本研究旨在开发一种以聚乳酸（PLA）为基体、分别添加5、10和15 wt% β-磷酸三钙（β-TCP）增强的生物复合材料，以提升其摩擦学性能。研究人员采用注射成型工艺制备PLA/β-TCP试样，并通过销盘试验（pin-on-disc tests）评估磨损率与摩
本研究旨在开发一种以聚乳酸（PLA）为基体、分别添加5、10和15 wt% β-磷酸三钙（β-TCP）增强的生物复合材料，以提升其摩擦学性能。研究人员采用注射成型工艺制备PLA/β-TCP试样，并通过销盘试验（pin-on-disc tests）评估磨损率与摩擦系数（CoF）。磨损表面经扫描电子显微镜（SEM）与三维表面粗糙度测试表征。结果表明，β-TCP显著影响其磨损性能：在10 N载荷与100 rpm主轴转速下，添加5 wt% β-TCP使耐磨性明显提升；而因填料分布均匀及载荷传递至20 N与200 rpm时摩擦系数降低；当填料增至10 wt%时磨损率与CoF反而升高，但在30 N与300 rpm最大工况下磨损率与CoF又有所下降。表面形貌显示纯PLA倾向黏着磨损，复合材料则以磨粒磨损为主，该差异可由填料/基体界面处团聚体形成、脱粘及磨蚀引发的三体磨损解释。试样P95/C5较纯PLA磨损损失降低95%，耐磨性显著提升。
研究背景方面，生物医学工程领域持续关注具备生物相容性、可降解性及服役期力学完整性的材料设计。传统不锈钢、钛合金及钴铬合金等金属植入物虽强度高，但因不可降解易引发应力屏蔽、松动及二次手术取出，尤其在儿童与青年患者中受限。聚乳酸（PLA）因水解产物为乳酸、可控降解及良好加工性成为临时骨固定器械候选，但其力学与摩擦学性能需陶瓷填料增强。β-磷酸三钙（β-TCP）因成分类似骨基质、降解速率匹配新骨形成且具骨传导性被选用，然而单一陶瓷脆性大，需与聚合物复合以平衡韧性与骨诱导性。现有文献对注射成型PLA/β-TCP在干滑动下磨损机制系统评价不足，故研究人员开展此项工作。
主要关键技术方法上，研究人员通过单螺杆挤出制备PLA/β-TCP复合丝材，经注射成型获得销样（φ10 mm×30 mm，每组三件），对摩件为EN31钢盘（60 HRC）。摩擦学评价依据ASTM G99销盘标准，在10–30 N载荷、100–300 rpm转速、250–750 m滑动距离干态下进行，连续记录CoF并以质量法计算比磨损率（Wr=Δm/(ρFL)）。辅以FTIR、TGA、截面SEM及接触式轮廓仪（Ra、Rz与三维Sa、Sz等）表征结构与表面演变。样本队列为实验室自混配料，无外部临床队列。
研究结果部分，3.1傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实约1750–1760 cm
）峰证明β-TCP存在且无新化学键生成。3.2热重分析（TGA）显示30–220℃失重0.60%为水脱附，220–610℃失重96.52%为主链降解，599–899℃余量0.65%为残碳氧化，表明热稳定性满足加工窗口。3.3原料与混粉SEM显示PLA颗粒光滑无孔，β-TCP呈棱角状微团聚，混合粉中陶瓷相高对比嵌布且PLA润湿包覆，界面无大孔。3.4注射件截面SEM表明P95/C5填料均匀、孔隙极少；P90/C10出现局部脱粘微孔；P85/C15则大尺度团聚、界面开裂及微裂纹，证实5 wt%未超渗流阈值。3.5磨损行为上，纯PLA在10 N/100 rpm下磨损损失0.074–0.082 g、Wr 0.022–0.060 mm
/N·m、CoF 0.40–0.49；P95/C5同工况损失仅0.003–0.007 g、Wr 0.001–0.002、CoF 0.23–0.36，较纯PLA磨损损失降约95%；P90/C10损失0.004–0.008 g但CoF波动回升；P85/C15损失0.014–0.019 g且CoF最高达0.58，证明过量填料致磨粒剥落。3.6摩擦系数随β-TCP增至5 wt%下降，10 wt%起波动扩大，15 wt%区间0.30–0.58，最低稳定值仍在5 wt%。3.7–3.8表面粗糙度显示纯PLA磨后Ra由0.189升至0.628 μm；P95/C5由0.189微升至0.522 μm；P90/C10由0.913飙至1.926 μm；P85/C15由1.326至1.489 μm，三维Sa、Sz同步印证5 wt%最抑制犁削。3.9磨痕SEM示纯PLA为黏着转移与浅犁沟，P95/C5为轻微微孔与第三体磨屑，P90/C10起深槽、纤维状拉出与团簇碎屑，P85/C15广泛剥落坑，磨损机制由黏着向磨粒-三体磨损演化。
讨论部分指出，β-TCP用量与分散态决定性能拐点：5 wt%时陶瓷粒承载、抑制链段变形且界面强，故磨损与CoF最优；10–15 wt%因团聚、湿润不足与界面脱粘诱发应力集中，颗粒拔出转为磨粒源，反而劣化。纯PLA软基黏着为主，复合后转磨粒与三体磨损。表面粗糙度升高与磨损率正相关，但非唯一因素，填料分散与第三体交互亦控机制。
结论部分翻译：β-TCP引入显著改变复合材料摩擦学性质且高度依赖含量与分散；5 wt% PLA/β-TCP（P95/C5）在耐磨与CoF稳定性上最佳，均匀分散提供承载并抑塑性变形；10–15 wt%虽硬度升但因团聚、弱界面与应力集中致拔出脱粘而退化；纯PLA主为黏着磨损，复合后转磨粒与三体磨损；β-TCP比例增加抬升粗糙度与不匀应力，损及摩擦学效率；P95/C5较纯PLA磨损损失减95%，最优工况为10 N与100 rpm；结合前作力学数据，5 wt%同时优化力学与摩擦学，后续需补生物学评价以推骨组织工程临床应用。该文发表于《Next Materials》。
