碳纤维表面电沉积法制备羟基磷灰石涂层及玻璃纤维增强不饱和聚酯微孔塑料的研究

摘要

本课题源于导师的陕西省自然科学基础研究计划项目“碳纤维/原位生长纳米HA协同强韧HA复合材料的研究（2014JM6233）”和“玻璃纤维/微孔不饱和聚酯复合材料的研究（2010JM6004）”，是项目的一部分研究工作，具体叙述如下：
　　碳纤维（ CF）具有无蠕变，耐疲劳，热膨胀系数小，弹性模量高，而且具有生物惰性，在人体中可以稳定存在，无毒性，与人体的各种组织相容性好，无排异反应，在纤维的表面能诱发组织生长，作为一种理想的增强材料，已广泛应用于医学、生命科学等领域。羟基磷灰石（ HA）是人体天然骨组织中最主要的无机成分，具有优良的生物相容性及生物活性，其弱点在于脆性较大。为了改善羟基磷灰石的这种脆性，本课题采用CF增强HA复合材料，由于CF的良好力学性能和不错的生物相容性，这种材料有较大的研究前景和研究价值。而 CF与 HA陶瓷在热膨胀系数上的存在巨大差异，为克服CF与HA陶瓷在热膨胀系数上的巨大差异，可对CF的表面进行适当的处理，使纤维和基体间形成良好的界面粘结。因此，此部分研究内容和结论如下：
　　（1）用电化学沉积法在PAN基碳纤维（CF）表面制备了HA涂层，通过SEM（Scanning Electron Microscope）、EDS（Energy Disperse Spectroscopy）和电沉积时极化曲线等表征，研究不同电流密度、沉积时间以及供电模式等工艺参数对涂层形貌结构的影响，探索HA的电化学沉积规律以控制HA形貌结构。研究发现：沉积电流和沉积电压对涂层的相组成和形貌结构有较大影响，在低电流密度下，涂层主要有针状晶粒组成；在高电流密度下，由棒状晶粒组成，增加沉积电流和沉积时间有利于改善涂层的微观结构和均匀性。另外，恒电流模式下制备的涂层，晶粒尺寸更小，形貌结构更加稳定，涂层与基体的结合情况也优于恒电压模式下制备的涂层。
　　（2）微孔塑料是指泡孔均匀且孔径小于100μm的发泡塑料，典型的微孔塑料泡孔直径在5～50μm之间，泡孔密度达109～1012个/cm3，微孔塑料具有质量轻、价格低、隔热和隔音性能好、比强度高、吸收冲击载荷等优点。本文利用酚醛微球为造孔剂，玻璃纤维为增强相，制备了玻璃纤维增强不饱和聚酯微孔塑料（GF/MCUP）复合材料，研究不同配方对 GF/MCUP材料的密度、拉伸，弯曲，冲击等力学性能的影响，从而得到最优配方。通过研究发现：当酚醛微球含量为4％，苯乙烯含量为20%，玻璃纤维含量为19.2%，固化剂含量为1.0%，促进剂含量为0.5%时，复合材料的力学性能最好。

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1绪论

1.1 生物材料概述

1.2 骨和骨组织材料

1.3 羟基磷灰石及其性质

1.4 碳纤维的性质及应用

1.5 碳纤维/羟基磷灰石复合材料

1.6 羟基磷灰石涂层的制备方法

1.7 电化学沉积法制备羟基磷灰石涂层综述

1.8 玻璃纤维增强不饱和聚酯微孔塑料的研究

1.9 本文的研究目的、内容及意义

2 实验部分

2.1 实验材料及实验设备

2.2 碳纤维表面电沉积羟基磷灰石涂层的工艺流程

2.3 玻璃纤维增强微孔塑料复合材料的制备工艺流程

2.4材料性能的测试与表征

3 电化学沉积法制备HA涂层的研究

3.1 沉积电压、电流-时间曲线

3.2 沉积电流对HA涂层的影响

3.3 沉积电压对钙磷涂层的影响

3.4 沉积时间对钙磷涂层沉积的影响

3.5 HA涂层的物相分析

3.6 电化学法沉积羟基磷灰石的机理

4玻璃纤维增强微孔塑料配方的研究

4.1 酚醛微球含量对材料性能的影响

4.2 不同微球含量试样的SEM分析

4.3 苯乙烯含量对材料性能的影响

4.4 固化剂含量对材料性能的影响

4.5 促进剂含量对材料性能的影响

4.6 玻璃纤维含量对微孔复合材料性能的影响

4.7 玻璃纤维增韧机理

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

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