專利名稱：一種碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料接骨板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域和生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
接骨板-螺釘固定方法是目前臨床上常用的骨折修復(fù)用的內(nèi)固定方法。傳統(tǒng)的接骨板是由不銹鋼、Co-Cr合金或Ti合金等金屬材料制成的，具有很高的強度和模量，可為骨折部位提供很高的軸向抗壓能力，有益于骨折部位的保護和初期的骨愈合。然而，不銹鋼的模量(210-230GPa)和Ti合金的模量(110GPa)遠遠高于骨的模量(12-20GPa)。這種模量上的不匹配導(dǎo)致了在承受載荷時，金屬骨板承擔(dān)了絕大部分的應(yīng)力，而骨板下的骨處于低應(yīng)力狀態(tài)，即所謂“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)或稱“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)。這種“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)影響了骨組織的重建與愈合過程，進而引起愈合骨的骨質(zhì)疏松化，即骨萎縮，致使愈合骨的強度很低。結(jié)果當(dāng)骨愈合取出骨板后，愈合骨部位存在再骨折的危險。這個臨床上發(fā)現(xiàn)的問題已經(jīng)引起了國內(nèi)外醫(yī)療及材料界的關(guān)注。
這種“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)的影響程度幾乎正比于骨板與人骨模量的偏差程度。只有使用與骨的模量接近的接骨板材料才能夠有效地減小“應(yīng)力屏蔽”效應(yīng)的影響，使骨組織的重建和愈合達到要求。尋求模量與骨相當(dāng)?shù)男乱淮前宀牧鲜墙鉀Q問題的根本途徑。
另外國內(nèi)目前臨床上使用的金屬骨板大多是從國外進口的，患者經(jīng)濟負擔(dān)較重。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有的金屬接骨板由于在彈性模量上同人骨不相匹配而在臨床上引起的骨質(zhì)疏松以及愈合后再骨折的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料接骨板，即碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料接骨板，它可以通過調(diào)整纖維含量在一定的范圍內(nèi)調(diào)整材料的強度和模量以達到與人體骨在力學(xué)性能上相匹配，并且在耐體液腐蝕和耐疲勞性上也優(yōu)于金屬合金材料接骨板。
本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料接骨板，其特征在于采用碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料。
本發(fā)明復(fù)合材料接骨板中，碳纖維的含量可以占到復(fù)合材料總質(zhì)量的20-40％。
本發(fā)明復(fù)合材料接骨板中，應(yīng)該要求碳纖維的拉伸強度大于3000MPa，拉伸模量大于200Gpa；可為各種型號碳纖維，碳纖維的直徑應(yīng)該小于20μm；可以采用連續(xù)纖維，也可以為短切纖維，長度為6-12mm；碳纖維的含量最好占復(fù)合材料總質(zhì)量的25-35％。
本發(fā)明復(fù)合材料接骨板中，聚醚醚酮英文名Polyetheretherketone(PEEK)，是一種特種工程塑料，本發(fā)明中聚醚醚酮最好采用注塑級聚醚醚酮。
本發(fā)明復(fù)合材料接骨板中，依骨折部位不同，骨板形狀和尺寸有多種變化，厚度可以為3-5mm。
為了改善本發(fā)明接骨板的性能，碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料中還可以加入各種添加劑。
本發(fā)明還提供了上述復(fù)合材料接骨板的制備方法，其特征在于采用注塑成型工藝，將碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料粒料在注塑機上注塑成型，注塑成型的加工溫度區(qū)間為633-693K，注塑模具的溫度為433-473K。
本發(fā)明復(fù)合材料接骨板的制備方法中，碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料粒料可以是生產(chǎn)廠家直接提供的碳纖維增強級的聚醚醚酮注塑品級粒料。也可以通過將碳纖維和聚醚醚酮混合并造粒制成碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料的粒料，加工溫度區(qū)間為633-693K。
本發(fā)明碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料具有同人骨相匹配的彈性模量。采用該復(fù)合材料制造的接骨板具備了必要的高強度以及與骨相當(dāng)?shù)哪Ａ?，解決了現(xiàn)用金屬接骨板所遇到的技術(shù)困難，有益于骨的愈合，減少患者因可能遭受的愈合后再骨折所帶來的痛苦。并且使用碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料接骨板將降低醫(yī)療成本，進而減輕患者經(jīng)濟負擔(dān)。
具體實施例方式實施例1材料聚丙烯腈基碳纖維，拉伸強度3200MPa，拉伸模量220GPa，長度10mm，直徑7μm；PEEK450G粒料。
成型工藝按碳纖維質(zhì)量百分比20％將碳纖維和PEEK450G粒料混合均勻，在平行雙螺桿擠出機上擠出造粒，溫度為633-663K；將上述粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為633-663K，模具溫度為433K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為187MPa，模量為15.0GPa。
實施例2材料聚丙烯腈基碳纖維，拉伸強度3200MPa，拉伸模量220GPa，長度10mm，直徑7μm；PEEK450G粒料。
