本文關(guān)鍵詞：改性聚乳酸基復合材料的制備及性能預(yù)測

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【摘要】：骨修復復合材料已成為生物醫(yī)用復合材料領(lǐng)域研究的熱點之一。目前常用的修復方法,異體骨移植存在免疫排斥問題、自體骨移植存在來源困難的困境,而用金屬材質(zhì)骨材料作為骨修復材料時容易出現(xiàn)“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”等問題。因此,研發(fā)出既能滿足骨修復力學性能上的要求,又具有生物活性,能夠在體內(nèi)降解與吸收,避免二次手術(shù)等特點的骨修復材料必然成為骨修復領(lǐng)域研究的重點。以具有生物活性的無機粒子和聚乳酸為基體,以碳纖維為基體的增強體,制備出碳纖維增強聚乳酸/無機粒子復合材料。該復合材料具有高強度,良好生物活性、以及可降解性的特點,有望成為滿足臨床骨修復要求的一種新型骨修復材料。以JMXRJ作為改性劑,通過溶液共混法,分別對聚乳酸(PLA)及無機粒子進行表面改性處理,制備出PLA/無機粒子復合材料。利用FTIR對改性前后的PLA及無機粒子進行化學結(jié)構(gòu)變化進行分析;通過DSC研究了JMXRJ及無機粒子對PLA熱性能的影響;用接觸角測試儀對PLA及不同含量JMXRJ改性PLA材料進行親水性能分析;利用XRD研究了無機粒子對JMXRJ/PLA材料結(jié)晶度的影響;研究了不同配比JMXRJ、無機粒子對PLA材料力學性能的影響,最終確定JMXRJ/PLA/無機粒子的含量配比為5/100/10時,復合材料的力學性能較好;用偏光顯微鏡觀察了不同溫度下PLA、JMXRJ/PLA及JMXRJ/PLA/無機粒子等溫結(jié)晶20min后晶體的形貌變化。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測了材料在非等溫冷結(jié)晶時不同的降溫速率下的相對結(jié)晶度,對結(jié)晶性能的研究具有重要的參考意義。在上述的基礎(chǔ)之上,選用0°與90°交替的方式鋪層預(yù)浸料,成型工藝為:材料在10MPa的壓力下冷壓30min后,然后在熱壓溫度為145℃,壓力為13MPa,熱壓時間為1.5h,熱壓材料后冷壓至室溫。制備出的CF/PLA/無機粒子復合材料層壓板的彎曲強度為312.74MPa,彎曲模量為9.0233×104MPa,沖擊強度為143.47KJ/m2,完全滿足人體骨骼對力學強度的要求。以模擬體液為介質(zhì),對所制備的CF/PLA/無機粒子復合材料的降解性能進行研究。實驗條件為37±1℃,實驗周期為15周,對復合材料的性能進行測試分析。隨著實驗周期的延長,CF/PLA/無機粒子復合材料的力學性能及基體中PLA的相對分子質(zhì)量不斷減小,但是無機粒子的加入抑制了PLA的自催化作用,使降解速率得到減小;復合材料的質(zhì)量損失率與體積變化率均隨著時間的延長而逐漸增加,而浸泡介質(zhì)的PH值穩(wěn)定在人體酸度所允許的變化范圍內(nèi),在降解15周后材料的彎曲強度仍達到170.875MPa。為模擬人體中水分對骨植入材料性能的影響,分別建立Fick模型以及BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對復合材料在模擬體液中的吸濕量隨時間變化曲線進行研究;復合材料的吸濕行為符合單相Fick吸濕模型,同時,利用BP網(wǎng)絡(luò)可以預(yù)測任意時刻材料的吸濕量,為研究材料的性能提供了一條新思路。
【關(guān)鍵詞】：聚乳酸 復合材料 降解 吸濕性 預(yù)測
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 骨修復材料概論11-12
• 1.2 骨修復材料的類別及研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 PLGA及PGA在生物醫(yī)用材料中的應(yīng)用12-13
• 1.2.2 聚乳酸材料的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 羥基磷灰石及磷酸三鈣陶瓷材料研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 聚乳酸基復合材料在骨修復領(lǐng)域中的應(yīng)用16
• 1.4 復合材料吸濕機理及模型建立16-19
• 1.5 本論文的研究背景意義19-20
• 1.6 本論文的內(nèi)容及創(chuàng)新之處20-21
• 第二章 聚乳酸改性及結(jié)晶性能預(yù)測21-36
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實驗部分22-24
• 2.2.1 實驗所需的藥品及儀器設(shè)備22-23
• 2.2.2 樣品制備23-24
• 2.3 性能測試與表征24-25
• 2.4 結(jié)果與分析25-31
• 2.4.1 材料的FTIR分析25
• 2.4.2 JMXRJ對聚乳酸親水性能的影響25-27
• 2.4.3 JMXRJ改性PLA力學性能的變化27-28
• 2.4.4 JMXRJ改性PLA的DSC熱分析28-29
• 2.4.5 JMXRJ改性PLA的偏光顯微鏡分析29-31
• 2.5 JMXRJ改性PLA材料結(jié)晶性能分析及預(yù)測31-34
• 2.6 本章小結(jié)34-36
• 第三章 納米粒子改性聚乳酸復合材料的制備與結(jié)晶性能預(yù)測36-51
• 3.1 引言36-37
• 3.2 實驗部分37-38
• 3.2.1 實驗所需的藥品及儀器設(shè)備37-38
• 3.2.2 原料的初步處理38
• 3.2.3 JMXRJ/PLA材料及JMXRJ/PLA/無機粒子材料的制備38
• 3.3 性能測試與表征38-39
• 3.4 結(jié)果與分析39-44
• 3.4.1 復合材料的FTIR分析39-40
• 3.4.2 力學性能測試分析40-41
• 3.4.3 無機粒子對JMXRJ/PLA材料的熱性能的影響41-42
• 3.4.4 無機粒子對JMXRJ/PLA材料球晶形貌的影響42-43
• 3.4.5 無機粒子對JMXRJ/PLA材料的結(jié)晶性能的影響43-44
• 3.5 JMXRJ/PLA /inorganic particles材料的結(jié)晶性能的預(yù)測44-47
• 3.6 復合材料成型工藝條件的確定47-49
• 3.7 本章小結(jié)49-51
• 第四章 聚乳酸基復合材料的降解與吸濕性能預(yù)測51-69
• 4.1 引言51-52
• 4.2 實驗部分52-54
• 4.2.1 實驗原料及實驗儀器52-53
• 4.2.2 模擬降解液的配制53-54
• 4.3 材料降解與吸濕性能檢測與表征54-57
• 4.4 結(jié)果與分析57-68
• 4.4.1 無機粒子對聚乳酸降解分子量的變化影響57-58
• 4.4.2 復合材料的質(zhì)量損失率變化58-59
• 4.4.3 復合材料的體積變化率59-60
• 4.4.4 浸泡液PH值變化60-61
• 4.4.5 復合材料降解前后化學結(jié)構(gòu)的變化61-63
• 4.4.6 復合材料的力學性能變化63-64
• 4.4.7 浸泡試樣對浸泡液的吸濕性測定64-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 全文結(jié)論與展望69-71
• 參考文獻71-78
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及取得的研究成果78-79
• 致謝79-80

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