生物材料：第二章 生物材料學基礎

1、2022/7/201（一）生物材料的概念 生物材料 Biomaterials（也稱生物醫(yī)用材料Biomedical Materials）是一類具有特殊性能、特種功能，能用于人工器官制造、人體組織修復或再生、理療康復、診斷檢查、治療疾患等醫(yī)療、保健領域，而對人體無不良影響的材料。 2022/7/202（二）生物材料的基礎 先進的臨床醫(yī)學離不開新型的生物材料生物材料醫(yī)學材料科學工程學物理學 化學 信息學生物學2022/7/203（三）生物材料的分類按材料的來源分類 （天然、合成、半合成等） 按材料的使用要求分類（后詳述）按材料的性質分類（有機、無機、金屬等） 按材料的應用部位分類（口腔材料、眼科材

2、料、骨科材料、心血管材料等）按材料的使用要求分類 非植入材料：只與體表或體腔接觸。 如醫(yī)療器械、注射器、導管、 繃帶、敷料、創(chuàng)可貼等 半植入材料：植入體內一段時間， 待功能完成后取出。如內固定 材料、手術縫合線、隱形眼鏡等。 植入材料：作為修復或替換材料長期植 入體內。如人工器官、血管支架、 牙科材料。 生物材料2022/7/205 （五）生物材料的學科內容1. 人體生理環(huán)境、組織結構、器官生理功能等及其臨床替代方法和技術。2. 特種生物功能材料的合成、改性、加工成型以及材料的特種功能與其結構之間的關系。 3. 材料與細胞、組織、血液、體液、蛋白、免疫、內分泌等系統(tǒng)的相互作用以及減少材料毒副作

3、用的方法。 4. 材料的滅菌、消毒、醫(yī)用安全性評價方法與標準以及管理法規(guī)的研究。 2022/7/206生物材料的用途只有一個就是改善人類的生活質量、延長人類的壽命。具體講就是防病、診病、治病和康復。 六、生物材料的用途2022/7/207七、生物材料的一般要求1、必須符合“醫(yī)用級”標準2、溶出物和可滲出物含量低3、良好的生物穩(wěn)定性（生物相容性）4、優(yōu)良的機械性能5、便于滅菌和消毒6、價格便宜2022/7/208 生物材料的現(xiàn)狀國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(20062020年)將“先進醫(yī)療設備與生物醫(yī)用材料”列為優(yōu)先主題。我國的醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)與國際差距很大，僅占世界市場份額的3.43%；人均醫(yī)

4、療器械消費僅5.46元美元，遠低于美國的309.77美元和歐洲的122.59美元；醫(yī)療器械與藥品市場之比為13.47，遠低于國際1.21；廣東醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)完成產(chǎn)值約億，同比增長約，居全國第一位。 但是大宗出口品為技術低端的藥棉、紗布、手套、按摩器具等，大宗進口的是技術高端的產(chǎn)品。2022/7/209人體器官按需打印 3D生物打印機出爐 器官移植拯救了很多人的生命，但存在著器官來源不足、排異反應等弊端。那么，能否像打印紙張一樣打印器官呢？這看似不可能的事情在科學家手中卻已經(jīng)初步變成了現(xiàn)實。澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司攜手研制出了全球首臺商業(yè)化3D生物打印機。既然3D生物

5、打印機可以按需打印人體器官，研究人員、外科醫(yī)生和病人也可能不再需要對捐贈器官翹首以盼。我們可以大膽暢想，或許某一天，我們只需要輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機制造出我們所需要的器官。2022/7/2010 第二章 生物材料學基礎2022/7/2011 第二章 生物材料學基礎 前言1、材料科學、環(huán)境與能源、信息科學、生物技術形成了當今世界科學發(fā)展的四大支柱學科2、材料的性能不僅與組成有關，而且與材料的結構關系十分密切。組分相同的材料也可通過改變其內部結構形態(tài)改變材料的綜合性能3、原子的結構決定了原子的結合方式，按原子的結合方式可將固體材料分為金屬、陶瓷和高分子材料。根據(jù)原子或分子的排列有序性，

6、又可將材料分為晶體和非晶體兩大材料。2022/7/2012 第一節(jié) 制備生物材料的必備條件 1、 生物材料的特殊要求 治病、診病和防病，更要對人體健康無害；某些特殊應用的生物材料還必須具備生物降解和體內可吸收性能以及合適的力學性能；材料與活體之間具有良好的生物相容性；【其中包括對血液的反應（血液相容性），對生物組織的反應（組織相容性）和免疫反應性能等?！?生物材料的生物老化性能、降解產(chǎn)品的物理、化學性能均是生物材料十分重要性能指標。2022/7/2013 第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求應用目的不同，對其功能要求也千差萬別，如有些生物材料及其制品可以全部植入體內，有些則可以

7、穿透上皮表面（如皮膚）部分植入體內，有些可以放在體內的空腔中但不進入皮下（如假牙、子宮內置物、接觸鏡等），還有些可以放在體外而通過某種方式作用于體內組織（如與血管系統(tǒng)相連的體外裝置）。對于上述幾種不同的用途的生物材料其性能和功能要求也不一樣。顯而易見，這些功能不可能集于一種材料，但必須要求所有材料均滿足生物相容性的要求。 2022/7/2014第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求（1） 力學性能（材料在外力的作用下所表現(xiàn)出的綜合性能） “生命在于運動”，運動就離不開力的作用，力的作用形式很多如：剪切、壓縮、彎曲、拉伸、扭曲、摩擦等。對于生命現(xiàn)象所涉及的以位移為特征的機械運動而言

8、，即使細胞和亞細胞組織，其尺度尚未超出牛頓力學有效的范圍?？傊锊牧霞爸破返牧W性能必須與所替代的組織或器官的力學性能相匹配。2022/7/2015第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求（2） 耐磨擦和磨損性能 生物體內的組織和器官是在不停的運動、摩擦。因此，所使用的材料均必須具有低磨擦和低磨損性，并要有適合運動的潤滑表面。例如，自然關節(jié)不僅由滑液潤滑，而且有良好的軟骨滑液的協(xié)同作用使磨擦系數(shù)極低，一般的人工合成材料很難達到此要求。2022/7/2016第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求（3） 血液流動性血液的流動是在動脈、靜脈和毛細血管中進行，血管是有生命

