碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料及其摩擦磨損性能研究.pdf

1、超高分子聚乙烯(UHMWPE)用于人工髖、膝等關(guān)節(jié)置換材料已有50多年的歷史,然而在長(zhǎng)期的臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),UHMWPE易于產(chǎn)生磨屑,從而誘導(dǎo)關(guān)節(jié)假體晚期產(chǎn)生無(wú)菌松動(dòng),降低了人工關(guān)節(jié)的使用壽命。因此迫切需要研究一種新型的假體材料,而碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(CF/PEEK)作為一種理想的人工關(guān)節(jié)替代材料,以超強(qiáng)的力學(xué)性能、優(yōu)良的耐磨損性能以及良好的生物相容性和力學(xué)相容性逐漸受到科學(xué)家們的青睞。
　　 本文研究了碳纖維填充改性PEEK復(fù)合

2、材料的生物摩擦學(xué)性能。利用真空熱壓爐采用模壓成型法制備了不同配比和種類的CF/PEEK復(fù)合材料試樣,對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能(浸潤(rùn)性能、洛氏硬度和壓縮性能)進(jìn)行測(cè)試,并利用紅外吸收光譜評(píng)價(jià)其分子結(jié)構(gòu)及結(jié)晶狀況。另外,采用往復(fù)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)和人工膝關(guān)節(jié)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)探討了碳纖維添加量、長(zhǎng)度、表面氧化處理和潤(rùn)滑劑對(duì)PEEK及其復(fù)合材料摩擦學(xué)磨損性能的影響,通過(guò)摩擦過(guò)程收集到的數(shù)據(jù)計(jì)算出CF/PEEK復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率,并根據(jù)磨損表面的形

3、貌研究其磨損機(jī)制,從而得出最佳的改性參數(shù)。
　　 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證明,CF/PEEK復(fù)合材料浸潤(rùn)性的改善程度與碳纖維的添加量和表面氧化處理有一定的關(guān)聯(lián)性,而與碳纖維的長(zhǎng)度沒(méi)有關(guān)系。碳纖維的填充能夠提高PEEK復(fù)合材料的硬度和壓縮強(qiáng)度。紅外吸收光譜表明,CF/PEEK復(fù)合材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生改變,只是填充后復(fù)合材料的結(jié)晶度增加,碳纖維氧化后增加了極性官能團(tuán)-羰基。碳纖維的添加量、長(zhǎng)度和表面的氧化處理對(duì)CF/PEEK復(fù)合材料的摩擦磨損

4、性能都有一定的影響,其中添加量的影響最為明顯,表面氧化處理次之,長(zhǎng)度最小。當(dāng)碳纖維的添加量為15％時(shí),摩擦系數(shù)和磨損率達(dá)到最小值,磨損率約為純PEEK的八分之一;表面氧化處理后的CF/PEEK復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率與未氧化的CF/PEEK復(fù)合材料相比大約分別減小了0.01和0.5左右;長(zhǎng)度為2mm的CF/PEEK復(fù)合材料的耐摩擦磨損性能略優(yōu)于長(zhǎng)度為1mm的CF/PEEK復(fù)合材料。小牛血清的潤(rùn)滑性能最為優(yōu)良,生理鹽水次之,蒸餾水最差,