纳米金刚石与聚醚醚酮填充改性聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能

采用模压-烧结方法制备了纳米金刚石(ND)与聚醚醚酮(PEEK)填充改性的聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,并研究了复合材料的摩擦磨损性能及其微观结构。结果表明,随着PEEK含量增加到20%(质量分数),复合材料的耐磨性显著提高;而较低填充量的ND可以在降低复合材料摩擦系数的情况下提高其耐磨性能。1.0%ND/20%(质量分数)PEEK/PTFE复合材料的减摩耐磨性能优良,与纯PTFE相比,该复合材料的摩擦系数下降约20%,耐磨性能提高120倍,原子力显微分析表明该复合材料中ND分布均匀。     

纳米SiO2填充短炭纤维/环氧复合材料的摩擦磨损性能

研究了纳米SiO2填充短炭纤维/环氧复合材料的摩擦磨损性能。为了提高纳米粒子的分散性,对其进行了表面接枝改性。用磨损试验机评价了复合材料的摩擦学性能,发现当纳米粒子质量分数为5%,纤维质量分数为10%时,复合材料具有最低的摩擦系数和比磨损率。用扫描电镜观察了磨损面的形貌,研究了各种材料在相同条件下被硝酸刻蚀的程度,并用...     

纳米ZrO_2和聚醚醚酮填充聚四氟乙烯的摩擦学性能基于环-块摩擦模型的演变过程

用不同体积分数的纳米ZrO_2和聚醚醚酮(PEEK)颗粒填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。使用环-块摩擦磨损试验机测试PTFE复合材料在滑动速度为2 m/s、载荷为200 N的试验条件下的摩擦学性能。获取不同阶段摩擦学性能的数据,计算出在整个试验过程中样品的瞬时磨损率。利用扫描电镜观察不同试验阶段对偶钢环表面形貌的变化图像并进行分析。利用仿真模拟软件(ABAQUS)对摩擦过程中PTFE复合材料的接触应力变化进行分析。结果表明,纳米ZrO_2和PEEK颗粒可以协同改善PTFE复合材料的摩擦学性能。特别是添加8%的纳米ZrO_2和20%的PEEK能使PTFE复合材料同时获得最佳的耐磨性(1.29×10~(-6) mm~3/Nm)和较低的摩擦系数。在摩擦试验的后期PTFE复合材料的瞬时磨损率突然急剧上升。根据瞬时磨损率、磨损表面、转移膜形貌和磨屑形态特征的变化规律,将整个磨损过程分为3个阶段(低磨损阶段、过渡磨损阶段和严重磨损阶段)。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料骨诱导修复植入体制备及微动摩擦学性能

引起植入体无菌松动的主要原因是植入体与骨组织之间的微动磨损。通过层叠法制备了碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,在模拟体温37℃、模拟体液(SBF)润滑条件下,探究CF/PEEK复合材料的基本力学性能和截面微动摩擦学性能。通过改变法向载荷和位移幅值,建立了摩擦力(Ft)-位移幅值(D)曲线、微动运行工况图和摩擦系数曲线,通过三维白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)对CF/PEEK复合材料进行磨损机制探究。结果表明：随着法向载荷的减少和位移幅值的增加,微动由部分滑移区、混合区向滑移区转变。摩擦系数曲线整体较为平稳,摩擦系数随着法向载荷的增加而降低,随着位移幅值的增加而增加,磨损体积随着载荷和位移幅值的增加而增加。且CF/PEEK复合材料截面也有较好的微动性能,磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。通过对复合材料截面摩擦学特性分析,为CF/PEEK复合材料替代金属植入体提供一定的理论基础。     

纤维/Ekonol/PTFE复合材料的力学与摩擦学性能研究

对比考察了碳纤维(CF)、六钛酸钾晶须(PTW)分别与聚苯酯(Ekonol)混合填充对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的力学与摩擦学性能的影响,并探讨了内部机理.结果表明:PTW相比于传统纤维CF,尺寸细微,具有微区增强特性,PTW的填充提高了Ekonol/PTFE复合材料的致密程度,协助形成更为均匀、致密的转移膜,相比于CF/Ekonol/PTFE复合材料,有着较好的力学性能、摩擦稳定性、耐磨性,进一步改善了Ekonol/PTFE复合材料的综合性能.纤维、Ekonol混合填充PTFE,二者表现出协同润滑与减磨效应.纤维协助均匀、致密的转移膜的形成;而硬质Ekonol颗粒在纤维和对偶之间可能起到了一种第三体滚动效应,避免了纤维受到较为严重的磨损,从而提高复合材料的摩擦磨损性能.     