9、的，血液是一種神奇的流體，它供給生命活動所必須的營養(yǎng)，在肺和組織細胞之間輸運氧氣和二氧化碳，而且知道合適該流動，何時該凝固。因此心血管材料不僅要有良好的力學強度，還應具備特殊的表面性能。2022/7/20172、生物材料的功能要求（4） 體液流動性人體內的液體稱為體液，在成人體內約占體重的60%，其中2/3存在于細胞內（細胞內液），1/3的體液在細胞外（細胞外液）。細胞外液主要分為組織液（淋巴液和腦脊液等）和血漿兩大部分 。體液從身體的一個部分引導到另一個部分是通過組織蠕動收縮機制完成的。例如尿液從膀胱中排泄可能是泌尿系統(tǒng)最重要的特點。這就要求生物材料不僅具有良好的表面性能，而且要求材料具有一

10、定的彈性，但與血液流動性控制一樣，體液的流動性控制同樣是一個復雜的問題。第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2022/7/2018第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求（5） 光、電、音傳導性能生物體的視覺主要是光學現(xiàn)象，也有部分是生理現(xiàn)象。在視網(wǎng)膜中光轉變?yōu)殡娦盘柌⑼ㄟ^神經(jīng)傳入大腦。因此對眼科用材料的主要功能要求就是光傳遞性能。身體的許多器官功能的調控都是通過神經(jīng)系統(tǒng)內的電活動來實現(xiàn)的，身體的感覺系統(tǒng)也是賴于電脈沖從感官到大腦的傳遞。這種功能可能借助器械的植入把感覺輸入轉變成可傳入神經(jīng)系統(tǒng)相關部分的電信號。修復聲音傳導通道所用材料必須具備聲音的傳導性能，該性能主要靠材料的聲波傳遞性能

11、完成，例如人工中耳骨已經(jīng)被廣泛使用。2022/7/2019第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求（6）藥物的緩釋控釋性能藥物釋放體系一般可分為時間控制和部位控制兩種類型。時間控制型釋放體系有兩種形式，一種是零級釋放體系，即單位時間的恒量釋放，另一種是脈沖釋放，即按需要非恒量釋放的體系和對環(huán)境改變而釋放的體系，無論哪一種都需要材料具有一定的溶脹性、溶解性或生物可降解性能。部位控制型一般由藥物、載體、特定部位識別分子所構成。這種藥物的特點是藥物活性部分在發(fā)揮藥理活性前不分解，能夠高效地在目標部位濃縮，最好能被細胞所吞噬，然后通過溶菌體被分解釋放，這種藥物要求使用的載體材料具有一定的智

12、能性。2022/7/2020第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求（7）生物降解和人體吸收性能 對于藥物緩釋、控釋材料和新發(fā)展起來的組織工程材料，生物降解和人體可吸收性是所用生物材料的重要性能，甚至是不可缺少的性能，材料在體內的降解過程一般可分為酶催化、自由基作用和水解過程。2022/7/2021第一節(jié) 制備生物材料的必備條件2、生物材料的功能要求（8）組織再生的誘導作用組織再生的誘導作用是對生物材料的更高要求，它不僅要求材料具有良好的生物相容性，而且具有能誘導組織再生的作用。這種誘導作用可以借助生物工程的方法，對材料的改性，尤其是引入細胞生長因子類物質。2022/7/2022第

13、一節(jié) 制備生物材料的必備條件3、生物材料及制品的安全性要求安全性是生物材料及制品的最低要求。在材料的應用和制品的設計過程中要首先考慮應如何最大限度的消除或減少由材料本身或制品對人體的危害性，而對于確實因技術問題目前暫無法避免或不可消除的危險應有足夠的預防措施。 （1）生物材料的設計和生產(chǎn)要求在生物材料及制品的設計和生產(chǎn)過程中，除保證材料生物相容性和安全性外，還應避免生產(chǎn)和包裝過程中的污染，以及在貯存和使用過程中對人體的危害。對于帶有藥物的生物材料及制品，其生產(chǎn)過程應嚴格執(zhí)行有關藥物的管理法規(guī)。在設計和生產(chǎn)生物材料時，不僅要盡可能的避免材料中小分子的滲出，同時還要考慮環(huán)境中的小分子進入材料或制品

14、后對材料性能引發(fā)的不良影響?？傊锊牧系脑O計要以材料的生物相容性、物理和化學性能的生理惰性為基礎，以無副作用或使副作用降至最低為要求，以防病、治病、診病為目標。2022/7/2023第一節(jié) 制備生物材料的必備條件3、生物材料及制品的安全性要求（2）感染和微生物污染的防止 在生物材料及制品的生產(chǎn)過程中，為了消除或減少對病人和其他接觸人員的危害，應最大可能的避免感染和微生物污染。在利用異種組織進行治病時，應保證組織源的安全性，且能滿足組織的預期使用要求和最佳安全保證。在考慮到病毒和其它可轉化的特殊安全時，應加強在生產(chǎn)過程中實際有效的消除或使病毒失活的方法。對于生產(chǎn)和包裝成一次性使用的制品應確保在

15、貯存和運輸過程中的無菌狀態(tài)，并能采用適當?shù)挠行Х椒ㄟM行生產(chǎn)和滅菌。若制品在使用前需要滅菌，在生產(chǎn)過程就應保證產(chǎn)品不低于預定潔凈級。包裝體系應盡量減少細菌的污染，同時要提供使用前的滅菌方法。2022/7/2024第一節(jié) 制備生物材料的必備條件3、生物材料及制品的安全性要求（3）生產(chǎn)條件要求生物材料及制品的設計和生產(chǎn)應注意生產(chǎn)條件對產(chǎn)品性能的影響。通常應考慮材料物理特性的變化，如生產(chǎn)過程中的體積/壓力速率，工程學特性等。生產(chǎn)條件還應包括生產(chǎn)器械、外部電場、靜電釋放、壓力、溫度、濕度等對材料及制品性能影響以及產(chǎn)品在使用過程中與其它診斷和治療器械的接觸，聯(lián)用對材料性能的影響。 2022/7/2025第

16、一節(jié) 制備生物材料的必備條件4、生物材料及制品的質量控制（1）生產(chǎn)和過程控制（2）生產(chǎn)環(huán)境與人員（3）廠房設備（4）原材料控制（5）質量保證2022/7/2026 第二節(jié) 高分子材料基礎高分子材料具有重量輕、比強度高、比模量大、耐腐蝕性能好、絕緣性好等優(yōu)點。高分子材料就是以高分子化合物為主要成分的材料。所謂高分子就是分子量很大的一類化合物，通常每個分子含有幾千至幾十萬個原子。高分子有時也稱為聚合物、高聚物等。高分子材料有天然和人工合成的兩大類。天然的高分子化合物如纖維素、甲殼素、蛋白質、天然橡膠等。人工合成的高分子化合物有各種塑料、橡膠、纖維等。生物材料使用的高分子材料即有合成材料，也有天然材

