【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用材料领域，尤其涉及一种氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、骨修复材料是一类用于治疗骨折或骨缺损的生物医用材料，传统骨修复材料通常采用钛合金等金属材料制成，金属材料制得的骨修复材料在临床应用中存在以下问题：1、模量与人体骨骼差距过大，容易造成应力遮蔽而引起骨吸收；2、生物相容性较差，植入体内容易产生排异反应；3、化学稳定性较差，长期植入后伴随金属物的溶出，产生细胞毒性；4、放射线透过性差，x射线无法穿透，不利于患者术后的追踪检查。
2、聚醚醚酮（peek）是一种半结晶性芳香族热塑性高分子材料，因其具有优异的生物相容性、化学稳定性和放射线透过性，被认为是传统金属骨修复材料的理想替代品。然而，由于聚醚醚酮的弯曲强度及拉伸强度等力学性能较差，其制得的骨修复材料无法满足实际应用中的力学性能需求；并且聚醚醚酮作为生物惰性材料，其促成骨活性及抗菌活性较差，导致聚醚醚酮在临床应用中存在与骨结合不良、植入后易感染的问题。
3、为了提高聚醚醚酮的力学性能，专利cn1296013c中公开了一种碳纤维增强聚醚醚酮复合材料接骨板，通过以聚醚醚酮为基体，将碳纤维颗粒和聚醚醚酮混合造粒后注射成型，制得聚醚醚酮复合材料，从而改善聚醚醚酮的力学性能。但由于碳纤维本身并不具备生物活性，使得碳纤维掺杂聚醚醚酮所得到的聚醚醚酮基复合材料对促成骨活性和抗菌活性效果较差。
4、专利cn104906635a公开了一种聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体及其制作方法，通过利用羟基磷灰石良好的生物
5、鉴于上述，现有技术中所提供的聚醚醚酮基复合材料均无法实现力学性能、促成骨活性及抗菌活性的有效兼顾，导致聚醚醚酮在替代传统金属骨修复材料的应用中仍然存在较大的限制。
技术实现思路
1、本申请提供一种氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料、制备方法及应用，旨在解决现有技术中，聚醚醚酮基复合材料均无法实现力学性能、促成骨活性及抗菌活性的有效兼顾的问题。
2、本申请首先提供一种氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料主要以聚醚醚酮、氮化硅纤维和倍半硅氧烷为原料制备而成。
3、本申请对氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的原料组分进行了设计，氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的原料组分主要包括聚醚醚酮、氮化硅纤维和倍半硅氧烷；其中聚醚醚酮作为基体材料，复合氮化硅纤维后可以降低氮化硅纤维所带来的高脆性等缺陷，有效保障氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的生物相容性、化学稳定性和放射线透过性。
4、具体的，倍半硅氧烷主要作为组份中的界面改性剂，可以与聚醚醚酮基体发生交联反应，从而增强聚醚醚酮基体的界面附着力，另外，倍半硅氧烷具有亲硅性质，可以在氮化硅纤维表面发生化学反应，进而形成一层有机硅键连接的化合物，提高氮化硅纤维的界面粘接强度，进一步有效增强有机相和无机相的相容性，以促进聚醚醚酮和氮化硅纤维的相互作用、充分结合，最终使得氮化硅纤维在聚醚醚酮基体中的分散性提高，促使氮化硅纤维和聚醚醚酮均可以发挥各自优异的性能。
5、氮化硅纤维主要作为增强材料，在倍半硅氧烷的改性作用下，可以与聚醚醚酮基体有效结合，从而提高氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的弯曲强度、拉伸强度等力学性能；同时，三者的配伍，使其具有优异的促成骨活性及抗菌活性，使制备得到的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料可以实现力学性能、促成骨活性及抗菌活性的有效兼顾。
6、由此，通过以上组分制得的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料具有优异的生物相容性、化学稳定性和放射线透过性，同时实现了力学性能、促成骨活性及抗菌活性的有效兼顾，满足临床应用的需求，有效替代传统金属骨修复材料。
7、本申请的一些实施方式中，以质量百分比计，原料至少包括：77%~97%的聚醚醚酮、2%~20%的氮化硅纤维及1%~3%的倍半硅氧烷；
8、优选地，原料至少包括：87%~95%的聚醚醚酮、2%~10%的氮化硅纤维及1%~3%的倍半硅氧烷。
9、本申请的一些实施方式中，氮化硅纤维均匀分布于氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料中。
10、本申请的一些实施方式中，氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的拉伸强度为85~112mpa；和/或氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的弯曲强度为140~165mpa。
11、本申请的第二方面提供一种用于制备上述氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括：将聚醚醚酮和倍半硅氧烷混合后进行粉碎处理，得到混匀样品；将氮化硅纤维和混匀样品进行混合成型处理，得到氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料。