聚醚醚酮及其复合材料的摩擦学研究进展

评述了聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料的摩擦磨损性能，在滑动过程中形成的摩擦转移膜以及磨屑的研究，总结了聚合物基复合材料摩擦学研究的一般方法及规律，介绍了关于用PEEK复合材料制造的轴承，齿轮等进行的摩擦学研究，以及等离子体表面处理和颗粒增强对PEEK及其复合材料摩擦学性能的影响。     

水润滑条件下氧化锆颗粒及碳纤维共混增强聚醚醚酮复合材料的摩擦性能研究

通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)和氧化锆颗粒(ZrO_2)共混增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,并对其水中的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,该混杂增强复合材料在水中具有优异的摩擦学性能,其摩擦系数随载荷的增加无明显变化,而磨损率则随着载荷的增加而逐渐降低。该材料在水中的磨损机制主要表现为轻微的磨粒磨损和疲劳磨损,碳纤维是复合材料耐磨性得到增强的主要原因,其作为复合材料摩擦面表层的主要承载相,承担了两摩擦面之间的大部分载荷,并保护聚合物基体免于受到对磨副的严重磨损。氧化锆颗粒的加入则有效抑制了摩擦过程中碳纤维的破损与脱落,从而使得混杂增强PEEK复合材料比单纯碳纤维增强的PEEK复合材料具有更加优异的耐磨性能。但过多颗粒的加入会加剧疲劳磨损,从而降低材料的耐磨性。     

PEEK/HA生物复合材料的结晶动力学

在合成聚醚醚酮(PEEK)的基础上,采用原位聚合法制备了纳米羟基磷灰石(HA)质量分数分别为10%,20%,30%的PEEK/HA复合材料。采用差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米羟基磷灰石对PEEK结晶动力学的影响。通过Kissinger法和Ozawa法分别计算出复合材料结晶动力学参数。结果表明,纳米羟基磷灰石在PEEK/HA复合材料中可起成核剂作用,能降低PEEK结晶活化能,在加入20%纳米羟基磷灰石时,聚醚醚酮复合材料的结晶活化能(ΔE)最低,结晶效果最好。     

烧结温度对石墨烯填充聚醚醚酮/聚四氟乙烯摩擦磨损性能的影响

为探究石墨烯填充聚醚醚酮/聚四氟乙烯（PEEK/PTFE）复合材料制备过程中烧结温度对复合材料摩擦磨损性能的影响,基于分子动力学模拟研究方法,分别构建10%PEEK/PTFE和1%石墨烯/10%PEEK/PTFE体系模型,通过模拟复合材料制备过程中不同的烧结温度,得到复合材料对应的力学和摩擦学性能相关参数。在不同烧结温度制得10%PEEK/PTFE和1%石墨烯/10%PEEK/PTFE样品,进行了摩擦磨损试验及磨损形貌分析。结果表明,采用石墨烯填充PEEK/PTFE复合材料可以有效改善复合材料的摩擦磨损特性,不同烧结温度对复合材料分子间作用力、材料力学特性和摩擦特性表现出不同程度的影响,当烧结温度为360℃时,复合材料分子间作用力、材料力学特性和摩擦特性均达到峰值。     

纳米SiO2对聚醚砜酮复合材料摩擦学性能的影响

在MM-2000型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷和速度下纳米SiO2含量对聚醚砜酮（PPESK）复合材料摩擦磨损性能的影响，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察分析PPESK及纳米SiO2/PPESK复合材料磨损表面形貌及磨损机理，结果表明：纳米SiO2不但可以提高PPESK的耐磨性，而且还有较好的减摩作用，在本研究的试验条件下，当纳米SiO2的质量分数为25%时，填充PPESK复合材料具有最佳摩擦学性能。随着载荷的增大，填充PPESK的摩擦系数降低，填料含量在20%质量分数以下时随载荷增大其耐磨性提高较明显，而填料含量超过20%质量分数时载荷对复合材料耐磨性的影响不大。     

Sintered Hydroxyapatite/Polyetheretherketone Nanocomposites: Mechanical Behavior and Biocompatibility

Hydroxyapatite nanorods (nHA) are employed to fill polyetheretherketone (PEEK) composites. The PEEK/nHA nanocomposites containing 15.1–38.2 vol% nHA are fabricated by powder processing and sintering. Their mechanical, thermal and in vitro cell properties are investigated. The tensile strength and fracture strain of PEEK‐ nanocomposites filled with 21.6 and 29.2 vol% nHA match closely with those of human cortical bones. Sintered 15.1 and 29.2 vol% nHA/PEEK nanocomposites exhibit excellent biocompatibility. The 29.2 vol.% nHA/PEEK nanocomposite promotes adhesion and proliferation of mouse and human osteoblasts effectively.     

表面改性对介孔硅酸钙镁/聚醚醚酮复合材料性能的影响

实验制备了介孔硅酸钙镁/聚醚醚酮复合骨修复材料, 采用砂纸打磨及喷砂对其表面进行改性。结果表明: 表面改性明显提高了复合材料表面的粗糙度和亲水性(水接触角降低), 喷砂在复合材料表面暴露出大量的介孔硅酸钙镁, 形成了多孔结构, 粗糙度和亲水性提高最大。表面改性复合材料在模拟体液中浸泡7 d后, 表面都形成了大量磷灰石; 表面改性促进了MC3T3-E1细胞在复合材料表面粘附、增殖和分化。喷砂比砂纸打磨更明显地提高了复合材料的生物学性能。     

