CN106620895A - 一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法 - Google Patents
一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106620895A CN106620895A CN201611164871.2A CN201611164871A CN106620895A CN 106620895 A CN106620895 A CN 106620895A CN 201611164871 A CN201611164871 A CN 201611164871A CN 106620895 A CN106620895 A CN 106620895A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ketone
- ether
- polyether
- bone plate
- carbon fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
- A61L31/04—Macromolecular materials
- A61L31/06—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
- A61L31/02—Inorganic materials
- A61L31/024—Carbon; Graphite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
- A61L31/08—Materials for coatings
- A61L31/10—Macromolecular materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
- A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
- C08J7/04—Coating
- C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/06—Elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D127/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D127/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C09D127/12—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
- C09D127/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D161/00—Coating compositions based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D161/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C09D161/16—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of ketones with phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2361/00—Characterised by the use of condensation polymers of aldehydes or ketones; Derivatives of such polymers
- C08J2361/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C08J2361/16—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of ketones with phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2427/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
- C08J2427/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08J2427/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
- C08J2427/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2461/00—Characterised by the use of condensation polymers of aldehydes or ketones; Derivatives of such polymers
- C08J2461/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C08J2461/16—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of ketones with phenols
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Public Health (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Surgery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法。具体为对每层碳纤维布进行静电喷涂聚醚醚酮后逐层叠加放置于模具内,合上模具模压,冷却开模取出制品,溶剂清洗并干燥制品,获得块体材料,按照接骨板设计图纸将其经CNC加工成接骨板胚件;在所得接骨板表面进行生物安全涂层处理。所述接骨板生物相容性好;采用生物涂层化,提高了医用植入的生物安全性;其各项力学参数和骨骼相当,更加接近真实骨强度,克服适配的问题,避免应力集中造成应力遮挡效应;具有良好X射线穿透性;适合批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及骨科材料领域,尤其涉及一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法。
背景技术
传统接骨板材料都有不锈钢,钛合金;其存在以下问题:1、力学特性,例如模量与天然骨不匹配,差距过大会造成应力遮挡,引起骨吸收、骨炎症,进而造成二次手术;2、长期植入,金属物的溶出,会有细胞毒性;3、X射线无法穿透,影响术后对康复情况的追踪检查;4、由于是金属物,植入后无法进行核磁共振检测。
PEEK(聚醚醚酮)塑胶原料是芳香族结晶型热塑性高分子材料,其熔点为334℃,具有机械强度高、耐高温、耐冲击、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及良好的生物相容性。
CF(碳纤维)是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好并具有优异的生物相容性。
专利CN1296013C公开了一种碳纤维增强聚醚醚酮复合材料接骨板,具体为将碳纤维颗粒和聚醚醚酮混合造粒后注射成型获得,由于是注射成型因此不可能采用长度大于2cm的连续碳纤维并能获得连续铺展结构,因此碳纤维所起到的增强作用没有完全发挥作用;专利申请CN2223081Y公开了一种碳纤维加强环氧树脂接骨板,即将浸润环氧树脂胶液的碳纤维编织布平行叠在一起,加压固化即可。此方法采用环氧树脂体系势必引入固化剂,若固化剂未反应完全,植入体内后存在潜在的生物毒性隐患。专利申请CN104902832A公开了一种接骨装置,通过包覆成型法或双材料注射法制备得到,由于是注射成型因此不可能采用长度大于2cm的连续碳纤维并能获得连续铺展结构,因此碳纤维所起到的增强作用没有完全发挥作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板。
为实现上述目的, 本发明提供一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,制备方法为,
静电喷涂:根据块体模具的形状裁切合适的碳纤维布尺寸,对每层碳纤维布进行静电喷涂聚醚醚酮,多次重复直至达到设计的重量比;
模压:将喷涂有聚醚醚酮的碳纤维单层布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,进行模压,然后冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥,获得密度为1.32-1.67g/cm3的块体材料;
机加工:按照接骨板设计图纸将所得块体材料经计算机数字控制机床即CNC加工成接骨板胚件;使其表面粗糙度为10-1000μm;
