CN1775855A - 蚕丝纤维增强高聚物复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料技术领域的蚕丝纤维增强高聚物复合材料，组分及重量百分比为：蚕丝纤维15％－65％，余量为基体，所述的基体为聚己内酯和聚乳酸二者中的一种或它们的共混物。本发明采用资源丰富、价格低廉的蚕丝纤维作为增强材料和可完全生物降解、生物相容性良好的高聚物材料作为基体，经过熔融共混制备成复合材料，工艺简单，适用范围广。本发明具有较高的强度和模量，而且保持了基体和纤维良好的生物相容性和生物降解性。

Description

蚕丝纤维增强高聚物复合材料
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的纤维增强材料，具体是一种蚕丝纤维增强高聚物复合材料。
背景技术
由于在生物医学领域和环境科学领域的广泛应用，可生物降解的聚合物材料越来越受到人们的关注。其中脂肪族聚酯类材料是人们研究较多的一种，如聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)等等。作为可生物降解的材料，它们都有良好的生物相容性，是植入材料的理想选择。同时，它们还具有良好的热塑性和成型加工性，可采用挤出、吹塑、注塑等方法制成纤维、薄片、片材等，因而在生物医学领域有广泛应用，其应用范围涉及到几乎所有非永久性的植入装置，包括药物控释载体、手术缝线、器官修复材料、人工皮肤、手术防粘连膜及组织和细胞工程等。然而，由于这些高聚物的模量通常较低，力学性能较差，单独使用不能完全满足作为骨修复等材料的需求，因此人们采用许多方法来提高它们的力学性能，用纤维增强就是其中的一种主要方法。用来增强聚合物的纤维有人造纤维和天然纤维两种，和人造纤维相比，天然纤维有着低成本，来源广泛，可生物降解等优点。由于石油资源的不可再生和人们的环境保护意识的日益增强，使用天然纤维来增强聚合物制成复合材料越来越受到人们的重视。天然纤维包括天然植物纤维(纤维素纤维、木质素纤维等)和天然动物纤维(蚕丝纤维、羊毛等)。
经对现有技术的文献检索发现，已经有天然植物纤维在增强聚合物方面的应用。中国专利名称：天然植物纤维增强的可完全降解的聚合物复合材料及其制备方法，申请号：02149613.7，该专利自述为：“采用印度植物纤维Hildegardiapopulifolia、剑麻纤维、苎麻、木纤维作为纤维原料，以可降解塑料甲基乙撑碳酸酯为基体，纤维原料和基体原料在偶联剂存在/不存在的条件下熔融共混制得，纤维所占的质量百分比为5-80％，较好的纤维含量为10-50％”，但是有关天然动物纤维增强可完全降解的聚合物复合材料的专利并未查到。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种蚕丝纤维增强高聚物复合材料，使其使用蚕丝纤维来增强可完全生物降解的高聚物制成复合材料，在改善复合材料性能的同时，又保持基体和纤维原有的良好的生物相容性和生物降解性，而且制备工艺简单，应用范围广。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的蚕丝纤维增强高聚物复合材料，组分及重量百分比为：蚕丝纤维15％-65％，余量为基体，所述的基体是可完全生物降解的高聚物材料，为聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)二者中的一种或它们的共混物。
所述的蚕丝纤维，为脱去丝胶的丝素纤维，包括短切纤维(长度为1cm-3cm)和连续纤维。
本发明是以可完全生物降解的高聚物材料为复合材料的基体，以蚕丝纤维作为增强纤维制备成的新型复合材料。其通过以下方法制备：将高聚物和脱胶后的蚕丝纤维按配比称量，在高速混合机中搅拌使之混和均匀，然后在聚合物混和设备中进行熔融共混，把共混后得到的复合材料放入模具中压制成薄片，共混温度和模压温度要保证高聚物基体完全熔融，模压后，再在室温下冷压，脱模，得到本发明的复合材料。得到的复合材料可以通过辐照的方法进行性能优化。
蚕丝是一种天然的多肽纤维，由丝胶和丝素两部分组成。其中丝素部分与人体的角质和胶原同为蛋白质，有十分相似的结构，具有良好的生物相容性和生物降解性。而且强度高，来源广泛。根据本发明，在基体材料为聚己内酯(PCL)的情况下，蚕丝纤维含量为25％-45％，辐照剂量为100KGy-200KGy制成的复合材料有着最佳的力学性能为：拉伸强度：28.34-29.58Mpa；弯曲强度：56.50-61.47Mpa；弯曲模量：2.07-2.49Gpa。当然也可以根据需要采用不同的纤维含量和辐照剂量，但纤维成分过多会使纤维在基体里分散不均匀导致力学性能的下降，而辐照剂量过多则会使基体发生降解。
