天然豬骨關(guān)節(jié)軟骨生物摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、本文通過多種實驗手段研究了天然豬骨關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)，在40℃的真空恒溫箱內(nèi)，測定純軟骨、底質(zhì)骨和軟骨在不同揮發(fā)時間下的質(zhì)量損失，并以此確定軟骨不同含水率的揮發(fā)時間，研究了含水率對關(guān)節(jié)軟骨拉伸力學(xué)性能的影響。在實驗室自行設(shè)計的銷一盤式摩擦磨損試驗機(jī)上考察了天然關(guān)節(jié)軟骨在潤滑條件、小牛血清濃度、載荷、滑動速度、同一關(guān)節(jié)不同位置、不同配副下的生物摩擦學(xué)特性，分析摩擦磨損機(jī)理。實驗結(jié)果表明： 1、天然關(guān)節(jié)軟骨表面不是很平，呈波紋狀，出現(xiàn)平

2、行的結(jié)締組織，有溝、峰交替結(jié)構(gòu)。軟骨明顯分為非鈣化層、鈣化層和軟骨下骨三層，鈣化層與非鈣化層以溝壑鑲嵌方式相互嵌合：鈣化層與軟骨下骨間呈凹凸不平的梳齒狀結(jié)構(gòu)。 2、在40℃下，純軟骨、底質(zhì)骨和軟骨的質(zhì)量損失與揮發(fā)時間呈非線性增加，粗略確定了軟骨的含水率為75％、50％、25％和0％的揮發(fā)時間分別是15 min、32 min、50 min和90 min。 3、天然關(guān)節(jié)軟骨的拉伸應(yīng)力隨應(yīng)變的變化規(guī)律呈現(xiàn)出非線性關(guān)系，表現(xiàn)出典

3、型的粘彈性。較高的含水率產(chǎn)生較大的拉伸變形、較高的抗拉強(qiáng)度和模量，表現(xiàn)為與流動有關(guān)和與流動無關(guān)的粘彈性機(jī)制。關(guān)節(jié)軟骨的拉伸斷裂是韌性斷裂，斷口是塑性變形過程中內(nèi)部纖維狀多孔結(jié)構(gòu)微裂紋不斷擴(kuò)展和相互連接造成的。 4、摩擦系數(shù)和磨損量由大到小的順序為干摩擦、蒸餾水、生理鹽水、小牛血清。隨著小牛血清濃度的增加，摩擦系數(shù)和磨損量出現(xiàn)先減小后增大的趨勢。相同的轉(zhuǎn)速，不同的潤滑方式下，低載荷下的摩擦系數(shù)和磨損量小于高載荷；相同的載荷下，高速

4、下的摩擦系數(shù)和磨損量小于低速。關(guān)節(jié)軟骨自摩擦副的摩擦系數(shù)和磨損量小于關(guān)節(jié)軟骨/超高分子量聚乙烯摩擦副，關(guān)節(jié)軟骨/超高分子量聚乙烯摩擦副略小于關(guān)節(jié)軟骨/不銹鋼摩擦副。同一關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)頭最前端的經(jīng)常和關(guān)節(jié)窩接觸的關(guān)節(jié)軟骨最耐磨，摩擦系數(shù)和磨損量最小，周圍次之，關(guān)節(jié)頭根部最大。 5、在無潤滑條件下，摩擦磨損機(jī)理表現(xiàn)為疲勞磨損、磨粒磨損和磨料磨損，表面磨損嚴(yán)重。在潤滑條件下，摩擦磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為粘著磨損、疲勞磨損和微磨粒磨損，表面磨損相對