利用连续激光辐照改性热塑性CF/PEEK复合材料时表面演化的机制

《Polymer Composites》：Mechanisms of Surface Evolution in the Modification of Thermoplastic CF/PEEK Composites Using Continuous Laser Irradiation

骨植入物材料CF/PEEK的生物惰性限制了应用，通过调控扫描间距（0.6mm）和激光能量密度（0.56J/mm2）构建粗糙表面，增强亲水性和骨整合性能，分子动力学模拟揭示激光热传导机制及醚酮键断裂-再重构过程。

　　

摘要

由于聚醚醚酮（PEEK）基体的生物惰性，碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）的成骨能力有限，这限制了其在骨植入物中的应用。本文提出了一种更具成本效益的连续激光辐照表面改性方法，通过调节扫描间距和激光能量密度在CF/PEEK表面形成大面积粗糙结构。在扫描间距为0.6毫米、激光能量密度为0.56焦耳/平方毫米的条件下，辐照表面的碳化和石墨化过程显著增强，从而提高了材料的亲水性，接触角（CA）降至77.9°。此外，表面粗糙度（Ra）为1.96微米，符合骨植入物的要求。分子动力学模拟（结合了粗粒化（CG）和全原子（AA）模型）阐明了激光热传导的原子级机制、PEEK中醚键和酮键的断裂过程，以及随后的碳环重构和石墨化趋势。这些研究结果表明，激光能量密度对材料的解聚-重塑行为具有调控作用。通过优化激光加工参数，可以控制CF/PEEK的表面性能，为开发具有良好骨整合性能的CF/PEEK骨植入物提供了一种经济且精确的新方法。

图形摘要

激光辐照下CF/PEEK表面的演变过程。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。