聚甲基丙烯酸甲酯基复合材料人工骨板的制备及性能研究

摘要

由于各种疾病、创伤及交通事故等造成的骨组织损伤，已成为常见病和多发病。临床上广泛使用的人工替代材料，主要有生物医用金属及合金、生物陶瓷、生物医用高分子材料等。根据临床使用部位及要求的不同，已有多种材料及产品获得了应用。 本论文是以颅骨、骨折固定板为研究背景，选择了聚甲基丙烯酸甲酯基复合材料为研究对象，研制出无机纤维增强PMMA/HA复合材料人工骨板。其材料结构特点在无机纤维与PMMA复合体表面涂覆了羟基磷灰石微粉。与单一PMMA相比，提高了复合材料的力学性能，综合性能优于人体颅骨、胫骨，改善了材料的生物活性和生物相容性。采用多层涂覆和模压技术制备复合材料人工骨板。针对复合材料人工骨板的物理性能和力学性能，研究了含胶量、模压温度、模压压力、模压时间等对复合材料力学性能的影响，重点研究了含胶量与复合材料韧性的关系。利用扫描电镜观察复合材料的微观形貌，依据相关国家标准测定了复合材料的含胶量、密度、吸水率及力学强度。利用水滴实验法测定复合材料的润湿性。通过实验得到了最佳组分和成型工艺参数：模压温度为120℃，模压时间为8h，模压压力为14MPa。含胶量达到55.58％时，力学性能达到最好，力学测试结果：拉伸强度为80.5MPa，压缩强度为129.9MPa，弯曲强度为100.7MPa，冲压剪切强度为156.3MPa，冲击韧性为13.6 KJ/㎡，优于人体颅骨力学强度，和人体胫骨力学强度相当。密度为1.36g/Cm3，吸水率低于O．9％。为了进一步提高复合材料的生物活性和成骨性，在模拟体液中对复合材料进行表面改性及稳定性试验。结果显示：材料经模拟体液浸泡后表面会沉积一层与骨无机成分相似的类骨磷灰石物质，且试样表面逐渐生成针状、片状及近似球状的类骨磷灰石，属于与人体组织具有良好结合的B型碳酸羟基磷灰石。力学强度（拉伸强度、压缩强度）测试结果显示，材料力学性能保持基本稳定，说明该复合材料具有安全可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究目的及意义

1.1.1生物材料研究应用状况

1.1.2人工骨板的研究及应用

1.2材料种类

1.3本论文主要研究的内容及要解决的问题

1.3.1主要研究内容

1.3.2拟解决的关键问题

第2章复合材料骨板的组成及成型技术

2.1组成

2.1.1基础材料

2.1.2增强材料

2.1.3表面涂层

2.2复合材料成型技术

2.2.1手糊成型技术

2.2.2喷涂成型

2.2.3铺层成型技术

2.2.4纤维缠绕成型技术

2.2.5拉挤成型技术

2.2.6树脂传递模塑成型(Resin Transfer Molding,简称RTM)

2.2.7真空袋法成型

2.3模压成型技术

2.3.1模压技术

2.3.2模压成型工艺流程

2.3.3模压成型工艺技术的特点

2.3.4典型产品

2.4影响材料性能的因素

2.4.1材料组份

2.4.2模压温度

2.4.3模压压力

2.4.4模压时间

2.5小结

第3章PMMA基复合骨板的制备及性能测试

3.1材料及方法

3.1.1材料及仪器

3.1.2实验方法

3.2制备工艺确定的原则

3.3复合骨板形貌

3.3.1骨板截面图

3.3.2骨板断面微观形貌

3.3.3骨固定板照片

3.4含胶量(烧失量)的测定

3.5力学性能的测定

3.5.1拉伸强度

3.5.2压缩强度

3.5.3弯曲强度

3.5.4冲压剪切强度

3.5.5冲击韧性

3.5.6分析与讨论

3.6密度的测定

3.7复合材料的浸润性

3.7.1润湿现象

3.7.2水滴实验法

3.7.3θ的测定

3.8吸水率的测定

3.9小结

第4章复合材料表面改性及在模拟体液中的稳定性

4.1表面改性

4.1.1模拟体液的配制

4.1.2试验方法

4.1.3结果

4.1.4分析

4.2材料在模拟体液中的力学性能

4.2.1实验方法

4.2.2结果

4.3小结

第5章结论

参考文献

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致谢