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《兰州交通大学》 2016年
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CPP/PLLA骨折内固定复合材料的制备及其性能研究

徐刘碗  
【摘要】:聚乳酸材料具有优良的生物相容性、可降解等性能,但是在作为骨折内固定材料使用过程中,因为弯曲强度低影响了应用的实际效果。解决聚乳酸材料弯曲强度低的一种有效手段是纤维增强。纤维增强是纤维分散于基体之中,使单一材料变成重新组合的复合材料,充分发挥纤维与基体组合后在复合材料中的优异性能。课题采用CPP玻璃纤维增强聚乳酸基体材料。CPP玻璃纤维是高温熔融磷酸二氢钙使其玻璃化,利用自制纺丝机对冷却玻璃液制备的一种新型玻璃纤维材料。这种新的纤维材料具有较好的力学性能和生物降解性能,以它增强的复合材料力学性能得到较大提高。研究中得到以下结论:(1)在开放环境中对磷酸二氢钙进行高温熔融玻璃化,在1300℃高温熔融使其玻璃液澄清,以此制得的纤维表面质量较好。通过XRD分析高温熔融冷却物,确定其为无定形的玻璃态。(2)利用自制纺丝机对磷酸二氢钙的高温熔融冷却液纺丝制备CPP玻璃纤维,最佳纺丝速度是12m/s。在纺丝温度区间为500~550℃之间,制得的CPP玻璃纤维直径分布范围为10~30μm。(3)CPP玻璃纤维拉伸强度随着直径的减小而增大,直径为13μm时最高拉伸强度可达1GPa以上。(4)模拟生物体降解:37℃恒温,PBS缓冲液,pH值为7.2~7.5之间。CPP玻璃纤维直径在降解一开始的48h内无变化,之后开始减小,并有加速减小的趋势。确定了CPP玻璃纤维在模拟生物体中的降解机制为溶胀与溶解相互递进的过程。(5)随着阻降剂加入量的提高,CPP玻璃纤维的力学性能随之降低,而CPP玻璃纤维的降解进程随之减慢。(6)本实验复合材料所用CPP玻璃纤维为含有6%阻降剂的原料制备,既有合适的拉伸强度,又有合适降解性能。CPP/PLLA骨折内固定复合材料的制备工艺为:通过热压工艺成型,热压成型温度为205℃,复合材料中CPP质量分数为50%。以此工艺制得的复合材料弯曲强度最高可达170MPa。
【关键词】:纤维 聚乳酸 拉伸强度 降解 复合材料
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB332;R318.08
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 1 绪论10-17
  • 1.1 选题背景及研究现状10-13
  • 1.1.1 选题背景10
  • 1.1.2 纤维概述10-13
  • 1.1.3 聚乳酸材料研究现状13
  • 1.2 选题意义13-15
  • 1.2.1 增强聚乳酸材料的意义13-15
  • 1.2.2 存在的缺点15
  • 1.2.3 CPP玻璃纤维增强的意义15
  • 1.3 本课题研究目的和内容15-16
  • 1.3.1 研究目的15-16
  • 1.3.2 研究内容16
  • 1.4 课题存在问题及创新点16-17
  • 1.4.1 课题需要解决的问题16
  • 1.4.2 创新点16-17
  • 2 CPP玻璃纤维制备工艺的研究17-28
  • 2.1 引言17
  • 2.2 实验部分17-21
  • 2.2.1 实验材料17
  • 2.2.2 实验设备17-18
  • 2.2.3 实验方法18-19
  • 2.2.4 试样表征19
  • 2.2.5 熔融加热升温程序设计与CPP玻璃纤维制备19-21
  • 2.3 结果与讨论21-27
  • 2.3.2 熔融温度对CPP玻璃纤维的影响21-22
  • 2.3.3 纺丝温度对CPP玻璃纤维直径的影响22-24
  • 2.3.4 纺丝速度对CPP玻璃纤维直径的影响24-26
  • 2.3.5 XRD结构分析26-27
  • 2.4 本章小结27-28
  • 3 CPP玻璃纤维力学性能和降解性能的研究28-36
  • 3.1 引言28
  • 3.2 实验材料和实验设备28-32
  • 3.2.1 实验材料28
  • 3.2.2 实验设备28-30
  • 3.2.3 拉伸试样制备图30
  • 3.2.4 实验流程30-31
  • 3.2.5 试样表征31-32
  • 3.3 实验结果与讨论32-35
  • 3.3.1 纺丝速度对CPP玻璃纤维拉伸强度的影响32-33
  • 3.3.2 直径大小对CPP玻璃纤维拉伸强度的影响33
  • 3.3.3 拉伸断口SEM表面形貌分析33-34
  • 3.3.4 CPP玻璃纤维直径随降解时间变化的关系34-35
  • 3.4 本章小结35-36
  • 4 CPP玻璃纤维降解机理的研究36-43
  • 4.1 引言36
  • 4.2 实验部分36-38
  • 4.2.1 实验材料36
  • 4.2.2 实验设备36
  • 4.2.3 实验药品36-37
  • 4.2.4 降解实验的设计37-38
  • 4.3 结果与讨论38-41
  • 4.3.1 降解时间对CPP玻璃纤维宏观形貌的影响38-39
  • 4.3.2 降解时间对CPP玻璃纤维微观形貌的影响39-41
  • 4.4 CPP玻璃纤维的降解机理分析41-42
  • 4.4.1 CPP玻璃纤维降解的基本原理41-42
  • 4.4.2 影响CPP玻璃纤维降解的因素42
  • 4.5 本章结论42-43
  • 5 阻降剂对CPP玻璃纤维性能的影响43-50
  • 5.1 引言43
  • 5.2 实验部分43-46
  • 5.2.1 实验材料43
  • 5.2.2 实验设备43-44
  • 5.2.3 实验用药品44
  • 5.2.4 实验流程44-45
  • 5.2.5 性能测试和表征45
  • 5.2.6 阻降剂添加的设计45-46
  • 5.3 实验结果与讨论46-48
  • 5.3.1 阻降剂的量对CPP玻璃纤维力学性能的影响46-47
  • 5.3.2 阻降剂的量对CPP玻璃纤维降解性能的影响47-48
  • 5.3.3 XRD分析48
  • 5.4 本章小结48-50
  • 6 CPP/PLLA骨折内固定复合材料的制备及性能研究50-59
  • 6.1 引言50
  • 6.2 实验部分50-56
  • 6.2.1 实验材料50
  • 6.2.2 实验仪器和设备50-51
  • 6.2.3 实验药品51-52
  • 6.2.4 工艺流程52
  • 6.2.5 实验具体步骤52-53
  • 6.2.6 膜片的制备53
  • 6.2.7 热压成型模具的设计与试样制备53-55
  • 6.2.8 性能测试和表征55-56
  • 6.3 结果与讨论56-58
  • 6.3.1 热压成型温度对复合的影响56
  • 6.3.2 CPP:PLLA质量配比(wt%)对复合的影响56-57
  • 6.3.3 弯曲断口形貌观察57-58
  • 6.4 本章小结58-59
  • 结论59-60
  • 致谢60-61
  • 参考文献61-63
  • 攻读学位期间的研究成果63

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