生物活性碳納米纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的研制.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通傷、高處墜落等高能量損傷日益增加，粉碎骨折也隨之增多。為使骨折完善愈合和良好功能恢復(fù)，需利用骨科修復(fù)器件對其進(jìn)行完善的復(fù)位和固定。傳統(tǒng)金屬材料和單一高分子材料骨科器件各有不足，發(fā)展具有高強(qiáng)度、模量適中、應(yīng)力遮擋作用小、生物相容性的聚合物基復(fù)合材料骨修復(fù)和固定材料，有利于骨愈合及重塑，如纖維或無機(jī)填料等增強(qiáng)的熱塑性或熱固性復(fù)合材料等，成為骨植入材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文采用負(fù)載磷酸鈣(CaP)納米粒子短切

2、碳納米纖維(CNF)對環(huán)氧樹脂和丙烯酸酯樹脂進(jìn)行增強(qiáng)增韌，考察材料生物學(xué)性能，研制了一種新型骨科修復(fù)用生物納米復(fù)合材料。
　　首先，結(jié)合溶膠凝膠、靜電紡絲和原位燒結(jié)的技術(shù)方法制備了表面和內(nèi)部負(fù)載豐富的磷酸鈣納米粒子的碳納米纖維(CNF/CaP)，通過對溶膠濃度、紡絲工藝和燒結(jié)條件的優(yōu)化，成功制備了纖維直徑分布集中、納米粒子分布均勻的碳納米纖維，磷酸鈣納米粒子的主要成分為β-磷酸三鈣(β-TCP)和羥基磷灰石(HA)，在碳纖維上的負(fù)

3、載量達(dá)到大于10Wt％。
　　其次，利用高功率超聲剪切技術(shù)將連續(xù)的CNF/CaP剪切成為離散的短切纖維，其長度分布集中，通過調(diào)整超聲參數(shù)，可對超聲后短切纖維的長度分布進(jìn)行一定程度的控制。由于其納米粒子主要負(fù)載在纖維內(nèi)部，在物理?xiàng)l件處理下具有極強(qiáng)的納米粒子保有率，經(jīng)過500W高功率超聲40min后仍能夠保留80％的納米粒子。
　　最后，將短切的生物活性碳納米纖維與環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯樹脂進(jìn)行復(fù)合，獲得新型骨修復(fù)用生物納米復(fù)合材料

4、。其中磷酸鈣納米粒子負(fù)載的碳納米纖維起到增強(qiáng)增韌作用，并提供一定的鈣離子釋放，改善材料的生物活性和骨引導(dǎo)性。本文所研制的短切生物活性碳納米纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其彎曲強(qiáng)度可達(dá)160MPa，彎曲模量可達(dá)6GPa，與人體皮質(zhì)骨的力學(xué)性能相近，能夠滿足作為接骨板材料的要求。
　　綜上所述，負(fù)載磷酸鈣納米粒子的短切碳納米纖維可作為骨修復(fù)樹脂復(fù)合材料的填料，具有增強(qiáng)增韌、生物相容性好、一定生物活性的優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代骨科修復(fù)器件用生物