论文部分内容阅读
以三维编织碳纤维/芳纶纤维为增强体,生物相容性良好的环氧树脂为基体,采用RTM工艺制备了用于骨折固定器械的三维编织碳纤维/芳纶纤维增强环氧(C/K/EP)混杂复合材料。对其力学性能、摩擦磨损性能及吸湿行为及纤维表面处理的影响进行了系统研究。通过对碳纤维和芳纶纤维单纤维体系进行研究发现,纤维表面处理对改善复合材料的界面结合强度有明显效果,其中碳纤维采用阳极氧化处理工艺,电解液选择(NH4)2HPO4溶液,芳纶纤维在H3PO4溶液中进行化学处理。纤维的SEM观察和XPS分析表明,表面处理改变了纤维表面的物理和化学状态。在以上实验结果的基础上,选择复合处理方法(即(NH4)2HPO4+H3PO4)对碳/芳纶混杂纤维进行表面处理。复合处理对连续纤维混杂复合材料(HL/EP)及三维编织C/K/EP混杂复合材料均有良好效果,不但提高了材料的界面结合强度,而且改善了其弯曲和剪切性能。力学性能测试结果表明,三维编织芳纶纤维增强环氧(K3D/EP)复合材料的弯曲强度和弯曲模量较低,碳纤维的加入显著提高了材料的弯曲性能,且出现了明显的正混杂效应;当混杂比C/K=3/2时,三维编织C/K/EP混杂复合材料具有最高的弯曲强度。随着碳纤维含量的增加,三维编织C/K/EP混杂复合材料的横向剪切强度基本呈下降趋势,纵向剪切强度在一定范围内逐渐增大;碳纤维含量在15-34%范围内变化的混杂复合材料的横向剪切强度和纵向剪切强度均偏离了混合定律,出现了正混杂效应。三维编织碳纤维增强环氧(C3D/EP)复合材料的冲击性能较差,芳纶纤维的加入使三维编织C/K/EP混杂复合材料的冲击性能得到改善;随碳纤维含量的增加,材料的弯曲强度保持率先升高后降低。综上所述,当混杂比C/K=3/2时,三维编织C/K/EP混杂复合材料具有最佳力学性能。本文还对三维编织C/K/EP复合材料摩擦学性能进行了研究。在干摩擦条件下,随着载荷的增加,材料的比磨损率呈递增趋势,摩擦系数在载荷为150N时最小;在水的润滑和冷却作用下,材料的比磨损率和摩擦系数大幅度降低。混杂比与材料的摩擦学性能存在一定关系,混杂比为C/K=3/2时,复合材料的耐磨性最佳;对磨损表面的SEM观察认为,该混杂复合材料发生的是磨粒磨损。与常用的骨折固定材料钛合金相比,在与45#钢偶件对磨及其它相同条件下,