生物降解材料从60年代开始运用于临床,由于其可在体内降解,避免了二次手术,因此被作为一种内固定材料广泛应用。这类材料的代表是聚乳酸(PLA),它具有无毒、无刺激和生物相容性好等特性。但单纯的PLA作为骨折内固定装置机械强度较低,需要与其它材料进行复合增强。羟基磷灰石(HA)是动物与人体骨骼的主要无机成分,具有良好的生物活性,相容性及骨传导性。其机械性能不佳,易脆,对负荷承载性差,不能完全适宜于骨组织工程的要求。本课题设计了碳纤维增强羟基磷灰石/聚乳酸复合生物材料,将碳纤维优异的力学性能,羟基磷灰石良好的生物活性以及聚乳酸的可降解性能相结合。论文研究了三元复合材料的制备工艺和力学性能。 对于多组分复合材料,组分之间的界面结合状态直接影响到材料的力学性能和降解性能。首先,采用丙交酯对羟基磷灰石进行表面接枝,以红外(IR),热失重(TGA),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM)等为表征手段。结果表明,羟基磷灰石接枝聚乳酸后,由针状晶体转变为具有核-壳结构的球状粒子,根据TGA测试结果,聚乳酸在羟基磷灰石表面的接枝率约为5%。经过修饰的无机粒子在有机溶剂中分散性较接枝前有所提高。根据SEM可以看出,在制备的复合材料中羟基磷灰石包裹在聚合物基体中,分散良好。其次,将碳纤维置于浓硝酸中煮沸,由于硝酸的强氧化作用,纤维表面出现纵向沟槽,表面积的增加能提高界面的粘结性能,同时粗糙度的增加还加强了纤维和基体间的机械互锁作用。由SEM可观察到,在外力作用下,断裂的碳纤维表面黏附着大量的PLA基体,断面整体致密,孔洞较少。说明碳纤维的表面处理有效提高了纤维与复合材料基体的界面结合,从而使复合材料的力学强度明显提高。 采用不同的复合工艺制备三元复合材料。结果表明,由于聚乳酸溶液(三氯甲烷为溶剂)粘度较大,流动性差,且碳纤维排列紧密,基体溶液浸渗困难,采用浇模的方法,聚乳酸和羟基磷灰石聚集在表面。为了改进复合工艺,我们采用浸胶的方式,将一定体积分数的碳纤维浸入聚乳酸和羟基磷灰石的混合液,使各组分充分混合浸润,再取出模压成型。制得的三元复合材料表观改善。复合材料具有优异的力学性能,弯曲强度和剪切强度可达到400MPa和300MPa。同时,