关节滑液

关节滑液（精选4篇）

关节滑液 篇1

摘要：目的 阐述肘关节周围滑液囊病变的声像图表现, 探讨超声检查对肘关节周围滑液囊病变的诊断价值。方法 对26例疑似肘关节周围滑液囊病变患者的肘关节进行超声检查, 观察滑液囊是否增大及增大的滑液囊的大小、形态、囊壁及囊内回声等特征, 并与对侧关节对比。结果鹰嘴皮下滑液囊病变19例, 肱三头肌腱下囊病变2例, 肱桡滑液囊病变5例。结论 超声对肘关节周围滑液囊病变的诊断简便、快捷, 同时还可对肘关节周围肌腱附着点病变及关节囊内病变作出鉴别诊断。

关键词：超声检查,肘关节,滑液囊病变,滑囊炎

肘关节周围共有3组滑液囊, 即位于肘后部皮肤与肱三头肌腱之间的鹰嘴皮下滑液囊, 位于肱三头肌腱与尺骨鹰嘴之间的肱三头肌腱下滑液囊及位于肱二头肌腱止点的桡骨粗隆与桡骨头之间的肱桡滑液囊, 又称肱二头肌桡骨滑液囊[1]。肘关节周围滑液囊位置表浅, 极易受到创伤或因长期的摩擦劳损引起病变。以往对肘关节周围滑液囊病变的检查较少, 目前随着高频超声在临床中的应用, 浅表组织结构病变的检查方法日益广泛。笔者对膝关节周围滑液囊病变及肘前部滑囊炎进行超声检查[2,3], 阐述肘关节周围滑液囊病变的超声图像表现, 探讨超声检查对肘关节周围滑液囊病变的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

本组病例26例, 男16例, 女10例, 年龄17~80岁, 平均年龄51.19岁。病史最短为肘关节外伤后6 h, 最长为发现肘后部肿物2年, 绝大部分为肘关节疼痛, 发现肘部肿物在6个月内。

1.2 仪器与方法

(1) 仪器:美国GE Logiq 9、Logiq 7及Acoson Aspen彩色多普勒超声诊断仪, 线阵探头, 探头频率为6~9 MHz、9~14 MHz。

(2) 方法:肘前区扫查, 患者坐位, 上臂伸直, 手掌向上置于检查床上, 对肘前区进行横切面及纵切面扫查;肘后区扫查, 患者坐于检查床上, 上臂外展, 前臂内旋手掌向下平撑于检查床上, 在肘后区作各切面扫查[4]。

1.3 观察内容

由浅至深依次观察皮肤、肌腱、尺骨鹰嘴骨质及肱桡关节骨质回声, 发现滑液囊增大时, 观察并记录滑液囊的大小、形态、囊壁情况、囊内回声特征, CDFI (Color Doppler flow imaging) 观察囊壁及囊内结构血流分布情况。

2 结果

本组26例患者中肘关节外伤7例, 慢性劳损性病变19例。鹰嘴皮下滑液囊病变19例 (其中外伤5例, 1例合并尺骨鹰嘴撕脱骨折) , 肱桡滑囊积液5例, 肱三头肌腱下囊积血2例 (均为外伤性, 其中1例合并肘关节囊内积血) 。

2.1 临床表现

鹰嘴部皮下滑液囊病变临床表现为:肘后部不适, 可有轻微疼痛, 于鹰嘴部皮下软组织内出现囊性肿物, 向外突出 (图1) , 质软, 可有轻微压痛。肱桡滑液囊积液临床表现:肘前部外侧疼痛, 前臂旋前时疼痛加剧, 局部有压痛和肘关节活动不便, 当滑液囊内渗液较多时, 局部可有隆起。肱三头肌腱下滑液囊病变, 因其位置较深, 且病变较小, 临床主要以原发病为主要表现。

