·158- 北京科技大学学报 2004年第2期 程表面的润滑状态m, 醇水凝胶自摩擦副的摩擦因数略小于聚乙烯醇 在利用振子式摩擦仪测定摩擦因数过程中， 水凝胶/人关节软骨的摩擦因数，这主要是由聚 由于其振幅在0.】rad内，可近似认为滑液的粘度 乙烯醇水凝胶具有与人软骨相似的多孔、高含水 n和摩擦副相对滑动速度U是不变的，其乘积nU 率、可渗透等性质决定的 恒定，因而Sommerfeld参数是p的函数. (2)由Stribeck曲线可初步判定，在低载荷下， 本实验两摩擦副在透明质酸钠润滑条件下 聚乙烯醇水凝胶/聚乙烯醇水凝胶、聚乙烯醇水 的Stribeck曲线如图3所示.两摩擦副随载荷变 凝胶/人关节软骨的润滑机理都是流体动压润 0.050 滑，即液膜润滑. 0.046聚乙烯醇水凝胶人关节软骨 参考文献 0.042 1 Dowson D.Bio-tribology of natural and replacement syn- 墅0.038 ovial joints [A].Biomechanics of Diarthroial Joints [C]. 聚乙烯醇水凝胶/聚乙烯醇水凝胶 New York Springer Verlag,1990.305 0.034 2顾正秋，肖久梅，张湘虹.人工软骨材料一聚乙烯醇 0.030 水凝胶的研制[)生物医学工程杂志，1999,16(1)： 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 13 Sommerfeld参数/10s 3李久青，顾正秋，肖久梅，等，透明质酸对人工关节 图3两摩撩副的Stribeck曲线 材料的润滑作用)北京科技大学学报，2000,22 Fig.3 The Stribeck curves of two lubricated sliding pairs (4):343 4 Toshitsu Yokobori,Takashi Kawaharada,Shigeru Sasaki. 化的趋势相似，摩擦因数随Sommerfeld参数的增 Mechanical test method on the estimation of the lubricant 大而增大.根据经典Stribeck曲线，润滑机制应为 performance by hyaluronic acid [J].Biomed Mater Eng, 1995,5(2):117 流体液膜润滑，施加于表面的载荷由摩擦副的相 5 Bray J C.Poly (vinyl alcohol)hydrogel for synthetic arti. 对运动或挤压效应形成的流体润滑膜承担. cular cartilage material[].Biomed Mater RES,7:431 6王丽，高谨，李久青.聚乙烯醇水凝胶人工关节软骨 3结论 润滑体系研究).云南大学学报，2002,24(1A):307 7 Hutchings I M.Tribology:Friction and Wear of Engineer- (1)在透明质酸润滑条件下，聚乙烯醇水凝胶 ing Materials [M].London:Edward Arold,1992.65 与人关节软骨具有相似的摩擦学特性，且聚乙烯 Comparison and Analysis on Frictional Characteristics of Poly (Vinyl Alcohol) Hydrogel and Human Articular Cartilage LI Yong",GAO Jin",LIU Guoquan',GU Zhengqiu,MA Yuanzheng,XUE Haibin 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Orthopedics,the 309th Hospital of PLA,Beijing 100091,China ABSTRACT An oscillator-type tribometer was used to determine the friction factor of lubricated sliding pairs made of poly(vinyl alcohol)hydrogel/poly(vinyl alcohol)hydrogel and human articular cartilage/poly(vinyl al- cohol)hydrogel respectively,and the research of the lubricating mechanism was carried out according to their Stri- beck curves.The experimental results show that when the hyaluronic acid(HA)is used as an artifical synovial fluid, poly(vinyl alcohol)has similar frictional characteristics with human articular cartilage and the friction factor of poly (vinyl alcohol)hydrogel/poly(vinyl alcohol)hydrogel is smaller than that of human articular cartilage/poly(vinyl alcohol)hydrogel.According their Stribeck curves it is concluded that their lubricating mechanisms are both liquid film lubricate. KEY WORDS poly(vinyl alcohol)hydrogel;liquid film lubricate;human articular cartilage北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 4 年 第 2 期 程 表面 的润滑 状 态m . 在利用 振子 式摩 擦仪 测 定摩 擦 因数 过程 中 , 由于其 振 幅在 o . l r a d 内 , 可 近 似 认为 滑液 的粘度 叮和摩 擦 副相 对滑 动 速度 U 是 不变 的 , 其 乘 积粉U 恒 定 , 因而 S 。 ~ e fer dl 参 数 是 p 的函 数 . 本 实验 两 摩 擦 副 在 透 明质 酸钠 润 滑 条件 下 的 s itr b ce k 曲线 如 图 3 所 示 . 两摩 擦 副 随载 荷 变 0 . 0 50 尸一- - - - - - - - 一一 一 一- 一- , 醇 水 凝胶 自摩 擦副 的摩 擦 因数略 小于 聚 乙 烯醇 水凝 胶 /人 关 节 软骨 的摩 擦 因数 , 这 主 要是 由聚 乙烯 醇水 凝胶具 有与 人软骨 相 似的多孔 、 高含水 率 、 可渗 透等 性质 决定 的 . (2 ) 由 S itr b e c k 曲线可 初 步判 定 , 在 低载 荷 下 , 聚 乙 烯 醇水 凝胶 /聚 乙 烯醇 水凝胶 、 聚 乙 烯醇水 凝 胶 /人 关 节 软 骨 的润 滑 机 理 都 是 流 体 动 压 润 滑 , 即液膜 润 滑 . 04 ` { 聚乙烯醇水凝` 塑笋 04 2 t 。 / 少穿 参 考 文 献 0 . 0 38 z \ 聚乙烯醇水凝胶僳乙烯醉水凝胶 徽撅因雏 0 . 