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材料学论文

羟基磷灰石填充乙烯乙烯醋酸乙烯共聚物复合材料的力学性能：

粒子的影响

大小和形态

简介

在过去的几十年里，聚合物羟基磷灰石（HAP）复合材料已引起人们很大的兴趣，因为它们表现出的一些措施，结构和机械等同于天然骨。

文献报告许多高分子磷灰石适用于各种应用程序。

1-6页乙烯醋酸乙烯酯（EVA）共聚物与羟基磷灰石复合材料的代表这样一个系统，显示修复/充实的头盖骨畸形的巨大潜力。

7-9是这些材料在植入兔子体内的研究表明。

最重要的两个要求，一个理想的cranioplastic植入应符合：

（i）生物活性，即材料的性能是通过化学超微结构来整​​合它与骨组织的接触（ii）可塑性，即在形成植入术时保持轻松以适应复杂地形的颅骨缺损。

它已被确定是一种生物活性物质有利于骨的假体上早期固定，提高了假体的使用寿命，即使假体植入物与组织匹配，它依然如此。

11长荣磷灰石复合从而使下一个为颅骨修补的理想材料，因为它们既包括生物活性和延展性的特性。

存在的羟基磷灰石，磷酸钙陶瓷组成类似的骨矿物相，赋予生物活性，促进骨沉积到表面，而不是鼓励骨吸收。

12长荣另一方面是生物相容性的聚合物共聚。

13，14已在各种生物医学应用，例如给药，作为髓内钉用于固定在骨骨折克氏针涂料。

长荣的热塑弹性体和非晶性质允许没有重大损失，其延展性高的填料数量纳入。

羟基磷灰石的生物活性陶瓷和热塑性弹性体长荣的组合有两个独特优势。

17羟基磷灰石的存在提高了复合材料的力学性能，也使复合生物活性，

（2）长荣的存在将呈现复合延展性，便

利按照形成综合/在颅骨缺损创建了精确的雕塑。

羟基磷灰石-长荣复合发展从而有望给一个有前途的颅骨修补材料.。

本文报告了新型羟基磷灰石-长荣复合材料的编制及对其力学性能的评价。

对关于羟基磷灰石的颗粒大小和拉伸载荷下，弯曲，冲击载荷复合材料力学行为进行了讨论。

表格一

乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）（PolylabRheomix600，哈克，德国）属性附120毫升混合室。

A级的聚合物熔体流动指数温度{克/（10minÀ1）}一密度（克/立方厘米）的0.93毅仁的E1818228250.95混合室维持在140和120℃，分别为复合材料制成的的E18和毅仁。