17、料。2022/7/2027 第二節(jié) 高分子材料基礎1、高分子化合物的組成 高分子化合物都是由一種或幾種簡單的小分子化合物（如乙烯、乳酸、氯乙烯等）通過共價鍵重復連接而成，這種通過共價鍵重復連接而成的大分子稱為分子鏈。形成大分子鏈的小分子化合物稱為單體。大分子鏈中重復的單元稱為重復單元，分子鏈中重復單元的數(shù)目稱為聚合度。例如 n CH2=CH （CH2CH）n Cl Cl 高分子材料是由許多大分子鏈聚集而成，每個大分子鏈的長短并不一致，其數(shù)值呈統(tǒng)計規(guī)律分布。所以，高分子材料的相對分子質量是大量大分子鏈相對分子質量的平均值。 2022/7/2028 第二節(jié) 高分子材料基礎2、高分子化合物的制備方法

18、據(jù)形成高分子化合物的反應機理而言，基本方法有兩種：連鎖聚合反應和逐步聚合反應。（1） 連鎖聚合反應在一定條件下把單體的不飽鍵打開，形成可以與另一個分子連接的新的不穩(wěn)定分子，它迅速與第二個分子連接又形成新的不穩(wěn)定分子，然后與第三個分子連接，以此類推形成大分子鏈，所以稱為連鎖聚合反應。一種單體通過聚合反應生成高分子的反應叫均聚反應；而兩種或兩種以上單體通過聚合反應生成高聚物的反應稱為共聚反應。連鎖聚合反應的主要特點：1）對一個分子而言，反應一旦開始，中間不能停在某一階段上，也得不到中間產(chǎn)物；2）鏈節(jié)的化學結構與單體的化學結構相同；3）沒有小分子副產(chǎn)物生成；4）延長反應時間只能提高單體的轉化率，而不

19、能提高分子量。一般來說，凡是帶有雙鍵的有機化合物原則上都可以發(fā)生連鎖聚合。在生物材料中有許多是利用該法制備的，如聚丙烯酸類、聚氯乙烯等2022/7/2029 第二節(jié) 高分子材料基礎2、高分子化合物的制備方法（2） 逐步聚合反應由一種或幾種單體通過縮合聚合或開環(huán)聚合形成高分子的反應稱逐步聚合反應?？s合聚合過程中，生成高分子化合物的同時，有水、氨氣、鹵化氫、醇等小分子物質析出，所以縮聚反應生成的高分子化合物其成分與單體是不同的。而通過開環(huán)聚合形成的高分子成分與單體是相同的。逐步聚合反應的特點是：反應是由若干個縮合反應構成的，是逐步進行的，反應可以停在某一階段上，可得到中間產(chǎn)物；重復單元的化學結構與

20、單體的不完全相同。延長反應時間只能提高單體的轉化率，而不能提高分子量。逐步聚合反應也有很大的實用價值，雖然在目前合成高分子工業(yè)占的比例不如連鎖反應那么大，但從原則上講，許多生物材料都可由縮聚反應制備，如聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、聚硅氧烷以及其他一些生物材料等都是用縮聚反應合成的。2022/7/2030 第二節(jié) 高分子材料基礎3、 高分子化合物的分類及命名（1） 高分子化合物的分類按性能和用途可分為塑料、橡膠及纖維三大類。 （a）塑料 常溫下有一定形狀，強度較高，在一定力的作用下形變 （b）橡膠 常溫下呈彈性，即受到很小的外力形變很大，可達原長的十余倍，去除外力以后又恢復原狀的高分子材料 （c）纖

21、維 室溫下分子的軸向強度很大，受力后形變很小，在一定的溫度范圍內力學性能變化不大的高分子材料。 按聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物。（a） 熱塑性聚合物 加熱后軟化，冷卻后又硬化成型，隨著溫度的變化可反復加工。如聚乙烯、聚氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯等。（b） 熱固性聚合物 這類聚合物受熱發(fā)生化學變化而固化成型，成型后再受熱也不會軟化。聚氨酯，硅樹脂等。2022/7/2031第二節(jié) 高分子材料基礎3、 高分子化合物的分類及命名（1） 高分子化合物的分類按聚合物主鏈上化學組成可分為碳鏈、雜鏈和元素有機聚合物。（a）碳鏈聚合物 主鏈全由碳原子構成，CCCC它的側基可以是各種各樣。如聚烯烴、

22、聚二烯烴等。（b）雜鏈聚合物 該類聚合物主鏈上除了碳原子之外還含有O，N，S，P等原子，如CCOCC，CCN，CCS。如聚酯、聚酰胺、聚砜等。（c）元素有機聚合物 該類聚合物主鏈上不一定含有C原子，而是由Si,O,Al,Ti,B等元素構成，如OSiOSiO。如聚硅氧烷等。2022/7/2032第二節(jié) 高分子材料基礎3、 高分子化合物的分類及命名（1） 高分子化合物的命名常用高分子材料名稱多采用習慣命名法，在原料單體前加“聚”字。如聚乙烯等。也有些是在原料名稱后加“樹脂”二字。如酚醛樹脂。有很多高分子材料采用商品名稱，它沒有統(tǒng)一的命名原則，對同一種材料各國的名稱都可不相同。有時為了簡化，采用英文

23、縮寫名稱，如聚乙烯用PE等。2022/7/20334、高分子化合物的結構 前言 材料的宏觀性能是微觀分子運動的反映，結構是了解分子運動的基礎。各種物質性能各異的主要原因是材料的組成和結構，對高分子化合物而言，材料的性能與高分子的結構關系更密切。或者說可以利用改變高分子的結構來改變材料的許多物理化學性能。高分子的結構可分為高分子鏈結構（分子內結構）和高分子的聚集態(tài)結構（分子間結構）2022/7/2034 4、高分子化合物的結構（1）高分子結構的特點（與小分子相比）分子量很大，由相當與小分子的結構單元組成，可形成線型、網(wǎng)狀和支化分子；分子鏈易內旋轉，鏈柔順。分子鏈的化學鍵不能旋轉，鏈剛硬；高分子結

24、構的多分散性，包括分子量、單元序列、立體選擇等結構單元之間的相互作用；高分子的晶態(tài)比小分子晶態(tài)的有序程度差，而非晶態(tài)比小分子的液態(tài)有序程度高；高分子的織態(tài)結構，為了不同的應用，高分子材料中必須加入添加劑，填料和其他聚合物，它們之間的相互作用對材料性能有重大的影響。2022/7/20354、高分子化合物的結構（2）高分子鏈結構（a）高分子鏈的組成 只有在元素周期表中處于A，A，A，A的金屬和非金屬元素B、C、Si、N、P、O、S等能組成高分子鏈，其中以碳鏈高分子產(chǎn)量最大，應用最廣。由于高聚物中常見的C、H、O，N等元素都是輕元素，因而使高分子材料都具有密度小的特點。組成高分子鏈的元素不同，則性能

