聚芳醚酮复合材料、骨科植入材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及聚芳醚酮复合材料、骨科植入材料及制备方法和应用，由聚醚醚酮、聚醚酮酮、由聚乳酸包覆的羟基磷灰石微粒和经过硅烷偶联剂处理的碳纤维经过双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，由聚乳酸包覆的羟基磷灰石在双螺杆挤出机的侧喂料口添加，其中，各组分的重量百分比为，聚醚醚酮35‑70%，聚醚酮酮12‑20%，聚乳酸2‑10%，碳纤维10‑25%，羟基磷灰石6‑10%，硅烷偶联剂0.5‑1%。通过本发明专利技术的复合材料注塑成型得到骨科植入材料。本发明专利技术的复合材料刚性好，弹性模量高，并且具有很好的生物相容性。

Poly (aryl ether ketone) composites, orthopedic implants and their preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
聚芳醚酮复合材料、骨科植入材料及制备方法和应用
本专利技术涉及到碳纤维增强聚芳醚酮复合材料，特别是涉及聚芳醚酮复合材料、骨科植入材料及制备方法和应用。
技术介绍
随着社会人口增长以及老龄化的发展，因各种原因造成骨损伤的病人越来越多，在治疗骨损伤的临床医学中，需要用到关节替代物、接骨钉、接骨板等植入性医疗器件对受损骨骼进行固定，以促进骨骼的愈合康复。金属材料是最早被研究应用于骨科治疗的生物材料，它具有良好的抗拉强度、刚性和韧性，尤其适合用于机体硬组织缺损修复。常用的金属材料包括不锈钢、钴铬合金、钛合金等，其中不锈钢因为价格低廉，机械性能优异，方便加工等特点最先用于临床，且获得了较好效果。但是不锈钢抗腐蚀性能差，植入体内长时间磨损、腐蚀容易产生有毒金属离子，因此逐渐被临床淘汰。钛合金材料具有优异的抗腐蚀、耐磨、轻质等特点，成为不锈钢骨科植入物的优先替代品，近几年钛合金骨科植入物被广泛应用于临床。随着临床的医疗案例的积累，钛合金制成的骨科植入物的缺点越来越多的暴露出来。钛合金的弹性模远远高于天然骨组织的弹性模量，使其植入体内后，对后期康复过程中周围骨组织产生应力屏蔽效应，从而造成骨组织因缺乏应力刺激而生长不良，不仅不利于骨骼的后期康复生长，还容易因为钛合金骨钉成为受力支撑点造成骨钉移位、脱落甚至骨钉断裂的情况，给病人造成二次伤害。聚醚醚酮(英文poly-ether-ether-ketone，简称PEEK)是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的一种半结晶性、热塑性芳香族高分子聚合物，在聚芳醚酮中最重要的一种特种高分子材料，聚醚醚酮具有的众多优异的性能。耐高温性-聚醚醚酮熔点高达Tm＝334℃，负载热变形温度316℃。机械性能-聚醚醚酮具有刚性和柔性，特别是对交变应力下的抗疲劳性能突出。自润滑性-聚醚醚酮具有优良的自润滑特性，特别适合要求低摩擦系数和耐磨的用途场合。耐腐蚀性-聚醚醚酮不溶于任何强酸及强碱物质，优异的耐水解、耐化学性能。易加工性能-聚醚醚酮在达到熔融温度之后，具有良好的高温流动性能。能满足注塑、挤出、纺丝等加工工艺的要求。耐辐照性-聚醚醚酮耐辐照性能优异，具有优异的绝缘性能。尺寸稳定性-聚醚醚酮原材料具有优异的尺寸稳定性能(低收缩率、较小的热膨胀系数)可以满足对尺寸精度要求较高的加工工况使用。由于聚醚醚酮具有以上的优良性能，在越来越多的特殊领域替代金属、陶瓷等传统材料。尤其是聚醚醚酮的耐腐蚀、抗蠕变，耐水解，耐高温以及可直接用高温蒸汽消毒杀菌与人体骨组织接近的弹性模量等特性，由聚醚醚酮制成的医疗器件越来越多被用于医疗领域。聚醚酮酮是一种在主链结构中含有两个酮键和一个醚键的重复单元所构成的高聚物。聚醚酮酮与聚醚醚酮同属于聚芳醚酮，属特种高分子材料。聚醚酮酮同样具有耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，熔点大于300℃，软化点168℃，拉伸强度132～148MPa，可用作耐高温结构材料，可以通过添加碳纤维复合制备增强材料。聚乳酸，也称为聚丙交酯是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物。聚乳酸具有良好的热稳定性、抗溶剂性能，由聚乳酸制成的产品因为具有天然的生物降解性、抗菌性能在医药领域中被应用于一次性输液用具、免拆型手术缝合线等。羟基磷灰石，又称羟磷灰石、碱式磷酸钙，是钙磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))的自然矿物化，是人体和动物骨骼的主要无机成分。它能与机体组织在界面上实现化学键性结合，其在体内有一定的溶解度，参与体内代谢，对骨质增生有刺激或诱导作用，从而促进缺损组织的修复，显示出生物活性，是一种新型的骨替代物，被广泛应用在骨科植入物、牙床周围组织缺损的治疗等领域。