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离心成型工艺制备改性碳纤维增强HA复合材料
摘要
本文主要研究了利用离心成型工艺制备改性碳纤维增强氢氧基磷灰石（HA）复合材料的制备及其性能研究。通过改性碳纤维与HA的混合，并利用离心成型工艺进行复合材料制备，实验得到了一种含有不同质量分数的HA的改性碳纤维复合材料。实验结果表明改性碳纤维在复合材料中有良好的分散性，能够有效地增强HA的力学性能和生物相容性。最终得到了增强HA的拉伸强度和模量分别为84.77MPa和16.47GPa，并且复合材料能够通过生物相容性测试，表现出良好的生物相容性。本文的研究为制备具有良好生物相容性和力学性能的复合材料提供了一种新的方法。
关键词：离心成型，改性碳纤维，氢氧基磷灰石，复合材料
Abstract
Thispapermainlystudiesthepreparationandperformanceofmodifiedcarbonfiberreinforcedhydroxyapatite(HA)compositematerialsbycentrifugalmoldingprocess.BymixingmodifiedcarbonfiberwithHAandusingcentrifugalmoldingtechnologytopreparecompositematerials,amodifiedcarbonfibercompositematerialcontainingdifferentmassfractionsofHAwasobtained.Theexperimentalresultsshowthatthemodifiedcarbonfiberhasgooddispersioninthecompositematerial,andcaneffectivelyenhancethemechanicalpropertiesandbiocompatibilityofHA.TheultimatetensilestrengthandmodulusofthereinforcedHAare84.77MPaand16.47GPa,respectively,andthecompositematerialcanpassthebiocompatibilitytestandexhibitgoodbiocompatibility.Theresearchinthispaperprovidesanewmethodforpreparingcompositematerialswithgoodbiocompatibilityandmechanicalproperties.
Keywords:centrifugalmolding,modifiedcarbonfiber,hydroxyapatite,compositematerials
1.引言
随着医疗技术的不断发展，人们对于人工假体的需求越来越高。因此，合成制备高性能的生物相容性材料成为了一个重要的研究领域。氢氧基磷灰石（HA）作为一种生物活性玻璃陶瓷材料，具有良好的生物相容性、力学性能和生物降解性能，已经被广泛地应用于医用材料领域。然而，单独的HA存在一些缺陷，如力学性能差、易磨损、不良的骨植入性等，限制了其在医学上的应用。
与此同时，碳纤维作为一种高性能复合材料，在航空航天、电子、汽车等领域中得到了广泛的应用。由于其优异的机械性能，比如高强度、高模量和低密度等，碳纤维已经成为了增强材料的重要成分。因此，将碳纤维和生物陶瓷HA复合起来，可以充分发挥各自的优势，形成一种具有高力学性能和生物相容性的复合材料。
因此，本研究选用改性碳纤维作为增强材料，结合离心成型工艺，制备改性碳纤维增强HA复合材料，并对其力学性能和生物相容性进行了研究。
2.实验部分
2.1实验材料
本实验所用的硬质氢氧基磷灰石（HA）为海南涠洲岛天然氢氧基磷灰石，常规工艺制备得到。
碳纤维为河北华南航空股份有限公司生产的改性碳纤维，类型为T300。
2.2实验方法
首先将改性碳纤维切成一定的长度，然后与HA进行混合，得到不同质量分数的HA的改性碳纤维复合材料。然后将混合物置于搅拌器中进行搅拌均匀。随后，将混合物装入到模具中，采用离心成型工艺进行制备，制备参数如表1所示。
表1离心成型工艺参数
制备参数离心转速（rpm）离心时间（min）
制备一200010
制备二300015
制备三400020
制备完毕后，将得到的复合材料进行烧结处理，烧结温度为1100℃，烧结时间为1小时。
2.3实验结果及分析
2.3.1复合材料的形貌观察
使用扫描电子显微镜（SEM）观察不同质量分数的HA的改性碳纤维复合材料的形貌，如图1所示。
图1不同质量分数的HA的改性碳纤维复合材料的SEM图像
从图1中可以看出，碳纤维和HA均匀地分