生物降解材料聚（DL-）乳酸等通道转角挤压增强研究

论文摘要

可降解生物材料研究是当前生物医学工程领域中最为关注的课题之一。聚DL-乳酸作为典型的生物降解材料,以其优异性能受到广泛的关注及临床运用。但在临床运用上,聚DL-乳酸表现出机械性能不足的问题。为解决聚DL-乳酸强度不足的问题,首次采用了等通道转角挤压技术对聚DL-乳酸进行了增强研究,探索和研究生物降解材料增强处理的新途径。本文主要研究内容如下:1.设计了等通道转角挤压模具,对聚DL-乳酸进行了等通道转角挤压试验,测试了聚DL-乳酸等通道转角挤压前后的弯曲强度,结果表明等通道转角挤压塑性变形/成形强韧化处理可以成倍地提高聚DL-乳酸材料的力学性能。2.以扫描电镜（SEM）、广角X射线衍射方法（WAXD）和差示扫描量热法（DSC）为研究手段,对聚DL-乳酸等通道转角挤压强化机理和效果进行了分析,证明了等通道转角挤压技术是强韧化聚DL-乳酸的有效方法,是提高聚DL-乳酸热稳定性和改善聚DL-乳酸组织结构的有效手段。3.以有限元数值模拟软件DEFORM 3D作为分析工具,采用刚塑性有限元法对材料等通道转角挤压过程进行了数值模拟,分析了等通道转角挤压中材料的塑性变形规律,探讨了摩擦对等通道转角挤压过程的影响。结果表明,摩擦对挤压力和变形均匀性有较大影响,随着摩擦因子的增大,挤压力增大,变形均匀性变差,塑性变形区域扩大;摩擦对等效应变量平均值的影响较小。验证了坯料多次等通道转角挤压,变形量可以积累达到较大值。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 医用生物降解材料
• 1.1.1 医用生物降解材料的研究现状
• 1.1.2 医用生物降解材料的发展趋势
• 1.2 典型合成生物可降解材料——聚乳酸
• 1.2.1 聚乳酸的研究现状
• 1.2.2 聚乳酸的应用及发展方向
• 1.3 等通道转角挤压技术（ECAE）的原理及研究现状
• 1.3.1 等通道转角挤压原理
• 1.3.2 ECAE 技术的研究现状
• 1.3.3 ECAE 的应用前景
• 1.4 课题的背景和研究内容
• 1.4.1 课题的背景
• 1.4.2 课题的研究内容
• 第二章 试验装置设计及试验方法
• 2.1 试验装置
• 2.1.1 ECAE 试验装置
• 2.1.1.1 聚 DL-乳酸 ECAE 过程示意图
• 2.1.1.2 ECAE 对模具的要求
• 2.1.1.3 ECAE 模具
• 2.1.2 熔融模压成型模具
• 2.1.3 弯曲试验装置
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 ECAE 试验毛坯的制备
• 2.3.2 ECAE 试验步骤
• 2.3.3 ECAE 试验过程中注意事项
• 2.4 材料性能及微观组织结构分析测试方法
• 2.4.1 弯曲强度试验
• 2.4.1.1 试验原理
• 2.4.1.2 试验装置
• 2.4.1.3 试验材料及试验设备
• 2.4.2 结构形貌表征分析-扫描电子显微镜观察（SEM）
• 2.4.2.1 SEM 技术
• 2.4.2.2 SEM 样品制备及仪器
• 2.4.3 广角 X 射线衍射（WAXD）
• 2.4.3.1 广角 X 射线衍射试验原理
• 2.4.3.2 广角 X 射线实验仪器及试验材料
• 2.4.4 差示扫描量热法（DSC）
• 2.4.4.1 差示扫描量热法原理
• 2.4.4.2 DSC 试验仪器及样品
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验结果与分析
• 3.1 PDLLA 的弯曲强度分析
• 3.2 等通道转角挤压 PDLLA 的显微组织结构分析
• 3.3 PDLLA 的广角 X 光衍射分析（WAXD）
• 3.4 DSC 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 刚塑性有限元理论
• 4.1 有限元的基本思想
• 4.2 基于不同材料本构关系的有限元法
• 4.3 刚塑性有限元基本方程
• 4.3.1 刚塑性有限元的基本假设
• 4.3.2 刚塑性体塑性力学基本方程及边值条件
• 4.4 刚塑性有限元的变分原理
• 4.4.1 不完全广义变分原理
• 4.4.2 马尔柯夫（Markov）变分原理
• 4.4.3 拉格朗日乘子法
• 4.4.4 罚函数法
• 4.5 本章小结
• 第五章 ECAE 塑性有限元数值模拟
• 5.1 DEFORM 软件简介
• 5.2 ECAE 的塑性有限元数值模拟
• 5.2.1 有限元模型的建立
• 5.2.2 数值模拟条件的设置
• 5.2.3 变形区分布
• 5.2.4 变形量分析
• 5.2.5 挤压力
• 5.2.6 ECAE 中摩擦的影响
• 5.2.7 多次 ECAE 变形量分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