羟基磷灰石的表面改性对羟基磷灰石/聚醚醚酮复合材料力学和摩擦性能的影响

采用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石（HA）,并用硅烷偶联剂KH560对其进行表面改性;然后,以聚醚醚酮（PEEK）为基体,通过热压成型工艺制备原始HA/PEEK与改性HA/PEEK复合材料。考察两种HA的引入对复合材料结构、力学性能和摩擦性能的影响。利用XRD、FTIR、FESEM、拉伸测试、DMA和摩擦测试对两种HA/PEEK复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明：HA表面引入了硅烷偶联剂KH560;改性前后HA的晶型结构没有明显改变;两种HA对PEEK基体的结晶结构也没有产生影响;改性HA在PEEK基体中分散均匀;与纯PEEK相比,10wt%改性HA/PEEK复合材料的储能模量增加了55.56%,玻璃化温度增加了3.6℃,磨痕深度降低了31.1%,有效改善了复合材料的热力学性能和摩擦性能;改性HA/PEEK拉伸强度为68.33 MPa,能够满足人骨的强度要求。     

PEEK/HA生物复合材料的结晶动力学

在合成聚醚醚酮(PEEK)的基础上,采用原位聚合法制备了纳米羟基磷灰石(HA)质量分数分别为10%,20%,30%的PEEK/HA复合材料。采用差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米羟基磷灰石对PEEK结晶动力学的影响。通过Kissinger法和Ozawa法分别计算出复合材料结晶动力学参数。结果表明,纳米羟基磷灰石在PEEK/HA复合材料中可起成核剂作用,能降低PEEK结晶活化能,在加入20%纳米羟基磷灰石时,聚醚醚酮复合材料的结晶活化能(ΔE)最低,结晶效果最好。     

碳纤维-AlN/聚醚醚酮复合材料的制备与性能

以聚醚醚酮(PEEK)为基体树脂、碳纤维(CF)和氮化铝(AlN)为填料,通过模压成型的方法制备了抗静电耐热型CF-AlN/PEEK复合材料。采用高阻计、导热系数测定仪、热失重、差示扫描量热仪和SEM研究了CF-AlN/PEEK复合材料的抗静电性能、热性能、力学性能以及降温速率对复合材料性能的影响,并探讨了后期热处理对力学性能的影响。结果表明:当CF和AlN的质量分数均为10%时,CF-AlN/PEEK复合材料的性能较优,其表面电阻率达到108 Ω,比PEEK的表面电阻率提高了6个数量级;导热系数为0.418 W·(m·K)-1,初始分解温度高达573℃;拉伸强度提高了40.4%;降温速率越低,复合材料的熔点越高;后期热处理会影响CF-AlN/PEEK复合材料的力学性能,在270℃下热处理2 h,其拉伸强度可达146 MPa,表明在生产过程中,加工温度是影响复合材料性能的因素之一。      

PEEK—HA—CF复合材料的力学性能和体外生物活性

制备PEEK—HA—CF复合材料,研究了引入CF对其力学性能和体外生物活性的影响．结果表明,CF的引入显著提高了PEEK-HA—CF的强度和模量,且其强度和模量在一定范围内具有更大的可设计性,能够在较宽的范围内满足与人体承力骨力学性能的良好匹配;PEEK—HA—CF复合材料具有良好的生物活性．     

聚醚醚酮/碳化硅复合材料的结构及性能

为满足聚醚醚酮(PEEK)特种封装塑料在特殊环境中应用的高耐热性、高力学性能和透波性能等需求,通过分别将玻璃纤维(GF)和碳化硅纤维(SiC)经熔融共混的方式引入PEEK中,并采用注塑成型的方式制备PEEK复合材料;使用扫描电子显微镜、差示量热扫描仪、万能拉力试验仪、热重分析仪和矢量分析仪对复合材料的拉伸断裂面形貌结构、熔融和结晶行为、力学性能、热稳定性以及电磁屏蔽性能等特性进行了深入研究。结果表明,SiC纤维与PEEK基体具有良好的界面相容性,PEEK/SiC复合材料的力学性能较PEEK/GF复合材料更为优异,其拉伸断裂强度和模量及冲击强度分别可达130.4 MPa,7.39 GPa和14.8 kJ/m²,比纯PEEK分别提高了67%,347%和143%。此外,PEEK/SiC复合材料还表现出优异的热稳定性和良好的透波性能。研究结果说明,小尺寸SiC纤维填充PEEK复合材料具有更优的力学性能、耐热性能和透波性能。为在极端环境中应用的电子封装材料的研究与开发提供了有益的思路。     

