基于磁共振與高頻超聲的頸椎重建膠固性能與應(yīng)用研究

劉嘉媛 李志鵬

摘 要：基于磁共振與高頻超聲的頸椎重建用膠固化性能和拉剪強(qiáng)度性能要求的需要，以雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂和3種常溫固化型胺類固化劑為主要原料，制備了3種不同組分的常溫固化型膠粘劑，對(duì)比分析了膠粘劑的固化性能、室溫拉剪強(qiáng)度和斷口形貌。結(jié)果表明，隨著固化溫度的升高，3種膠粘劑的固化時(shí)間都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；在相同固化溫度下，3種膠粘劑固化時(shí)間從小至大順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)，即膠粘劑1號(hào)的固化時(shí)間最短。隨著固化溫度升高，3種膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度平均值都呈逐漸上升的趨勢(shì)；在相同固化溫度下，3種膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度從大至小的順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑 2號(hào)、膠粘劑3號(hào)；彈性模量從大至小順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑 2號(hào)、膠粘劑 3號(hào)；斷后伸長(zhǎng)率從小至大的順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑 2號(hào)、膠粘劑 3號(hào)。雖然膠粘劑1號(hào)的固化時(shí)間最短，但其拉剪強(qiáng)度平均值最低，推薦重建用常溫固化型膠粘劑使用膠粘劑3號(hào)。

關(guān)鍵詞：常溫固化；膠粘劑；固化溫度；拉剪強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TQ433;TH774

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）04-0136-04

Study on the performance and application of cervical reconstruction adhesive based on magnetic resonance and high-frequency ultrasound

LIU Jiayuan1，LI Zhipeng2

（1.Department of Function，Zhangjiakou Second Hospital，Zhangjiakou 075000，China; 2.Hebei North University，Zhangjiakou 075000，China）

Abstract：Based on the requirements of the curing performance and tensile and shear strength of the adhesive used for cervical reconstruction using magnetic resonance and high-frequency ultrasound for，taking bisphenol A epoxy resin and three kinds of room temperature curing amine curing agents as the main raw materials，three kinds of room temperature curing adhesives for cervical reconstruction were prepared，and the curing properties，room temperature tensile shear strength and fracture morphology of the adhesives were compared and analyzed.The results showed that with the increase of curing temperature，the curing time of adhesive 1，adhesive 2 and adhesive 3 showed a downward trend; At the same curing temperature，the order of curing time from small to large was： adhesive 1adhesive 2>adhesive 3，and the order of elongation after fracture from small to large was： adhesive 1

Key words：curing at room temperature;an adhesive;curing temperature;tensile and shear strength

頸椎綜合征是頸椎骨關(guān)節(jié)炎、增生性頸椎炎、頸神經(jīng)根綜合征、頸椎間盤脫出癥的總稱，在日常生活中較為常見(jiàn)，這種基礎(chǔ)疾病主要是一種以退行性病理改變?yōu)榛A(chǔ)的疾患，主要是由于頸椎的退行性病變導(dǎo)致的，一般針對(duì)這種疾病沒(méi)有特效的藥物，主要是根據(jù)病癥（頸椎長(zhǎng)期勞損、骨質(zhì)增生，或椎間盤脫出、韌帶增厚等）采用對(duì)癥治療的方法緩解［1］。隨著醫(yī)療技術(shù)的快速進(jìn)步，頸椎功能重建技術(shù)在治療頸椎綜合征方面得到了良好應(yīng)用，且采用高頻超聲（使用的高頻超聲診斷儀包括機(jī)體以及高頻凸陣探頭，機(jī)體內(nèi)部設(shè)置有控制板，高頻凸陣探頭與控制板電性連接，提供高分辨率、多功能的成像平臺(tái)）與磁共振成像（磁共振是檢測(cè)人體組織內(nèi)氫原子，通過(guò)磁場(chǎng)的方式使氫離子核震動(dòng)，從而向檢測(cè)器發(fā)出一定的信號(hào)的儀器）檢查，高頻超聲、磁共振診斷中均有明顯的影像學(xué)表現(xiàn)特征，聯(lián)合方式診斷診斷的檢出率、靈敏度、準(zhǔn)確度均高于單獨(dú)診斷檢出結(jié)果，可以準(zhǔn)確有效的對(duì)頸脊髓及神經(jīng)根進(jìn)行有效減壓，其中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是需要高粘接性能的頸椎重建用膠粘劑［2-4］，這種膠粘劑不僅需要具有良好的固化性能（減輕病痛），同時(shí)需要具有良好的拉剪強(qiáng)度（保留頸椎的活動(dòng)功能）等［5］。目前，應(yīng)用于頸椎重建用膠粘劑的研究報(bào)道相對(duì)較少，如何開(kāi)發(fā)出具有良好固化性能和較高拉剪強(qiáng)度的膠粘劑試樣是大家共同關(guān)注的話題［6-8］。在此基礎(chǔ)上，本文以雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂和3種常溫固化型胺類固化劑為主要原料，制備了3種不同組分的頸椎重建用常溫固化型膠粘劑，對(duì)比分析了膠粘劑的固化性能、室溫拉剪強(qiáng)度和斷口形貌，結(jié)果將有助于基于磁共振與高頻超聲的頸椎重建用膠的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料包括E-51型雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂（環(huán)氧值195 eq/（100 g）、環(huán)氧當(dāng)量0.52），固化劑包括二乙烯三胺（淡黃）、703（棕褐色）、650（紅褐色），DMP-30型促進(jìn)劑、501型稀釋劑。