反旋转凸轮与转子转速40转用整个的COM

为研究复合材料的制备成分列于表三。

当时的混合粉末在熔化和混合转矩流变仪

材料与方法

材料

乙烯醋酸乙烯酯共聚物

长荣共聚物的两个等级E18和E28

（Shriswasan化工（男），孟买，印度），被用来作为接受;其详细属性如表一。

羟基磷灰石

羟基磷灰石合成的两种级别，即喷雾干燥羟基磷灰石（HS）和冻干羟基磷灰石（高频）也使用。

无论是羟基磷灰石的分数在实验室合成的沉淀涉及氨化硝酸钙和磷酸氢铵解决方案的路线，按照既定程序。

8.18羟基磷灰石合成的特点为粒径（马尔文的Mastersizer2000粒度分析仪，马尔文仪器，英国）和表面形貌（乔尔的JSM-5400扫描电子显微镜）。

平均粒径（d0.5），粒度分布，为研究中使用的比表面积羟基磷灰石的成绩列于表二。

合成的羟基磷灰石粉末被发现有广泛的单一模式粒度分布为5.8流明（为HS）和492流明（高频）的平均粒径。

这两种粉末在鲥鱼中微观尺寸的大量颗粒。

从羟基磷灰石成绩形态的差异可以看出，电子显微镜扫描这两个粉末在图1（甲，乙）。

喷雾干燥粉末[图。

1（a）条]有球形形态，而冻干粉呈不规则的形态，是作为亚微米晶羟基磷灰石团聚发现[图。

1（b）条]。

复合材料的制备

长荣的深冷地面预干燥粉末，用羟基磷灰石粉在国内果汁（在100℃烘干2小时）混合约15分钟。

羟基磷灰石长荣复合材料含有10，20，30和40vol％的羟基磷灰石制备了聚合物基毅仁。

40vol％的复合材料羟基磷灰石制备了聚合物基体的E18。

指定和复合材料的制备成分列于表三。

当时的混合粉末熔化并在转矩流变仪冲击过程混合。

混合时间为6分钟，并在其中的羟基磷灰石-EVA复合材料被倾倒的扭矩流变仪，并在实验室模型液压机（Santhosh产业，孟买）模塑压缩了结束。

温度和压力用于压缩成型风险从120-150C和20-100公斤的IED/（平方厘米），分别经不同体积百分比的羟基磷灰石复合材料在加载。

作者：

毅仁的E18和密度为0.93和0.95克/立方厘米，分别为。

理论3.16克密度/立方厘米假定为羟基磷灰石。

这些密度来计算所需的复合材料生产出一系列的重量。

填料的分散性和分布的研究，在EVA基体羟基磷灰石颗粒分布追究E28Hs40和E28Hf40复合材料。

压缩成型E28Hs40是microtomed下透射光显微镜（利时，德国）观察。

复合E28Hf40发生断裂后，在液氮中浸泡，溅射镀上了黄金，并进行扫描电镜检查。

羟基磷灰石含量的测定

对各种压缩成型复合材料灰分含量测量，以量化的羟基磷灰石复合材料的数量。

中的片状标本曾被随机配件模压复合板，放置在干燥氧化铝坩埚，马弗炉中燃烧，以700C为标准烧24小时，会化为灰烬。

把灰化后的标本，并在干燥器中冷却储存。

所有的重量检测均在室温下电子秤（洛杉矶230S，赛多利斯，德国）有60.1毫克的准确性。

灰分含量分别计算为原试样重量的百分比

表二，羟基磷灰石粉体的粒度及粒度分布

粒度（流明）

材料代号比表面积（平方米gÀ1）d0.1d0.5d0.9

Hs1.3922.25.814.0

Hf0.4187.249.2121.1

高分子材料科学分类号10.1002/app

图1电子显微镜扫描

（一）喷雾干燥及（b）冻干粉羟基磷灰石

拉伸性能

拉伸测试的标本，打了一个由挤压成型复合板哑铃死亡。

试样尺寸均按照ISO527（A2型）。

拉伸力学性能进行了测定采用万能试验机（兹维克1485年，德国）在22℃62C的测试是根据ISO527-1：

1993。

应变速率用于测试was1minÀ1。

平均值分别来自六个哑铃标本进行测试。

弯曲性能

复合材料的弯曲性能进行了分析，在万能试验机（Zwick1485，德国）。

三点弯曲法被用于这一目的。

之间的支持（跨距长度）的距离为三二毫米维持美国ASTMð790-97的要求。

矩形试样的尺寸（44毫米×12.7毫米）被打了明智的方向从压缩成型复合斑块。

该标本轻轻擦拭使用1000级硅纸，由4000级其次，以改善纸张表面光洁度。

1毫米/分钟十字头速度是用于测试。

平均值分别来自六个矩形棒进行测试。

冲击性能

摆锤式冲击试验的无缺口试样进行冲击试验机（Ceast6545，意大利）根据ISO179-1:

