一种聚（L-乳酸）材料的锻压工艺及模具制造技术

本发明专利技术涉及一种可使用于制造骨折内固定器件的聚（Ｌ－乳酸）材料自增强的定向锻压工艺：将模坯放进温度在８０摄氏度至１６０摄氏度之间的专用定向锻压模具的模坯腔；１～２分钟后锻压，时间限制在３～１０秒内；保持压力并立即冷却，２分钟内降温低于５０℃；解除压力开模取出成品。本发明专利技术还涉及专用模具，由主体和上模、下模组成，主体含有贯通上下的定向形变腔，上模和下模横截面的大小和形状设计与定向形变腔的横截面一致，分别从主体的定向形变腔的上下方插进合模后由上模下表面、下模上表面与定向形变腔的周边构成定向形变孔道即等于产品形状的空腔。采用本发明专利技术的工艺及模具，技术和设备要求较不高，材料无须经受长时间高温，分子量损失相对较小，可制造出初始弯曲强度达２２０～２８０ＭＰａ、剪切强度达１６０～１８５ＭＰａ的聚（Ｌ－乳酸）棒材、螺钉、板等型材器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚(L-乳酸)材料的锻压工艺，尤其是涉及一种可使用于制造骨折内固定器件的聚(L-乳酸)材料自增强的定向锻压工艺。本专利技术还涉及该工艺的专用模具。
技术介绍
聚乳酸是一种脂肪族聚酯塑料，通常由丙交酯开环聚合而得，具有良好的生物相容性，可在体内降解吸收，广泛用作生物医学材料。可聚乳酸若用通常的塑料成型工艺难以获得高的力学强度，达不到用作制造骨折内固定器件的要求。但另一方面，聚乳酸通过自增强技术加工成型，其增强相与基体的化学组成完全相同，不存在增强相与基体在化学结构上的界面，在不需引入其它增强材料的情况下就可获得更高力学强度的制品，因此，通过自增强技术加工成型，是研究开发聚乳酸材料作为骨折内固定器件的理想方法。目前以自增强加工技术开发的聚(L-乳酸)和聚(D，L-乳酸)制造的螺钉、髓内钉(克氏针)等医疗器械产品已在临床上得到应用。在聚乳酸的自增强技术中，主要有纤维集束模压成型技术、定向自由拉伸技术、收缩拉伸技术和固态挤出技术。这些增强技术可制得初始弯曲强度为200MPa以上的聚(L-乳酸)棒材器件，但技术和设备要求较高，纤维集束模压成型技术中，物料还必须在高温下经受较长时间，分子量损失严重。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的，在于提供一种可使用于制造骨折内固定器件的聚(L-乳酸)材料自增强的定向锻压工艺，设备要求不高，材料无须经受长时间高温，分子量损失相对较小。本专利技术的工艺步骤如下将聚(L-乳酸)用通常的模压法模压成板材再裁割制成一定尺寸和形状的模坯；将模坯放进温度在摄氏110℃至115℃之间的专用定向锻压模具的模坯腔； 模坯放入1～2分钟后开始上模、下模合模锻压，时间限制在3～10秒内；合模至预定位置后，保持压力并停止加热，立即进行冷却，要求2分钟内使模具连同成品的温度降温至低于50℃；当模具温度低于40℃时，解除压力开模取出成品。本专利技术的第二个目的，在于提供一种专用于上述工艺的锻压模具，由主体和上模、下模组成，主体含有贯通上下的定向形变腔，上模和下模横截面的大小和形状设计与定向形变腔的横截面一致，上模、下模分别从主体的定向形变腔上、下方插进合模后由上模下表面、下模上表面与定向形变腔的周边构成等于产品形状的定向形变孔道空腔。在上述基础上，本模具还可进一步变型所述的定向形变腔正中开有模坯腔，其形状和大小与模坯一致，模坯腔表面与定向形变腔表面相交处为圆滑过渡。所述的模坯腔可与定向形变腔方向一致、或是与定向形变腔垂直的矩形孔、或是与定向形变腔垂直的圆孔。所述的模具主体中开有冷却水通道、电热棒插孔及为测温孔，分别外接冷却水、插有电热棒、测温计。模坯腔为纵向设计时，即模坯腔与定向形变腔方向一致时，模具主体中的定向形变腔即作为模坯腔；模坯腔为横向设计时，即模坯腔与定向形变腔垂直时，其形状和大小与模坯一致；模坯腔为圆孔时，其直径等于模坯直径。本专利技术也适用于聚(L-乳酸)复合材料的自增强。本专利技术的有益效果采用本专利技术的工艺及模具，设备要求不高，材料无须经受长时间高温，分子量损失相对较小，可制造出初始弯曲强度达220～280MPa、剪切强度达160～185MPa的聚(L-乳酸)棒材、螺钉、板等型材器件。附图说明下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。图1为模具实施例1模坯腔为纵向设计的定向锻压模具主体剖视示意图。图2为图1的A-A剖面示意图。图3为图2的B-B剖面示意图。