文章创重要内容
四川大学傅强教授团队采用低缠结的UHMWPE粉体，在烧结成型中大范围调节结晶度；发现增加结晶度能使磨损率降低至传统辐照交联的水平，并且从根本上消除了自由基引起氧化的风险。该研究为发展新型的高耐磨人工关节用UHMWPE模塑料提供了新思路。
文章背景
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有优异的耐磨性、优良综合力学以及低摩擦系数，被用作全关节置换术的衬垫材料已有五十多年历史。而随着使用时间的延长，UHMWPE衬垫的磨损和松动会导致其临床使用失效。近几十年大量的研究工作致力于提高UHMWPE的耐磨性，其中应用最为广泛的是对UHMWPE进行辐照交联。辐照过程中，高能射线会使UHMWPE内部产生大分子自由基，如烷链自由基、末端自由基等。大分子自由基之间偶联反应会产生化学交联，能够有效地限制磨副在进行表面摩擦时造成分子链滑移，从而提升耐磨性能。不过辐照过程中残存的自由基会导致UHMWPE不可逆的氧化，影响其长期使用稳定性。因此，研究如何在不引入辐照的情况下提升UHMWPE的耐磨性能具有十分重要的意义，值得深入探究。
文章概述
最近，四川大学傅强教授团队采用低缠结的UHMWPE粉体，在烧结成型中大范围调节结晶度；发现增加结晶度能使磨损率降低至传统辐照交联的水平，并且从根本上消除了自由基引起氧化的风险，有望用于制作人工关节假体。
该团队通过改变UHMWPE的结晶热历史，使得UHMWPE的结晶度(Xc)在37%~63%的范围内变化(图1a, b)。用SEM观察断面的结晶形貌可以直观地看到随着等温结晶时间tc的延长，呈现增厚的片晶尺寸，且堆积密度增加(图2a-c)。将未辐照样品和不同等温结晶tc的样品进行往复摩擦测试，发现随着tc的延长，磨损率呈现下降趋势(图3a)；还发现磨损率与Xc之间呈现良好的线性关系(图3b)。这说明UHMWPE结晶结构完善会提升耐磨性能，Xc是决定UHMWPE耐磨性能的重要参数。
图1 不同等温结晶时间的UPE4样品的DSC测试结果: (a) DSC熔融热流曲线, (b) Xc与tc之间的关系
图2 不同等温结晶的UPE4样品的结晶形态: (a) tc = 0min, (b) tc = 120min, (c) tc = 570min
图3 UPE4等温结晶样品的耐磨性能测试: (a) 磨损率与tc之间的关系, (b) 磨损率和Xc之间的关系
图4 磨损率与Vd或Xc的关系: (a) 具有不同分子量的辐照交联样品, (b) 具有不同的分子量的未辐照样品
图5 网络结构增强UHMWPE耐磨性的示意图
本研究通过提高结晶度使UHMWPE的磨损率降低至传统辐照交联的水平，并且从根本上消除了自由基引起氧化的风险，为改进人工关节用UHMWPE模塑料的耐磨性能提供了新思路。
上述工作以论文形式即将在《高分子学报》2023年第5期“王佛松先生纪念专辑”印刷出版。论文第一作者为四川大学硕士研究生吴敬寒，通讯作者为傅强教授。
傅强 教授
傅强，四川大学高分子科学与工程学院教授/博导。1999年获国家杰出青年基金，2002受聘教育部长江学者，2011年国家基金委创新群体学术带头人，2013年入选教育部国家百千万人才工程。现任四川省学术和技术带头人，中国化学会纤维素专业委员会主任，中国塑料加工协会副理事长。担任学术期刊Polymer副主编，Composites Science and Technology的国际编委，以及高分子学报、高等学校化学学报、功能高分子学报等杂志编委，亚洲聚合物加工学会AWPP执行委员会委员。主要从事高分子材料成型加工和聚合物共混改性与纳米复合材料的研究，负责承担科技部973/863、自然科学基金重大仪器、重大国际合作、重点、面上等多项科研课题。发表SCI论文740余篇，累计他引20000余次，入选爱思唯尔(Elsevier)中国高被引学者榜单，获准发明专利60余项。以第一完成人获国家技术发明二等奖(2009)，四川省科技进步一等奖(2005、2014)，教育部自然科学一等奖(2010)，中国石化协会技术发明一等奖(2008)，教育部科技进步一等奖(2007、2022)等多项科技奖励。
引用本文：
Wu Jing-han,Dong Peng,Wang Zi-rui,Wang Ke,Zhang Qin,Fu Qiang.
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