随着科学技术的快速发展,人工关节的市场需求量也不断增加,全关节置换逐渐成为治疗一系列关节疾病的有效手段。随着人们对关节置换需求的增长以及预期寿命的增加,人们对于人工关节材料的性能要求也发生着变化。为了提高人工关节的使用寿命,包括聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)和碳纤维增强聚醚醚酮(carbon fiber reinforced polyetheretherketone,CFR-PEEK)在内的一些新型人工关节材料已被开发出来,并且对于这些新型材料交叉剪切效应的研究对于人工关节材料的使用性能的评价具有重要意义。本文通过进行一系列交叉剪切比和接触压力条件下的磨损实验测试,对交叉剪切效应下PEEK和CFR-PEEK的磨损机理进行深入的研究,并与传统人工关节材料超高分子量聚乙烯(ultra high molecular weight polyethylene,UHMWPE)进行对比,以此来探究这两种材料是否适用于人工关节材料以及其作为人工关节材料的优缺点。实验中通过销盘型摩擦磨损试验机来对这两种新型材料进行3小时的磨损测试,交叉剪切比与接触压力所取数值也均为人体实际生理运动范围内的参数。磨损是人工关节置换中晚期失效的主要因素,而交叉剪切比是衡量人工关节材料磨损性能的重要参数条件。在对交叉剪切比参数对关节材料磨损性能的实验研究中,其实验结果表明,PEEK与UHMWPE具有一样的与交叉剪切相关的磨损效应,而CFR-PEEK材料在实验中并没有表现出明显的交叉剪切效应。另外,在同等条件下,与UHMWPE相比,PEEK的耐磨性能较差,其磨损系数约为UHMWPE的8倍,而CFR-PEEK的耐磨性能具有显著的优势,其磨损系数约为UHMWPE的50%。因此,CFR-PEEK材料在人工关节应用中有望成为UHMWPE合适的替代材料。人体处于不同的运动状态时,其关节的接触面所受到的载荷是不同的。在对接触压力参数对关节参数磨损性能的实验研究中,其实验结果表明,PEEK的磨损系数均高于CFR-PEEK的磨损系数,其磨损系数约为CFR-PEEK的6倍,且PEEK和CFR-PEEK的磨损系数随着接触压力的增加而增大。但UHMWPE的磨损系数随着接触压力的增大呈现出减小的趋势。由此可以得出,材料的磨损性能与接触压力并没有直接的关系,在较大接触压力下,CFR-PEEK的磨损性能与UHMWPE相比并无优势,但CFR-PEEK在较大接触压力下的磨损性能具有较大变数。因此,CFR-PEEK材料适用于制作受到较低接触压力的人工关节。