一种超轻高回弹仿生假肢及其成型工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种超轻高回弹性的仿生假肢及其成型工艺，该仿生假肢为TPU发泡材料通过蒸汽模压成型制备而得，其原料包含TPU、肉色色粉以及抗菌剂，合成TPU复合材料后进行水下切粒，随后投入高压反应釜中，加压加热使二氧化碳达到超临界状态，渗透后快速泄压，将渗透好的TPU复合材料颗粒迅速放入发泡设备中加热发泡，制备得到TPU发泡粒子，再放入蒸汽模压设备中进行蒸汽模压成型从而得到仿生假肢制品。本发明专利技术所制备的仿生假肢具有超轻的密度，超高的回弹性，耐磨，耐折，抗菌性强，给穿戴者以舒适的体验。

A Super Light and High Rebound Bionic Prosthetic and Its Forming Technology

The invention discloses an ultra-light bionic prosthesis with high resilience and its forming process. The bionic prosthesis is prepared by steam moulding of TPU foaming material. The raw material includes TPU, flesh color powder and antimicrobial agent. After synthesizing TPU composite material, it is subjected to underwater granulation, and then put into a high-pressure reactor. The carbon dioxide reaches supercritical state by pressurized heating and leaks rapidly after osmosis. By pressing, the permeated TPU composite particles were quickly put into the foaming equipment to heat and foam, then TPU foaming particles were prepared, and then put into the steam moulding equipment for steam moulding to obtain bionic prosthesis. The bionic prosthesis prepared by the invention has ultra-light density, ultra-high resilience, abrasion resistance, folding resistance and strong antimicrobial property, and provides the wearer with a comfortable experience.

【技术实现步骤摘要】
一种超轻高回弹仿生假肢及其成型工艺
本专利技术涉及高分子微孔发泡及医疗仿生假肢领域，尤其涉及一种具有超轻的密度、超高的回弹性的微孔发泡材料及其成型工艺，具体涉及一种具有超轻的密度、超高的回弹性、耐磨、耐折的仿生假肢及其成型工艺。
技术介绍
假肢就是用工程技术的手段和方法，为弥补截肢者或肢体不完全缺损的肢体而专门设计和制作装配的人工假体，又称“义肢”。它的主要作用是代替失去肢体的部分功能，使截肢者恢复一定的生活自理和工作能力，其适用对象是因疾病、交通事故、工伤事故、运动创伤等原因的截肢者。现有的用于假肢的常用材料主要为合金类与高分子材料类，其中，合金类可以满足弹性以及强度等较高的力学性能要求，但成本较高，而高分子材料类的仿真性强，但强度较低，韧性不足。另外，使用者对假肢也提出了舒适度、抗菌性、轻便性等要求，而现有的假肢往往重量较大，穿戴和移动不便，产生不好的体验。