生体用超高分子量ポリエチレンの疲労・破壊機構解明による信頼性確保

通过阐明生物用途超高分子量聚乙烯的疲劳和断裂机制来确保可靠性

• 批准号: 17760079
• 负责人: 田中 和人
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760079/
• 关键词: 生体材料; 人工関節; 超高分子量ポリエチレン; 疲労; き裂進展特性; 環境強度; ビタミンE; γ線照射

人工関節用超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)において,フレーク状の磨耗紛を伴ったデラミネーション破壊が多数報告されている.デラミネーション破壊は,摺動表面下に生じる繰り返し応力によって,表面下で疲労き裂が進展し,層状のはく離が生じる現象であり,滅菌に用いられるγ線照射と,その後の酸化劣化反応によって助長されると考えられているが,その発生メカニズムについては明らかになっていない.また,酸化防止剤として知られているビタミンEを添加することによって,UHMWPEの酸化劣化を低減し,デラミネーション破壊を抑制しようとする試みもなされているが,その抑制機構は不明である.疲労摩耗現象は非常に複雑であるため,本研究では,疲労摩耗現象における損傷を微視的な材料の引張-引張疲労破壊現象ととらえ,UHMWPEの疲労き裂進展特性に及ぼす,γ線照射,酸化劣化やビタミンE添加の影響を検討し,これにより,人工関節用超高分子量ポリエチレンの信頼性を確保することを目的とした.フーリエ変換赤外吸収分光測定結果から,γ線照射を行った後酸化促進試験を行った試料では,表面が酸化していたのに対して,ビタミンE添加材では,酸化が抑制されていた.CT (Compact Tension)試験片を用いた疲労き裂進展試験の結果を,試験中の試験片の塑性変形による影響を除くため疲労J積分値ΔJを用いて整理した結果,処女材,ビタミンE添加材に比べ,γ線照射を行った後酸化促進試験を行った試料では,同じき裂進展速度に対してのΔJ値が低下していた.それに対して,ビタミンE添加材に対してγ線照射を行った後酸化促進試験を行った試料のき裂進展曲線は処女材,ビタミンE添加材とγ線照射を行った後酸化促進試験を行った試料の間に位置していたことからビタミンEを添加することによるΔJ値低下の軽減が見られた.つまり,ビタミンE添加は,超高分子量ポリエチレンのγ線照射と酸化劣化によるき裂進展抵抗の低下を抑制する働きがあることが,定量的に明らかになった.

Artificial masato frugality, ultra-high molecular weight ポ リ エ チ レ ン (UHMWPE) に お い て, フ レ ー ク shape の abrasion を of dispute with っ た デ ラ ミ ネ ー シ ョ ン broken 壊 が most reports さ れ て い る. デ ラ ミ ネ ー シ ョ ン broken 壊 は, folding に born under dynamic surface じ る Qiao り return し 応 force に よ っ て, surface で exhausted 労 き crack し が progress, layered の は く born from が じ る phenomenon で あ り, sterilization に い ら れ る と gamma irradiation そ の の acidification degradation after the 応 に よ っ て fuelling さ れ る と exam え ら れ て い る が, そ の 発 raw メ カ ニ ズ ム に つ い て は Ming ら か に な っ て い な. い ま た, acidification prevent tonic と し て know ら れ て い る ビ タ ミ ン E を add す る こ と に よ っ て, UHMWPE の acidification degradation を low し, デ ラ ミ ネ ー シ ョ ン broken 壊 を inhibit し よ う と す る try み も な さ れ て い る が, そ の inhibit institutions は unknown で あ る. Exhausted 労 mo consumption phenomena are very に は complex 雑 で あ る た め, this study で は, exhausted 労 friction loss phenomenon に お け る damage を micro visual な material の lead - zhang zhang exhausted 労 break 壊 phenomenon と と ら え, UHMWPE の exhausted 労 き crack progress characteristic に and ぼ す, gamma irradiation, acidification degradation や ビ タ ミ ン E add の influence を 検 for し, こ れ に よ り, artificial masato section presents high molecular Quantity ポ リ エ チ レ ン の letter 頼 sex を ensure す る こ と を purpose と し た. フ ー リ エ variations in red outside 収 absorption spectroscopic determination results か ら, gamma irradiation を line っ た after acidification promote test line を っ た sample で は, surface が acidification し て い た の に し seaborne て, ビ タ ミ ン E add material で は, acidification が inhibit さ れ て い た. CT (Compact Recogniton) test piece を い た exhausted 労 き crack progress test を の results, test of の test piece of plastic - shaped に の よ る influence を except く た め exhausted 労 numerical Δ J J integral を with い て finishing し た results, 処 female material, ビ タ ミ ン E add material べ に ratio, gamma irradiation を line っ た after acidification promote test line を っ た sample で は, with じ き crack progress speed に し polices Low て の Δ J numerical が し て い た. そ れ に し seaborne て, ビ タ ミ ン E add material に し seaborne を line っ て gamma irradiation た after acidification promote test line を っ た sample の き crack progress curve は 処 female material, ビ タ ミ ン E line add material を と gamma irradiation っ た after acidification promote test line を っ た sample の に position between し て い た こ と か ら ビ タ ミ ン E を add す る こ と Low に よ る Δ J numerical の 軽 minus が see ら れ た. つ ま り, ビ タ ミ ン E add は, ultra-high molecular weight ポ リ エ チ レ ン の と acidification degradation of gamma irradiation に よ る き crack progress low resistance の を inhibit す る 働 き が あ る こ と が, quantitative に Ming ら か に な っ た.

