摘要：人工关节在生物医学方面的应用至关重要的性能是亲水性和耐磨性，我们发现一种在人工关节领域拥有很大潜力的材料聚醚醚酮（PEEK），它拥有良好的性能例如耐高温、高韧性等，但是PEEK表面具有生物惰性的性质阻碍了它在人工关节领域的应用。因此我们在PEEK表面通过紫外光接枝一层丙烯酸（AA）聚合物刷改善PEEK的表面润湿性和摩擦学性能。通过对AA-g-PEEK样品用红外光谱检测、静态水接触角测量和摩擦试验的方法得出接枝条件对表面特征的影响。通过红外光谱确定PEEK表面成功接枝AA聚合物刷，静态水接触角确定由于AA具有亲水性使AA-g-PEEK样品与PEEK相比具有更好的表面润湿性，摩擦试验确定AA聚合物刷能有效隔离滑动界面，降低摩擦系数。通过这次实验能够精确控制实验获得的产物，使这种表面改性方法在人工关节领域能够拓宽PEEK的应用。

关键词  聚醚醚酮、表面改性、聚合物刷、摩擦学性能。

毕业设计说明书外文摘要

Title    The biotrobological properties of modified PEEK by UV-initiated graft polymerization of acrylic acid                                                

Abstract：Essential properties for artificial joints in biochemical applications are hydrophilicity and wear resistance.One kind of potential material in artificial joints is polyetheretherketone(PEEK),which has excellent properties like high temperature resistance and high toughness.But its bioinert surface hinder its application.So a layer of acrylic acid(AA) polymer brushes on PEEK surface has been made by UV-initiated graft polymerization.The effects of different grafting conditions are investigated by ATR-FTIR,static water contact angle measurements and friction tests. ATR-FTIR indicated that AA can be successfully grafted on PEEK surface by UV-initiated graft polymerization.Static water contact angle measurements indicated that AA-g-PEEK is better than PEEK in wettability because AA is a hydrophilic monomer. Friction tests proved that AA polymer brash can separate sliding interface successfully and decrease tribological coefficient.Through this experiment we can control experimental products accurately and this method of surface modification can broaden the use of PEEK in artificial joints field.

Keywords   Polyetheretherketone,  surface modification,  polymer brush, tribological properties.

目   次

1  绪论 1

1.1  研究背景 1

1.2   聚醚醚酮（PEEK）的性能及应用 1

1.3  PEEK的改性方法 2

1.4 丙烯酸（AA）聚合物的性能及聚合物刷 3

1.5  紫外光接枝改性 4

1.6  实验内容及实验意义 4

2. 实验材料与方法 6

2.1  实验仪器及原料 6

2.2  实验步骤及方法 6

2.3  实验原理 7

3. 样品测试与结果讨论 9

3.1  红外衰减全反射光谱检测 9

3.2  AA-g-PEEK样品的表面接枝率计算 10

3.3  静态水接触角测试 11

3.4  宏观表面摩擦实验 13

3.5  表面形貌观察 16

3.6  实验结果 17

致  谢 21

参 考 文 献 22

1  绪论

1.1  研究背景

   关节是人身体上十分重要的组成部分，随着人类身体的成长和衰老，人体关节也在不断磨损，如果人体关节磨损过度，造成损伤，就会对人们的日常生活造成影响甚至造成残疾，因此人工关节的制造和植入成为了目前医学研究的热点。当人们由于突发意外或疾病而导致关节出现不可逆的损伤时，我们可以通过植入人工关节的方法，代替受损的关节，减轻病人由于关节受损带来的疼痛并且恢复受损关节在人们日常生活中的功能。常用的人工关节材料有金属材料、陶瓷材料、高分子材料[1]。目前市场常见的人工关节主要为超高分子量聚乙烯（UHMWPE，Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene）与金属配对制成，应用于髋关节置换术等外科手术。但是超高分子量聚乙烯的硬度不够高，随着时间的推移，在体内的UHMWPE会与人工关节其他部分不断摩擦，产生磨屑。然而磨屑是骨溶解发生的根本原因，骨溶解会导致人工关节在体内出现松动现象，最后导致人工关节的失效[2-4]。因此增强人工关节材料的抗磨减摩能力对减少磨屑、延长人工关节的使用寿命具有重要的意义。近年来人们研究发现，PEEK是一种具有优良物理化学性能和抗磨减摩性能，是人工关节材料的良好选择，因此人们开始着手研究PEEK在人工关节领域的应用和发展。