专利名称：表面泡沫状炭/炭复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种炭/炭复合材料的制备方法，特别是涉及一种表面泡沫状炭/炭复合材料的制备方法。
背景技术：
炭/炭复合材料是基体相和增强相均由碳元素组成的复合材料，其继承了碳材料固有的生物相容性。由于纤维增强相的存在，克服了单一碳材料的脆性，赋予其高韧性、高强度等特点。另外，其耐疲劳、摩擦性能优越、质量轻、具有一定的假塑性、微孔有利于组织生长，特别是其弹性模量与人骨相当，能够有效的缓解应力遮挡效应，减少骨吸收行为。此外，碳纤维预制体的结构可以进行编织，因而可以设计其力学性能。因此炭/炭复合材料是一种综合性能优异的人体骨骼替换材料，具有较好的应用前景。但是适用于人体骨骼替换的炭/炭复合材料的表面结构还不明确。文献I “V. Pesakova, Z. Klezl, K. Balik, et al. Biomechanical and Biological Properties of the Implant Material Carbon-Carbon Composite Covered with Pyrolytic Carbon.Journal of Materials Science !Materials in Medcine. 2000， 11(12) 793 798”报道了在医用炭/炭复合材料表面制备热解碳，从而消除了复合材料中纤维相、基体相和孔洞相的微观结构差异，在炭/炭复合材料表面形成了均匀一致的表面结构。文献2 “B. Lucie, S. Vladimir, K. Olga, et al. Polishing and coating carbon fiber-reinforced carbon compo sites with a carbon—titanium layer enhances adhesion and growth of osteoblast-like MG63 cells and vascular smooth muscle cells in vitro. Journal of Biomedical Materials Research,2001 ;54(4) :567-578”报道了采用胶质SiO2对医用炭/炭复合材料表面进行抛光处理，从而在炭/炭复合材料表面形成了具有较低粗糙度的表面状态。文献3 “专利公开号是CN102226291A的中国发明专利”公开了一种，该方法对医用炭/炭复合材料进行阳极氧化处理，从而在炭/炭复合材料表面形成了具有较好润湿性的表面状态。但是上述表面处理方法未能在医用炭/炭复合材料的表面形成多孔结构，因而难以促使成骨细胞在医用炭/炭复合材料形成良好的附着，采用上述表面处理方法的炭/炭复合材料的初始细胞粘附率为40% 60%。
发明内容
为了克服现有的制备方法制备的炭/炭复合材料的初始细胞粘附率较差的问题， 本发明提供一种表面泡沫状炭/炭复合材料的制备方法。该方法通过在炭/炭复合材料表面涂刷碳泡沫料浆，经过固化和碳化，从而在保持炭/炭复合材料优异的力学性能的基础上在其表面制备出多孔泡沫结构，改善成骨细胞在炭/炭复合材料表面的附着行为。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种表面泡沫状炭/炭复合材料的制备方法，其特点是包括以下步骤(I)将炭/炭复合材料依次用400#和1500#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将酚醛微球和酚醛树脂按照体积比I : I 4 : I加入无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌混合形成均匀的溶液；(3)将步骤(2)配置的溶液均匀涂刷于样品A表面，重复涂刷2 5次，所得样品标记为B ；(4)将样品B置于烘箱中，在50 70度保温9 15小时，然后升温至80 100 度保温I 3小时，然后升温至110 130度保温10 14小时，得到样品C ；(5)将样品C置于真空炉中，以20 30度/小时的升温速度升温至600 700 度，然后以50 70度/小时的升温速度升温至900 1000度并保温I 3小时，然后以 50 70度/小时的降温速度降温至300 400度，冷却得到表面泡沫状的炭/炭复合材料。本发明的有益效果是由于在炭/炭复合材料表面涂刷碳泡沫料浆，经过固化和碳化，从而在保持炭/炭复合材料优异的力学性能的基础上在其表面制备出多孔泡沫结构，改善成骨细胞在炭/炭复合材料表面的附着行为，表面细胞附着率由背景技术的 40% 60%提高到了 70% 85%。下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图I是实例I制备的表面泡沫状炭/炭复合材料的扫描电镜照片。图2是实例I制备的表面泡沫状炭/炭复合材料的XRD图谱。
具体实施例方式实施例I :(I)将炭/炭复合材料依次用400#和1500#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将酚醛微球和酚醛树脂按照体积比I : I加入无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌混合形成均勻的溶液；(3)将步骤⑵配置的溶液均匀涂刷于样品A表面，重复涂刷2次，所得样品标记为B ；(4)将样品B置于烘箱中，在50度保温9小时，然后升温至80度保温I小时，然后升温至110度保温10小时，得到样品C ；(5)将样品C置于真空炉中，以20度/小时的升温速度升温至600度，然后以50 度/小时的升温速度升温至900度并保温I小时，然后以50度/小时的降温速度降温至 300度，最后断电冷却得到表面呈现泡沫状形貌的炭/炭复合材料。经测试，本实施例制备的表面泡沫状炭/炭复合材料的初始细胞粘附率为70%。由图I可以看到，炭/炭复合材料的表面呈现由碳微球、树脂碳和孔洞构成的泡沫状。由图2可以发现碳泡沫在23°和44°附近出现了碳宽峰，证明本实施例制备的是无定形碳泡沫。