編織纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的制備及表面改性研究.pdf

1、三維編織纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、整體性好等優(yōu)異特性，但以聚醚醚酮(PEEK)為基體的復(fù)合材料制備存在較大困難，鮮有報(bào)道；三維編織碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(C3D/PEEK)、三維編織碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂(C3D/EP)復(fù)合材料等因表面惰性而難于進(jìn)行涂覆處理，限制了應(yīng)用，故有必要對(duì)其進(jìn)行表面改性。
　　 本課題研究纖維混編加熱壓制備C3D/PEEK復(fù)合材料的工藝，并對(duì)該材料及用傳統(tǒng)RTM工藝制備的C3D/EP和二維編織碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)

2、脂(C2D/EP)復(fù)合材料進(jìn)行等離子體處理，以改善其表面物理與化學(xué)性能。通過(guò)對(duì)C2D/EP復(fù)合材料表面進(jìn)行等離子體處理、導(dǎo)電膜沉積或離子注入后進(jìn)行硫酸銅電鍍和納米復(fù)合電鍍，得到性能和結(jié)合力優(yōu)異的金屬鍍層；通過(guò)對(duì)C3D/PEEK復(fù)合材料進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和鈣磷層沉積實(shí)驗(yàn)，為獲得具有優(yōu)異生物特性的表面層提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 研究結(jié)果表明，以混編纖維預(yù)干燥2 h后370℃、0.5 MPa真空熔融熱壓可獲得表面狀態(tài)良好、纖維浸漬充分的C3D/

3、PEEK復(fù)合材料，合適的碳纖維體積含量和表面氧化處理可顯著提高材料的力學(xué)性能。
　　 接觸角測(cè)試及XPS、AFM結(jié)果證實(shí)，隨等離子體處理時(shí)間延長(zhǎng)，幾種編織復(fù)合材料親水性均明顯改善，這與試樣的表面粗糙度和活性基團(tuán)數(shù)量增加有關(guān)，但處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)破壞表面已形成的活性基團(tuán)。
　　 形貌分析表明，以適當(dāng)工藝可在幾種復(fù)合材料表面形成具有明顯金屬光澤的金屬離子注入層。研究證實(shí)，樹(shù)脂中摻雜1％聚苯胺導(dǎo)電納米線可使C2D/EP復(fù)合材料電鍍

4、速度加快；隨導(dǎo)電物沉積時(shí)間延長(zhǎng)，C2D/EP復(fù)合材料表面導(dǎo)電性能逐漸增大，而適當(dāng)?shù)牡入x子體處理和金屬離子注入都會(huì)對(duì)C2D/EP復(fù)合材料的后續(xù)電鍍起到良好作用。硬度測(cè)試及SEM分析表明，普通硫酸銅電鍍液中摻雜一定量納米SiO2可使鍍層顯微硬度提高，且隨摻雜量提高硬度增加，摻雜后材料表面電鍍層晶粒顯著細(xì)化，鍍層致密度提高。
　　 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在1.0×104/ml和2.0×104/ml兩種成骨細(xì)胞種植密度下，C3D/PEEK復(fù)合材

5、料表面細(xì)胞數(shù)量均隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而明顯增加，材料表面有形態(tài)良好的細(xì)胞存在，MTT實(shí)驗(yàn)表明材料無(wú)毒性。SEM和EDS結(jié)果表明，經(jīng)等離子體處理、鈦離子注入及堿液處理后的C3D/PEEK復(fù)合材料浸入1.5倍SBF中一段時(shí)間后均有鈣磷化合物層生成，且沉積28天后其球狀顆粒相比7天時(shí)更多且更為細(xì)小、均勻，在幾種不同的預(yù)處理方式中，堿處理的試樣其沉積量和Ca/P原子比均最高。
　　 總之，以混編加熱壓制備的C3D/PEEK復(fù)合材料及RTM制備