12、本申请的一些实施方式中，粉碎处理包括将聚醚醚酮、倍半硅氧烷置入球磨容器中进行球磨混合处理，球磨混合处理时的球磨转速为300~650rpm，球磨时间为0.5-1.5h；优选的球磨转速为350rpm，球磨时间为1h；其中球料比为1：1。
13、本申请的一些实施方式中，将氮化硅纤维和混匀样品进行混合成型处理包括：在进行混合成型处理之前对氮化硅纤维进行脱脂处理；和/或在进行混合成型处理之前对混匀样品进行干燥处理。
14、本申请的一些实施方式中，在进行混合成型处理之前对氮化硅纤维进行脱脂处理中，脱脂处理包括将氮化硅纤维置入马弗炉中进行高温脱脂，脱脂温度为500℃~700℃，脱脂时间为2~4h，优选的脱脂温度为600℃、脱脂时间为2h。
15、本申请的一些实施方式中，在进行混合成型处理之前对混匀样品进行干燥处理中，干燥温度为140℃~160℃，干燥时间为2~4h。
16、本申请的一些实施方式中，混合成型处理包括：将氮化硅纤维和混匀样品混合后进行熔制混匀处理，得到中间样品；对中间样品进行冷却成型处理。
17、本申请的一些实施方式中，将氮化硅纤维和混匀样品进行混合成型处理，得到氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料包括：将氮化硅纤维和混匀样品置入双螺杆挤出机中进行熔制混匀处理及冷却成型处理，得到氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的丝径为1.60~1.90mm；优选的，氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的丝径为1.75mm。
18、本申请的一些实施方式中，将氮化硅纤维和混匀样品置入双螺杆挤出机中，混匀样品通过双螺杆挤出机的第一喂料口进料，氮化硅纤维通过双螺杆挤出机的第二喂料口进料；其中，双螺杆挤出机的双螺杆主机转速为80~160rpm，第一喂料口转速为30~40hz，双螺杆挤出机的控温六区的温度、即熔制混匀处理温度为285℃~390℃；优选地，双螺杆主机转速为120~160rpm，第一喂料口转速为40hz。
19、本申请的第三方面提供一种氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的应用，将氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料主要以聚醚醚酮、氮化硅纤维和倍半硅氧烷为原料制备而成。
2.根据权利要求1所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，以质量百分比计，所述原料至少包括：77%~97%的聚醚醚酮、2%~20%的氮化硅纤维及1%~3%的倍半硅氧烷；
3.根据权利要求1所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述氮化硅纤维均匀分布于所述氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料中。
4.根据权利要求1~3任一项所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，
5.一种用于制备权利要求1~4任一项所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求5或6所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合成型处理包括：
8.如权利要求1~4任一项所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的应用，其特征在于，将所
9.根据权利要求8所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的应用，其特征在于，所述3D打印采用熔融沉积3D打印、选择性激光烧结3D打印、复合粉末烧结3D打印中的任一种。
10.根据权利要求8所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的应用，其特征在于，所述多孔骨修复假体的孔隙率为50%~60%，孔径为480μm~520μm；
...【技术特征摘要】
1.一种氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料主要以聚醚醚酮、氮化硅纤维和倍半硅氧烷为原料制备而成。
2.根据权利要求1所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，以质量百分比计，所述原料至少包括：77%~97%的聚醚醚酮、2%~20%的氮化硅纤维及1%~3%的倍半硅氧烷；
3.根据权利要求1所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，所述氮化硅纤维均匀分布于所述氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料中。
4.根据权利要求1~3任一项所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料，其特征在于，
5.一种用于制备权利要求1~4任一项所述的氮化硅纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：王功，韦峰，赵伟，曾盛鑫，李梓赫，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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