2.2 声像图表现

(1) 鹰嘴皮下滑液囊病变。根据病因及病史的不同, 声像图表现不同: (1) 外伤性 (急性) 滑液囊积血声像图表现:于肘后鹰嘴部位皮下软组织内可见液性回声区, 呈裂隙状, 范围较小, 边界欠清晰, 可见纤细的囊壁回声, 内部为无回声暗区 (图2) , 皮肤及皮下组织回声可增厚, 回声不均匀, 深方肱三头肌腱回声可正常; (2) 滑液囊积液声像图表现:肘后部皮肤与肱三头肌腱之间可见以液性回声为主的梭形或扁圆形回声区, 范围较大, 一般约 (3.0~5.0) cm× (1~3) cm, 可见完整的囊壁回声, 内壁一般较光滑, 囊内可见条索状皱襞回声, 液性暗区内可见散在的点状或片状中等回声 (图3) ; (3) 滑液囊滑膜增生性病变声像图表现:肘后鹰嘴皮下滑液囊明显增大, 囊壁明显增厚, 内膜可光滑, 或不平滑呈结节状, 囊内可见团状实质性中等回声, 或粗大的皱襞回声, CDFI可见囊壁上、囊内实质性回声及皱襞上血流信号回声 (图4) ; (4) 滑液囊内类实质样改变声像图表现:增大的滑液囊壁较厚, 内膜回声较低, 囊内充满均匀的细点状中等回声, 仅有小片状的无回声区及条带状低回声 (图5) , 囊壁上可检测到血流信号, 囊腔内检测不到血流信号。

注:S:增厚的肘后部皮肤;C:鹰嘴皮下滑液囊;TRT:肱三头肌腱;O:撕脱的鹰嘴骨质。

注:S:肘后部皮肤;C:鹰嘴皮下囊;TRT:肱三头肌腱;O:尺骨鹰嘴。

注:C:鹰嘴皮下囊;O:尺骨鹰嘴。

注:C:鹰嘴皮下囊;O:尺骨鹰嘴。

(2) 肱三头肌腱下囊积血声像图表现:于肘后肱三头肌腱深方、鹰嘴骨质浅层可见液性暗区回声, 呈泪滴状, 尖端朝向尺骨鹰嘴部位, 边界清晰, 可见纤细的包膜回声 (图6) 。

注:TRT:肱三头肌腱;O:尺骨鹰嘴;C:肱三头肌腱下囊;FO:鹰嘴窝;FP:肘后脂肪垫。

(3) 肱桡滑囊炎声像图表现:在肘前区肱桡关节囊前方软组织内可见与关节腔不相连通的液性回声区, 呈分叶状, 边界清晰, 壁较薄, 欠光滑, 囊内可见细点状回声或条索状分隔回声 (图7) , 囊壁上可见血流信号回声。

注:C:肱桡滑液囊;BT:肱二头肌腱;HC:肱骨小头;RH:桡骨头。

3 讨论

肘关节周围滑液囊病变多由急、慢性损伤 (劳损) 所致。在急性损伤时滑膜充血、水肿, 渗出增加, 渗液积聚使滑液囊增大, 膨胀隆起, 渗出液常为血性。慢性劳损时, 滑液囊受到过度摩擦或压迫, 囊壁发生炎症反应, 滑液分泌增多, 滑囊肿胀、膨大;囊壁在反复炎症的刺激下增生、肥厚, 纤维化, 致使滑膜增厚, 呈结节状或乳头状[5]。正常状态下的滑液囊为一潜在的裂隙, 超声检查观察不到其图像特征;在病理情况下, 滑囊积液、肿大, 超声检查可在滑液囊所在部位观察到滑液囊病变的声像图特征[6]。

鹰嘴部皮下滑液囊病变根据其病因、病程的不同, 出现不同的病理改变, 因此超声图像表现也不相同。在滑液囊病变以渗出为主时, 增大的滑囊内以液性回声为主要声像图表现, 囊壁可不厚或略增厚, 见图3;若滑囊内渗出液粘稠或为滑膜出血时, 囊腔内可见浓密的点状回声, 见图5。在病程较长的慢性病变, 滑膜发生增生、肥厚, 声像图可见滑囊囊壁明显增厚, 呈结节状突起, 严重者囊壁上可见乳头状回声, 突向囊腔内, 或形成滑膜皱襞, 呈条索状横跨于囊腔内, 彩色多普勒血流显像在增生的囊壁上、滑膜结节及滑膜皱襞上可检测到彩色血流信号回声, 见图4。

