Enhancing Polylactic Acid/Carbon Fiber-Reinforced Biomedical Composites (PLA/CFRCs) with Multi-Walled Carbon Nanotube (MWCNT) Fillers: A Comparative Study on Reinforcing Techniques

聚乳酸 碳纳米管 材料科学 复合材料 碳纳米管金属基复合材料 纳米管 聚合物
作者
Juan Antonio Paz-González,Yadira Gochi‐Ponce,Carlos Velasco‐Santos,Enrique Alcudia,Arturo Zizumbo‐López,Balter Trujillo-Navarrete,Oscar Adrián Morales Contreras,Luis Jesús Villarreal-Gómez
出处
期刊:Journal of composites science [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:9 (4): 167-167
标识
DOI:10.3390/jcs9040167
摘要

The limited mechanical properties of composite materials, including stiffness, strength, and biocompatibility, restrict their effectiveness in biomedical applications. This research enhanced the mechanical properties and biocompatibility of polylactic acid and carbon fiber-reinforced composites (PLA/CFRCs) by incorporating multi-walled carbon nanotube (MWCNT) fillers. The methodology involved synthesizing MWCNTs and integrating them into PLA/CFRC laminates using fusion-blending, dispersion, and interlaminar spray-coating. Raman spectroscopy confirmed the presence of MWCNTs, with characteristic D and G band peaks and an ID/IG of 1.44 ± 0.089. SEM revealed MWCNTs in the PLA/CFRC matrix and allowed size determination, with an outer diameter range of 125–150 nm and a length of 14,407 ± 2869 nm. FTIR identified interactions between the matrix and the MWCNTs, evidenced by band shifts. TGA/DSC analysis showed thermal stability above 338 °C for all composites. The tensile tests revealed that all composites had values greater than 19 GPa for the elastic modulus and 232 MPa for the ultimate strength. Cytotoxicity assays confirmed biocompatibility, and all samples maintained a cell growth rate greater than 80%. This study highlighted the potential of nanotechnology to optimize the mechanical behavior of polymer-based composites, expanding their applicability in biomedical fields.
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