本发明的优点和积极作用在于：1.采用资源丰富、价格低廉的蚕丝纤维作为增强材料和可完全生物降解、生物相容性良好的高聚物材料作为基体，经过熔融共混制备成复合材料，工艺简单，适用范围广。2.蚕丝纤维的加入明显提高了基体的力学性能。3.辐照处理在不引入其他杂质和附加产物的情况下，提高了复合材料的力学性能，使基体和纤维的界面结合更加牢固。4.基体和纤维都可以生物降解并有着良好的生物相容性，制成的复合材料自然保持着基体和纤维的这些优点，可望在骨修复材料等生物医用材料领域有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下结合本发明的技术方案提供实施例，实施例中的蚕丝纤维，脱去丝胶的具体处理方法是：将蚕丝放入质量分数0.5％的Na2C03溶液中，在90-100℃下加热40min，使蚕丝脱胶，然后将脱胶后的蚕丝放入干燥箱内，在70-80℃下真空烘干。
实施例1-4
不同纤维含量的蚕丝纤维增强聚己内酯(PCL)复合材料的力学性能如表1所示，将不同成分配比的基体和纤维在高速搅拌机中搅拌15min使之混和均匀，然后在密炼机中140℃下混炼15min，用平板硫化仪在25MPa压力下140℃模压15分钟后，保持压力不变的情况下室温冷压10min后脱模。按照GB1042-79的标准进行力学性能测试，从表1中可以看出随着纤维的加入，复合材料的力学性能有着明显的提高。
实施例5-8
不同纤维含量的蚕丝纤维增强聚乳酸(PLA)复合材料的力学性能如表2所示，将不同成分配比的基体和纤维在高速搅拌机中搅拌15min使之混和均匀，然后在密炼机中140℃下混炼15min，用平板硫化仪在25MPa压力下140℃模压15分钟后，保持压力不变的情况下室温冷压10min后脱模。按照GB1042-79的标准进行力学性能测试，从表2中可以看出随着纤维的加入，复合材料的力学性能有着明显的提高。
实施例9-10
以聚己内酯(PCL)/聚乳酸(PLA)的共混物做为基体，改变基体中二者的质量配比，并保持蚕丝纤维的质量分数不变。将基体和纤维在高速搅拌机中搅拌15min使之混和均匀，然后在密炼机中140℃下混炼15min，用平板硫化仪在25MPa压力下140℃模压15分钟后，保持压力不变的情况下室温冷压10min后脱模。按照GB1042-79的标准进行力学性能测试，具体力学性能如表3所示。
实施例11-14
经过不同剂量辐照过的短切蚕丝纤维增强聚己内酯(PCL)复合材料的性能如表4所示，将制备成的含有45％蚕丝纤维(质量分数)的复合材料经过不同剂量的电子束辐照，辐照后的材料按照GB1042-79的标准进行力学性能测试，从表4中可以看出，辐照处理后复合材料的力学性能比未辐照过的有所增加。
表1不同纤维含量的蚕丝纤维增强聚己内酯复合材料的力学性能
  实施例   纤维含量(％)   拉伸强度(MPa)   弯曲强度(MPa)   弯曲模量(GPa)
  PCL基体   0   16.15   11.50   0.41
  1   15   19.08   23.47   0.86
  2   25   22.70   33.00   1.33
  3   35   26.54   50.04   1.71
  4   45   22.15   52.77   1.82
表2不同纤维含量的蚕丝纤维增强聚乳酸复合材料的力学性能
  实施例   纤维含量(％)   拉伸强度(MPa)   弯曲强度(MPa)   弯曲模量(GPa)
  PLA基体   0   9.23   10.24   0.32
  5   15   13.25   16.33   0.55
  6   25   17.62   20.58   0.69
  7   35   18.40   27.96   0.82
  8   45   18.02   26.41   1.25
表3蚕丝纤维增强不同比例的聚己内酯/聚乳酸复合材料的力学性能
  实施例   聚己内酯含量(％)   聚乳酸含量(％)   纤维含量(％)   拉伸强度(MPa)   弯曲强度(MPa)   弯曲模量(GPa)
  9   52   13   35   22.63   33.41   1.28
  10   39   26   35   19.98   29.60   0.91
表4不同辐照剂量处理后蚕丝纤维增强聚己内酯复合材料的力学性能
  实施例   辐照剂量(KGy)   拉伸强度(MPa)   弯曲强度(MPa)   弯曲模量(GPa)
  复合材料   0   22.15   52.77   1.82
  11   25   24.38   58.20   1.91
  12   100   28.94   59.50   2.07
  13   150   29.58   61.47   2.49
  14   200   28.34   56.50   2.21