肱三头肌腱下囊病变因其部位较深, 临床诊断较为不易, 超声检查可对其作出诊断。鹰嘴皮下囊、肱三头肌腱下囊均位于肘后区鹰嘴附近, 临床不易区分二者的病变, 超声检查可快捷地作出鉴别诊断, 鹰嘴皮下囊病变位于肱三头肌腱浅层, 而肱三头肌腱下囊病变则位于肱三头肌腱深方。

肱桡滑液囊病变多以滑囊内积液为主, 声像图表现较为简单, 见图5, 但由于滑液囊位于肘关节外侧部位, 临床症状及体征易与肱骨外上髁炎 (网球肘) 混淆, 超声检查能准确鉴别两者的病变部位及图像特征。网球肘病变位于肱骨外上髁前臂伸肌总腱附着部位, 表现为伸肌腱的增厚, 回声不均匀等[7], 而肱桡滑液囊病变则在肱桡关节前内侧可见到囊性病变回声。

综上所述, 超声检查对肘关节周围滑液囊病变的诊断简便、快捷, 不仅可以测量滑液囊的大小、形态、内部回声特征, 还可测量囊壁的厚度, 检测增厚滑膜的血流分布, 同时还可对肘关节囊的病变作出诊断。

参考文献

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[2]申素芳, 张志铜, 穆维娜.膝关节周围滑囊炎的超声诊断[J].中国医疗设备, 2012, 26 (8) :162-164.

[3]申素芳, 穆维娜.超声诊断肱桡滑囊炎1例[J].中华超声影像学杂志, 2012, 21 (10) :912.

[4]付先水, 张卫光.肌骨关节系统超声检查规范[M].北京:人民军医出版社, 2008:61-67.

[5]胥少汀, 葛宝丰, 徐印坎, 等.实用骨科学.[M].3版.北京:人民卫生出版社, 2008:1593-1594.

[6]郭瑞军.肌肉骨骼系统超声学[M].北京:人民卫生出版社, 2008:210-211.

[7]谭庆亭, 付先水, 杨曦, 等.超声对网球肘的诊断价值[J].中国超声医学杂志, 2013, (10) :924-928.

[8]张倩.网球肘的高频彩色多普勒超声诊断价值[J].中国病案, 2013, 14 (11) :77-78.

关节滑液 篇2

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择我院2008年1月~2011年1月我院骨科收治的膝骨性关节炎患者42例,均存在严重的关节积液,且经临床表现及X线片诊断,随机将所有患者均分为两组,每组各21例。其中,观察组男9例,女12例;年龄45~80岁,平均(53.4±5.1)岁;病程1~12年,平均(2.9±0.7)年;体重55~79 kg,平均(62.5±1.5)kg;且均为单侧发病,其中左侧8例,右侧13例。对照组男8例,女13例;年龄48~79岁,平均(55.5±2.0)岁;病程6个月~11年,平均(2.5±0.4)年;体重54~81 kg,平均(63.5±2.5)kg;亦均为单侧发病,其中左侧7例,右侧14例。两组患者性别、年龄、病程、体重以及发病部位等比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2 方法

对照组采用布洛芬缓释胶囊每日1次,每次2粒,盐酸氨基葡萄糖胶囊每日3次,每次2粒进行治疗。观察组在对照组的基础上加用独活寄生汤,方药组成:独活15 g、桑寄生15 g、黄芪15 g、秦艽15 g、牛膝15 g、杜仲15 g,白芍12 g,当归10 g、防风10 g、川芎10 g、生地黄20 g、党参20 g、茯苓20 g,肉桂5 g、炙甘草5 g、细辛3 g。随症加减:夹寒者加附子、干姜;夹湿者去生地黄,加防己、薏苡仁、苍术;夹瘀者加丹参、延胡索,每日1剂。两组在治疗后1、3、5周抽取患者膝关节腔内1.0~1.5 m L关节积液送检,使用双抗体ELISA法检测各时间段患者膝关节腔内IL-1水平与TNF-α水平的变化情况。

