碳纖維增強聚醚醚酮復(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)生無菌松動,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,對復(fù)合材料的力學(xué)性能(浸潤性能、洛氏硬度和壓縮性能)進行測試,并利用紅外吸收光譜評價其分子結(jié)構(gòu)及結(jié)晶狀況。另外,采用往復(fù)摩擦磨損實驗機和人工膝關(guān)節(jié)摩擦磨損實驗機探討了碳纖維添加量、長度、表面氧化處理和潤滑劑對PEEK及其復(fù)合材料摩擦學(xué)磨損性能的影響,通過摩擦過程收集到的數(shù)據(jù)計算出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、貌研究其磨損機制,從而得出最佳的改性參數(shù)。
　　 實驗的結(jié)果證明,CF/PEEK復(fù)合材料浸潤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,而與碳纖維的長度沒有關(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-羰基。碳纖維的添加量、長度和表面的氧化處理對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,長度最小。當(dāng)碳纖維的添加量為15％時,摩擦系數(shù)和磨損率達到最小值,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;長度為2mm的CF/PEEK復(fù)合材料的耐摩擦磨損性能略優(yōu)于長度為1mm的CF/PEEK復(fù)合材料。小牛血清的潤滑性能最為優(yōu)良,生理鹽水次之,蒸餾水最差,