实施例2 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和1500#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将酚醛微球和酚醛树脂按照体积比4 I加入无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌混合形成均勻的溶液；(3)将步骤⑵配置的溶液均匀涂刷于样品A表面，重复涂刷5次，所得样品标记为B ；(4)将样品B置于烘箱中，在70度保温15小时，然后升温至100度保温3小时，然后升温至130度保温14小时，得到样品C ；(5)将样品C置于真空炉中，以30度/小时的升温速度升温至700度，然后以70 度/小时的升温速度升温至1000度并保温3小时，然后以70度/小时的降温速度降温至 400度，最后断电冷却得到表面呈现泡沫状形貌的炭/炭复合材料。经测试，本实施例制备的表面泡沫状炭/炭复合材料的初始细胞粘附率为85%。实施例3 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和1500#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将酚醛微球和酚醛树脂按照体积比2 I加入无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌混合形成均勻的溶液；(3)将步骤⑵配置的溶液均匀涂刷于样品A表面，重复涂刷3次，所得样品标记为B ；(4)将样品B置于烘箱中，在60度保温10小时，然后升温至90度保温2小时，然后升温至120度保温12小时，得到样品C ；(5)将样品C置于真空炉中，以25度/小时的升温速度升温至650度，然后以60 度/小时的升温速度升温至950度并保温2小时，然后以60度/小时的降温速度降温至 350度，最后断电冷却得到表面呈现泡沫状形貌的炭/炭复合材料。经测试，本实施例制备的表面泡沫状炭/炭复合材料的初始细胞粘附率为73%。实施例4 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和1500#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将酚醛微球和酚醛树脂按照体积比3 I加入无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌混合形成均勻的溶液；(3)将步骤⑵配置的溶液均匀涂刷于样品A表面，重复涂刷4次，所得样品标记为B ；(4)将样品B置于烘箱中，在70度保温12小时，然后升温至90度保温3小时，然后升温至110度保温13小时，得到样品C ；(5)将样品C置于真空炉中，以30度/小时的升温速度升温至700度，然后以50 度/小时的升温速度升温至900度并保温I小时，然后以60度/小时的降温速度降温至300度，最后断电冷却得到表面呈现泡沫状形貌的炭/炭复合材料。经测试，本实施例制备的表面泡沫状炭/炭复合材料的初始细胞粘附率为76%。实施例5 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和1500#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将酚醛微球和酚醛树脂按照体积比4 I加入无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌混合形成均勻的溶液；(3)将步骤⑵配置的溶液均匀涂刷于样品A表面，重复涂刷2次，所得样品标记为B ；(4)将样品B置于烘箱中，在70度保温10小时，然后升温至100度保温2小时，然后升温至130度保温10小时，得到样品C ；(5)将样品C置于真空炉中，以30度/小时的升温速度升温至650度，然后以60 度/小时的升温速度升温至1000度并保温2小时，然后以60度/小时的降温速度降温至 350度，最后断电冷却得到表面呈现泡沫状形貌的炭/炭复合材料。经测试，本实施例制备的表面泡沫状炭/炭复合材料的初始细胞粘附率为80%。
权利要求
1.一种表面泡沫状炭/炭复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将炭/炭复合材料依次用400#和1500#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将酚醛微球和酚醛树脂按照体积比I: I 4 : I加入无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌混合形成均匀的溶液；(3)将步骤(2)配置的溶液均匀涂刷于样品A表面，重复涂刷2 5次，所得样品标记为B ；(4)将样品B置于烘箱中，在50 70度保温9 15小时，然后升温至80 100度保温I 3小时，然后升温至110 130度保温10 14小时，得到样品C ；(5)将样品C置于真空炉中，以20 30度/小时的升温速度升温至600 700度，然后以50 70度/小时的升温速度升温至900 1000度并保温I 3小时，然后以50 70度/小时的降温速度降温至300 400度，冷却得到表面泡沫状的炭/炭复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种表面泡沫状炭/炭复合材料的制备方法，用于解决现有的制备方法制备的炭/炭复合材料的初始细胞粘附率较差的技术问题。技术方案是将经过处理的炭/炭复合材料标记为样品A；将酚醛微球和酚醛树脂形成均匀的溶液；将溶液涂刷于样品A表面，标记为样品B；将样品B置于烘箱中，经保温-升温-保温-再升温处理，得到样品C；将样品C置于真空炉中，经升温-升温-保温-降温速处理，冷却得到表面泡沫状的炭/炭复合材料。由于在炭/炭复合材料表面涂刷碳泡沫料浆，经过固化和碳化，改善成骨细胞在炭/炭复合材料表面的附着行为，表面细胞附着率由背景技术的40％～60％提高到了70％～85％。
文档编号C04B41/85GK102584337SQ20121003836
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者卢锦花, 张磊磊, 曹 盛, 李贺军, 王斌 申请人:西北工业大学