1.3 统计学方法

应用SPSS 13.0软件进行统计分析,计量资料采用均数±标准差表示,组间比较采用t检验,计数资料采用百分率表示,组间对比采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组治疗不同时期患者关节滑液内IL-1水平比较

观察组治疗后1周、3周以及5周IL-1水平均较对照组低(P<0.05),观察组治疗后各时间段IL-1水平比较差异有统计学意义(P<0.05),而对照组治疗后各时间段IL-1水平差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2 两组治疗不同时期患者关节滑液内TNF-α水平比较

观察组治疗后1、3、5周TNF-α水平均较对照组低(P<0.05),观察组治疗后各时间段TNF-α水平比较差异有统计学意义(P<0.05),而对照组治疗后各时间段TNF-α水平差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

3 讨论

祖国医学认为认为膝骨性关节炎主因肝肾亏虚兼夹劳损或风寒湿邪入侵所致,高年之后,多存肝肾之气不足、筋骨不利,此时易致外邪虚入,气血不畅,久之,经脉气血瘀滞,痛则为不通,当属“痹证”。本病的临床治疗当祛风湿、止痹痛,益肝肾、补气血,邪正兼顾[3]。本组选择的42例患者,治疗前均存在严重的关节积液,在治疗后5周,患者膝关节腔内仍可用小针抽吸出少量关节液。

IL-1作为一种激素类样多肽,是最早进行研究的细胞因子之一,其在人体内的作用靶细胞分布十分广泛,可在感染、炎症、外伤、应激等条件下,激发免疫应答反应,而发挥多种作用。正常的关节滑液中含有微量的IL-1,但骨关节炎患者的关节滑液中IL-1的含量则异常增高[4]。而对于关节炎患者,TNF-α是一种由激活的巨噬细胞产生的抑制成骨细胞和刺激破骨细胞的细胞因子,具有强力的促炎症细胞因子,作为一种炎症与免疫反应的重要调节细胞因子,其能促进炎症细胞黏附、游出以及刺激机体释放IL-1和黏附分子。基础研究表明独活寄生汤治疗后,兔病变关节关节液中IL-1及TNF-a水平均下降[5],使用独活寄生汤后,主要通过影响IL-1及TNF-α,起到减轻患者膝关节炎症反应的效果。通过本组研究发现,使用独活寄生汤治疗后,1、3、5周IL-1和TNF-a水平均较使用常规治疗的患者低,且独活寄生汤治疗后各时间段IL-1和TNF-a水平呈逐渐下降趋势,差异有统计学意义。

方中防风、秦艽具祛风胜湿之功效;肉桂通利血脉兼具祛寒;细辛辛温发散,乃祛寒止痛之臣药;桑寄生、牛膝、杜仲可补肝肾,强筋骨;当归、白芍、生地黄、川芎则养血活血;茯苓、党参、甘草为补气健脾,扶助正气之佐药,以上诸药合用,具祛邪不伤正、扶正不碍邪的特点,使气血充足,肝肾强健,风寒湿邪俱除,故痹痛得以缓解[6]。另外黄芪具有良好的调节免疫作用,能促进巨噬细胞的吞噬作用,增强网状内皮细胞的吞噬功能,发挥肌体的防御功能,具有消炎、解除关节积液及肿胀的作用[7,8,9]。说明独活寄生汤能有效抑制膝骨性关节炎患者关节滑液内的炎症细胞释放,达到减轻患者炎症反应,改善临床症状的目的。

参考文献

[1]朱健儿.独活寄生汤治疗退行性膝骨关节炎60例[J].浙江中医学院学报,2005,29(4):40.

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[3]郭鹏飞.独活寄生汤配合电针治疗膝骨性关节炎55例疗效观察[J].内蒙古中医药,2010,29(3):17-18.

