三維編織C-K-EP混雜復(fù)合材料性能研究.pdf

1、以三維編織碳纖維/芳綸纖維為增強(qiáng)體，生物相容性良好的環(huán)氧樹脂為基體，采用RTM工藝制備了用于骨折固定器械的三維編織碳纖維/芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧(C/K/EP)混雜復(fù)合材料。對(duì)其力學(xué)性能、摩擦磨損性能及吸濕行為及纖維表面處理的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 通過對(duì)碳纖維和芳綸纖維單纖維體系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，纖維表面處理對(duì)改善復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度有明顯效果，其中碳纖維采用陽(yáng)極氧化處理工藝，電解液選擇(NH4)2HPO4溶液，芳綸纖維在H3PO4溶液

2、中進(jìn)行化學(xué)處理。纖維的SEM觀察和XPS分析表明，表面處理改變了纖維表面的物理和化學(xué)狀態(tài)。在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇復(fù)合處理方法(即(NH4)2HPO4+H3PO4)對(duì)碳/芳綸混雜纖維進(jìn)行表面處理。復(fù)合處理對(duì)連續(xù)纖維混雜復(fù)合材料(HL/EP)及三維編織C/K/EP混雜復(fù)合材料均有良好效果，不但提高了材料的界面結(jié)合強(qiáng)度，而且改善了其彎曲和剪切性能。 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，三維編織芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧(K3D/EP)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度

3、和彎曲模量較低，碳纖維的加入顯著提高了材料的彎曲性能，且出現(xiàn)了明顯的正混雜效應(yīng)；當(dāng)混雜比C/K=3/2時(shí)，三維編織C/K/EP混雜復(fù)合材料具有最高的彎曲強(qiáng)度。隨著碳纖維含量的增加，三維編織C/K/EP混雜復(fù)合材料的橫向剪切強(qiáng)度基本呈下降趨勢(shì)，縱向剪切強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)逐漸增大；碳纖維含量在15-34％范圍內(nèi)變化的混雜復(fù)合材料的橫向剪切強(qiáng)度和縱向剪切強(qiáng)度均偏離了混合定律，出現(xiàn)了正混雜效應(yīng)。三維編織碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧(C3D/EP)復(fù)合材料的沖擊

4、性能較差，芳綸纖維的加入使三維編織C/K/EP混雜復(fù)合材料的沖擊性能得到改善；隨碳纖維含量的增加，材料的彎曲強(qiáng)度保持率先升高后降低。綜上所述，當(dāng)混雜比C/K=3/2時(shí)，三維編織C/K/EP混雜復(fù)合材料具有最佳力學(xué)性能。 本文還對(duì)三維編織C/K/EP復(fù)合材料摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究。在干摩擦條件下，隨著載荷的增加，材料的比磨損率呈遞增趨勢(shì)，摩擦系數(shù)在載荷為150N時(shí)最小；在水的潤(rùn)滑和冷卻作用下，材料的比磨損率和摩擦系數(shù)大幅度降低?；祀s

5、比與材料的摩擦學(xué)性能存在一定關(guān)系，混雜比為C/K=3/2時(shí)，復(fù)合材料的耐磨性最佳；對(duì)磨損表面的SEM觀察認(rèn)為，該混雜復(fù)合材料發(fā)生的是磨粒磨損。與常用的骨折固定材料鈦合金相比，在與45＃鋼偶件對(duì)磨及其它相同條件下，三維編織C/K/EP混雜復(fù)合材料具有更優(yōu)異的摩擦磨損性能。 此外，本實(shí)驗(yàn)對(duì)復(fù)合材料的吸濕行為作了進(jìn)一步研究。C3D/EP、C/K/EP和K3D/EP三種復(fù)合材料在37℃下的吸濕過程均符合Fick定律；由于芳綸纖維具有較強(qiáng)