0 3 0 ` es es e ` 一 - - 上 - - - - L - - - J - 一一一人一- - - L - - - J es es es 曰` 一一 J 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 S o m r n e r fe ld 参数 / 1 0 一 , 图 3 两摩擦 副 的 S itr b ec k 曲线 R g . 3 T h e St ir b e e k c u vr es o f wt o l u b ir e a et d s lid 恤 9 P a ir s 化 的趋势相 似 , 摩 擦 因数 随 S O m r o e fer ld 参 数 的增 大而 增 大 . 根据 经 典 Sitr b e k 曲线 , 润 滑机 制 应 为 流 体 液膜润 滑 , 施 加于 表面 的载 荷 由摩擦 副 的相 对 运 动或 挤压 效 应 形成 的流体润 滑膜 承 担 . 3 结 论 ( l) 在 透 明质 酸 润滑 条件 下 , 聚 乙 烯醇水 凝胶 与人 关节软 骨具 有相 似 的摩 擦 学特性 , 且 聚 乙烯 D o w s o n D . B i o 一b o l o gy o f n at ur a l an d erP I留em e nt s yn - o v i al j o i n t s [A ] . B i o m e e han i c s o f D i art hr o lia J o in st [C ] . N e w oY kr : SP r ign er Ve lr ag , 19 9 0 . 3 05 顾 正秋 , 肖久 梅 , 张湘 虹 . 人工 软骨材料一聚 乙 烯醇 水凝 胶 的研 制 闭 . 生物 医 学工程 杂志 , 19 9 , 16 ( 1) : l 3 李 久青 , 顾正 秋 , 肖久梅 , 等 . 透 明质酸对 人 工关节 材料 的润滑 作 用 [J] 北京科 技 大学 学报 , 2 00 , 2 ( 4 ) : 3 4 3 oT s ih t s u oY ko b o ir , 几灿s ih K a w al ar a d a, Sih g e ur Sas iak . M e e h an i e a l et s t m e ht o d o n ht e e s t im at i o n o f ht e lub ir e a n t P e r fo n n an e e by hy a lur o in c 即i d [ J ] . B i o m e d M at e r E n g , 19 9 5 , 5 ( 2 ) : 1 17 B ayr J C . P o ly ( v in y l a l e ho o l ) hy dr o ge l fo r s yhnt e ti c 别rt i - c ul ar e art il a g e m aet ir ia [ J ] . B i o m e d M at er R E S , 7 : 43 1 王 丽 , 高谨 , 李 久青 . 聚 乙 烯 醇水 凝胶人工 关节 软骨 润滑 体系研 究 闭 . 云南 大 学学报 , 20 02 , 24( IA ) : 3 07 H u t c 肠g s I M . rT ibo fo gy : Fir ict on 的d w ` ar of E n g i n e er - i n g Mat e r i a l s 【M」 . L o n d o n : E dw ar d A m o ld , 19 92 . 65 C o m P ar i s o n an d A n a ly s i s o n F ir e t i o n a l C h ar a c t e ir s t i c s o f P o ly (iV ny l A l e o h o l ) H y d r o g e l an d H um an A rt i c u l ar C art il a g e LI oY丫 , GA 口 inJ !) J LI U G uo qu an )J , G U hZ e n g甘iu 刀, 弃艺咬 uY a nz h e丫 , 方又扭 aH ib in 刀 l ) M at ier al s S e le n c e an d E ng ine e n n g S c h o o L U n i v esr iyt o f s e i enc e an d 介 e hn o l o gy B e ij m g , B iej ing l 0 0 0 8 3 , C h in a 2 ) D eP a rt m 以 o f o hrt o pe d i e s , ht e 3 0 h9t H o SP iatl o f LP A , B e ij ign l 0 0 0 9 1 , C h i n a A B S T R A C T nA o s e i ll aot 卜t y P e itr b om e te r aws us e d t o d et e rm ine hte 伍ict o n af c t or o f lub ir e ate d s l d ign Piar s m a de o f P o ly v( iny l a l e oh o l) 场d r o g e l / Po ly V( iny l al c oh o l) 妙由。 g e l an d h 切吐 an 别rt i cul ar e art llag eP/ Oly ( v iny l al - c o h o l) hy dr o ge l r e sP e e it v e ls, an d het er s e ar c h o f ht e lub ir c at in g m e e h an i s m aws e别比 i e d Out ac e o r d ign t o het 仕 Sitr - b e e k e vur e s . hT e e x P e ir m e in al er s u it s s ho w ht at hw en 俪 hy al oulnr e ac i d ( H A ) i s us e d as an 斌 iif e al s y n vio a l fl u i氏 p o ly v( iyn l al c o h o l) h as s而 il ar 示 ict o aln hc ar a c t ier ist cs w iht h um an ’axt i cul ar c a rt ilag e an d ht e 示 ict on acf ofr o f p o ly ( v iyn l a l e o ho l)妙由。 g e l / P o ly ( v iyn l al e ho o l )妙 dr o g e l 1 5 mr a ll e r ht an th a t o f h u m an art i c u l ar e侧 rt i lag e / Po ly ( v iyn l al e o ho l) hy d r o g e l . A e e o r d in g ht e ir Sitr b e e k e vur e s it 1 5 e o n e ldu e d t h a t ht e ir l u bir e at in g m e e h aJ五 sm s aer b o ht li q u i d if lm lub ir e at e . K E Y W O R D S P o l y v( iyn l a l c ho o l) hy dor g e l: li q iu d if ln lub ir c at e ; h切 m an 顽 e ul ar c翻 lag e