[4]刘英杰,马利杰,王相利.独活寄生汤对兔膝骨性关节炎关节液IL-1和肿瘤坏死因子的影响[J].河北中医,2007,29(8):748-750.

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关节滑液 篇3

1临床资料

1. 1诊断标准

1. 1. 1中医诊断标准参照《中医病证诊断疗效标准》有关“骨痹”的诊断。

1. 1. 2西医诊断标准参照1995年美国风湿病协会修订的膝关节骨关节炎诊断标准。

1. 2纳入标准1) 符合膝关节退行性骨关节炎诊断标准; 2) 病程3年以内; 3) 年龄50 ~ 80岁; 4) 患膝关节合并关节腔积液并能顺利取到关节液2 m L; 5) 患者愿意接受本研究方案治疗,签署知情同意书。

1. 3排除脱落标准1 ) 年龄小于50岁和大于80岁的患者; 2) 合并有膝关节局部皮肤损伤、急性炎症、组织损伤、肝肾疾病、严重心血管疾病及肿瘤患者; 3) 既往通过关节腔内注射药物治疗如糖皮质激素、玻璃酸钠等的病例; 4) 被诊断为风湿、类风湿性关节炎,红斑狼疮,血液系统疾病者; 5) 患者依从性不好,不配合治疗,中途终止治疗者为脱落病例。

1. 4一般资料选取2013年5月— 2014年3月收治的膝关节退行性骨关节炎患者80例,按数字表法随机分为两组, 治疗组40例,男24例,女16例; 年龄52 ~ 79岁,平均( 57. 4 ± 7. 8) 岁; 病程0. 5 ~ 36月,平均 ( 3. 9 ± 8. 6 ) 月。对照组40例,男21例,女19例; 年龄51 ~ 78岁,平均( 58. 9 ± 8. 3) 岁; 病程0. 3 ~ 36月,平均( 4. 7 ± 7. 9) 月。两组患者的性别、年龄、病程等一般情况比较无显著差异( P ﹥ 0. 05) 。

2方法

2. 1分组治疗对照组: 扶他林乳膏: 北京诺华制药有限公司,国药准字: H19990291; 批号: X3944外涂,隔天治疗1次, 连续治疗30次为1疗程,治疗期间慎起居、多休息。

治疗组: 患者平卧位,在患侧膝关节上涂抹冬青油膏( 本院制剂室制备) ,取患侧梁丘、鹤顶、窦鼻、内膝眼等穴用一指禅推拿手法治疗大约5分钟后,再用膝关节拔伸手法拔伸患膝两次,每次拔伸时间持续10秒钟。隔日治疗1次,连续治疗30次为1疗程,治疗期间嘱患者杜绝提重物行走或爬山, 尽量避免走楼梯等活动,避免长时间行走,注意多休息。

2. 2观察指标及测定治疗前后根据《中医临床证候评分表》进行中医证候评分[3]和Lysholm评分及Womac骨关节炎指数评分[4]。治疗前后分别行关节穿刺,抽取关节滑液2 m L,运用全自动生化分析仪( 日本尼泰克ACE919型) ,酶联免疫法检测IL - 1、TNF - α、MMP - 3含量,试剂盒购自上海晨易生物科技有限公司。

2. 3统计学方法采用SPSS13. 0数据统计软件,计量资料采用(  ± s) 表示,计量数据组间比较采用t检验; 治疗前后采用配对t检验,计数资料比较采用 χ2检验。

3结果

3. 1疗效标准参照国家中医药管理局《中药新药临床研究指导原则( 试行) 》[5]。临床痊愈: 膝关节疼痛、肿大、晨僵等症状体征消失或基本消失,积分减少≥95% 。显效: 膝关节疼痛、肿大、晨僵等症状明显好转,积分减少≥70% 且 < 95% 。好转: 膝关节疼痛、肿大、晨僵均有好转,积分减少 ≥ 30% 且 < 70% 。无效: 患者诸临床症状、体征均无显著改善, 积分减少不足30% 。积分减少计算公式[( 治疗前积分 - 治疗后积分) ÷ 治疗前积分]× 100% ,总有效率 = ( 痊愈 + 显效) × 100% 。