Claims (4)

1、一种蚕丝纤维增强高聚物复合材料，其特征在于，组分及重量百分比为：蚕丝纤维15％-65％，余量为基体，所述的基体为聚己内酯和聚乳酸二者中的一种或它们的共混物。
2、根据权利要求1所述的蚕丝纤维增强高聚物复合材料，其特征是，组分及重量百分比为：蚕丝纤维25％-45％，余量为基体，基体为聚己内酯。
3、根据权利要求2所述的蚕丝纤维增强高聚物复合材料，其特征是，当辐照剂量为100KGy-200KGy时，复合材料的拉伸强度：28.34-29.58MPa，弯曲强度：56.50-61.47MPa，弯曲模量：2.07-2.49GPa。
4、根据权利要求1或者2所述的蚕丝纤维增强高聚物复合材料，其特征是，所述的蚕丝纤维为脱去丝胶的丝素纤维，包括短切纤维和连续纤维，短切纤维长度为1cm-3cm。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100532454C (zh) * 2007-04-02 2009-08-26 中国科学院长春应用化学研究所 一种耐热聚乳酸基复合材料及其制备方法
CN102247622A (zh) * 2011-06-10 2011-11-23 东华大学 以可降解纤维增强的聚己内酯可降解骨钉及其溶液法制备
CN102406967A (zh) * 2011-09-29 2012-04-11 东华大学 一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉及其制备方法
CN104530670A (zh) * 2014-12-22 2015-04-22 南京林业大学 一种蚕丝蛋白/聚乳酸共混物材料及其熔融共混制备方法
CN104592658A (zh) * 2015-01-31 2015-05-06 安徽弘毅电缆集团有限公司 一种电缆用耐寒护套材料
CN105199353A (zh) * 2015-10-22 2015-12-30 北京航空航天大学 一种基于可降解蚕丝的车用轻质点阵材料及制备方法
CN105536045A (zh) * 2016-02-03 2016-05-04 江苏时空涂料有限公司 一种丝蛋白改性聚乳酸镁合金活性涂层的制备方法
CN106751578A (zh) * 2016-12-26 2017-05-31 上海金山锦湖日丽塑料有限公司 生物纤维填充pbt组合物及其制备方法
CN108864687A (zh) * 2018-05-22 2018-11-23 西南大学 一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用
CN110564119A (zh) * 2019-08-23 2019-12-13 浙江理工大学 一种桑蚕丝复合线增强pcl改性pla生物可降解复合材料及其制备方法
CN111748183A (zh) * 2020-06-23 2020-10-09 南宁学院 一种偶联改性cnf/pcl复合材料及其应用
CN112933294A (zh) * 2021-03-05 2021-06-11 中国人民解放军总医院第四医学中心 一种可塑性骨水泥再生修复材料
CN114099794A (zh) * 2021-11-18 2022-03-01 北京航空航天大学 一种可生物吸收的骨科植入材料及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1362447A (zh) * 2001-01-05 2002-08-07 成都迪康中科生物医学材料有限公司 纤维增强的聚乳酸复合物
CN1488673A (zh) * 2003-08-21 2004-04-14 上海交通大学 改性甲壳素纤维增强聚乳酸复合材料及其制备方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100532454C (zh) * 2007-04-02 2009-08-26 中国科学院长春应用化学研究所 一种耐热聚乳酸基复合材料及其制备方法
CN102247622A (zh) * 2011-06-10 2011-11-23 东华大学 以可降解纤维增强的聚己内酯可降解骨钉及其溶液法制备
CN102406967A (zh) * 2011-09-29 2012-04-11 东华大学 一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉及其制备方法
CN104530670A (zh) * 2014-12-22 2015-04-22 南京林业大学 一种蚕丝蛋白/聚乳酸共混物材料及其熔融共混制备方法
CN104592658A (zh) * 2015-01-31 2015-05-06 安徽弘毅电缆集团有限公司 一种电缆用耐寒护套材料
CN105199353A (zh) * 2015-10-22 2015-12-30 北京航空航天大学 一种基于可降解蚕丝的车用轻质点阵材料及制备方法
CN105199353B (zh) * 2015-10-22 2017-03-29 北京航空航天大学 一种基于可降解蚕丝的车用轻质点阵材料及制备方法
CN105536045B (zh) * 2016-02-03 2018-11-30 东阳市特意新材料科技有限公司 一种丝蛋白改性聚乳酸镁合金活性涂层的制备方法
CN105536045A (zh) * 2016-02-03 2016-05-04 江苏时空涂料有限公司 一种丝蛋白改性聚乳酸镁合金活性涂层的制备方法
CN106751578A (zh) * 2016-12-26 2017-05-31 上海金山锦湖日丽塑料有限公司 生物纤维填充pbt组合物及其制备方法
CN106751578B (zh) * 2016-12-26 2019-09-17 上海金山锦湖日丽塑料有限公司 生物纤维填充pbt组合物及其制备方法
CN108864687A (zh) * 2018-05-22 2018-11-23 西南大学 一种蚕茧增强聚氨酯复合材料、制备方法及应用
CN110564119A (zh) * 2019-08-23 2019-12-13 浙江理工大学 一种桑蚕丝复合线增强pcl改性pla生物可降解复合材料及其制备方法
CN111748183A (zh) * 2020-06-23 2020-10-09 南宁学院 一种偶联改性cnf/pcl复合材料及其应用
CN112933294A (zh) * 2021-03-05 2021-06-11 中国人民解放军总医院第四医学中心 一种可塑性骨水泥再生修复材料
CN114099794A (zh) * 2021-11-18 2022-03-01 北京航空航天大学 一种可生物吸收的骨科植入材料及其制备方法

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