HA/HDPE多尺度生物复合材料微观强韧化机制

作     者：黄苏萍 周科朝 HUANG Suping;ZHOU Kechao

作者机构：中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中南大学湘雅三医院长沙410013 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2010年第27卷第3期

页      面：67-72页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：中国博士后基金(20070410305) 湖南省自然科学基金项目(07JJ3015) 

主　　题：HA/HDPE复合材料 多尺度结构 强韧化机制 

摘      要：通过电镜分析及理论推导对羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)/高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)复合材料界面粘结状态、HA颗粒对裂纹扩展的钝化、钉扎作用、复合纤维对体系分子热激活能的影响及复合纤维的能量吸收机制与增强增韧等进行了深入研究。结果表明:HA/HDPE复合材料通过纳米HA颗粒与HA/HDPE复合纤维在不同尺度上协同作用达到增强增韧的效果。即在纳米尺度,纳米HA颗粒的均匀分散和高的HA/HDPE界面结合强度显著提高了HDPE的结晶度,细化了HDPE晶粒尺寸,并在HA颗粒表面形成取向结晶层,从而使材料在断裂过程中通过HDPE取向结晶层的基体形变和HA脱粘过程对微裂纹起钝化和钉扎作用,并扩大能量耗散的区域,以阻滞微孔隙和银纹的长大和破断,抑制大裂纹的早期形成。在微米尺度,由于HA/HDPE复合纤维的定向排列,使体系的活化体积显著降低,大大增加了材料的断裂热激活能,从而显著提高材料的强度。另一方面,复合纤维在应力作用过程中通过纤维断裂、纤维拔出、裂纹偏转机制使材料在形变与破坏过程中耗散更多的能量,从而显著提高材料的强度和韧性。