25、不同，其主要原因是由于高分子鏈中原子間以共價鍵結合，不同元素間的結合力大小不同。2022/7/20364、高分子化合物的結構（2）高分子鏈結構（b）高分子鏈的形態(tài)高分子鏈可以呈不同的幾何形狀，一般可分為以下三種 2022/7/20374、高分子化合物的結構1）線性分子鏈：這類高分子的彈性、塑性好，硬度低，是典型熱塑性材料的結構；2）支鏈型分子鏈：在主鏈上帶有支鏈，這類高分子的性能和加工都接近于線型分子鏈高聚物；3）體型分子鏈：分子鏈之間有許多鏈節(jié)互相交聯(lián)，這類高聚物的硬度高、脆性大、無彈性和塑性，是典型熱固性材料的結構。 圖2-1 高分子鏈的形狀示意圖2022/7/2038 4、高分子化合物的

26、結構（c）高分子鏈的構型構型指高分子鏈中原子或原子團在空間的排列方式，每個高分子通常含有不同的取代基，根據(jù)取代基位置不同，就有不同的立體構型。如乙烯類高分子鏈，一般可見到以下三種立體構型。1）全同立構：取代基R全部處于主鏈一側；2）間同立構：取代基R相同地分布在主鏈兩側；3）無規(guī)立構：取代基R在主鏈兩側不規(guī)則分布。2022/7/20394、高分子化合物的結構（D）共聚物的結構共聚物與均聚物相比，又多了不同單體單元或結構單元之間的排列順序問題。按不同單元的排列序列可分為：交替共聚物： ABABABABABAB無規(guī)共聚物： AAABABBABBBAAB嵌段共聚物： AAAAAABBBBBBBBAA

27、AAAA接枝共聚物： AAAAAAAAAAAAAA BBBBBBBB2022/7/2040 4、高分子化合物的結構（E）高分子鏈的構象及柔順性 高分子鏈的主鏈都是以共價鍵連接起來的，它有一定的鍵長和鍵角。如CC鍵的鍵長為0.154nm，鍵角為10928。在保持鍵長和鍵角不變的情況下它們可以任意旋轉，這就是單鍵的內旋轉。高分子鏈的柔順性與單鏈內旋轉難易程度有關。CC鍵上總帶有其它原子或基團，這些原子和基團之間存在著一定的相互作用，阻礙了單鍵的內旋轉；另外，單鍵的內旋轉是彼此受到牽制的，一個鍵的運動往往要牽連到鄰近鍵的運動。 2022/7/20414、高分子化合物的結構（2）高分子的聚集態(tài)結構高分

28、子的聚集態(tài)結構是指高分子鏈間的排列和堆砌結構，也稱為超分子結構。高分子材料的性能除了受分子鏈的組成、形態(tài)、鏈接方式、構型、構像影響外，還與高分子的分子量大小及分子的聚集狀態(tài)有關。2022/7/20424、高分子化合物的結構高分子間的作用力：靜電力、誘導力、色散力、氫鍵。高分子鏈之間不僅存在范德華力，有時還會產(chǎn)生氫鍵。雖然相鄰兩個高分子之間每對重復單元所產(chǎn)生作用力很小，但大量重復單元的作用力使分子間總的作用力可以超過共價。高分子在拉伸時常常先發(fā)生分子鍵的斷裂，而不是分子鏈之間的滑脫。2022/7/20434、高分子化合物的結構內聚能密度：分子間的作用力對高分子的物理性能（熔點、沸點、氣化熱、熔化

29、熱等）和聚集狀態(tài)有很大影響。如乙烯呈氣態(tài)，聚乙烯呈固態(tài)。且相對分子質量越大，分子間引力也越大，強度越高。分子間的作用力通常用內聚能密度來表示，內聚能定義為：把一摩爾液體或固體分子移到其分子間的作用力之外所需要的能量（克服分子間的作用力）2022/7/20444、高分子化合物的結構高分子的聚集態(tài) 根據(jù)分子在空間排列的規(guī)整性可將高分子分為結晶型、部分結晶型和非晶態(tài)三類（如圖2-2所示）。通常線型聚合物在一定條件下可以形成晶態(tài)或部分晶態(tài)，而體形聚合物為非晶態(tài)。（a） （b） （c）圖2-2 聚合物的三種聚集態(tài)結構示意圖（a）晶態(tài)（b）部分晶態(tài) (c)非晶態(tài)2022/7/20455、線型高分子的三種力

30、學狀態(tài) 線型非晶態(tài)高分子在不同溫度下表現(xiàn)出不同的物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，其變形溫度曲線如圖所示，圖中Tx為脆化溫度，Tg為玻璃化溫度，Td為粘流溫度，Tf為分解溫度。 線型非晶態(tài)高聚物的變形-溫度曲線2022/7/20465、線型高分子的三種力學狀態(tài) （1）玻璃態(tài) 當TTg時，由于溫度低，分子熱運動能力很弱，不僅使整個分子鏈不能運動，就是鏈段甚至個別鏈節(jié)也不能運動，使整個大分子失去柔順性，這時高分子變?yōu)榉蔷B(tài)的固體，像玻璃一樣，因此稱這種狀態(tài)為玻璃態(tài)。高分子呈現(xiàn)玻璃態(tài)的最高溫度（Tg）稱為玻璃化溫度。線型非晶態(tài)高聚物的變形-溫度曲線2022/7/20475、線型高分子的三種力學狀態(tài)

31、 （2）高彈態(tài) 在TgTTf時，高分子的動能較大，可允許小鏈段作為內旋轉，而分子鏈間還不能移動，當施加外力時，高分子會產(chǎn)生緩慢的形變，去除外力后高分子又會緩慢地恢復原狀，這種狀態(tài)稱為高彈態(tài)。此時分子鏈呈卷曲狀，為聚合物獨有的狀態(tài)，在外力作用下，卷曲鏈沿外力方向逐漸舒展拉直，產(chǎn)生很大彈性變形，其宏觀彈性變形量可達100%1 000%。外力去除后分子鏈又逐漸回縮到原來的卷曲狀態(tài)，彈性變形消失。該過程是一個緩慢的過程，是隨時間逐漸變化的。線型非晶態(tài)高聚物的變形-溫度曲線2022/7/20485、線型高分子的三種力學狀態(tài)（3）粘流態(tài) 當TTf時，分子動能足以使鏈段和整個分子鏈都運動起來，聚合物成為流動