短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断而成，短切碳纤维与长丝碳纤维相比，具有与长丝碳纤维的性能同时还具有分散均匀、喂料方式多样、工艺简单等的优点，通常应用在碳纤维长丝所不适合的特殊领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种的聚芳醚酮复合材料、骨科植入材料及制备方法和应用，得到的复合材料能够用于骨科植入材料，其刚性好，弹性模量高，并且具有很好的生物相容性。为了实现上述目的，本专利技术提供一种聚芳醚酮复合材料，含有聚醚醚酮、聚醚酮酮、由聚乳酸包覆的羟基磷灰石和经过硅烷偶联剂处理的碳纤维，其中，各组分的重量百分比为，聚醚醚酮35-70％，聚醚酮酮12-20％，聚乳酸2-10％，碳纤维10-25％，羟基磷灰石6-10％，硅烷偶联剂0.5-1％。上述聚芳醚酮复合材料还具有如下优化结构：所述的硅烷偶联剂优选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或异丙基二(甲基丙烯酰基)异硬脂酰基钛酸酯。羟基磷灰石优选用粒径在20-30微米和100-200微米的球形羟基磷灰石中的一种或两种。碳纤维优选采用丝束短切碳纤维。进一步的，聚乳酸在熔融状态下加入基磷灰石微粒均匀混合后形成所述的由聚乳酸包覆的羟基磷灰石微粒。进一步的，所述的硅烷偶联剂处理的碳纤维由硅烷偶联剂醇溶液喷洒在碳纤维表面后晾干得到。本专利技术还涉及一种复合材料的制备方法，由聚醚醚酮、聚醚酮酮、由聚乳酸包覆的羟基磷灰石微粒和经过硅烷偶联剂处理的碳纤维经过双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，由聚乳酸包覆的羟基磷灰石在双螺杆挤出机的侧喂料口添加，其中，各组分的重量百分比为，聚醚醚酮35-70％，聚醚酮酮12-20％，聚乳酸2-10％，碳纤维10-25％，羟基磷灰石6-10％，硅烷偶联剂0.5-1％。上述制备方法还具有如下优化制备工艺步骤：进一步的，聚乳酸在熔融状态下加入基磷灰石微粒均匀混合后形成所述的由聚乳酸包覆的羟基磷灰石微粒。进一步的，硅烷偶联剂处理的碳纤维由硅烷偶联剂醇溶液喷洒在碳纤维表面后晾干得到。进一步的，聚醚醚酮、聚醚酮酮在160℃下干燥至水分在0.02％以下后，加入双螺杆挤出机中。进一步的，双螺杆挤出机的加工条件为：螺杆直径40mm，长径比40，第一段温度365℃，第二段温度375℃，第三段温度375℃，第四段温度375℃，第五段温度375℃，第六段温度370℃，第七温度370℃，第八段温度370℃，第九段温度370℃，第十段温度370℃，机头温度370℃。上述复合材料可以用在骨科植入材料中。本专利技术还涉及一种骨科植入材料，其特征在于采用本专利技术的复合材料注塑成型得到。采用本专利技术复合材料制作得到的骨科植入材料，在术后前期具有与人体骨骼匹配的弹性模量，术后后期随着聚乳酸的降解，被聚乳酸包覆的羟基磷灰石裸露在表面，羟基磷灰石的骨骼生物活性及多孔特性会促进骨骼的愈合，同时该材料具有收缩率低、高韧性，优异的尺寸稳定性等特点。复合材料中使用的聚乳酸包覆羟基磷灰石技术是依靠聚乳酸熔体物理包覆，在材料植入身体前期，聚醚醚酮复合材料起到力学支架作用，承受所有负荷，而在术后康复期，随着聚乳酸慢慢降解，原本被聚乳酸包覆的羟基磷灰裸露在材料表面及羟基磷灰石在材料内部形成的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚芳醚酮复合材料，其特征在于含有聚醚醚酮、聚醚酮酮、由聚乳酸包覆的羟基磷灰石和经过硅烷偶联剂处理的碳纤维，其中，各组分的重量百分比为，/n聚醚醚酮35-70%，/n聚醚酮酮12-20%，/n聚乳酸2-10%，/n碳纤维 10-25%，/n羟基磷灰石6-10%，/n硅烷偶联剂0.5-1%。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚芳醚酮复合材料，其特征在于含有聚醚醚酮、聚醚酮酮、由聚乳酸包覆的羟基磷灰石和经过硅烷偶联剂处理的碳纤维，其中，各组分的重量百分比为，
聚醚醚酮35-70%，
聚醚酮酮12-20%，
聚乳酸2-10%，
碳纤维10-25%，
羟基磷灰石6-10%，
硅烷偶联剂0.5-1%。


2.如权利要求1所述的聚芳醚酮复合材料，其特征在于所述的硅烷偶联剂选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或异丙基二(甲基丙烯酰基)异硬脂酰基钛酸酯。


3.如权利要求1所述的聚芳醚酮复合材料，其特征在于羟基磷灰石选用粒径在20-30微米和100-200微米的球形羟基磷灰石中的一种或两种。


4.如权利要求1所述的聚芳醚酮复合材料，其特征在于碳纤维采用丝束短切碳纤维。


5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵斌，赵静，刘洋，
申请(专利权)人：龙甲上海实业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31