·344 北京科技大学学报 2000年第4期 为摆轴半径；0n-,0。分别为测得的第n-1,n次 30 0.005 的摆动偏角， 加液孔 30° φ5 滑动液面 22 p50 图2环块状试样结构图 FIg.2 Configuration of test sample (PVA-Hydrogel)with ring and lump structure 图1振子式摩擦仪结构示意图 p为1.062gcm):x为总滑行距离，m. Fig.1 Pendulum-type friction tester 为模拟人体关节受力情况（膝关节受力约 1MPa),由赫兹公式推导应在磨损机上加载荷 摆轴选用人工关节材料316L不锈钢，其表 68N,并选定循环次数为1×10次，相当于人工 面光洁度为710，R'为22mm.L为660mm,则 关节植入体内2a的磨损情况.利用失重法来确 振子摆动周期T=2π(L/g)2≈1.63s,约等于通常步 定磨损量，分别对30%（体积分数）小牛血清和 行时人的膝关节的屈伸周期(g为重力常数). 075%(质量分数)透明质酸润滑剂的润滑性能 试验前，用无水乙醇将软垫材料和摆轴擦 进行测试.实验过程中，保持润滑剂清洁.每循 净，然后将圆柱形软垫材料放入振子式摩擦仪 环1×10次停机测1次质量损失，然后继续循环. 的孔槽中，用螺旋弹簧将材料与摆轴表面压紧， 弹簧施加于材料上的力恒定为11.17N.做软垫/ 2结果与讨论 软垫摩擦副对磨时，先将环状试样套紧在摩擦 2.1粘度实验结果 仪摆轴上，通过加液孔滴加润滑剂，使得润滑剂 不同质量分数的HA)溶液粘度与剪切速率 浸润摩擦副对磨表面，为准确测量摩擦因数，选 的关系如图3所示.从图中可知，溶液的粘度随 择0.26rad为振子式摩擦仪的初始振幅.对上 HA质量分数增加而增加，但随着剪切速率增大 述两类摩擦副在不同载荷下，测定以系列透明 而减小.透明质酸是天然滑液的主要成分，分子 质酸溶液作为润滑剂的情况下的摩擦仪偏角() 质量达10，实验所用HA分子质量为1×10，由 的衰减情况 图3看出，HA溶液显示出明显的非牛顿流体性 (3)M-2000型磨损机实验选用宣化材料试 质，在一定程度上类似于天然滑液的流变性质. 验机厂生产的M-2000型磨损试验机.该设备带 有测量记数装置，可同时测定各种材料的不同 -0.15%HA-g-0.60%HA 润滑状态下的摩擦因数和摩擦功.选用环块状 -0.30%HA。-0.75%HA -0.45%HA-0-0.90%HA 试样（其结构如图2所示），本实验在该试验机 0 上实现软垫/软垫材料的摩擦副滑动摩擦.利用 以下公式可求： 10 1D摩擦因数∫=((so9: T 2sina 2)材料的体积磨损量V=mp; 10-2 3)材料的磨损系数K=川Wx, 式中，T为摩擦力矩（试验机标尺数字读数，N, 10- m);R为下试样半径，cm;W为试样所受垂直负 0 o 100 D/s 荷，W;a为上、下试样之接触角；∫为摩擦因数；a 图3透明质酸溶液粘度与剪切速率(D)关系曲线 为材料磨损的质量，g;p为材料密度(PVA-H的 Fig.3 Viscosity curves of byaluronic acid solutions一 3 4 4 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 4 期 为摆轴半 径; 民 一 1 , 氏 分别 为测 得 的第 n 一 1 , n 次 的摆 动偏角 . 加液孔 . ` ` ~ 滑动液面 片 、 一 ` 一 ~ 又二厂 - } } } 图 1 振子式摩擦仪结构 示意 图 F i g · 1 P e n d u l u m 一 yt P e ifr e it o n t e s et r 摆轴 选用 人工 关节材料 3 16 L 不锈钢 , 其表 面 光 洁度 为 甲 10 , R ` 为 2 ~ . L 为 “ o r n r n , 则 振子 摆动 周 期 了七 2二 (L 动 呢 二 1 . 