2000使用一个158Ĵ摆。

矩形试样的尺寸（80毫米×10毫米）分别打了4毫米厚的压缩成型斑块，而且这种影响是在沿边方向执行。

使用的跨度为6060.5毫米。

至少有六个抛光标本用于测试各种材料组成的复合材料。

断口

该复合材料样品的拉伸断口在各种放大扫描电子显微镜通过了审查了。

结果与讨论

复合材料的加工

复合材料具有良好的分散性和颗粒将最终产生一个与各向同性复合分布特性相一致。

这张照片，显微照片[图。

2（一，二）羟基磷灰石-长荣康波站点]表明，羟基磷灰石颗粒良好

表三

复合材料的组成及羟基磷灰石和长荣复合物的应用与研究

聚合物基羟基磷灰石

（vol%）（vol%）

材料代码E18E28HfHs

羟基磷灰石性能，填充长荣共聚物的复合材料1957

图2分布毅仁的羟基磷灰石粒子在40vol％的羟基磷灰石装载矩阵。

（一）E28Hs40和（b）E28Hf40。

分布式和分散在聚合物基体。

此外，灰化分析，得出（表四）塑造标本显示国税发损失的HAP粒子质量分数小于3％，使用这种工艺路线。

拉伸性能

羟基磷灰石的影响负荷和颗粒大小

很显然，从材料的拉伸应力应变曲线的羟基磷灰石长荣复合材料制备从毅仁，含羟基磷灰石（图3）不同体积分数。

羟基磷灰石-长荣复合材料具有韧性和脆性双方的行为，经羟基磷灰石纳入到长荣的数额取决于聚合物未填充的长荣的展品典型的应力应变曲线的柔软，强韧的聚合物材料低模量和屈服应力低的特点，但非常高的断裂伸长率。