32、的粘綢液體，這種狀態(tài)稱為粘流態(tài)。Tf是能使整個分子鏈發(fā)生運動的量低溫度。粘流態(tài)高分子在外力作用下，大分子鏈之間發(fā)生相對滑動而產(chǎn)生不可逆永久變形，該形變稱為粘性流動形變。粘流態(tài)不同于玻璃態(tài)和高彈態(tài)，是高分子成型加工的狀態(tài)。線型非晶態(tài)高聚物的變形-溫度曲線2022/7/20495、線型高分子的三種力學狀態(tài)在室溫處于粘流態(tài)的高分子屬于流動性樹脂，處于高彈態(tài)的稱為橡膠，處于玻璃態(tài)的稱為塑料。從使用角度出發(fā)，作為橡膠使用的高分子，Tg越低越好，這樣可保證在較低溫度下仍不失去彈性；作為塑料使用的高分子，Tg越高越好，這樣可保證在較高溫度下仍保持玻璃態(tài)。通?？赏ㄟ^改變分子鏈的組成、結構和分子質量的大小，而獲

33、得具有不同Tg的高分子，以滿足不同使用性能要求，一般分子柔順性越好，Tg越低，相對分子質量越大，分子鍵結合力越大，Tg越高。 2022/7/2050 6、高分子的性能（1）高分子的溶解與溶脹高分子的分子量分散性，分子的支化與交聯(lián)，分子的晶態(tài)與非晶態(tài)的特性決定了高分子的溶解過程是十分復雜的。高分子的溶解過程分兩個階段，先是溶劑分子滲入高分子內部，使高分子體積膨脹，然后才是高分子均勻分散在溶劑中，形成均相體系。交聯(lián)聚合物只能溶賬不能溶解分子量越大溶解度越小遵守相似相溶性原理，溶劑與高分子的內聚能密度越接近溶解性就越好。2022/7/2051 6、高分子的性能（2） 高分子材料的力學性能描述力學的基

34、本物理量應力與應變：在外力的作用下，物體的形狀和尺寸發(fā)生的變化叫應變；當物體發(fā)生宏觀的變形時，內部分子間會產(chǎn)生附加的內力，達到平衡時，附加的內力與外力大小相等，方向相反，單位面積上的附加外力就成為應力。幾種常用的力學性能指標拉伸強度：在一定條件下，在標準式樣上沿軸向施加拉伸載荷直到試樣被拉斷，此時的最大載荷與受力的面積之比。彎曲強度；在一定條件下，在標準式樣上施加靜彎曲力矩直到試樣被拉斷，取此時的最大載荷，按一定的公式計算。沖擊強度：試樣受沖擊載荷而折斷時單位面積所吸收的能量2022/7/20526、高分子的性能（3）高分子材料的力學性能特點：a 低強度 高分子的抗拉強度平均為100MPa左右

35、，是理論強度的1/200； 高分子材料密度小，故其比強度較高，這點在生產(chǎn)應用中有著重要意義。b、高彈性和低彈性模量 這是高分子材料特有的性能。橡膠為典型高彈性材料，彈性變形率為100%1 000%，彈性模量為10100MPa，約為金屬彈性模量的千分之一；而塑料因其使用狀態(tài)為玻璃態(tài)，故無高彈性，但其彈性模量也遠比金屬低，約為金屬彈性模量的十分之一。2022/7/20536、高分子的性能c、 粘彈性 高分子材料在外力作用下同時發(fā)生高彈性變形和粘性流動，其變形與時間有關，這一性質稱為粘彈性。高聚物的粘彈性表現(xiàn)為蠕變、應力松弛、內耗三種現(xiàn)象。蠕變是在應力保持恒定的情況下，應變隨時間的延長而增加的現(xiàn)象。

36、它是在恒定應力作用下卷曲分子鏈通過構象改變逐漸被拉直，分子鏈位移導致的不可逆塑性變形。蠕變實際上反應了材料在一定外力作用下的尺寸穩(wěn)定性，對于尺寸精度要求高的生物材料及制品，就需要選擇蠕變抗力高的材料。應力松弛是在應變保持恒定的情況下，應力隨時間延長而逐漸衰減的現(xiàn)象。它是在恒定應變作用下舒展的分子鏈通過熱運動發(fā)生構象改變而收縮到穩(wěn)定的卷曲態(tài)而使應力構弛。內耗是在交變應力下出現(xiàn)的粘彈性現(xiàn)象。在交變應力（拉伸-回縮）作用下，處于高彈態(tài)的高分子，當其變形速度跟不上應力變化速度時，就會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，這種應力和應變間的滯后就是粘彈性之一。2022/7/2054 6、高分子的性能d、高耐磨性 高聚物的硬度比

37、金屬低，但耐磨性卻優(yōu)于金屬，尤其是塑料更為突出。塑料的磨擦系數(shù)小，有些塑料本身就具有自潤滑性能。而橡膠則相反，其摩擦系數(shù)大，適合制造要求較大摩擦系數(shù)的耐磨零件。2022/7/2055 6、高分子的性能（4） 高分子材料的其他性能特點（a）高絕緣性 以共價鍵結合的高分子材料其內部無離子和自由電子，故導電能力極低、介電常數(shù)小、介電耗損低、耐電弧性好。（b）低耐熱性 耐熱性是指材料在高溫下長期使用時保持性能不變的能力。由于高分子鏈受熱時易發(fā)生鏈段運動或整個分子鏈移動，導致材料軟化或熔化，使性能變壞，故耐熱性差。（c）低導熱性 高分子材料內部無自由電子，且分子鏈相互纏繞在一起，受熱時不易運動，故導熱性

38、差，約為金屬材料導熱性的百分之一到千分之一。（d）高膨脹性 高分子材料的線膨脹系數(shù)大，為金屬材料的310倍。 （e）高化學穩(wěn)定性 高分子材料在酸、堿等溶液中有優(yōu)異的耐腐蝕性能。2022/7/20567、高分子材料的化學反應（1） 大分子的交聯(lián)能將高分子從線型結構轉變?yōu)轶w型結構，使力學性能提高，化學穩(wěn)定性增加的化學變化稱為交聯(lián)反應。（a）官能團的交聯(lián)反應 這類反應可以發(fā)生在大分子鏈的側基官能團之間，也可以發(fā)生在大分子鏈的側基官能團與小分子官能團之間。如環(huán)氧樹脂大分子的交聯(lián)反應，常采用小分子物質，如多元酸（酐）、多元胺，參加反應，使大分子從線型結構轉為體型結構。（b）輻射交聯(lián) 有些高分子沒有可參加

