低频动载作用下Mg_PLA复合材料的分阶降解行为研究.pdf

摘要 摘要 镁合金与聚乳酸(Mg/PLA) 的复合材料，可实现两组元在力学性能、降解产物 酸碱性、降解难易程度和降解周期等方面互补，具有良好的生物相容性、可降解 性、力学相容性等特点，在作为可降解植入性骨折固定器械领域具有广阔的应用 前景。考虑到植入人体的固定器械在不同服役阶段将受到不同生理应力的作用， 因此，研究 Mg/PLA 复合材料在模拟生理应力环境中的分阶降解行为可以预测 可降解骨折固定器械在植入人体后的性能变化。 本文采用热压工艺制备了以聚乳酸为基质，镁合金丝定向排列增强的 Mg/PLA 复合材料，基于自制的生理应力实验平台，研究了模拟生理环境中，无 应力、静态压缩应力和动态压缩应力等不同载荷形式对不同镁合金丝含量的 Mg/PLA 复合材料降解行为的影响，并对比讨论了分阶动态应力与单一动态应力 影响的不同，为调控骨折植入固定材料在人体中的性能变化和降解周期提供参考。 主要研究结果如下： 聚乳酸与镁合金丝的降解产物产生协同作用，二者相互中和，使溶液pH 趋 于稳定，同时，聚乳酸的酸性降解产物可促进镁合金丝腐蚀，使其产生更多碱性 降解产物。低含量的镁合金丝对复合材料中聚乳酸的降解具有一定缓和作用，而 更高含量的镁合金丝则抑制了这种缓和作用，聚乳酸具有更高的结晶度。在降解 30 天后，高含量镁合金丝的复合材料具有更好的弯曲强度保持能力。 应力的施加会加速纯聚乳酸和复合材料的降解，并且动态压应力的促进作用 比静态压应力更为显著。镁合金丝含量为10%的Mg/PLA 复合材料在1MPa 、1Hz 动态压应力作用下降解30 天后的弯曲强度和聚乳酸分子量较 1MPa 静态压应力 作用下降低了9.2%和12.5%。 分阶动态载荷条件下，即使后期载荷相同，前期的应力越大，对复合材料降 解的促进作用越大；而较大压应力作用的时间越长，这种促进作用也越明显。与 分阶动态压应力条件相比，压应力与弯曲应力结合的分阶动态载荷能更有效促进 复合材料的快速降解，但单一的动态弯曲应力对复合材料具有较强的破坏作用。 复合材料的早期降解行为可分为三个阶段，符合一阶降解动力学特征，发现 了纯聚乳酸和复合材料的弯曲强度变化与分子量倒数具有良好的线性关系，建立 了单一动态压应力作用下，复合材料的弯曲强度变化与施加的载荷、降解时间之 间的数学模型，该模型可预测复合材料在不同大小的动态压应力作用下的降解行 为，且适用于分阶动态压应力条件。 关键词：镁合金/聚乳酸复合材料；模拟生理应力；动态载荷；分阶降解行为 I 东南大学硕士学位论文 Abstract Magnesium alloy and polylactic acid (Mg/PLA) composite can complement each other in mechanical properties, acidity and alkalinity of degradation products, difficulty of degradation and degradation rate. It has good biocompatibility, biodegradability, mechanical compatibility, and has broad application prospects in the field of implant fracture fixation devices. Considering that the fixation devices in human body will be affected by different physiological stresses in different service stages, the study of stage degradation behavior of Mg/PLA composite in simulated physiological stress environment can predict