热塑性聚氨酯材料(TPU)因具有高耐磨，高弹性，耐化学性等诸多优点，在很多行业应用广泛，而TPU发泡材料质量轻、弹性好，广泛应用于鞋材、汽车内饰等领域。传统的发泡方式采用化学发泡，并且在颗粒内部添加其他物质作为发泡剂，但是通常在发泡过程中产生有害气体，不利于环保。采用物理发泡的方式对TPU进行微孔发泡是一种新型的工艺，相比于传统的化学发泡，不含其它添加材料，对环境没有污染。因此，本领域的技术人员致力于开发一种采用物理发泡工艺制备的发泡热塑性聚氨酯(E-TPU)抗菌复合材料所制备的假肢，以改善目前假肢的使用性能，提高穿戴体验。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有假肢在穿戴、舒适度和力学性能无法同时达到使用者需求的缺点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种超轻高回弹仿生假肢，为TPU发泡材料通过蒸汽模压成型制备而得，其原料配方中各组分及其质量百分比为：TPU93-98％，肉色色粉0.5-3％，以及抗菌剂1-2.5％。进一步地，TPU选自于聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚碳酸酯型聚氨酯及聚内酯型聚氨酯中的一种或多种，且优选为聚醚型聚氨酯和/或聚酯型聚氨酯。进一步地，TPU发泡材料的密度为0.15-0.25g/cm3，邵氏硬度为50-80HA，回弹率为60-70％。本专利技术还提供了一种上述超轻高回弹仿生假肢的成型工艺，其包括以下步骤：(1)在TPU合成制备过程中按配方加入肉色色粉及抗菌剂，制备具有肤色及抗菌性能的TPU复合材料；(2)对复合TPU材料进行水下切粒，得到TPU复合材料颗粒；(3)将制备好的TPU复合材料颗粒放入高压反应釜中，并向反应釜中充入二氧化碳，逐渐提高反应釜中的压强和温度，直至二氧化碳达到超临界状态，在此状态下渗透一段时间(0.5-3h)后快速泄压并加热，然后将渗透好的TPU复合材料颗粒迅速放入发泡设备中加热发泡，制备得到TPU发泡粒子；(4)TPU发泡粒子放入蒸汽模压设备中进行蒸汽模压成型，在设定的蒸汽压力下经过蒸汽穿透处理，保压一段时间后冷却定型，最终制得仿生假肢制品。进一步地，步骤(2)中，水下切粒的粒径大小控制在3-4mm。进一步地，步骤(3)中，反应釜的压强高于7.38MPa，温度高于31℃。优选地，上述工艺条件中，反应釜的压强优选为15MPa，温度优选为40-45℃。进一步地，加热发泡的温度为130-140℃。进一步地，步骤(4)中，蒸汽压力控制在0.1-0.3MPa，蒸汽穿透时间为27-33s，保压时间为45-55s，冷却定型时间为75-85s。优选地，上述工艺条件中，蒸汽穿透时间为30s，保压时间为50s，冷却定型时间为80s。技术效果：(1)本专利技术的TPU发泡材料是经过超临界二氧化碳微孔发泡制备而得，具有低密度，高回弹性，耐磨，耐折，低温性能好及力学性能强等特性；(2)本专利技术的TPU发泡材料制备时加入肉色色粉，颜色为人体皮肤色，外表与人体肤色一致；(3)本专利技术的TPU发泡材料在混料制备过程中加入一定量的抗菌剂，使所成型的假肢制品具有一定的抗菌效果，有效的抑制细菌的滋生，可以长期穿戴；(4)本专利技术的TPU发泡材料是采用超临界二氧化碳作为发泡剂，运用快速泄压升温法制备而得，整个过程为纯物理发泡，绿色环保无污染；(5)本专利技术的TPU发泡颗粒通过蒸汽模压成型制备所需成型的假肢制品，假肢的形状及尺寸可以根据每人的特点进行定制化制作。以下将具体实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的E-TPU复合材料假肢的产品示意图。图中，1为E-TPU复合材料假肢，2为肉色抗菌复合E-TPU。具体实施方式实施例1本实施例的超轻高回弹仿生假肢的成型工艺，其制备成型工艺如下：在TPU原料合成时加入0.5％组分的肉色色粉及2％组分的抗菌剂，其余是TPU，选自于聚醚型聚氨酯，混料后合成造粒，制备出TPU复合材料，经水下切粒得到TPU复合材料颗粒，粒径大小控制在3mm左右。