CF/UHMWPE生物复合材料力学性能与摩擦学性能的研究
发布时间：2020-12-04 04:42
碳纤维（CF）因其优异的性能成为当前最热门新材料之一,被广泛应用到多种领域。本文通过碳纤维（CF）填充对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）进行了改性研究,利用热压成型法制备了UHMWPE和CF/UHMWPE复合材料。在此基础上,通过模拟自然关节的结构,根据仿生学原理,制备了CF/UHMWPE仿生人工关节材料。利用金相显微镜、SEM、XPS、接触角等检测手段对碳纤维表面形貌和化学组分、CF/UHMWPE复合材料的显微结构及组织成分进行了表征。系统地研究了CF/UHMWPE生物复合材料的力学性能和摩擦学性能。得出以下结论:1.通过SEM和XPS分析结果表明碳纤维经过浓硝酸氧化处理后增加了其表面粗糙度以及活性官能团的种类和浓度。经接触角测试分析得知,氧化后的碳纤维表面亲水性明显提高,为CF与UHMWPE两相间形成良好的界面结合提供了有利条件。通过对CF/UHMWPE复合材料的显微形貌与结构观察可知,随着碳纤维含量的增加,碳纤维在复合材料中逐渐出现团聚和脱粘,碳纤维的分散性随之降低。改性后碳纤维在UHMWPE基体中分散性明显优于未改性碳纤维在UHMWPE基体中的分散性,且碳纤维产生团聚和未浸润等...
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纤维表面总XPS图((a)初始碳纤维，(b)硝酸氧化的碳纤维)
图 2 碳纤维表面 C1s 的 XPS 图(a)初始碳纤维，(b)硝酸氧化的碳纤维Fig 2 C1s spectra of carbon fiber ((a) unmodified, (b) HNO3modified)表 2 碳纤维表面 C1s 的成分分析Table 2 C1s of component analysisunmodified CF modified CFEb(eV) content(%) Eb(eV) content(%)C-C(H) 284.8 60.08 284.8 49.12C-O 285.6 16.19 285.7 27.73C=O 287.7 9.8 287.5 11.4COOH 289.0 0 289.1 4.48CO3-orπ→πn290.9 13.92 291.3 7.28O1s/C1s 0.09 0.23
图 3 初始的碳纤维表面在不同时间段的接触角((a)20s，(b)1min，(c)3min)Fig 3 Contact angle graphs of unmodified carbon fiber ((a)20 seconds, (b) after 1 minute, (c)after 3 minutes)图 4 硝酸氧化的碳纤维表面在不同时间段的接触角((a)20s，(b)1min，(c)3min)Fig 4 Contact angle graphs of HNO3modified carbon fiber ((a)20 seconds, (b) after 1 minute, (c)after 3 minutes)2.3.3 SEM 形貌分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]髋关节假体材料的分类及应用进展[J]. 吴骁,何本祥,檀亚军. 中国骨伤. 2016(03)
[2]人工关节超高分子量聚乙烯交联改性的观察[J]. 佟刚,田华,王彩梅,王刚. 中华医学杂志. 2015 (21)
[3]碳纤维表面改性及对其复合材料性能的影响[J]. 王源升,朱珊珊,姚树人,周慧慧,石继梅. 高分子材料科学与工程. 2014(02)
[4]人工关节假体周围炎性骨溶解的生物学机制[J]. 张志强,方永超,王强,王北岳,赵建宁. 中国骨与关节损伤杂志. 2014(01)
[5]磨损微粒诱导细胞凋亡与无菌性松动的研究进展[J]. 刘国印,赵建宁,王瑞. 中国骨伤. 2013(09)
[6]PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究[J]. 袁华,王成国,卢文博,张珊,陈旸,于美杰. 航空材料学报. 2012(02)
[7]不锈钢表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响[J]. 郭治天,熊党生,葛世荣. 理化检验(物理分册). 2001(09)
本文编号：2897031
【文章来源】：安徽理工大学安徽省
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳纤维表面总XPS图((a)初始碳纤维，(b)硝酸氧化的碳纤维)
图 2 碳纤维表面 C1s 的 XPS 图(a)初始碳纤维，(b)硝酸氧化的碳纤维Fig 2 C1s spectra of carbon fiber ((a) unmodified, (b) HNO3modified)表 2 碳纤维表面 C1s 的成分分析Table 2 C1s of component analysisunmodified CF modified CFEb(eV) content(%) Eb(eV) content(%)C-C(H) 284.8 60.08 284.8 49.12C-O 285.6 16.19 285.7 27.73C=O 287.7 9.8 287.5 11.4COOH 289.0 0 289.1 4.48CO3-orπ→πn290.9 13.92 291.3 7.28O1s/C1s 0.09 0.23
图 3 初始的碳纤维表面在不同时间段的接触角((a)20s，(b)1min，(c)3min)Fig 3 Contact angle graphs of unmodified carbon fiber ((a)20 seconds, (b) after 1 minute, (c)after 3 minutes)图 4 硝酸氧化的碳纤维表面在不同时间段的接触角((a)20s，(b)1min，(c)3min)Fig 4 Contact angle graphs of HNO3modified carbon fiber ((a)20 seconds, (b) after 1 minute, (c)after 3 minutes)2.3.3 SEM 形貌分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]髋关节假体材料的分类及应用进展[J]. 吴骁,何本祥,檀亚军. 中国骨伤. 2016(03)
[2]人工关节超高分子量聚乙烯交联改性的观察[J]. 佟刚,田华,王彩梅,王刚. 中华医学杂志. 2015 (21)
[3]碳纤维表面改性及对其复合材料性能的影响[J]. 王源升,朱珊珊,姚树人,周慧慧,石继梅. 高分子材料科学与工程. 2014(02)
[4]人工关节假体周围炎性骨溶解的生物学机制[J]. 张志强,方永超,王强,王北岳,赵建宁. 中国骨与关节损伤杂志. 2014(01)
[5]磨损微粒诱导细胞凋亡与无菌性松动的研究进展[J]. 刘国印,赵建宁,王瑞. 中国骨伤. 2013(09)
[6]PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究[J]. 袁华,王成国,卢文博,张珊,陈旸,于美杰. 航空材料学报. 2012(02)
[7]不锈钢表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响[J]. 郭治天,熊党生,葛世荣. 理化检验(物理分册). 2001(09)
本文编号：2897031
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