纤维增强PMMA-PMA基复合材料的制备、结构与性能研究

摘要

本实验旨在向PMMA中引入一定量的纤维和丙烯酸甲酯(MA)以提高复合材料的力学性能。 以聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸甲酯(PMMA-PMA)为基体，纤维为增强相，采用悬浮聚合的方法，制备了纤维增强PMMA-PMA基义齿基托复合材料。分别研究了单体配比、引发剂用量、水油比、反应温度以及纤维质量分数对复合材料力学性能的影响。采用万能材料试验机、动态材料试验机、扫描电子显微镜和X-射线衍射分别对复合材料材料的力学性能和断面的微观形貌以及生物相容性等进行了测试和表征。结果表明：随着MA含量和BPO用量的增加，纤维增强PMMA-PMA复合材料的力学性能呈现先增大后减小的趋势。随着水油比和反应温度的增大，纤维增强PMMA-PMA复合材料的力学性能同样呈现先增大后减小的趋势。随碳纤维和氧化锆纤维含量增加，复合材料的断裂面由平整向多层断裂变化，材料的韧性有所提高。当单体比(MMA/MA)为9:1、引发剂用量2.0wt％、水油比为4:1、反应温度为80℃以及氧化锆纤维质量分数为1％时，氧化锆纤维增强复合材料的抗折强度达到最大值80.2MPa。当单体比(MMA/MA)为8:2、引发剂用量为1.6wt％、水油比为3:1、反应温度为80℃以及碳纤维质量分数为1.5％时，碳纤维增强复合材料的抗折强度和压缩强度分别达到最大值110.3MPa和239.3MPa，并且复合材料具有优良的生物相容性。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1绪论

1.1生物材料简介

1.1.1生物材料的分类及基本性质

1.2树脂基复合材料

1.2.1树脂基复合材料的概论及组成

1.2.2树脂基复合材料的特点

1.2.3树脂基复合材料的增强机理

1.2.4树脂基复合材料的性能

1.2.5树脂基复合材料的发展及应用

1.3聚甲基丙烯酸甲酯的性能及主要用途

1.3.1聚甲基丙烯酸甲酯简介

1.3.2聚甲基丙烯酸甲酯的性能

1.3.3聚甲基丙烯酸甲酯的主要用途

1.4纤维增强树脂基复合材料

1.5论文工作的提出

1.5.1研究内容

1.5.2拟解决的关键问题

1.5.3研究方案

2.实验

2.1实验原料和设备

2.1.1实验原料

2.1.2实验仪器及设备

2.2实验方法及工艺流程

2.2.1实验方法

2.2.2实验聚合机理

2.2.3实验工艺流程及步骤

2.3 工艺因素设计

2.3.1单体配比研究

2.3.2引发剂用量研究

2.3.3水油比研究

2.3.4反应温度研究

2.3.5纤维含量研究

2.4性能测试

2.4.1力学性能测试

2.4.2耐疲劳性能测试

2.4.3生物相容性测试

2.4.4扫描电镜(SEM)、红外光谱及XRD分析

2.5实验数据

2.5.1 OP-10浓度与纤维沉淀时间关系表

2.5.2试样工艺参数一览表

2.5.3试样力学性能参数一览表

3结果分析与讨论

3.1碳纤维的分散

3.2.1 ZrO2(f)/PMMA-PMA复合材料的红外光谱分析

3.2.2 ZrO2(f)/PMMA-PMA复合材料的XRD分析

3.3工艺因素对ZrO2(f)/PMMA-PMA复合材料抗折强度的影响

3.3.1单体配比对复合材料抗折强度的影响

3.3.2引发剂用量对复合材料抗折强度的影响

3.3.3水油比对复合材料抗折强度的影响

3.3.4反应温度对复合材料抗折强度的影响

3.3.5氧化锆纤维含量对复合材料抗折强度的影响

3.4 C(f)/PMMA-PMA复合材料的结构分析

3.4.1 C(f)/PMMA-PMA复合材料的红外光谱分析

3.4.2 C(f)/PMMA-PMA复合材料的XRD分析

3.5工艺因素对C(f)/PMMA-PMA复合材料力学性能的影响

3.5.1单体配比对复合材料力学性能的影响

3.5.2引发剂用量对复合材料力学性能的影响

3.5.3水油比对复合材料力学性能的影响

3.5.4反应温度对复合材料力学性能的影响

3.5.5碳纤维含量对复合材料力学性能的影响

3.6 C(f)/PMMA-PMA复合材料疲劳性能的研究

3.6.1疲劳周期对C(f)/PMMA-PMA复合材料抗折强度的影响

3.6.2疲劳试验后复合材料的表面形貌分析

3.7 C(f)/PMMA-PMA复合材料生物相容性的研究

3.7.1浸泡前后C(f)/PMMA-PMA复合材料重量变化

3.7.2 C(f)/PMMA-PMA复合材料浸泡不同时间的XRD分析

3.7.3 C(f)/PMMA-PMA复合材料浸泡后的表面形貌分析

3.7.4 C(f)/PMMA-PMA复合材料浸泡前后的抗折强度分析

4结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录