1.2 試樣制備

制備了3種不同組分的常溫固化型胺類固化劑，分別為膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)和膠粘劑3號(hào)。膠粘劑1號(hào)配方為環(huán)氧樹(shù)脂100份、703固化劑20份；膠粘劑2號(hào)配方為環(huán)氧樹(shù)脂100份、二乙烯三胺固化劑10份；膠粘劑3號(hào)配方為環(huán)氧樹(shù)脂100份、650固化劑100份。

1.3 測(cè)試方法

在膠粘劑制備過(guò)程中，將3種膠粘劑分別置于20、30和40 ℃恒溫條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并記錄固化時(shí)間；根據(jù)國(guó)標(biāo)制備環(huán)氧樹(shù)脂成型標(biāo)準(zhǔn)件［9］。在MTS-810型液壓伺服萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉剪強(qiáng)度測(cè)試，膠粘劑試樣的斷口形貌采用JSM-6800型掃描電子顯微鏡觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 固化性能

圖1為不同固化溫度下頸椎重建用膠粘劑的固化時(shí)間測(cè)試結(jié)果，固化溫度為20 ℃。

從圖1可以看出，膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)的固化時(shí)間分別為48、80和180 h；當(dāng)固化溫度為30 ℃時(shí)，膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)的固化時(shí)間分別為24、48和120 h；當(dāng)固化溫度為40 ℃時(shí)，膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)的固化時(shí)間分別為14、28和70 h。由此可見(jiàn)，隨著固化溫度的升高，膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)的固化時(shí)間都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在相同固化溫度下，固化時(shí)間從小至大順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)；3種固化溫度下膠粘劑1號(hào)的固化時(shí)間最短。

2.2 力學(xué)性能

表1為頸椎重建用膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，固化溫度為20 ℃。

由表1可知，膠粘劑1號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為4.79、6和6.16 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為5.65 MPa；膠粘劑2號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為7.77、8.35和8.02? MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為8.05 MPa；膠粘劑3號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為16.38、15.88和17.93 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為16.73 MPa。由此可見(jiàn)，在固化溫度為20 ℃時(shí)，頸椎重建用膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度平均值從大至小順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)。

表2為頸椎重建用膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，固化溫度為30 ℃。。

由表2可知，膠粘劑1號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為5.56、6.28和5.73 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為5.86 MPa；膠粘劑2號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為7.60、8.98和8.69 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為8.42 MPa。膠粘劑3號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為17.67、16.09和17.72 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為17.61 MPa。由此可見(jiàn)，在固化溫度為30 ℃時(shí)，膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度平均值從大至小順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)。

