Современное материаловедение: материалы и технологии новых поколений ________________________________________________________________________

Современное материаловедение: материалы и технологии новых поколений
________________________________________________________________________
HB(СВМПЭ+3%целлюлозы) =294,1. Анализ полученных
данных позволяет сделать заключение о том, что максимально значение твердости имеется у композита СВМПЭ+13%Cu армированного стальной сеткой с мелкой ячейкой. По данной технологии планируется провести армирование композита стекловолокном и провести ряд механических испытаний.
рованный сеткой с мелкой ячейкой) =367,3;
1.
2.
Список литературы
Бобович Б.Б Полимерные композиционные материалы, учебное пос. – М.:
Изд-во МГИУ, 2009. – С. 59
Рогозина М.В., Недосекова О.Ю., Кондратюк А.А. Влияние составов полимерных композитов на физико-механические характеристики. Сборник научных трудов XIII Всероссийской школы-семинара с международным участием
«Новые материалы. Создание. Структура. Свойства», Томск, 9-13 сентября
2013. – С. 151-160.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО
ГИДРОКСИАПАТИТА И ПРИРОДНОГО ПОЛИМЕРА
С.А. МЕЛЬНИКОВА1, О.А. ГУРОВА2, Е.А. ЗЕЛИЧЕНКО2, Б. С. ЗЕНИН1
1
Томский политехнический университет, г. Томск, пр. Ленина,30,
2
СТИ НИЯУ МИФИ, г. Северск, пр. Коммунистический, 65.
E-mail: bosezen@tpu.ru
В настоящее время исследования, разработка и производство материалов медицинского назначения, то есть имплантатов – являются актуальными задачами для
материаловедов, химиков и технологов [1].
Сегодня медицинского материаловедение переживает период создания новых
материалов и технологий для продления и улучшения качества жизни. Важно получить такой материал, химический и фазовый состав которого обеспечивал бы восстановление и замену поврежденной кости [2]. К материалам, медицинского назначения, предъявляют высокие требования к биосовместимости, физикомеханическим характеристикам, стабильности свойств, долговечной работы в среде
человеческого организма [3].
Целью настоящего исследования - является изучение физико-механических
свойств костного цемента на основе биологического гидроксиапатита и природного
полимера.
Для создания исследуемых материалов использовали ультрадисперсный биологический гидроксиапатит (ГА) из костей сельскохозяйственных животных. Природный полимер применяли в качестве связующего органического матрикса. Изучаемые образцы были получены путем активного перемешивания порошка ГА и полимера в разных соотношениях.
Исследования структуры проводили с помощь сканирующего электронного
микроскопа высокого разрешения JSM-7500FA с кратностью увеличения то 25 до
1000000 и разрешением до 1 нм. Испытания композитов на изгиб проводили с по244
Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении
________________________________________________________________________
мощью установки INSTRON 5582. Плотность определяли гидростатическим методом на аналитических весах TYP WA – 33. Микротвердость измеряли на установке
ПМТ – 3.
Таблица 1 - Состав исследуемых образцов
№ образца
Процентное соотношение содержания ГА/Полимер
1
60/40
2
70/30
3
75/25
4
80/20
5
95/5
Исследуемые образцы получены простым формованием: №№ 1, 5 в виде таблеток, а № № 2, 3 в виде стержней. Образец № 4 получен методом прессования под
давлением Р = 2.03 105 Па.
На рисунке 1 представлены графики зависимости плотности и микротвердости от процентного содержания полимера.
Анализ рисунка 1(а) показывает, что с увлечением содержания полимера
плотность материала возрастает. Вероятно, это связано с особенностями пористой
структуры материала, то есть чем больше полимера, тем в большей степени заполняется пространство между частицами ГА.
б)
а)
Рисунок 1 - Результаты исследования образцов: а) плотность б) микротвердость
Из рисунка 1(б) видно, что микротвердость образцов повышается с увеличением количества связующего органического матрикса. Такое поведение микротвердости хорошо согласуется с зависимостью плотности от количества полимера.
Образцы для исследования предела прочности при изгибе представляют собой бруски в форме параллелограмма, со средними размерами: 18*9*3мм.
245
Современное материаловедение: материалы и технологии новых поколений
________________________________________________________________________
Таблица 2 - Результаты испытания на изгиб
№ образца
№1
Нагрузка, Н
41,5
Напряжение, МПа
23,79
Удлинение, мм
0.2
а
№2
28
15,98
0.075
б
Рисунок 2 - Испытание на изгиб образцов: а) - №1 и б) - №2
Анализ данных, представленных в таблице № 2, свидетельствует о том, что
увеличение содержания полимера на 10% приводит к повышению механических
свойств на изгиб. Наглядно это демонстрирует рисунок 2. Такое поведение связанно
с процессом пластификации и заключается в упрочнении структуры композита при
введении полимерного связующего наполнителя.
Рисунок 3 - Микрофотографии излома образцов при увеличении 5000: а – образец №1, б - образец №2
На рисунке 3 представлены микрофотографии образцов №1 и №2, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа. Из рисунка 3а видно, что
образец с большим содержанием полимера, имеет более сглаженные линии поверх246
Секция 3. Перспективные материалы и технологии в машиностроении
________________________________________________________________________
ности, отчетливо заметно как полимер обволакивает частицы ГА. На рисунке 3б
ярко выражен рельеф порошинок, поверхность имеет более шероховатый характер.
Выводы
Исследуемый композиционный материал обладает высокой пористостью и
шероховатостью, что является одним из главных условий формирования хорошей
адгезии для костного имплантата.
Используемый биологический полимер позволяет регулировать физикомеханические свойства получаемого композита, что позволяет решать различные
задачи применения предлагаемого материала.
Данный материал можно рекомендовать как костный имплантат для заполнения костных полостей при травматологических операциях, фиксации эндопротезов и их амортизации.
1.
2.
3.
Список литературы
Путляев В.И. Современные биокерамические материалы // Соросовский образовательный журнал - 2004. - Т. 8 - №1. - С.44-50.
Сафронова Т.В., Путляев В.И. Медицинское неорганическое материаловедение в России: кальцийфосфатные материалы // наносистемы: физика, химия,
математика – 2013. - 4 (1). - С. 24–47.
Баринов С.М. Керамические и композиционные материалы на основе фосфатов кальция для медицины // Успехи химии - 2010. - 79 (1).
ИССЛЕДОВАНИЕ ДОБАВЛЕНИЯ ФТОРОПЛАСТА 4 (Ф4) НА
СВОЙСТВА СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
НГУЕН СУАН ТЬУК1, С.В. ПАНИН1,2
1
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск
2
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Введение
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) в ряду полимерных
связующих занимает особое место благодаря высокому сопротивлению изнашиванию, низкому коэффициенту трения, химической стойкости и высокой ударной вязкости СВМПЭ все чаще используется в машиностроении в узлах трения деталей
машин и механизмов, а также изделия и конструкции специального назначения, в
том числе корпусные элементы вооружений и военной техники, конструкционные
материалы для авиа-, вертолето- и ракетостроения, средства индивидуальной и коллективной бронезащиты и т.д. [1]. Композиционные материалы на основе СВМПЭ
позволяют кратно повысить износостойкость тяжело нагруженных изделий [2-4].
Основной проблемой при разработке СВМПЭ является низкая адгезионная
способность [5,6].
Поиск путей повышения технологических свойств СВМПЭ без заметного
снижения его механико-триботехнических характеристик является актуальной научно-технической проблемой.
В данной работе было исследование влияния Фторопласта 4 (Ф4) на структуру и свойства СВМПЭ.
247