镁合金丝/PLA复合材料的制备、界面强度和力学性能研究

发布时间：2021-02-16 22:21

　　可降解聚乳酸的强韧性差,而医用镁合金的腐蚀速率太快,这些都制约了其临床应用。本文利用镁合金丝定向增强聚乳酸基体,采用热压成型工艺制备复合材料,并通过拉拔成型工艺和退火处理使得聚乳酸得到自增强,制备出高强度聚乳酸基复合材料棒材。通过单纤维拔出试验和分子动力学模拟方法研究了镁合金丝表面微弧氧化处理对复合材料两相界面性能的影响及强化机制。采用拉伸、弯曲、剪切等实验方法研究了镁合金丝微弧氧化处理和直径大小对复合材料力学性能的影响,探索了拉拔工艺及退火处理对复合材料中聚乳酸的微观组织、力学性能的影响,主要结论如下：镁合金丝微弧氧化处理能显著改善复合材料界面性能,复合材料两相界面平均剪切强度提高了369.8%,丝材临界埋入深度降低了77.4%,并使得复合材料的界面断裂由原先的界面控制转变为基体控制。对镁合金丝材直径为0.3 mm、含量为6vo1%的复合材料,微弧氧化处理可将复合材料弯曲强度从94 MPa提高至110 MPa,是纯聚乳酸的1.33倍。相同镁合金丝微弧氧化条件下,0.2 mm、0.3 mm、0.45 mm这三种直径镁合金丝对聚乳酸的强化效果明显,且复合材料界面平均剪切强度随丝材直径增大... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 聚乳酸及其复合材料的研究现状
        1.2.1 聚乳酸的性质
        1.2.2 聚乳酸的改性与增强方法
        1.2.3 聚乳酸基复合材料的研究进展
            1.2.3.1 聚乳酸基复合材料的设计
            1.2.3.2 长纤维定向增强聚乳酸基复合材料制备工艺的研究现状
    1.3 镁合金的研究现状
        1.3.1 镁及其合金
        1.3.2 镁合金的表面改性
    1.4 复合材料的界面研究现状
        1.4.1 界面的作用及其与复合材料性能的关系
        1.4.2 两相界面强度的测试方法
        1.4.3 界面结合机理
    1.5 论文的研究目标及其内容
第二章 原材料与实验方法
    2.1 原材料和设备
        2.1.1 原材料及化学试剂
        2.1.2 实验设备
    2.2 实验方法
        2.2.1 镁合金丝的微弧氧化处理
        2.2.2 单纤维拔出试验样品的制备
        2.2.3 复合材料棒材的热成型工艺
        2.2.4 复合材料的退火处理
    2.3 微观组织结构表征
        2.3.1 表面形貌结构表征
        2.3.2 相组成测定和结晶度计算
        2.3.3 MAO膜层表面孔隙率和孔径表征
    2.4 复合材料性能表征
        2.4.1 拉伸性能测试
        2.4.2 弯曲性能测试
        2.4.3 剪切性能测试
        2.4.4 两相界面强度测试
        2.4.5 分子间相互作用的模拟
第三章 镁合金丝增强聚乳酸基复合材料界面性能的研究
    3.1 微弧氧化处理对复合材料界面性能的影响
        3.1.1 丝材力学性能和表面微弧氧化陶瓷层形貌
        3.1.2 单纤维拔出载荷-位移曲线
        3.1.3 界面结合强度
        3.1.4 界面断裂面形貌
    3.2 丝材直径对界面性能的影响
        3.2.1 丝材力学性能和表面微弧氧化陶瓷层形貌
        3.2.2 界面结合强度
    3.3 镁合金丝与聚乳酸的界面结合机理研究
        3.3.1 界面机械锁合力
        3.3.2 界面分子间作用力
    3.4 基于界面强化的复合材料制备工艺讨论
    3.5 本章小结
第四章 镁合金丝增强聚乳酸基复合材料性能的研究
    4.1 复合材料的力学性能
    4.2 复合材料断裂行为研究
        4.2.1 拉伸断裂
        4.2.2 弯曲断裂
    4.3 丝材直径对复合材料力学性能的影响
        4.3.1 拉伸强度
        4.3.2 弯曲强度
        4.3.3 剪切强度
    4.4 拉拔工艺对复合材料性能的影响
        4.4.1 微观组织
        4.4.2 力学性能
            4.4.2.1 拉伸强度
            4.4.2.2 弯曲强度
            4.2.2.3 剪切强度
        4.4.3 退火处理对拉拔后复合材料性能的影响
    4.5 本章小结
第五章 总结
致谢
参考文献
研究生期间发表的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Sn添加对Mg-3.8Zn-2.2Ca镁合金铸态显微组织和力学性能的影响[J]. 杨明波,郭廷长,李洪亮,段成宇,张佳.  稀有金属材料与工程. 2013(08)
[2]纤维增强复合材料界面剪切强度及界面微观结构的表征[J]. 秦文贞,于俊荣,贺建强,陈蕾,诸静,胡祖明.  高分子通报. 2013(02)
[3]镁/聚乳酸复合材料的制备与表征[J]. 刘德宝,孙丽丽,唐怀超,陈民芳.  高分子材料科学与工程. 2012(02)
[4]亚麻纤维增强聚乳酸可降解复合材料的制备与性能[J]. 厉国清,张晓黎,陈静波,申长雨,纪又新.  高分子材料科学与工程. 2012(01)
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博士论文
[1]g-HA/PLA生物复合材料的制备与性能研究[D]. 李佳.哈尔滨工程大学 2009
[2]编织纤维增强树脂基复合材料的制备及表面改性研究[D]. 李皓.天津大学 2009
[3]低聚乳酸水解料合成丙交酯及改性聚（D,L-乳酸）材料研究[D]. 陈佳.重庆大学 2007

硕士论文
[1]碳纤维织物增强聚苯硫醚基复合材料成型工艺及性能[D]. 姜正飞.东华大学 2014
[2]SiC颗粒增强Mg-Zn-Ca-Mn镁基复合材料组织与力学性能研究[D]. 撒兴军.哈尔滨工业大学 2011
[3]β-TCP/PDLLA复合材料制备及生物学性能的研究[D]. 徐鹏.武汉理工大学 2011
[4]医用稀土镁合金支架基体材料制备及力学性能的研究[D]. 于善坤.兰州理工大学 2010
[5]AZ91D镁合金微弧氧化处理耐蚀性及疲劳性能研究[D]. 张勇.国防科学技术大学 2008
[6]单晶MgO抛光基片高质量表面保护研究[D]. 刘超.大连理工大学 2007



本文编号：3037013