3.2两组患者疗效比较见表1。

与对照组比较△P = 0. 05

3.3两组患者Womac骨关节炎指数评分比较见表2。

与本组治疗前比较* P < 0. 05,**P < 0. 01; 与对照组治疗后△P < 0. 05,△△P < 0. 01

3.4两组患者治疗前后Lysholm评分比较见表3。

与本组治疗前比较* P < 0. 05,**P < 0. 01; 与对照组治疗后△P < 0. 05,△△P < 0. 01

3.5两组患者关节滑液IL-1、TNF-α、MMP-3含量比较见表4。

与本组治疗前比较* P ﹤ 0. 05,**P < 0. 01; 与对照组治疗后比较△P < 0. 05,△△P < 0. 01

4讨论膝骨关节炎属于中医“骨痹”范畴,多见于中老年人,主要由于年老体衰,机体正气不足,外感“风、寒、湿”之邪,邪气阻于经络,气滞血瘀,络脉不通,发为“痹症”; 现代医学认为KOA的发病机制尚未完全明确,国内外的部分研究结果表明,关节腔积液IL - 1、TNF - α、MMP - 3等多种因子参与KOA的病理过程[6,7,8]。在膝关节的早、中期上述因子显著升高,发病机制主要为抗炎因子与促炎因子的平衡遭到破坏,引起膝关节内的关节软骨遭到破坏、滑膜炎性肿胀, 进而导致关节软骨的变性丢失和骨质增生,现代医学大多采用抗炎镇痛药物、关节腔营养润滑剂等保守治疗,对消除或缓解、减轻膝关节疼痛等症状有一定疗效。针灸推拿、中药内治、中药外治等中医中药疗法治疗膝关节退行性关节炎有一定的优势。

冬青膏中含有冬青油、薄荷脑、麝香等成分,冬青油的主要成分为水杨酸甲酯,外用能消肿止痛,扩张血管,促进血液循环; 薄荷脑气味芳香,外用有止痛作用,且有很好的透皮作用,能携其他药物进入血液循环发挥药效; 麝香性温,外用有消肿止痛、活血散结作用,诸药合用共奏活血散瘀、温经散寒、消肿止痛的功效。膏摩使冬青膏内的药物成分透过皮肤,作用于横纹肌,使肌肉不自主地收缩,促进气血运行。 “膝为筋之府”“经筋之病、以痛为俞”,通过一指禅手法按摩患膝梁丘、鹤顶、窦鼻、内膝眼等穴和拔伸膝 ( 下转第48页)关节,起到舒筋活络、活血化瘀、滑利关节, 促进气血运行,缓解肌肉痉挛,加速炎性物质吸收,改善膝关节局部水肿黏连作用。本研究通过冬青膏局部膏摩配合推拿治疗膝关节退行性骨关节炎,显著缓解临床症状,改善Lysholm评分、Womac骨关节炎指数评分,降低膝关节液TNF - α 、IL - 1以及MMP - 3的含量,提高临床疗效。

摘要：目的:观察中药冬青膏局部膏摩配合推拿治疗膝骨性关节炎的临床疗效并探讨其作用机制。方法:80例膝骨性关节炎患者,按数字表法随机分为两组,每组40例,对照组采用扶他林乳膏外涂,治疗组采用膝部涂抹冬青膏推拿疗法,对比观察治疗后Lysholm评分、Womac骨关节炎指数评分以及膝关节滑液TNF-α、IL-1以及MMP-3的含量。结果:治疗组有效率为92.50%,显著高于对照组(75.00%),治疗后治疗组的Lysholm评分、Womac骨关节炎指数评分显著优于对照组(P﹤0.01),治疗后膝关节滑液的TNF-α、IL-1以及MMP-3含量均显著降低(P﹤0.01),且治疗组显著优于对照组(P﹤0.01)。结论:冬青膏局部膏摩配合推拿治疗膝骨性关节炎能显著改善临床症状,降低膝关节滑液TNF-α、IL-1以及MMP-3的含量是其部分作用机制。