与10，20和30vol％的羟基磷灰石复合材料的应力染色曲线也类似于毅仁看过。

在失败的菌株，但发现与羟基磷灰石的增加而减小，在装货。

缩颈还指出拉力试验期间与“30％的羟基磷灰石复合材料的卷。

对于40vol％的复合羟基磷灰石，应力应变曲线呈线性弹性行为的一个塑料的行为之后没有锋利的屈服点，典型的刚性填料高填充弹性材料。

值得一提的是，在如此高负荷的羟基磷灰石材料的线弹性区域以外的失败，这表明，复合材料的延性维持随着填料含量的增加，所录制的应力应变曲线变得陡峭，断裂伸长率较低。

的应力应变曲线的HAP为E28Hf40获得各种荷载的性质也类似于E28Hs40记录的，但在应力，应变值越低，而模

表四

灰化分析数据显示羟基磷灰石的程度

混合羟基磷灰石长荣混合物羟基磷灰石成立

聚合物基体的影响的性质

图4给出的E18，E18Hs40和E18Hf40的应力应变曲线。

作者的E18应力应变曲线相似，但毅仁，但在更高的断裂应力，低应变断裂发生。

羟基磷灰石的40％，此外第一卷影响了复合灾难性的延展性。

图3拉伸应力应变从毅仁在喷涂制备不同体积分数对复合材料羟基磷灰石干燥曲线。

图4应力应变的HAP-EVA复合材料的曲线。

（-）的E18，（N）的E18Hs40，和（〜）E18Hf40。

拉伸强度，杨氏模量，断裂应变值的E28Hs40，E28Hf40，E18Hs40，E18Hf40，并填补聚合物（E28和的E18）列于表五。

对于来自E28和的E18，羟基磷灰石复合材料的制备除了增加导致断裂应变与相应减少了杨氏模量的值。

拉伸强度值，然而，表现出不同趋势。

虽然是在拉伸强度值是在增加的毅仁病例发现，该值从下降了复合材料制成的E18。

拉伸强度和E18Hs40杨氏模量的值，但是，发现是比E28Hs40高。

应变断裂的E18Hs40，另一方面，较低的E28Hs40。

拉伸强度，杨氏模量，断裂应变类似变化着称E18Hf40和E28Hf40。

拉伸填补，如羟基磷灰石，长荣所得聚合物体系骨折通常由一个空化阶段，矩阵和填料脱粘。

因此，作为复合在这个阶段的泡沫，然后系统的极限强度对这种泡沫强度和应变硬化能力的任何可能发生的程度取决于聚合物链绘制。

使用的聚合物矩阵彼此各不相同，醋酸乙烯含量而言，这研究和熔体流动指数。

聚合物基体的毅仁具有较高的醋酸乙烯含量和高价值的小额信贷机构的E18相比，与基体聚合物。

较高的小额信贷机构的价值是与一对聚合物的分子量较低的值。

据报道，高分子量聚合物可望比低年级更大的分子应变硬化能力并因此能承受更高的负载能力后，气蚀发生。

19这解释了拉伸强度和复合材料制造的E18从杨氏模量较高的值时，由毅仁制作相比。

聚合物基体的毅仁具有较高的醋酸乙烯含量和高价值的小额信贷机构，与基体聚合物的E18相比。

较高的小额信贷机构的价值是与一对聚合物的分子量较低的值。

据报道，高分子量聚合物可望比低年级更大的分子应变硬化能力并因此能承受更高的负载能力后，气蚀发生。

表五

羟基磷灰石/长荣复合材料的拉伸性能

表六

羟基磷灰石-长荣复合材料弯曲性能

弯曲性能

羟基磷灰石的影响负荷和颗粒大小

羟基磷灰石的弯曲强度，弯曲模量和断裂E28Hs40，E28Hf40，E18Hs40，E18Hf40，并填补聚合物（E28和的E18）应变列于表六。

弯曲模量也表现出了应变相应减少断裂大大增加。

正如预期的，类似在拉伸试验发现，在弯曲强度值和弯曲模量分别为较小的颗粒尺寸，含两个羟基磷灰石复合材料的E18和毅仁高。

然而，弯曲强度和弯曲模量，复合材料的价值比拉伸强度和拉伸模量的相应值高。

材料的拉伸性能在很大程度上取决于微观缺陷和裂缝。

该裂缝不玩压缩如此重要的角色，因为讲倾向于关闭裂缝，而不是打开它们。

据预测，该材料的抗压强度几乎两到四倍的拉伸强度。

在弯曲试验，试样的部分根据紧张和受压的一部分。

正在更大的抗拉强度比抗压强度，抗折强度往往比拉伸强度更大。

聚合物基体的影响的性质

该聚合物的弯曲强度，弯曲模量和断裂E28Hs40，E28Hf40，E18Hs40，E18Hf40，应变和（毅仁和E18）填补聚合物基体性质的影响也是显而易见的，从表六。

