表面处理碳纤维增强羟基磷灰石复合材料研究.pdf

第31卷第3期辽宁工业大学学报(自然科学版)Vol.31,No.3
2011年6月JournalofLiaoningUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Jun.2011

本刊核心层次论文
表面处理碳纤维增强羟基磷灰石复合材料研究

穆柏春，赵斌
（辽宁工业大学材料科学与工程学院，辽宁锦州121001）

摘要：对碳纤维进行表面氧化处理和对氨基苯甲酸表面处理，以这种表面改性碳纤维与羟基磷灰石陶瓷复
合，制备表面改性碳纤维增强羟基磷灰石复合材料，研究各种碳纤维的含量对复合材料的抗弯强度、断裂韧度的
影响。结果表明，表面氧化改性碳纤维可以显著提高材料的性能，其断裂韧度可达基体断裂韧度的2倍，抗弯强
度可达基体抗弯强度的2.48倍。尤其是对氨基苯甲酸表面处理的碳纤维的效果更好，其断裂韧度可达基体断裂韧
度的2.25倍，抗弯强度可达基体抗弯强度的3倍。
关键词：羟基磷灰石；对—氨基苯甲酸；碳纤维；氧化；强韧化
中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1674-3261(2011)03-0163-05

StudyonHydroxyapatiteMatrixCompositesReinforced
bySurfaceModifiedCarbonFibers

MUBai-chun，ZHAOBin
（MaterialsScience&EngineeringCollege,LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou121001,China）

Keywords:hydroxyapatite;p-aminobenzoicacid;carbonfiber;oxidation;
strengtheningandtoughening
Abstract:Thehydroxyapatitematrixcompositesreinforcedbysurfacemodifiedcarbonfibers
werepreparedbyusingeitherthecarbonfibercoatedwithp-aminobenzoicacid,ortheonethatsurface
oxidized.Theeffectsofdifferentcontentsinvariouscarbonfibersonfracturetoughnessandbending
strengthofthecompositeswereinvestigated.Theresultsexpatiatethatthesurfaceoxidizedcarbon
fiberscanmarkedlyimprovethepropertiesofthecomposites.Thefracturetoughnessandbending
strengthofthecompositesare2and2.48timesofthatofthematrix,respectively.Particularly,the
carbonfibercoatedwithp-aminobenzoicacidimprovesthepropertiesofthecompositessignificantly.
Thefracturetoughnessandbendingstrengthofthecompositesare2.25and3timesashighasthatof
thematrix,respectively.

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羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]，简称HA或瓷人工齿和人工骨置换材料。然而，羟基磷灰石
HAP，是在化学成分、组成和结构上酷似人体硬组在高温下极易分解，其烧结性能也因此非常差，导

织(如骨、牙齿)的无机质，是一种具有良好的生物致陶瓷材料力学性能低下，断裂韧度(KIC)不超过1.0
相容性、生物活性、生物亲和性且无毒、无副作用MPa·m1/2，强度较低，且在潮湿的环境中其韦伯模
的生物材料，其表面可与生理环境发生选择性的化量较低(n=5-12)[3]，作为人工种植体其使用可靠性
学反应，诱导和促进骨组织生长，能在界面上与骨较差，这大大限制了它在承载部位骨替换中的应
形成很强的化学性键合[l]，被认为是最有前途的陶用。因此，如何改善并提高HAP陶瓷材料强度、

收稿日期：2011-04-01
基金项目：辽宁省自然科学基金（20062193）；辽宁省专利局资助项目
作者简介：穆柏春(1955-)，男，辽宁锦州人，教授，博士。
164辽宁工业大学学报(自然科学版)第31卷
韧性，是目前研究的热点课题之一，引起了众多学粒度400目）、上海化学试剂厂生产的对–氨基苯甲
[4~9]
者的研究与关注。酸（NH2