表3為膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，固化溫度為40 ℃。

由表3可知，膠粘劑1號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為5.50、5.95和6.18 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為5.88 MPa。膠粘劑2號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為9.95、9.04和8.35 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為9.11 MPa。膠粘劑3號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度分別為18.84、18.059和17.08 MPa，拉剪強(qiáng)度平均值為17.99 MPa。由此可見(jiàn)，在固化溫度為40 ℃時(shí)，膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度平均值從大至小順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)。

表4為頸椎重建用膠粘劑的彈性模量和斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果。

由表4可知，

膠粘劑1、2和3號(hào)試樣的彈性模量分別為512.2、340.3和162.3 MPa，斷后伸長(zhǎng)率分別為2.02%、5.42%和9.16%。由此可見(jiàn)，彈性模量從大至小順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑 2號(hào)、膠粘劑 3號(hào)，斷后伸長(zhǎng)率從小至大順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑 3號(hào)。

2.3 斷口形貌

圖2為頸椎重建用膠粘劑試樣的斷口形貌。

從圖2可以看出，在放大倍數(shù)×100條件下，從膠粘劑1號(hào)試樣的斷口形貌可見(jiàn)較多的尺寸不等的氣孔；而膠粘劑2、3號(hào)試樣的斷口形貌中未見(jiàn)明顯氣孔等缺陷，這表明膠粘劑1號(hào)試樣雖然固化時(shí)間短、固化速度快，但容易形成氣孔等缺陷［10］，不利于拉剪強(qiáng)度等性能的提高。此外，從高倍下的斷口形貌中可見(jiàn)，在膠粘劑1號(hào)試樣的斷面中可見(jiàn)高低不平的斷層形貌，呈現(xiàn)脆性斷裂特征，這與前述的斷后伸長(zhǎng)率較低的測(cè)試結(jié)果相吻合。從膠粘劑2號(hào)試樣的斷口形貌中可見(jiàn)，斷面中未見(jiàn)氣孔等缺陷，且斷面存在擴(kuò)展臺(tái)階，材料柔韌性相對(duì)較好［11］；從膠粘劑3號(hào)試樣的斷口形貌中可見(jiàn)，斷面存在許多交錯(cuò)纏結(jié)的斷面，且局部可見(jiàn)斷裂特性，相較而言體現(xiàn)出更大柔韌性［12］。這證明3種膠粘劑試樣的斷面形貌觀察結(jié)果與表4的斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果相吻合。

2.4 應(yīng)用分析

通過(guò)前述的測(cè)試結(jié)果可知，在相同固化溫度下，固化時(shí)間從小至大順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘3號(hào)，即3種固化溫度下膠粘劑1號(hào)的固化時(shí)間最短，如固化溫度為30 ℃時(shí)，膠粘劑1號(hào)的固化時(shí)間為24 h，為膠粘2號(hào)的二分之一，膠粘劑3號(hào)的五分之一。但是，從不同固化溫度下的拉剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果觀察，固化溫度分別為20、30和40 ℃時(shí)，膠粘劑1號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度平均值分別為5.65、5.86和5.88 MPa，膠粘劑2號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度平均值分別為8.05、8.42和9.11 MPa，膠粘劑3號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度平均值分別為16.73、17.61和17.99 MPa。隨著固化溫度升高，膠粘劑1、2和3號(hào)試樣的拉剪強(qiáng)度平均值都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)；在相同固化溫度下，膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度平均值從大至小順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)。

3 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)制備了3種不同組分的頸椎重建用常溫固化型膠粘劑，對(duì)比分析得出3種固化溫度下膠粘劑1號(hào)的固化時(shí)間最短。膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度平均值從大至小順序依次為膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)，彈性模量從大至小順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑2號(hào)、膠粘劑3號(hào)，斷后伸長(zhǎng)率從小至大順序依次為：膠粘劑1號(hào)、膠粘劑 2號(hào)、膠粘劑3號(hào)，這與斷口形貌觀察結(jié)果與斷后伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果相吻合。優(yōu)選膠粘劑3號(hào)為適宜的頸椎重建用常溫固化型膠粘劑，推薦在基于磁共振與高頻超聲的頸椎重建中應(yīng)用。

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