类似的拉伸性能看出，从复合材料制备的E18录得的弯曲强度和弯曲模量较高的数值，与断裂的应变值相应减少。

图5从Nħ的E18E28和聚合物基质制备羟基磷灰石-长荣复合材料冲击强度。

冲击强度

填料粒子的影响规模和性质

图5显示了从羟基磷灰石粉体的二年级和二年级的聚合物制备羟基磷灰石-长荣复合材料无缺口摆锤冲击试验结果。

可以看出，两者的性质和羟基磷灰石的聚合物基体，影响了复合材料的冲击强度。

比较两个羟基磷灰石粉末的结果，它表明，从房协制作的复合材料具有较高的比铪制成的冲击强度，显示较好的E28Hs40mpact阻力。

HAP的增加导致了冲击强度值从70.3到/（平方米）为E28Hs40和E28Hf40，分别下降64和54.8千焦耳。

类似的趋势，指出从复合材料制作的E18。

的冲击强度下降40.2和75至36千焦/（平方米），分别为E18Hs40和E18Hf40。

由羟基磷灰石型引起不同的结果，是由于其粒子大小和表面形貌的差异。

一般来说，矿物填料的加入将会对聚合物的脆化作用，减少冲击能量。

然而，矿物填料也可以作为柔韧但他们必须符合其颗粒大小和形态方面的某些规定。

据报道，表面光滑，刚性球形微粒粒径<5流明，如果分散在基体聚合物均匀可提高复合材料的冲击性能。

在与不规则的形态和粗糙表面刚性粒子的情况下，矩阵可以不填粗糙的表面一样轻松顺利的，特别是在一些深层次的缩进。

因此，更多的薄弱点存在与表面粗糙的填充物的复合材料，在较贫穷之间的粘附和填料和基体，从而导致更容易剥离冲击试验过程中产生的弱界面。

这可以解释的冲击强度增加的E28Hs40比E28Hf40观察到的趋势。

聚合物基体的影响的性质

在聚合物复合材料的冲击强度的基体效应也表现出一定的差异。

一般而言，较高的聚合物分子量，冲击强度越高。

这是显而易见的，从影响的E18和毅仁的强度值。

然而，与预期的，其冲击强度值E18Hs40和E18Hf40获得了远远超过E28Hs40和E28Hf40低。

这也清楚的拉伸应力应变，这些复合材料，这表明这两个E18Hs40和E18Hf40脆性断裂发生的典型模式记录曲线。

据报道，在较高分子量聚合物的冲击强度大幅下降发生在填料颗粒限制流量和方向的聚合物链。

在聚合物链方向的限制破坏了高分子量较低的聚合物冲击性能产生应变硬化能力。

这可能是用于E18Hs40和E18Hf40冲击值较低的可能原因时，E28Hs40和E28Hf40比较。

图6拉伸的HAP-EVA复合材料断口形貌：

（一）E28Hf20（A350飞机），

（二）E28Hf40（A350飞机），和（c）E28Hf40（的A600）。

图7拉伸的羟基磷灰石长荣复合材料断口形貌：

（一）E28Hs40（Â1500），

（二）E28Hs40（A1000的），和（c）E28Hs40（Â7500）。

断口

对复合材料的力学性能影响的钢筋使用性质。

这是显而易见的，从复合材料的拉伸断口形貌。

图6（a-c）显示了从冻结制作的羟基磷灰石-长荣复合材料拉伸断口的SEM照片干在不同体积百分比羟基磷灰石HAP颗粒负荷。

该冻干羟基磷灰石聚合物弱相互作用是明确的，从这个镜。

相对干净的''''微粒表面的羟基磷灰石这进一步加强了。

骨折发生主要是由羟基磷灰石颗粒从基体剥离。

聚合物基体，然而，经历了相当大的变形断裂前。

有趣的是，在一些地区，发生了故障，通过压裂羟基磷灰石微粒。

该复合材料的制备采用非烧结羟基磷灰石颗粒。

这使得本来薄弱的颗粒，颗粒失败的可能性越来越高，随着粒径增加。

表面不同的骨折类型中指出，从喷雾干燥制备复合材料羟基磷灰石颗粒的情况。

该复合材料主要是通过剥离骨折。

然而，与从冻干羟基磷灰石颗粒制作的复合材料，羟基磷灰石微粒发现纠缠和嵌入在聚合物基体[图。

7（A至C）]。

更紧密的复合材料检查发现的长荣聚合物的坚持在许多领域HAP颗粒表面，这解释了自喷制作的复合材料的性能改进存在的痕迹干羟基磷灰石微粒。

结论

羟基磷灰石-长荣复合材料的力学性能进行了评价。

机械测试，即进行拉伸，弯曲，影响复合材料性能提供了有益的见解。

一般来说，复合材料制备羟基磷灰石从较小的粒径（房协）相比有所改善性能较高的粒径（Hf）的对应。

对复合材料的断口形貌表明，聚合物基体的断裂术前相当变形。

从较小的粒度羟基磷灰石（房协）似乎材料复合被相互作用与聚合物基体相比，冻干颗粒更好。

这项工作的一个部分是开展了复合材料研究所（IVW），凯泽斯劳滕，德国。

致谢感谢支持和鼓励光教授弗里德里希。

从科学与技术系（印度）的财政支持也得到承认。

参考文献