Polyetheretherketone (PEEK) for medical applications

Polyetheretherketone (PEEK) is a polyaromatic semi-crystalline thermoplastic polymer with mechanical properties favorable for bio-medical applications. Polyetheretherketone forms: PEEK-LT1, PEEK-LT2, and PEEK-LT3 have already been applied in different surgical fields: spine surgery, orthopedic surgery, maxillo-facial surgery etc. Synthesis of PEEK composites broadens the physicochemical and mechanical properties of PEEK materials. To improve their osteoinductive and antimicrobial capabilities, different types of functionalization of PEEK surfaces and changes in PEEK structure were proposed. PEEK based materials are becoming an important group of biomaterials used for bone and cartilage replacement as well as in a large number of diverse medical fields. The current paper describes the structural changes and the surface functionalization of PEEK materials and their most common biomedical applications. The possibility to use these materials in 3D printing process could increase the scientific interest and their future development as well.     

聚醚醚酮摩擦学性能改性及其应用研究进展

本文综述了聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK)的特性及其应用,重点探讨了PEEK复合改性中的无机填料填充、纤维增强、聚合物共混及表面改性四个方面对PEEK复合材料性能的影响,简述了PEEK复合材料在航空航天领域、汽车工业及涂料工业中的应用研究进展,并指出PEEK改性过程中纳米材料的团聚以及无机有机物的相容性仍是目前亟待解决的重要问题,寻求更多的增强体和简便复合工艺以实现材料更优性价比是今后的研究重点。     

Physical cutting model of Polyetheretherketone composites

This paper presents a study on the experimental physical model of the orthogonal cutting on the composite polyetheretherketone (PEEK) and PEEK CF30 (reinforced with 30% of carbon fiber). The objective of this study is evaluating the influence of the reinforcement on the chip thickness ratio (R), chip deformation (ε), friction angle (ρ), shear angle (), normal stress (σ) and shear stress (τ) under prefixed cutting parameters (cutting velocity and feed rate). The experimental physical model was compared with the Merchant equation.     

多孔PEEK自润滑材料的制备与摩擦磨损性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了多孔聚醚醚酮(PEEK)发汗式自润滑材料,并分别考察了成型压力、造孔剂含量和润滑油脂种类对PEEK多孔自润滑材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,压力为100MPa,NaCl的质量分数为30%,采用通用锂基脂时,所得多孔PEEK自润滑材料的磨损率最低,200N下磨损率为2.73×10-16m3/(N.m),与纯PEEK干摩擦相比耐磨性提高了1245倍,其耐磨性较经典的炭纤维增强PEEK复合材料还提高了32倍。研究表明,多孔结构能够储存润滑油,在摩擦过程中能通过发汗作用在对偶面上形成稳定连续的油膜而起到良好的润滑作用,从而大幅降低复合材料的摩擦系数和磨损率。     

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

聚醚醚酮及其复合材料激光粉末床熔融成形的研究现状与展望

聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料因具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性及生物相容性而受到广泛关注,然而随着对复杂结构以及个性化PEEK零件的需求日益增加,传统的注塑成形工艺显然已经难以满足高度复杂化与个性化制造的需求。激光粉末床熔融(LPBF)技术为PEEK及其复合材料的成形制造提供了一种新的方法。介绍了激光粉末床熔融工艺的基本原理与PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融制备工艺的特点和应用,总结归纳了PEEK及其复合材料的激光粉末床熔融成形装备的发展状况与性能特点,目前的成形装备在预热温度和激光功率等参数方面已经有了很大的提升,可以保证一定的成形精度,但要形成一套成熟的高精密和大尺寸复杂成形系统仍需进一步的研究。基于已有研究,重点阐述了PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的研究现状,虽然通过温度场和激光参数等成形参数的优化,成形件的性能有了一定的提升,但仍然存在翘曲变形、成形力学性能较低的问题。最后对未来高性能PEEK及其复合材料激光粉末床熔融成形工艺的发展进行了展望。     

Flexural Mechanical Properties of Functional Gradient Hydroxyapatite Reinforced Polyetheretherketone Biocomposites

Functional gradient hydroxyapatite reinforced polyetheretherketone is one of the most promising orthopedic implant biomaterials. In this study,functional gradient hydroxyapatite reinforced polyetheretherketone biocomposites were prepared by layer-by-layer method with the incorporation of hot press molding technology. Studies on the flexural mechanical properties of the functional gradient biocomposites revealed that the flexural stress–stain behavior of the biocomposites presented linear elastic characteristics. The fracture mechanism of the functional gradient biocomposites was predominated by brittle rupture. Furthermore,both flexural strength and break strain of the functional gradient HA/PEEK biocomposites obviously decreased with the rise of the total HA content. The effect of hydroxyapatite concentration difference between adjacent layers(HCDBAL) on the flexural strength obviously relied on the level of HCDBAL and total HA content in the functional gradient HA/PEEK biocomposites. The higher the total HA content in the functional gradient biocomposites is,the less the influence degree of HCDBAL on the flexural strength is. Moreover,total HA content and HCDBAL played synergistic influence on the flexural modulus of the functional gradient HA/PEEK biocomposites.