39、反應的官能團，它們的交聯(lián)就比較困難，一般可通過高能輻射的方法，使大分子交聯(lián)：兩個游離基化合交聯(lián)；游離基接到高分子雙鍵交聯(lián)；兩個游離基經(jīng)過兩個氧原子的交聯(lián)。2022/7/20577、高分子材料的化學反應（2） 大分子的降解大分子鏈在各種外界因素作用下，發(fā)生鏈的斷裂使相對分子質量下降的反應叫降解反應。降解一般發(fā)生在最弱的鍵上或在特定條件下比較活潑的鍵上。當降解的產(chǎn)物是高分子單體時，這是主鏈斷裂的極端情況，稱為解聚，如聚甲基丙烯酸甲酯在高溫下解聚為甲基丙烯酸甲酯。聚乳酸在體內降解成乳酸等。2022/7/20587、高分子材料的化學反應（3） 高分子材料的老化高分子材料在長期使用過程中，由于受到氧、熱

40、、紫外光、機械力、水蒸氣以及微生物等因素的$作用，逐漸失去彈性，出現(xiàn)龜裂、變硬、變脆或發(fā)粘軟化、失去光澤或變色、物理-機械性能變差等現(xiàn)象，稱為高分子材料的老化。高分子材料的老化是一個復雜的化學變化過程，它涉及到高分子化合物本身的結構和所處的環(huán)境因素。目前認為大分子的交聯(lián)和大分子的降解是引起老化的主要原因。當老化以大分子的交聯(lián)為主時，表現(xiàn)為失去彈性、變硬、變脆、出現(xiàn)龜裂等；當以大分子裂解為主時，表現(xiàn)為失去剛性、變軟發(fā)粘、出現(xiàn)蠕變等。目前，采取防老化的措施主要有：對高分子化合物的結構進行改性；添加防老劑、紫外線吸收劑等；表面處理。2022/7/2059 第三節(jié) 陶瓷材料基礎一、概述： 依據(jù)化學特征

41、，材料通常可分為無機材料和有機材料兩大類，而在無機材料中又可分為金屬和非金屬材料。一般而言，無機非金屬材料泛指整個硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等，因其化學組成均為硅酸鹽類無機非金屬材料又可稱為硅酸鹽材料。因陶瓷是無機非金屬材料中應用歷史最久，使用范圍最廣泛的材料，故也常將無機非金屬材料稱為陶瓷材料。在生物材料中使用的無機非金屬材料主要是陶瓷材料。2022/7/2060 第三節(jié) 陶瓷材料基礎1、陶瓷的種類： 陶瓷種類繁多，不同角度分類方法不同，較常見的有以下兩種。 按照制品的性能和用途可分為普通陶瓷和特種陶瓷。 普通陶瓷即人們生活和生產(chǎn)中最常見和使用的陶瓷制品。如陳設陶瓷、建筑陶瓷

42、、化工陶瓷、化學陶瓷、電絕緣陶瓷等。原料基本相同，生產(chǎn)工藝技術亦相近。 特種陶瓷是指普通陶瓷以外，具有特定性能的陶瓷材料和制品。特種陶瓷又分為結構陶瓷和功能陶瓷兩類，結構材陶瓷主要是用于耐磨損、高強度、耐熱、耐熱沖擊、硬質、高剛性、低熱膨脹性和隔熱等結構陶瓷材料。功能陶瓷包括電磁功能、光電功能和生物化學功能等陶瓷制品和材料。2022/7/2061 第三節(jié) 陶瓷材料基礎1、陶瓷的種類：按照陶瓷坯體結構（坯體密度）不同，可把陶瓷分為陶器和瓷器兩大類。陶器通常是末燒結或部分燒結、有一定的吸水率、斷面粗糙無光、不透明、敲之聲音粗啞、有的無釉 、有的施釉 。瓷器的坯體已燒結，基本上不吸水，致密，有一定透

43、明性，敲之聲音清脆，斷面有 殼狀光澤，通常根據(jù) 需要施有各種類型的釉 。 2022/7/2062 第三節(jié) 陶瓷材料基礎2、陶瓷的組成與性能 陶瓷材料以硅酸鹽為主，還有碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及其他鹽類和單質。不僅具有高熔點，高硬度，高強度、化學惰性，耐高溫，耐磨損等優(yōu)點，而且還具有一些特殊性能，如生物活性、生物惰性、半導體性、軟磁性、硬磁性等。在有些情況下陶瓷是常選用的材料，例如骨關節(jié)置換材料、牙科材料等。 陶瓷材料的各種性能都是由其化學組成、晶體結構和顯微組織所決定的。化合物的結合鍵既有共價鍵又有離子鍵，即可是結晶型的，如MgO， Al2O3，ZrO，SiC等，也可以是非晶體型的，如玻

44、璃，甚至有些化合物在一定條件下轉變成結晶型的，如玻璃陶瓷。 2022/7/2063 第三節(jié) 陶瓷材料基礎二、陶瓷材料制造工藝1 坯料制備坯料是指將天然巖石、礦物、粘土等原料，經(jīng)過粉碎精選磨細配料脫水練坯、陳化等過程后得到的具有成型性能的多組分混合物。為了保證產(chǎn)品質量和滿足成型的工藝要求，各種坯料均應符合下列基本質量要求。坯料組成符合配方要求；各種成分混合均勻；坯料中各組分的顆粒細度符合要求，并具有適當?shù)念w粒級配；壞料中空氣含量應盡可能地少。2022/7/2064 第三節(jié) 陶瓷材料基礎二、陶瓷材料制造工藝2 成型成型就是將坯料按照一定的目的或要求制成具有一定形狀和強度的坯體（生坯），成型的過程取

45、決于坯料的性能和工藝。同一陶瓷制品可采用不同的成型方法，一般按坯料的性能陶瓷的成型方法可分為三類：可塑法、注漿法和壓制法。可塑法又叫塑性料團成型法，具有一定可塑性的坯料中加入一定量水分或塑化劑，使之成為具有良好塑性的料團，通過手工或機械成型。注漿法又叫漿料成型法，它是把原料配制成漿料注入有吸水性能的模具中而得到坯體的一種成型方法。壓制法又叫粉料成型法。它是將含有一定水分和添加劑的粉料，在金屬模具中用較高的壓力壓制成型，與粉末冶金成型方法完全一樣。2022/7/2065 第三節(jié) 陶瓷材料基礎二、陶瓷材料制造工藝3、 燒結 坯料成型后未經(jīng)燒結前稱為生坯，生坯經(jīng)干燥之后即可涂釉，也可直接燒結。生坯只

