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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

Research Project

Project/Area Number 17760079
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

田中 和人  同志社大学, 工学部, 助教授 (50303855)

Project Period (FY) 2005 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2005: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
Keywords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
Research Abstract

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.

Report

(2 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2007 2006 2005

All Journal Article (5 results)

  • [Journal Article] 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2007

    • Author(s)
      上村明正
    • Journal Title

      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-

      Pages: 344-347

    • Related Report
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  • [Journal Article] 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2006

    • Author(s)
      田中和人
    • Journal Title

      日本材料学会第55期学術講演会講演論文集

      Pages: 309-310

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  • [Journal Article] 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2006

    • Author(s)
      田中和人
    • Journal Title

      (社)日本機械学会2006年度年次大会講演論文集 Vol.1

      Pages: 451-452

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  • [Journal Article] 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2006

    • Author(s)
      上村明正
    • Journal Title

      日本材料学会第28回疲労シンポジウム講演論文集

      Pages: 203-206

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  • [Journal Article] 超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)単繊維の強度特性評価2005

    • Author(s)
      田中 和人
    • Journal Title

      日本機械学会2005年度年次大会講演論文集 No.05-1

      Pages: 399-400

    • Related Report
      2005 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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