项目成果

人工膝関節用超高分子量ポリエチレンの疲労き裂進展特性

人工膝关节用超高分子量聚乙烯的疲劳裂纹扩展特性

• 发表时间: 2007
• 期刊: JCOM-41講演論文集-材料・構造の複合化と機能化に関するシンポジウム-
• 作者: S.Ogata;J.Li;S.Yip;S.Ogata;K.Yashiro;A.Murakami et al.;Kisaragi Yashiro;K.Kasaba et al.;屋代 如月;H.Fujishiro et al.;Kisaragi Yashiro;K.Katagiri et al.;Kisaragi Yashiro;屋代 如月;上村明正
• 通讯作者: 上村明正

超高分子量ポリエチレンの疲労き裂進展特性に及ぼすVitamin-E添加の影響

添加维生素E对超高分子量聚乙烯疲劳裂纹扩展性能的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本材料学会第55期学術講演会講演論文集
• 作者: S.Ogata;J.Li;S.Yip;S.Ogata;K.Yashiro;A.Murakami et al.;Kisaragi Yashiro;K.Kasaba et al.;屋代 如月;H.Fujishiro et al.;Kisaragi Yashiro;K.Katagiri et al.;Kisaragi Yashiro;屋代 如月;上村明正;田中和人
• 通讯作者: 田中和人

超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)単繊維の強度特性評価

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）单纤维强度性能评价

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本機械学会2005年度年次大会講演論文集 No.05-1
• 作者: S.Ogata;J.Li;S.Yip;S.Ogata;K.Yashiro;A.Murakami et al.;Kisaragi Yashiro;K.Kasaba et al.;屋代 如月;H.Fujishiro et al.;Kisaragi Yashiro;K.Katagiri et al.;Kisaragi Yashiro;屋代 如月;上村明正;田中和人;田中和人;上村明正;田中 和人
• 通讯作者: 田中 和人

超高分子量ポリエチレンの機械的特性に及ぼす環境劣化とVitamin-E添加の影響

环境恶化和维生素E添加对超高分子量聚乙烯力学性能的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: (社)日本機械学会2006年度年次大会講演論文集 Vol.1
• 作者: S.Ogata;J.Li;S.Yip;S.Ogata;K.Yashiro;A.Murakami et al.;Kisaragi Yashiro;K.Kasaba et al.;屋代 如月;H.Fujishiro et al.;Kisaragi Yashiro;K.Katagiri et al.;Kisaragi Yashiro;屋代 如月;上村明正;田中和人;田中和人
• 通讯作者: 田中和人

超高分子量ポリエチレンのき裂進展特性に及ぼす環境劣化とVitamin-E添加の影響

环境恶化和维生素E添加对超高分子量聚乙烯裂纹扩展特性的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本材料学会第28回疲労シンポジウム講演論文集
• 作者: S.Ogata;J.Li;S.Yip;S.Ogata;K.Yashiro;A.Murakami et al.;Kisaragi Yashiro;K.Kasaba et al.;屋代 如月;H.Fujishiro et al.;Kisaragi Yashiro;K.Katagiri et al.;Kisaragi Yashiro;屋代 如月;上村明正;田中和人;田中和人;上村明正
• 通讯作者: 上村明正