成型工藝按碳纖維質(zhì)量百分比25％將碳纖維和PEEK450G粒料混合均勻，在平行雙螺桿擠出機上擠出造粒，溫度為643-668K；將上述粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為643-668K，模具溫度為443K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為206MPa，模量為18.1GPa。
實施例3材料聚丙烯腈基碳纖維，拉伸強度3200MPa，拉伸模量220GPa，長度10mm，直徑7μm；PEEK450G粒料。
成型工藝按碳纖維質(zhì)量百分比30％將碳纖維和PEEK450G粒料混合均勻，在平行雙螺桿擠出機上擠出造粒，溫度為648-673K；將上述粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為648-673K，模具溫度為453K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為225MPa，模量為21.1GPa。
實施例4材料聚丙烯腈基碳纖維，拉伸強度3200MPa，拉伸模量220GPa，長度10mm，直徑7μm；PEEK450G粒料。
成型工藝按碳纖維質(zhì)量百分比35％將碳纖維和PEEK450G粒料混合均勻，在平行雙螺桿擠出機上擠出造粒，溫度為658-683K；將上述粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為658-683K，模具溫度為463K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為242MPa，模量為24.3GPa。
實施例5材料聚丙烯腈基碳纖維，拉伸強度3200MPa，拉伸模量220GPa，長度10mm，直徑7μm；PEEK450G粒料。
成型工藝按碳纖維質(zhì)量百分比40％將碳纖維和PEEK450G粒料混合均勻，在平行雙螺桿擠出機上擠出造粒，溫度為668-693K；將上述粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為668-693K，模具溫度為473K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為254MPa，模量為27.1GPa。
實施例6材料PEEK450CA30粒料，含30％wt碳纖維。
成型工藝將PEEK450CA30粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為648-673K，模具溫度為453K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為227MPa，模量為21.2GPa。
實施例7材料PEEK450CA20粒料，含20％wt碳纖維。
成型工藝將PEEK450CA20粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為633-663K，模具溫度為443K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為189MPa，模量為15.1GPa。
實施例8材料PEEK450CA10粒料，含10％wt碳纖維。
成型工藝將PEEK450CA10粒料在注塑機上注塑成型，注塑溫度為633-663K，模具溫度為433K。制成尺寸為長135mm，橫斷面16×4.8mm的接骨板，強度為138MPa，模量為8.0GPa。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料接骨板，其特征在于采用碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料。
2.按照權(quán)利要求1所述復(fù)合材料接骨板，其特征在于所述碳纖維的含量占復(fù)合材料總質(zhì)量的20-40％。
3.按照權(quán)利要求2所述復(fù)合材料接骨板，其特征在于所述碳纖維的拉伸強度大于3000MPa，拉伸模量大于200Gpa。
4.按照權(quán)利要求2所述復(fù)合材料接骨板，其特征在于所述碳纖維的含量為占復(fù)合材料總質(zhì)量的25-35％。
5.按照權(quán)利要求1～4之一所述復(fù)合材料接骨板，其特征在于所述聚醚醚酮為注塑級聚醚醚酮。
6.按照權(quán)利要求1～4之一所述復(fù)合材料接骨板，其特征在于所述接骨板厚度為3-5mm。
7.一種權(quán)利要求1所述復(fù)合材料接骨板的制備方法，其特征在于采用注塑成型工藝，將碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料粒料在注塑機上注塑成型，注塑成型的加工溫度區(qū)間為633-693K，注塑模具的溫度為433-473K。
8.按照權(quán)利要求7所述復(fù)合材料接骨板的制備方法，其特征在于將碳纖維和聚醚醚酮混合并造粒制成碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料粒料，加工溫度區(qū)間為633-693K。
全文摘要
一種復(fù)合材料接骨板，其特征在于采用碳纖維增強改性的聚醚醚酮復(fù)合材料，碳纖維的含量占復(fù)合材料總質(zhì)量的20－40％，碳纖維的拉伸強度大于3000MPa，拉伸模量大于200Gpa。本發(fā)明碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料具有同人骨相匹配的彈性模量。采用該復(fù)合材料制造的接骨板具備了必要的高強度以及與骨相當(dāng)?shù)哪Ａ?，解決了現(xiàn)用金屬接骨板所遇到的技術(shù)困難，有益于骨的愈合，減少患者因可能遭受的愈合后再骨折所帶來的痛苦。并且使用碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料接骨板將降低醫(yī)療成本，進而減輕患者經(jīng)濟負擔(dān)。
文檔編號A61B17/58GK1582860SQ0313412
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者隋國鑫, 劉學(xué)勇, 劉羽寅, 楊銳 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所