生物活性碳纳米纤维增强树脂复合材料的研制

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:web198702
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随着社会经济的发展,交通伤、高处坠落等高能量损伤日益增加,粉碎骨折也随之增多。为使骨折完善愈合和良好功能恢复,需利用骨科修复器件对其进行完善的复位和固定。传统金属材料和单一高分子材料骨科器件各有不足,发展具有高强度、模量适中、应力遮挡作用小、生物相容性的聚合物基复合材料骨修复和固定材料,有利于骨愈合及重塑,如纤维或无机填料等增强的热塑性或热固性复合材料等,成为骨植入材料领域的研究热点。本文采用负载磷酸钙(CaP)纳米粒子短切碳纳米纤维(CNF)对环氧树脂和丙烯酸酯树脂进行增强增韧,考察材料生物学性能,研制了一种新型骨科修复用生物纳米复合材料。首先,结合溶胶凝胶、静电纺丝和原位烧结的技术方法制备了表面和内部负载丰富的磷酸钙纳米粒子的碳纳米纤维(CNF/CaP),通过对溶胶浓度、纺丝工艺和烧结条件的优化,成功制备了纤维直径分布集中、纳米粒子分布均匀的碳纳米纤维,磷酸钙纳米粒子的主要成分为p-磷酸三钙(β-TCP)和羟基磷灰石(HA),在碳纤维上的负载量达到大于10wt%。其次,利用高功率超声剪切技术将连续的CNF/CaP剪切成为离散的短切纤维,其长度分布集中,通过调整超声参数,可对超声后短切纤维的长度分布进行一定程度的控制。由于其纳米粒子主要负载在纤维内部,在物理条件处理下具有极强的纳米粒子保有率,经过500W高功率超声40min后仍能够保留80%的纳米粒子。最后,将短切的生物活性碳纳米纤维与环氧树脂或丙烯酸酯树脂进行复合,获得新型骨修复用生物纳米复合材料。其中磷酸钙纳米粒子负载的碳纳米纤维起到增强增韧作用,并提供一定的钙离子释放,改善材料的生物活性和骨引导性。本文所研制的短切生物活性碳纳米纤维增强环氧树脂复合材料,其弯曲强度可达160MPa,弯曲模量可达6GPa,与人体皮质骨的力学性能相近,能够满足作为接骨板材料的要求。综上所述,负载磷酸钙纳米粒子的短切碳纳米纤维可作为骨修复树脂复合材料的填料,具有增强增韧、生物相容性好、一定生物活性的优点,有望成为新一代骨科修复器件用生物纳米复合材料。
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