力環(huán)境中純鎂及鎂合金的降解行為，揭示了應(yīng)力和氯離子的耦合作用機(jī)制。研

2、究結(jié)果表明，應(yīng)力和氯離子耦合作用會(huì)加速純鎂的降解，在模擬體液中(SBF)，外加拉應(yīng)力為75MPa時(shí)純鎂降解速度是無應(yīng)力時(shí)的2.4倍;通過電化學(xué)方法建立了純鎂及鎂合金降解速度與外加拉應(yīng)力之間的定量關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)鎂的降解行為與載荷大小和形式有關(guān)，相較于拉伸載荷，其對(duì)彎曲載荷更為敏感;最后提出了不同氯離子濃度生理環(huán)境中應(yīng)力的作用機(jī)制。
　　研究了模擬動(dòng)態(tài)生理彎曲載荷環(huán)境中純鎂及其涂層的降解行為，弄清了動(dòng)態(tài)載荷（頻率和大?。┑挠绊懸?guī)律。研究

3、表明低頻動(dòng)態(tài)載荷會(huì)減緩純鎂的降解速度，頻率為0.5Hz，應(yīng)力峰值為16MPa時(shí)，純鎂降解24h后的腐蝕電流密度是靜態(tài)無應(yīng)力作用下的28％，這與動(dòng)態(tài)載荷可促進(jìn)Ca-P相沉積有關(guān)。對(duì)于表面有MgF2或MgO涂層的純鎂樣品，動(dòng)態(tài)載荷主要通過加劇涂層破壞和加速Ca-P相沉積這兩個(gè)相反作用機(jī)制影響樣品的降解行為，載荷頻率較大(2.5Hz)時(shí)，動(dòng)態(tài)載荷對(duì)涂層的破壞行為起主導(dǎo)作用。
　　鎂合金與聚乳酸在力學(xué)和降解性能上具有互補(bǔ)性，本文構(gòu)建了以鎂

4、合金絲材增強(qiáng)聚乳酸的新型可降解Mg/PLA復(fù)合材料體系。采用鎂合金絲材（鎂絲）定向增強(qiáng)、基體自增強(qiáng)或鎂絲二維編織增強(qiáng)等強(qiáng)化方式，設(shè)計(jì)并制備出了可滿足不同性能需求（各向同性或各向異性）的Mg/PLA復(fù)合材料。針對(duì)鎂絲定向增強(qiáng)的復(fù)合材料，采用有限元方法和等效截面法理論，建立了復(fù)合材料彎曲性能與絲材分布形式之間的數(shù)學(xué)模型。復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗沖擊性能，絲材含量為20vol％時(shí)，沖擊強(qiáng)度和斷裂時(shí)間與純聚乳酸相比，分別提高了15.8和0.58倍，

5、進(jìn)一步通過有限元方法，闡明了復(fù)合材料具有優(yōu)異抗沖擊性能的宏/微觀機(jī)制。
　　研究了模擬靜態(tài)生理壓應(yīng)力環(huán)境中Mg/PLA復(fù)合材料的降解行為，結(jié)果表明，純聚乳酸和復(fù)合材料中聚乳酸基體的降解動(dòng)力學(xué)均服從阿倫尼烏斯方程。對(duì)于復(fù)合材料，微弧氧化鎂合金絲材的降解可以穩(wěn)定模擬體液pH值，并降低聚乳酸基體的降解速度，但是，外加壓應(yīng)力會(huì)降低聚乳酸降解的活化能和指前因子，從而加速聚乳酸的降解。壓縮應(yīng)力為1MPa時(shí)，純聚乳酸的活化能和指前因子分別為57

6、.54kJ/mol和9.74×107day-1，而復(fù)合材料中聚乳酸基體為65.5kJ/mol和9.81×108day-1。提高降解溫度，可加速純聚乳酸和復(fù)合材料的降解，縮短降解實(shí)驗(yàn)時(shí)間。降解過程中純聚乳酸和復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度與聚乳酸分子量之間存在定量關(guān)系，該關(guān)系與降解溫度和外加壓應(yīng)力無關(guān)。最后，建立了純聚乳酸和復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度與聚乳酸分子量、活化能以及降解時(shí)間和溫度之間的定量模型。
　　研究了模擬動(dòng)態(tài)生理壓應(yīng)力環(huán)境中Mg/PLA