63 5 , 约 等于 通常步 行 时 人的膝关节 的屈伸周 期 ( g 为重 力常数 ) . 试验 前 , 用 无水 乙 醇 将软 垫 材料 和 摆 轴 擦 净 , 然 后 将 圆柱形 软 垫材 料 放 入 振子 式摩擦仪 的孔槽 中 , 用螺旋弹 簧将材料与摆 轴表面压 紧 , 弹簧施加 于 材料上 的力恒定为 n . 17 N . 做软垫 / 软垫摩擦 副对 磨时 , 先 将环 状试 样套紧在摩擦 仪摆 轴上 , 通过加 液孔滴加 润 滑剂 , 使得润 滑剂 浸润摩擦 副对磨表面 . 为准确测 量 摩擦因数 , 选 择 .0 2 6 ar d 为 振子 式摩擦 仪的 初 始振幅 . 对 上 述两类摩擦副在 不 同载荷下 , 测 定 以系列 透 明 质酸 溶液作为润 滑剂 的情况 下 的摩擦仪偏角 (0) 的衰减情况 . (3 ) M 一2 0 0 0 型 磨损 机 实验选 用 宣 化材料试 验 机厂 生 产的 M - 2 0 0 型磨损试验 机 . 该设备带 有 测 量记 数装 置 , 可 同 时测 定各 种 材料的 不 同 润 滑 状态 下 的 摩擦 因数和 摩擦功 . 选用 环 块状 试样 ( 其 结构如 图 2 所 示 ) , 本 实验 在该 试验 机 上 实现软垫 /软 垫材料 的摩擦 副滑 动 摩擦 . 利用 以下 公式 可 求 : 图 2 环块状试样结构图 F l g · 2 C o n if g u r a it o n o f t 份t s a 口 P le 伊、凭书 y d or g e l) w it h ir n g a n d l u m P s t r u c t u er 户 为 1 . 0 6 2 g/ e m , ) ; x 为总滑行 距 离 , m . 为模拟人体 关节 受力情 况 (膝 关节受力约 I M Pa) , 由赫兹 公 式推 导应 在磨损机上加 载荷 68 N , 并选 定循环 次数 为 1 ` 10 6次 , 相 当于 人 工 关节 植入 体 内 Z a 的磨损 情况 . 利 用 失 重 法 来确 定 磨损量 , 分别对 30 % ( 体积分数 ) 小 牛血清和 .0 75 % (质量 分 数 ) 透 明质酸 润 滑 剂 的润 滑 性能 进行测试 . 实验过程中 , 保持润滑剂清洁 . 每循 环 l x lo , 次停机测 1次质量损失 , 然 后 继续循环 . 2 结果与讨论 2 . 1 粘度实验结果 不 同质 量 分 数的 (H A )溶液粘度与剪切 速率 的关系如 图 3 所示 . 从 图中可 知 , 溶液的粘度随 H A 质量分数 增 加 而 增 加 , 但随 着剪切 速率 增 大 而减 小 . 透 明质酸是天然滑 液 的主 要 成分 , 分子 质 量 达 10 6 , 实验 所用 H A 分 子 质 量为 l xl 0 6 , 由 图 3 看 出 , H A 溶液显 示 出 明显 的非 牛顿流体性 质 , 在一 定程度上类似于 天然滑液 的流变性质 . ùU-l 0 , 乏.d ` ,摩 擦 因数 介喘 ) · 产丝磊黔 ) ; 2) 材料 的体积 磨损量 V = m加 ; 3) 材料 的磨损 系数 K = V/ 叭 , 式中 , 尹 为摩擦力矩 ( 试验机标 尺 数字读数 , N · m ) ; R 为下 试样半 径 , c m ; 砰 为试 样所受垂 直 负 荷 , N ;a 为上 、 下 试样之接触角 ; f 为摩擦 因数 ; 。 为材料磨损 的质量 , g ; p 为材料密 度 ( PVA 一 的 幸考 图 3 F ig . 3 1 0 1 0 0 D / s 一 ’ 透明 质酸溶液粘度与剪切速率( D )关系 曲线 V is e o s i yt e u vr e s o f h y a l u or n i e a e id s o l u it o n s