三維編織C-K-EP混雜復合材料性能研究.pdf

1、以三維編織碳纖維/芳綸纖維為增強體，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/芳綸纖維增強環(huán)氧(C/K/EP)混雜復合材料。對其力學性能、摩擦磨損性能及吸濕行為及纖維表面處理的影響進行了系統(tǒng)研究。 通過對碳纖維和芳綸纖維單纖維體系進行研究發(fā)現(xiàn)，纖維表面處理對改善復合材料的界面結合強度有明顯效果，其中碳纖維采用陽極氧化處理工藝，電解液選擇(NH4)2HPO4溶液，芳綸纖維在H3PO4溶液

2、中進行化學處理。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狀態(tài)。在以上實驗結果的基礎上，選擇復合處理方法(即(NH4)2HPO4+H3PO4)對碳/芳綸混雜纖維進行表面處理。復合處理對連續(xù)纖維混雜復合材料(HL/EP)及三維編織C/K/EP混雜復合材料均有良好效果，不但提高了材料的界面結合強度，而且改善了其彎曲和剪切性能。 力學性能測試結果表明，三維編織芳綸纖維增強環(huán)氧(K3D/EP)復合材料的彎曲強度

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；當混雜比C/K=3/2時，三維編織C/K/EP混雜復合材料具有最高的彎曲強度。隨著碳纖維含量的增加，三維編織C/K/EP混雜復合材料的橫向剪切強度基本呈下降趨勢，縱向剪切強度在一定范圍內逐漸增大；碳纖維含量在15-34％范圍內變化的混雜復合材料的橫向剪切強度和縱向剪切強度均偏離了混合定律，出現(xiàn)了正混雜效應。三維編織碳纖維增強環(huán)氧(C3D/EP)復合材料的沖擊

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，材料的彎曲強度保持率先升高后降低。綜上所述，當混雜比C/K=3/2時，三維編織C/K/EP混雜復合材料具有最佳力學性能。 本文還對三維編織C/K/EP復合材料摩擦學性能進行了研究。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，摩擦系數(shù)在載荷為150N時最??；在水的潤滑和冷卻作用下，材料的比磨損率和摩擦系數(shù)大幅度降低?；祀s

5、比與材料的摩擦學性能存在一定關系，混雜比為C/K=3/2時，復合材料的耐磨性最佳；對磨損表面的SEM觀察認為，該混雜復合材料發(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＃鋼偶件對磨及其它相同條件下，三維編織C/K/EP混雜復合材料具有更優(yōu)異的摩擦磨損性能。 此外，本實驗對復合材料的吸濕行為作了進一步研究。C3D/EP、C/K/EP和K3D/EP三種復合材料在37℃下的吸濕過程均符合Fick定律；由于芳綸纖維具有較強