蚕丝水基润滑液的润滑性能 篇4

从可持续性发展的角度出发,润滑液应减少对石油的依赖,具有“节能、节材、减排、减振、降噪”等作用,并向生物/生态优异方面发展。水基润滑液来源广泛、价格低廉、储运方便、不燃烧、性能优异、环境友好,加入各种水溶性添加剂后可改善其摩擦学特性[1]。如水溶性纳米富勒烯添加剂能够提高水基润滑液的承载能力、降低磨损量[2],N-油酰基谷氨酸水溶液具有较好的抗磨减摩和抗菌性能[3]。但水溶性添加剂无法提升水基润滑液的润滑性能。润滑性能差仍然是限制水基润滑剂发展的瓶颈,开展高性能、环境友好型水溶性润滑添加剂研究是目前水基润滑领域的研究重点。

蚕丝由丝胶和丝素构成,含有乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸等18种氨基酸,是天然蛋白质聚合物,无毒、无污染、无刺激性、可生物降解,具有良好的生物相容性。目前,蚕丝主要作为天然纺织材料及生物材料,而对其润滑性的研究报道较少。

本工作对生丝(未脱胶的蚕丝)进行分离,制得了丝素粉和丝胶粉,以其为水溶性添加剂,研究了蚕丝组分对其润滑效果的影响,并分析了其摩擦机理。

1 试验

1.1 2种水基润滑液的制备

(1)丝素配制0.2mol/L硼酸硼砂缓冲液(pH=9.0),加热至98～100℃,将生丝浸泡其中,保温45min,生丝与缓冲液的质量比为1:50,以除去丝胶;去离子水洗涤干净;过滤并烘干,研磨成粉末,即得丝素粉;加入蒸馏水配制1 g/L丝素水基润滑液10 mL。

(2)丝胶把生丝切片置于量杯中,恒温水浴箱中加热至100℃,1 h,用离心机在4 000 r/min下进行分离,将丝胶溶液浓缩、干燥,制得丝胶粉末,加入蒸馏水中,超声分散,配制1 g/L丝胶水基润滑液10 mL。

1.2 测试表征

(1)结构形貌采用MFP-3D型原子力显微镜观察丝胶的结构;采用JSM-6360型扫描电镜观察丝素的结构。

(2)摩擦学性能采用往复式UMT-Ⅱ多功能微摩擦仪评价润滑液的摩擦性能:上摩擦副为GCr15钢球,φ4 mm,硬度为HRC 58～62,下摩擦副为聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜,硬度为HRC 23;分别以蒸馏水、丝素及丝胶水基润滑液为润滑剂进行全浸摩擦;室温下,滑动速度设为1～5 mm/s,载荷为0.5～1.0 N,时间5 min。重复3次试验,取其平均值。

(3)流变性能设备采用AR-G2流变仪,将润滑液分别置于锥板夹具和工作台之间,调整间隙为1 000μm;温度为37℃,剪切速率为1～140 s-1,采用分步流动模式,测试黏度与剪切应变及剪切应力与剪切应变的关系。

2 结果与讨论

2.1 丝素和丝胶的结构形貌

图1为生丝及其丝素和丝胶的形貌。由图1可见:生丝脱胶之前,多根丝素被丝胶包裹成一根粗丝,表面粗糙有颗粒状物质,脱胶后分成多根丝素,每根丝素表面光滑;丝胶溶液经浓缩、干燥后,凝结成大小不等的颗粒。