46、是固相粒子堆積起來的聚積體，顆粒之間除了點接觸外，尚存在許多孔隙，強度較差，無法使用。將生坯加熱至高溫，發(fā)生一系列物理化學變化后在冷卻至室溫，在燒結過程中不斷收縮，并在低于熔點溫度下變成致密、堅硬的具有某種顯微結構的多晶燒結體，這種現(xiàn)象稱為燒結。燒結方法有熱壓或熱等靜壓法；液相燒結法；反應燒結法。2022/7/2066 第三節(jié) 陶瓷材料基礎三、陶瓷材料簡介1 普通陶瓷用粘土（Al2O3SiO22H2O）長石（K2OAl2O36SiO2 Na2OAl2O36SiO2）,石英（SiO2）為原料，經(jīng)配料，成型，燒結而制成。組織中主晶相為莫來石（3Al2O32SiO2）占25%30%，次晶相為SiO2

47、；玻璃相占3560%，是以長石為溶劑，在高溫下溶解一定量的粘土和石英而形成的液相冷卻后所得到的；氣相占1%3%。該陶瓷質地堅硬，不導電，能耐1200高溫，加工成型性好，成本低廉。缺點是含較多玻璃相，高溫下易軟化，強度較低，耐高溫性能及絕緣性性不如特種陶瓷。 2022/7/2067第三節(jié) 陶瓷材料基礎三、陶瓷材料簡介2 生物惰性陶瓷 生物惰性陶瓷屬特種陶瓷的一種。所謂生物惰性陶瓷是指物理化學性能穩(wěn)定，并具有良好的生物相容性，不與生物組織和器官以及體液發(fā)生任何反應的特種陶瓷。 生物惰性陶瓷除應具有耐磨損，還應具有良好的力學強度、韌性和剛度。在利用陶瓷進行假體設計時，假體的設計應力必須大于承受的最大

48、工作應力，并在有效期內保證假體的結構完整性。因此，無論是陶瓷的靜態(tài)性能（拉伸、壓縮、撓曲強度），還是動態(tài)性能（疲勞、老化）均必須在生態(tài)或生理環(huán)境下進行表征和測試。2022/7/2068 第三節(jié) 陶瓷材料基礎三、陶瓷材料簡介2 生物惰性陶瓷（a）氧化鋁陶瓷 氧化鋁陶瓷的主要成分是Al2O3，含有少量SiO2。有很好的耐磨性、化學穩(wěn)定性和生物惰性等； 高密度、高純度、多晶氧化鋁常用于制作人工髖關節(jié)的股骨頭、股骨干和髖臼。 2022/7/2069 第三節(jié) 陶瓷材料基礎三、陶瓷材料簡介2、 生物惰性陶瓷（b）非氧化物陶瓷 碳基陶瓷具有良好的生物相容性，且碳和骨之間在剛度和力學強度類似，使之成為全關節(jié)置

49、換的最佳材料。碳化物如SiC,B4C；氮化物如BN，Si3N4等難熔化合物為主晶相的陶瓷，具有優(yōu)異的性能。熱穩(wěn)定性，耐蝕性，耐磨性均相當好。在人體硬組織的修復有一定的應用。 2022/7/2070 第三節(jié) 陶瓷材料基礎三、陶瓷材料簡介3、 生物活性陶瓷 生物活性陶瓷是指材料的表面具有很好的生物相容性，生物組織與材料表面之間形成的連續(xù)界面可以承擔植入部位正常的負荷。生物活性陶瓷植入體在體內的性質取決于材料的植入部位、材料的本體和表面性能、組織創(chuàng)傷以及材料表面與組織界面間的相對運動。到目前為止，臨床應用較多的生物活性陶瓷有生物活性玻璃；磷酸鈣陶瓷及其復合物2022/7/2071 第三節(jié) 陶瓷材料基

50、礎三、陶瓷材料簡介3、 生物活性陶瓷（a）生物活性玻璃 生物活性玻璃主要由硅、磷、鈣、鈉的氧化物組成，并在某些材料中含有少量的硼、鎂、鋁、鈦等的氧化物。一般認為材料的生物活性程度與玻璃的化學組成有很大的關系，如用CaF代替 CaO可使玻璃的溶解性降低，而用B2O3 代替CaO時，玻璃的溶解性增加。此外，若材料表面的形態(tài)結構有利于膠原分子的有序排列則會有利于礦化骨的形成，因為分子的有序性將會促進羥基磷灰石晶核的產(chǎn)生，這種生物活性玻璃與生物組織的結合機理有一系列復雜的物理化學反應和超結構現(xiàn)象。 2022/7/2072 第三節(jié) 陶瓷材料基礎三、陶瓷材料簡介3、 生物活性陶瓷（b）羥基磷灰石磷酸鈣陶瓷

51、是指磷鈣比不同的一系列陶瓷材料，醫(yī)學的磷灰石是羥基磷灰石，理想的化學式是Ca10（PO4）6（OH）2 理想的磷/鈣比為1.67，通常含有CO32-、Mg+2、Na+、Cl-、F-等微量元素。在骨質中羥基磷灰石大約占60%，是一種長度為200400 、厚度為1530 的針壯結晶，其周圍規(guī)則的排列著骨膠原纖維。齒骨的結構也類似于自然骨，但齒骨中羥基磷灰石的含量達97%。2022/7/2073 第三節(jié) 陶瓷材料基礎三、陶瓷材料簡介3、 生物活性陶瓷（c） 磷酸鈣 磷酸鈣也是磷酸鈣陶瓷的一種，已被廣泛應用于可吸收骨置換材料。這類材料的化學組分雖與羥基磷灰石不同，但物理、化學性質相似。由于不同的磷酸鈣

52、成分生物降解性能不同，所以吸收骨置換材料在制備過程中應首先考慮材料的生物降解速率與骨的形成速度之間關系。其次，必須控制材料的純度、粒度、結晶和細孔的形成技術與條件。 常用的磷酸鈣有兩種，即 磷酸三鈣（TCP）和磷酸三鈣，但作為生物醫(yī)用材料是以磷酸三鈣為主。兩者在一定溫度下可以相互轉變。2022/7/2074 第四節(jié) 復合材料 前 言 在生物材料中，由于單一組分很難滿足生物相容性的要求，復合材料所占的比例愈來愈大，用途也愈來愈廣泛，且有些部位的植入體非復合材料不可。例如天然牙體組織中（如牙釉質、牙本質）為復合材料，是有生物大分子膠原及羥基磷灰石微晶體組成，如果能復合出組成與微觀形態(tài)完全與牙體組織