将TPU复合材料颗粒放入超临界二氧化碳渗透釜中，通入二氧化碳并加压，使压强达到10Mpa，温度35℃，此时二氧化碳处于超临界状态。在此状态下保压渗透3h，快速泄压并加热到130℃左右，此时TPU复合材料发泡得到E-TPU复合材料发泡颗粒。将该发泡颗粒放入蒸汽模压设备中进行蒸汽模压成型，蒸汽压力控制在0.1MPa，蒸汽穿透时间为33s，保压时间为55s，冷却定型时间为85s，在设定的蒸汽压力下经过蒸汽穿透处理，保压一段时间后冷却定型，最终制得仿生假肢制品。如图1所示为本专利技术制得的一种仿生假肢的示意图。在实施例1的基础上，通过改变发泡的加热温度，对制成的发泡颗粒的密度、硬度和回弹性进行测试，测试结果如表1：表1发泡温度颗粒密度制品硬度制品回弹性110℃0.23g/cm36057％120℃0.20g/cm35659％130℃0.16g/cm34565％140℃0.17g/cm34663％通过表1可以得出，发泡温度设定为130-140℃时，制品的密度、硬度和回弹性比较理想，符合成型仿生假肢的物理指标。实施例2本实施例的超轻高回弹仿生假肢的成型工艺，其制备成型工艺如下：在TPU原料合成时加入3％组分的肉色色粉及1％组分的抗菌剂，其余是TPU，TPU选自于聚酯型聚氨酯，混料后合成造粒，制备出TPU复合材料，经水下切粒得到TPU复合材料颗粒，粒径大小控制在4mm左右。将TPU复合材料颗粒放入超临界二氧化碳渗透釜中，通入二氧化碳并加压，使压强达到7.38Mpa，温度35℃，此时二氧化碳处于超临界状态。在此状态下保压渗透1h，快速泄压并加热到130℃左右，此时TPU复合材料发泡得到E-TPU复合材料发泡颗粒。将该发泡颗粒放入蒸汽模压设备中进行蒸汽模压成型，蒸汽压力控制在0.3MPa，蒸汽穿透时间为27s，保压时间为45s，冷却定型时间为75s，在设定的蒸汽压力下经过蒸汽穿透处理，保压一段时间后冷却定型，最终制得仿生假肢制品。实施例3本实施例的超轻高回弹仿生假肢的成型工艺，其制备成型工艺如下：在TPU原料合成时加入3％组分的肉色色粉及2.5％组分的抗菌剂，其余是TPU，TPU选自于聚醚型聚氨酯和/或聚酯型聚氨酯，混料后合成造粒，制备出TPU复合材料，经水下切粒得到TPU复合材料颗粒，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超轻高回弹仿生假肢，其特征在于，为TPU发泡材料通过蒸汽模压成型制备而得，其原料配方中各组分及其质量百分比为：TPU 93‑98％，肉色色粉0.5‑3％，以及抗菌剂1‑2.5％。

【技术特征摘要】
1.一种超轻高回弹仿生假肢，其特征在于，为TPU发泡材料通过蒸汽模压成型制备而得，其原料配方中各组分及其质量百分比为：TPU93-98％，肉色色粉0.5-3％，以及抗菌剂1-2.5％。2.如权利要求1所述的一种超轻高回弹仿生假肢，其特征在于，TPU选自于聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚碳酸酯型聚氨酯及聚内酯型聚氨酯中的一种或多种，且优选为聚醚型聚氨酯和/或聚酯型聚氨酯。3.如权利要求2所述的一种超轻高回弹仿生假肢，其特征在于，TPU发泡材料的密度为0.15-0.25g/cm3，邵氏硬度为50-80HA，回弹率为60-70％。4.如权利要求1-3中任一项所述的超轻高回弹仿生假肢的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)在TPU合成制备过程中按配方加入肉色色粉及抗菌剂，制备具有肤色及抗菌性能的TPU复合材料；(2)对复合TPU材料进行水下切粒，得到TPU复合材料颗粒；(3)将制备好的TPU复合材料颗粒放入高压反应釜中，并向反应釜中充入二氧化碳，逐渐提高反应釜中的压强和温度，直至二氧化碳达到超临界状态，在此状态下渗透一段时间后快速泄压并加热，然后将渗透好的TPU复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦柳，马文良，梁宇光，张聪，
申请(专利权)人：宁波格林美孚新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33