| 研究概要 |
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ることが明らかとなった.また,疲労き裂進展の下限界値は,γ線照射を行った後酸化促進試験を行った試料では,処女材と比較して大きく低下したのに対して,ビタミンE添加材においてはその低下が抑制されることが明らかとなった.さらに,超高分子量ポリエチレン繊維を用いて引張,疲労破壊特性に及ぼす酸化劣化とビタミンE添加の影響について検討した結果,引張試験においては,酸化促進材では破断伸びが低下しており,ビタミンE添加によりその低下が抑制されること,引張強度以下の応力でも繰返し応力によって疲労破壊を生じ,酸化促進によって疲労強度は低下する傾向が見られることが明らかとなった.
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