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摘要关节软骨支撑着人体的日常活动和剧烈运动，但是由于各种因素，人体关节软骨在剧烈运动和长时间摩擦中出现损坏，因此仿生人工关节软骨材料应运而生。科学家们发现 PVA 水凝胶具有三文网络状结构，并具有很高的含水量，和天然软骨结构相似，是人工软骨的主要材料。但是，纯 PVA 的摩擦性能远不能满足人们的需求，因此本实验的主要研究内容是： 1.通过物理交联，化学交联，纳米填充等改性方法制备实验所需的改性 PVA水凝胶。 2.对改性后的PVA水凝胶进行旋转和往复摩擦实验，研究在影响摩擦性能的因素。 3.使用SEM扫面电镜观察改性后的 PVA表面结构，分析结构特点和形成原因。 4.测量改性后的PVA 含水量的大小，分析含水量对摩擦性能的影响。 28643
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毕业论文关键词 关节软骨 PVA 水凝胶 改性 摩擦性能
Title Study on the friction property of PVA hydrogel for articular cartilage repair
Abstract Articular cartilage supports the daily activities and strenuous exercise for human body. But the cartilage is easily injured in strenuous exercise and friction for a long time So the bionic artificial articular cartilage materials arises at the historic moment. PVA hydrogel has a three-dimensional network structure, and has very high water content, and its structure is similar to the natural cartilage. PVA hydrogel has been the main replacement material for artificial cartilage. However, the friction property of pure PVA hydrogel cannot meet the demand of natural cartilage. So in the present study： 1. The modified PVA of preparation experiment，by physical crosslinking, chemical crosslinking, nanometer filling modification methods. 2. We have rotating and reciprocating friction experiment to modified PVA hydrogel, studies the influence factors of friction in the rotating and reciprocating motion. 3. Using SEM scanning electron microscope observation of the modified PVA surface structure, analysis of the reasons for structural characteristics 4. The size of the measurement of the modified PVA water content, the analysis of the effect of moisture content on the friction performance.
Keywords Articular cartilage, PVA hydrogels, modification, friction prope-rty
目录
1引言.1
1.1研究背景和意义.1
1.2关节软骨.1
1.2.1关节软骨的组成结构.1
1.2.2关节软骨的润滑机制.2
1.3水凝胶的摩擦性能.3
1.3.1影响水凝胶摩擦性能的因素.4
1.3.1.1摩擦环境.4
1.3.1.2配副材料种类.4
1.3.1.3摩擦的运动方式.4
1.3.1.4自身特性.4
1.4论文研究的内容.4
2实验部分.6
2.1材料的制备.6
2.1.1物理交联PVA/PVP.6
2.1.2双网络水凝胶PVA/PAAm6
2.1.3接枝改性PVA-C126
2.1.4纳米填充PVA/GO6
2.1.5化学交联辐照PVA/PAAm7
2.2材料的表面结构7
2.3制备试样的含水量.8
3PVA水凝胶的摩擦性能研究9
3.1实验仪器.9
3.2实验方法.9
3.3旋转摩擦实验中PVA水凝胶的摩擦性能研究.9
3.3.1实验方法.9
3.3.2球盘摩擦下载荷的影响.10
3.3.3球盘摩擦下速度的影响11
3.3.4球盘摩擦下球直径的影响.11
3.3.5旋转摩擦系数随时间的变化12
3.4往复摩擦实验中PVA水凝胶的摩擦性能研究.13
3.4.1试验方法.13
3.4.2往复摩擦下载荷的影响13
3.4.3往复摩擦下速度的影响14
3.4.4往复摩擦系数随时间的变化17
致谢.19
参考文献20
1 引言 1.1 研究背景和意义 位于人类天然关节之间的关节软骨支持着人类正常生活的各种运动，由于外在和内在各类因素的影响，人类的关节软骨会出现磨损，磨坏的现象。因此科学家发现了有可能代替天然软骨的人造软骨——水凝胶。水凝胶结构你和天然软骨类似，但是，纯水凝胶的结构存在明显缺陷，其力学性能和摩擦性能也达不到医用需求，因此，我们需要对是凝胶进行改性优化，得到性能更好的试样，本文就是在对水凝胶进行了多种改性后研究其摩擦性能。 1.2 关节软骨 天然关节软骨位于关节表面，在两个关节的接触面之间，具有一定的弹性，整体为白色透明结缔组织，结构是复杂的网状结构，具有很好的摩擦学性能，耐磨性非常高，位于关节之间，可以减小关节之间的摩擦损伤，减轻冲击损害，吸收关节震荡的作用[1-4]。 1.2.1 关节软骨的组成结构 成人体内软骨中包含软骨细胞和细胞外物质两大类，其中软骨细胞约占软骨的 2%，踏们生产、组织并文持着其余 98%的细胞外物质[5]。这些成分的结构组织使软骨具有其独特的力学性质[6]，而且对关节的功能十分重要。关节软骨细胞外基质的主要化学成分是水（约占 80%），胶原蛋白和蛋白聚糖（各占干重的 50-75%及15-30%）[7]。脂质主要是磷脂（18%-19%），在软骨干中占尽 10%[8]。细胞外基质的结构建筑单元是胶原蛋白纤文，这种纤文通过 0.2-0.3MPa的内部压力将水合蛋白多糖凝胶围起来[9]。这些凝胶口袋对负荷分配及软骨变形后的弹性恢复很重要。