图4为模具实施例1上模主视示意图。图5为图4的左视示意图。图6为模具实施例1下模主视示意图。图7为图6的左视示意图。图8为模具实施例2模坯腔为圆孔的定向锻压模具主体主视示意图。图9为图8的C-C剖面示意图。图10为图9的D-D剖面示意图。图11为模具实施例2上模主视示意图。图12为图11的左视示意图。图13为图11的仰视示意图。图14为模具实施例2下模主视示意图。图15为图14的左视示意图。图16为图14的俯视示意图。图17为模具实施例3模坯腔为横向设计的定向锻压模具主体主视示意图。图18为图17的E-E剖面示意图。图19为图18的F-F剖面示意图。图20为模具实施例3上模主视示意图。图21为图20的左视示意图。图22为图20的仰视示意图。图23为模具实施例3下模主视示意图。图24为图23的左视示意图。图25为图23的俯视示意图。图中，1为上模，2为下模，3为主体，4为定向形变腔，5为模坯腔，6为冷却水通道，7为电热棒插孔，8为测温孔，9为上模定位销，10为主体定位孔。具体实施例方式如图1至图7所示，本专利技术的专用于可使用于制造骨折内固定器件的聚(L-乳酸)材料自增强的定向锻压工艺的模具实施例1，由主体3和上模1、下模2组成，主体3含有贯通上下的定向形变腔4，也即长矩形孔，主体中还开有冷却水通道6、电热棒插孔7及为测温孔8，可分别外接冷却水、插有电热棒、测温计，主体中模坯腔5为纵向设计，本例中定向形变腔4的中部即作为模坯腔；上模和下模的横截面与定向形变腔和模坯腔的横截面相适应，都为长矩形，可分别从主体的定向形变腔4上下方插进合模，最终由上模下表面、下模上表面与定向形变腔的周边形成等于成品形状的定向孔道空腔，模坯在上下模的压力下充满由上模和下模与定向形变腔的周边构成的定向孔道成型。例如，对通常的圆柱型的器件如圆棒和螺钉，定向孔道为圆形，孔道的直径及长度则由器件的直径及长度决定；对于板材，定向孔道为矩形，其大小及长度同样由要制造的板材决定。上模与下模合模后与定向形变腔的周边构成的定向形变孔道，其大小和形状与最终器件或制品的相同。定向锻压过程中，模坯随着上模与下模的合模而发生定向形变，最终形成与由上模和下模合模后与定向形变腔的周边构成的定向孔道形状和大小相同的制品。如图8至图16所示，本专利技术的专用模具实施例2，与实施例1不同之处在于所述的模坯腔是一定孔径的圆孔，位于定向模具主体中的定向形变腔的中间，其直径等于模坯直径；模坯腔表面与定向形变腔表面相交处为圆弧过渡，过渡圆弧的R为6毫米。如图17至图25所示，本专利技术的专用模具实施例3，与实施例1不同之处在于所述的模坯腔与定向形变腔成垂直方向的横向设计，位于定向模具主体中的定向形变腔的中间，其形状和大小与模坯一致。模坯腔表面与定向形变腔表面相交处为圆弧过渡，过渡圆弧的R为8毫米。聚(L-乳酸)的定向锻压增强主要由以下因素决定(1)锻压温度。锻压温度越高，分子链和微晶的取向程度偏低，锻压制品的力学强度偏低，反之增强。(2)冷却速度。锻压到预定位置(一般是上模与下模合模的位置)后，要迅速冷却。冷却速度越快，越有利于获得高强度的锻压制品。(3)模坯形变率。定义锻压成型制品的长与模坯的长(适用于模坯腔为纵向和横向设计)或直径(适用于模坯腔为圆孔设计)之比为模坯的形变率。模坯形变率越大越有利于提高制品或器件的强度。此外，聚(L-乳酸)模坯的结晶度对锻压制品的强度也有影响。结晶度越高，锻压制品的力学强度也越高。(1)锻压温度。聚(L-乳酸)的结晶熔融温度通常为175～185℃，玻璃化转变温度60℃左右。锻压温度可选在其玻璃化转变温度和结晶熔融温度之间，而以在110℃～115℃为好。锻压温度过低，产品质量及成品率降低，锻压温度过高，产品的力学强度偏低。(2)冷却速度。冷却速度应越快越好。一般要求在锻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚（Ｌ－乳酸）材料的锻压工艺，步骤如下：ａ、将模坯放进温度在１１０℃至１１５℃之间的专用定向锻压模具的模坯腔；ｂ、模坯放入１～２分钟后开始上模、下模合模锻压，时间限制在３～３０秒内；ｃ、合模至预定位置后，保持压力 并停止加热，立即进行冷却，要求２分钟内的温度降温至低于５０℃；ｄ、当模具温度低于４０℃时，解除压力开模取出成品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖凯荣，全大萍，卢泽俭，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]