53、相同的復合材料，無疑將會成為最理想的牙科替換材料。在生物可吸收性材料，尤其是組織工程支架材料中為了調整材料的降解性能和保證支架材料的強度以及加工性能，復合材料的利用同樣十分廣泛。在矯形外科，復合材料被用來改善股骨柄、骨折固定物、生物活性陶瓷、骨水泥等也愈來愈受到人們的重視 2022/7/2075 第四節(jié) 復合材料一、 復合材料的基本概念1、 復合材料概念復合材料是由兩種或兩種以上不同的材料所組成多相固體材料，至少包括基體相和增強相兩大類。復合材料的最大優(yōu)點是各組分性能的互補性以及復合材料的可設計性。復合材料不僅可以最大可能的發(fā)揮各組分的優(yōu)點，還有可能獲得原組分所不具備的優(yōu)良性能。同時還可以按照

54、不同用途和性能對復合材料的組分和結構進行設計，利用各組分的比例、分布以及形態(tài)改變復合材料的性能，因為復合材料的性能不僅與每相的組成有關，而且與相的含量、尺寸和分布狀態(tài)密切相關。在復合材料中每種相的幾何形狀十分相似，在單一相內可以把材料看成是均勻的，復合材料的各個組成成分在物理學和力學上是獨立的。因此，復合材料具有單一組分所沒有的優(yōu)良性能。2022/7/2076 第四節(jié) 復合材料一、 復合材料的基本概念2、復合材料的分類 根據(jù)基體相的不同，可以把復合材料分為金屬基復合材料、無機非金屬基復合材料以及高分子基復合材料。按照增強相的組成和種類，復合材料可分為三類： 纖維增強復合材料；碳纖維增強復合材料

55、 顆粒增強復合材料，如金屬陶瓷； 疊層復合材料，如雙層金屬材料、三層（鋼-銅-塑料）復合材料等。在生物材料中應用于全關節(jié)置換的復合材料既有金屬基復合材料，也有高分子基復合材料材料。碳纖維增強碳復合材料，由于其具有良好的生物相容性、不釋放可溶性物質、不易降解、較好的力學性能等而具有很好的應用前景。2022/7/2077 第四節(jié) 復合材料一、 復合材料的基本概念3、復合材料的命名復合材料的命名暫無統(tǒng)一的規(guī)定，一般是以增強材料或基體材料的名稱命名。命名方法主要有以下四種：（a）以基體為主命名：如鈦基復合材料、硼硅玻璃基復合材料、 聚丙烯基復合材料。（b）以增強材料為主命名：如碳纖維增強復合材料、 有

56、機纖維復合材料。（c）基體和增強材料并用：碳纖維增強鋁合金復合材料。（d) 商業(yè)名稱命名。如玻璃鋼。2022/7/2078 第四節(jié) 復合材料二、復合材料的性能 復合材料的最大優(yōu)點就是獲取各組分的優(yōu)越性，形成一種新型材料，1）高比強度和比模量：碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料其比強度比鋼高3倍以上，比模量比鋼高35倍等。2）抗疲勞性能好：金屬材料的疲勞極限為抗拉強度的40 50，而碳纖維復合材料可達70803）抗斷能力強：纖維復合材料中有大量獨立的纖維，當纖維斷裂時，載荷就會重新分配到其他未破斷的纖維上。4）優(yōu)良的高溫性能：鋁合金在300時強度由500MPa降到3050MPa，當用碳纖維或硼纖維增強后，

57、在此溫度下的強度基本上與室溫下的相同。5） 減振性好：復合材料抗振性好的原因一是的比模量高，可以較大程度地避免產(chǎn)生共振；二是增強體與基體界面有吸收振動能量的作用，故產(chǎn)生振動也會很快地衰減下來。6）其它性能：復合材料也具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、自潤滑性能。2022/7/2079 第四節(jié) 復合材料三、幾種常見的復合材料1、纖維增強復合材料1) 增強纖維材料 (1)玻璃纖維：玻璃纖維是將熔化的玻璃以極快的冷卻速度拉成細絲而制得，其結構與玻璃相同。 (2) 碳纖維和石墨纖維：碳纖維是一種以碳為主要成分的纖維狀材料，不同與有機纖維或無機纖維。 （3）硼纖維：將硼元素通過高溫化學氣相沉積法將非晶態(tài)硼沉積

58、到鎢絲或碳絲上而制得。它具有很高的比強度和比模量 （4）碳化硅纖維： 碳化硅纖維是以碳和硅為主的陶瓷纖維，利用化學氣相沉積或燒結法而制得。（5）有機纖維：有機纖維以芳綸、聚芳酰胺纖維為主。（6）晶須 即纖維狀晶體，包括金屬和陶瓷晶須兩類。 2022/7/2080 第四節(jié) 復合材料2) 纖維增強復合材料(1) 碳纖維增強塑料 碳纖維增強塑料的基體材料以聚酯、酚醛、環(huán)氧、聚四氟乙烯等樹脂為主，具有密度小，強度高，彈性模量高，比強度和比模量高，并具有有優(yōu)良的抗疲勞性能、耐沖擊性能，良好的自潤滑性、耐磨性、耐蝕性和耐熱性等。缺點是碳纖維與基體的結合力低，各向異性比較明顯。主要用于航空、航天、機械制造、

59、汽車工業(yè)及化學工業(yè)中。2022/7/2081第四節(jié) 復合材料（2）有機纖維增強塑料 一般的高分子纖維很難增強其它的高分子纖維，但利用特殊方法制備的聚芳綸纖維和超高分子量的聚乙烯纖維對環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等就有較好的增強作用。其主要性能特點是抗拉強度較高，與碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料相似；延性好，與金屬相當；耐沖擊性超過碳纖維增強塑料；有優(yōu)良的抗疲勞和減震性，其抗疲勞性優(yōu)于玻璃鋼和鋁合金，減震能力為鋼的8倍，為玻璃鋼的45倍。聚芳綸纖維增強塑料在工業(yè)上主要用于制造飛機機身，雷達天線罩，輕型艦船等。 2022/7/2082 第四節(jié) 復合材料（3）碳化硅纖維增強塑料 碳化硅與環(huán)氧樹脂組成的

60、復合材料，具有高的比強度和比模量，抗拉強度接近碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料，而抗壓強度為其2倍。因此，它是一種很有發(fā)展前途的新材料。主要用于航空、航天工業(yè)。由于碳化硅的特殊組分和較好的生物相容性，在生物材料中也有一定的應用。2022/7/2083 第四節(jié) 復合材料（4）硼纖維增強塑料 該類復合材料的基體材料多是環(huán)氧、聚酰亞胺等樹脂。具有高的比強度和比模量，良好的耐熱性。如硼纖維-環(huán)氧樹脂復合材料其彈性模量分別為鋁、鈦合金的3倍和2倍，比模量則為鋁、鐵合金的4倍。缺點是各向異性明顯，加工困難，成本太高。主要用于航空、航天工業(yè)。 2022/7/2084 第四節(jié) 復合材料(5) 玻璃纖維增強塑料 玻璃纖