2.2 摩擦学性能

2.2.1 滑动速度对摩擦系数的影响

载荷为0.5 N,3种润滑液中滑动速度与摩擦系数的关系见图2。由图2可以看出,随着滑动速度的增大,3种润滑液中摩擦系数总体呈下降趋势;滑动速度从1 mm/s增大到5 mm/s,蒸馏水中的摩擦系数从最高0.950降至0.665,丝胶中从0.150降至0.083,丝素中从0.198降至0.037。这是由于蒸馏水的表面张力、黏度和黏度系数低,低速时难以形成有效的润滑膜,随着滑动速度增大,有效润滑膜逐渐形成,从而提高了润滑性;加入丝素和丝胶颗粒后,微粒具有较大的比表面积与表面能,低速时微粒间具有强烈聚集性,易形成较大颗粒,微轴承作用效应减弱,高速时大颗粒被分解,微粒被均匀分散在蒸馏水中,减摩性能增强。

2.2.2 载荷对摩擦性能的影响

滑动速度为5 mm/s,3种润滑液中载荷与摩擦系数的关系见图3。从图3可以看出:载荷从0.5 N增大到2.0 N,蒸馏水中的摩擦系数从0.665降至0.364,丝胶中的从0.083增至0.165,丝素中的从0.037增至0.068。随着载荷增大,蒸馏水摩擦系数减小添加了功能微粒后的摩擦系数均随载荷增大而增大,这是由于载荷增大,摩擦头与PDMS薄膜接触区域变形增大,蒸馏水聚集在接触区,润滑膜增厚,润滑性能提高;加入功能微粒后,载荷增大,接触区域功能微粒被压入PDMS薄膜深度增大,微粒的滚动阻力偶增大导致摩擦阻力和摩擦系数逐渐增大。

2.3 流变性能

图4为蒸馏水和2种水基润滑液的流变性能。由图4可见:剪切应力与剪切速率总体呈线性关系,3种介质均表现为牛顿流体;丝素最大黏度在0.002 00 MPa·s,丝胶黏度在0.000 72 MPa·s,蒸馏水黏度稳定在0.000 69 Pa·s。蒸馏水中添加丝素和丝胶后黏度均增大,黏度变化不同是由于微粒结构不同:丝素光滑柔软,主要成分为蛋白质,呈线状结构容易缠绕在一起,随着剪切应变增大不易分解成单个微粒导致黏度较大;丝胶颗粒随着剪切应变增大很容易分解成单个微粒。

3 结论

(1)蒸馏水中添加丝素和丝胶微粒均能提高其润滑性,可使蒸馏水的摩擦系数降低1个数量级,其中丝素的润滑性能优于丝胶。

(2)随着滑动速度增大,蒸馏水及添加丝素和丝胶水基润滑液的摩擦系数均逐渐减小;随载荷的增大,蒸馏水的摩擦系数逐渐减小,添加丝素和丝胶的润滑液摩擦系数均逐渐增大,但远低于蒸馏水。

(3)添加丝素和丝胶的蒸馏水仍为牛顿流体,但黏度均增大。

摘要：水基润滑液是实现绿色制造的有效途径之一,目前对蚕丝的润滑性能研究报道较少。为此,在蒸馏水中加入生丝分离出的丝素和丝胶,制备了2种水基润滑液。采用扫描电镜观察丝素的结构,采用原子力显微镜观察丝胶的结构;采用微摩擦仪评价2种水基润滑液的摩擦学性能,采用流变仪评价其流变性。结果表明:蒸馏水中添加丝素和丝胶颗粒均能提高其润滑性,且丝素的润滑性能优于丝胶;随着载荷增大,蒸馏水摩擦系数逐渐减小,丝素和丝胶水基润滑液摩擦系数均逐渐增大;随着滑动速度增大,3种体系摩擦系数均逐渐减小;蒸馏水中添加丝素和丝胶后仍为牛顿流体,但黏度增大。

关键词：水基润滑液,丝素,丝胶,摩擦性能,流变性能

参考文献

[1]王李波,冯大鹏,刘维民.几种纳米微粒作为锂基脂添加剂对钢-钢摩擦副摩擦磨损性能的影响研究[J].摩擦学学报,2005,25(2):107~111.

[2]官文超,卢海峰,黄道华.碳纳米管-聚丙烯酸乙酯复合乳液的制备及其润滑性能研究[J].摩擦学学报,2004,24(4):299~303.