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

羟基磷灰石/液晶复合材料仿生人工骨的制备及性能

通过优化的加工条件制备了羟基磷灰石/热致液晶高分子(HA/Vectra A950)复合材料仿生人工骨, 研究了HA含量对复合材料显微结构和力学性能的影响, 分析了HA与Vectra A950共混后的力学性能以及界面结合问题。研究结果表明: 当HA与Vectra A950的质量比小于10∶100时, 复合材料呈现明显的皮芯结构, 皮层液晶微纤高度取向, HA主要分散在芯部, 其模量和强度达到或超过天然骨的力学性能; 随着HA含量的增加, 皮芯结构逐步减弱并消失, 而缺陷显著增加。当HA与Vectra A950的质量比增加到20∶100, 复合材料的力学性能、尤其是韧性显著降低, 这可能是由于HA颗粒与液晶基体之间的结合较差导致的。为保证复合材料仿生人工骨的生物活性, HA的含量应与天然骨接近。因此, 需对HA和Vectra A950的界面进行改性以提高其结合性能。      

镁-羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的制备及表征

为改善羟基磷灰石(HA)/聚乳酸(PLA)复合材料降解后产生的局部酸性环境,提出Mg-HA/PLA复合材料的新体系,采用溶液共混法结合注塑工艺获得Mg-HA/PLA复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析复合材料的显微相貌及物相组成,电子拉伸试验机测试复合材料的力学性能,模拟体液浸泡分析其降解特性。结果表明,采用溶液共混结合注塑工艺可以制备该复合材料;HA与Mg在PLA基体中未出现明显的团聚;HA、Mg与PLA三者保持各自物相;与5%(质量分数)HA/PLA复合材料相比,1.5%(质量分数)Mg添加对5%(质量分数)HA/PLA复合材料的力学性能影响不明显;Mg-HA/PLA复合材料浸泡4周后的pH值为7.41,而HA/PLA复合材料则为6.95。     

HA改性短切碳纤维/PMMA生物复合材料力学性能的研究

采用原位合成与溶液共混的方法,制备了纳米羟基磷灰石(HA)-短切碳纤维（C_f）/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料, 研究了HA对HA-C_f/PMMA复合材料的力学性能和微观结构的影响. 采用万能材料试验机测试了HA-C_f/PMMA复合材料的力学性能,用X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和红外吸收光谱仪(FT-IR)分析测试手段对材料的组成结构及断面的微观形貌等进行了测试和表征. 结果表明,采用卵磷脂改性后的HA纳米片与PMMA基体的界面结合性能得到了有效改善,显著提高了复合材料的力学性能;随着HA含量的增加,HA-C_f/PMMA复合材料的弯曲强度、拉伸强度、压缩强度、弯曲模量和拉伸模量均呈先增大后减小的趋势. 当HA含量在8wt%时,复合材料的力学性能最佳.     

原位聚合法制备的聚醚醚酮/膨胀石墨复合材料及性能

以膨胀石墨(EG)负载对苯二酚后和4,4′-二氟二苯甲酮单体,采用原位亲核缩聚法制备了聚醚醚酮/膨胀石墨复合材料(PEEK/EG)。通过黏度分析法探讨了膨胀石墨对PEEK相对分子质量的影响;采用X射线衍射、差示扫描量热分析和热重分析研究了膨胀石墨对PEEK结晶性能和热性能的影响;通过扫描电镜表征了膨胀石墨在PEEK基体中的分散形态;通过摩擦测试仪研究了PEEK及PEEK/EG摩擦性能。结果表明,原位缩聚过程中引入EG不会影响PEEK晶型;EG含量为0.5%时PEEK/EG复合材料初始分解温度提高10℃,同时,EG在基体中分散效果良好。PEEK/EG-0.5%的磨损率为4.00×10-6 mm2/(N·m),远低于纯PEEK的15.80×10-6 mm2/(N·m)。