第18章其他复合材料.ppt

与骨骼有亲合性的无机氢氧化磷灰石和组织适应性良好的超高分子量聚乙烯复合制成的人造关节的关节臼，碳纤维增强Al2O3制成的关节骨头，共同构成的人工股关节，在应用中取得成功。 这种类型的人工关节正逐步推广在膝关节、足关节、肩关节等方面。另外，在钛合金人造关节表面进行离子氮化表面处理，使关节表面形成一层坚硬、耐磨、抗蚀的氮化钛层；或是采用无机填料填充石墨制成人工关节，利用石墨的自润滑性在关节臼中滑动，都能起到提高关节的耐磨性和抗疲劳能力的作用。 生体复合材料制造人工颅骨的例子，主要包括人工颅骨(头盖骨)、面部骨能(额骨、下颚骨等)、锁骨、腿骨以及各种关节骨头。 材料类型主要分为两类；一类是纤维增强聚合物基复合材料； 另一类是复合生物陶瓷。 采用纤维增强聚合物复合材料制造人工骨最有代表性的应用实例是由CF-GF混杂增强PMMA复合材料制造的人工颅骨，用于因意外受伤或手术造成的颅骨缺损的修补。 这种人工颅骨修补材料与以前所用的金属和高分子材料相比，具有如下特点： * 第十八章 其他复合材料 1 功能复合材料 功能复合材科是有良好的力学性能，还具备某一其他特殊性能的复合材料。 如由电性能与力学性能复合产生的导电复合材料，光学性能与力学性能复合形成的光功能复合材料等等。 有代表性的分类情况为： (1)导电功能复合材料； (2)磁性功能复合材料； (3)光学功能复合材料； (4)阻尼吸声功能复合材料； (5)磨擦磨耗功能复合材料； (6)换能功能复合材料。 1 导电复合材料 导电复合材料是指复合型导电高分子材料。 复合型导电高分子材料是将聚合物与各种导电性物质通过一定的复合方式构成，包括导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电纤维和导电胶粘剂等。 成型加工方法：表面导电膜形成法、导电填料分散复合法、导电材料层积复合法等。 表面导电膜形成法：用导电涂料蒸镀金属或金属氧化物膜(包括真空蒸镀、溅射、离子镀等)、采用金属热喷涂、湿法镀层(化学镀、电解电镀)等形成表面导电膜。 例如，聚酯薄膜上蒸镀金、铂或氧化铟等制成透明的导电性薄膜。 导电填料分散法：生产导电高分子材料的主要方法，用于制造各类导电高分子材料。 导电填料过去常用碳黑(如乙炔黑、石油炉黑、热裂法碳黑等)，现在多采用碳纤维、石墨纤维、金属粉、金属纤维及碎片、镀金属的玻璃纤维及其他各种新型导电填料(见表1所示)。 导电材料层积复合法：将碳纤维毡、金属丝、片、带等导电层与塑料基体层叠压在一起制成的导电塑料。采用的金属丝、片、带主要有钢、铝、铜和不锈钢。 表1 各种导电材料及添加量 复合型导电高分子材料在电子、电气、石油化工、机械、照相、军火工业等领域。 用于包装、保温、密封、集成电路材料等，其主要作用为： (1)防止静电 提高材料的抗静电能力。 (2)作为新型屏蔽材料 限制电磁波的能量由材料的一面向另一面传递，使电磁场强度或辐射强度降低。 (3)电气工程及其他 复合导电塑料用作高压电缆的内、外部的半导体层，低压电缆的外部半导体层。 2 磁性复合材料 磁性复合材料或称为塑料永滋体，是将各种磁粉与树脂基体均匀混合，压铸或注射成型的一种磁性复合材料。 塑料永磁体兼有磁铁的特性和塑料的性能，弥补了传统铸造和烧结磁铁脆弱易坏的缺点，复杂形状的制品的大批量生产，可以一次成型无须后加工，并保证较高的尺寸精度。 提高了生产效率和成品合格率，有效地促进了机电设备、电子仪器、家用电器、医疗保健等制品朝轻型化、薄型化和微型化方向发展。 塑料永磁体的磁性具有许多独特的优点： ①工艺简单，生产效率高，简化烧结工序，节约能源； ②产品尺寸精度高，成品综合合格率比烧结法提高20％以上； ③韧性好，抗压强度高，不易开裂或破碎，有利于各种异形加工，特别是薄片和微型磁体的成型和加工；高精度复杂制品的成型和加工； ④材料利用率高，可以回收利用、特别是热塑性塑料永磁体，可以反复加工成型，降低成本； ⑤良好的化学稳定性，对酸、碱、油、水等介质稳定性好； ⑥密度小(5～6g／cm3)，磁性能均匀稳定、是实现产品“轻、微、薄、小，较为理想的基础材料之一。 磁性复合材料成型有两个技术关键： 一是如何提高制品的机械力学性能，采用增强复合材料的各种技术措施； 二是如何提高制品的磁性能，应注意下列几个问题： (1)磁粉的种类与含量 大多数塑料系磁铁是铁氧体磁粉、铁氧体磁粉的磁特性较差，现在正逐步采用高性能的稀土类磁粉。磁粉含量一般高达80％～90％(质量)。 (2)基体树脂的选择 必须考虑两个因素： 一是保证足够的机械强度； 二是有较好的加工流动性能。 多采用聚酰胺系树脂，选用适合的偶联剂和加工助剂，进一步增加机械强度和改善加工流动性。 (3)磁粉粒径分布 磁粉粒径分布越广有利于磁性能的提高。 (4)成型压力 成型时的流动性