外包覆生物安全涂层:在所得接骨板表面获得100-2000μm的生物安全涂层,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm, 弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
进一步,所述碳纤维布是单向碳纤维布或编制碳纤维布;优选的,所述编制碳纤维布是1K或3K结构。
进一步,所述聚醚醚酮是非晶型或晶型,粒径分布范围为10-200μm。
进一步,所述聚醚醚酮和碳纤维的重量比为1:0.2-4。
进一步,所述静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min。
进一步,所述模压参数:加热温度范围340-420℃,压力范围为1-100MPa,压力持续时间10-60min。
进一步,所述对制品进行溶剂清洗并干燥是采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂。
进一步,所述外包覆生物安全涂层采用注射成型方法或者静电喷涂方法;
优选的,所述注射成型方法为在所得接骨板胚件表面进行注射成型,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯;优选的,聚醚醚酮加工温度为340-420℃,聚四氟乙烯的加工温度为240-300℃,注塑压力100-160MPa;
任选的,所述静电喷涂方法为在所得接骨板胚件表面进行静电喷涂,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min。
本发明还提供一种所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板的制备方法,其特征在于,
静电喷涂:根据块体模具的形状裁切合适的碳纤维布尺寸,对碳纤维布进行静电喷涂聚醚醚酮,多次重复直至达到设计的重量比;
优选的,所述碳纤维布是单向碳纤维布或编制碳纤维布;所述聚醚醚酮是非晶型或晶型,粒径分布范围为10-200μm;所述聚醚醚酮和碳纤维的重量比为1:0.2-4;所述静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min;所述模压参数:加热温度范围340-420℃,压力范围为1-100MPa,压力持续时间10-60min;更优选的,所述编制碳纤维布是1K或3K结构;
模压:将喷涂有聚醚醚酮的碳纤维单层布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,进行模压,然后自然冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥;优选的,采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂;获得密度为1.32-1.67g/cm3的块体材料;
机加工:按照接骨板设计图纸将所得块体材料经计算机数字控制机床即CNC加工成接骨板胚件;使其表面粗糙度为10-1000μm;
外包覆生物安全涂层:在所得接骨板表面获得100-2000μm的生物安全涂层,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm,弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
进一步,所述外包覆生物安全涂层采用注射成型方法或者静电喷涂方法;
优选的,所述注射成型方法为在所得接骨板胚件表面进行注射成型,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯;优选的,聚醚醚酮加工温度为340-420℃,聚四氟乙烯的加工温度为240-300℃,注塑压力100-160MPa;
任选的,所述静电喷涂方法为在所得接骨板表面进行静电喷涂,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min
步骤如下:
1、制备聚醚醚酮(PEEK)和碳纤维(CF)的复合块体材料;
1.1 根据块体模具的形状裁切合适的碳纤维布尺寸,对碳纤维布进行静电喷涂PEEK(本发明采用单层碳纤维布静电喷涂PEEK,可以保证PEEK与碳纤维布良好的接触,达到均匀分布的效果;静电喷涂可使组成的比例可以严格控制,便于稳定量产),其中碳纤维布的形式可以是单向碳纤维布、编制碳纤维布;其中编制的碳纤维布,可以是1K或者3K结构;其中PEEK可以是非晶型或者是晶型,粒径分布范围为10-200μm(小于10μm,原料难以获得,大于200μm,喷涂不均匀);进一步,PEEK和CF的重量比为1:0.2-4(该比例保证获得接近骨头的力学强度);进一步,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min,可以多次重复直至达到设计的重量比;
1.2 将喷涂有PEEK的CF单层布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,模压参数:加热温度范围340-420℃(PEEK熔点334℃),压力范围为1-100MPa(保证材料结构的密实度),压力持续时间10-60min,然后自然冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥,采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂(可以较快实现干燥,提高效率),获得制品的密度范围为:1.32-1.67g/cm3。
2、机加工:将块体材料,按照接骨板设计图纸经CNC(计算机数字控制机床)加工成接骨板胚件;经过CNC加工的制品,表面粗糙度范围为10-1000μm(加工精度,保证样品品质的稳定性)。
3、外包覆生物安全涂层;(CNC加工后制品表面可能会暴露出碳纤维,植入后会引起炎症的可能,外包覆生物涂层的目的是为了提高植入体内的生物相容性),使其表面粗糙度为0.4-3.2μm, 弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
该步骤具体的实现方式有两种,可任选一种:
3.1,在上述所得制件表面进行注射成型,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),进一步PEEK加工温度340-420℃,PTFE的240-300℃,注塑压力100-160MPa,获得涂层的厚度范围100-2000μm。(两种材料均可行,温度范围取决于这两种材料的熔点,压力是保证材料结构密实均一)
3.2,在上述所得制件表面进行静电喷涂,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),获得涂层的厚度范围100-2000μm。
生物安全涂层的厚度范围可以达到使用效果和生物安全性,以及与骨钉连接时操作的安全性,保证将来在固定螺丝的机械摩擦作用下,不会脱层;同时,该厚度下,具有合适的力学强度。
静电喷塑的工艺原理是将塑料粉末通过高压静电设备充电,并在电场的作用下均匀的吸附在被加工的工件表面上,然后经过高温烘烤,塑料颗粒就会融化成一层致密的保护层牢牢附着在工件表面。
本发明所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板具有如下优点:
1、采用碳纤维布,使用的是连续长纤维,可以获得更高的力学强度,更加接近真实骨强度。
2、该复合材料的接骨板,其各项力学参数和骨骼相当,克服适配的问题,避免应力集中,造成应力遮挡效应;
3、克服传统金属合金材质缺点,该接骨板具有良好X射线穿透性,同时可以满足核磁共振测试的需求;
4、该制程工艺简单,制品的生物相容性好。
5、本发明采用生物涂层化,提高了医用植入的生物安全性。
6、获得块体在CNC成接骨板胚件样品,更加适合批量化生产。
附图说明
图1是实施例1其中一种形状的接骨板示意图。
图2是实施例2其中一种形状的接骨板示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1:碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板的制备
步骤如下:
1、制备聚醚醚酮(PEEK)和碳纤维布的复合块体材料;
1.1 根据块体模具的形状裁切合适的碳纤维布尺寸,对单层碳纤维布进行静电喷涂PEEK,其中碳纤维布的形式可以是单向碳纤维布、编制碳纤维布;其中编制的碳纤维布,可以是1K或者3K结构;其中PEEK可以是非晶型或者是晶型,粒径分布范围为10-200μm;进一步,PEEK和CF的重量比为1:0.2;进一步,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min,可以多次重复直至达到设计的重量比;
1.2 将喷涂有PEEK的单层碳纤维布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,模压参数:加热温度范围340-420℃,压力范围为1-100MPa,压力持续时间10-60min,然后自然冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥,采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂,获得制品的密度范围为:1.32-1.67g/cm3。
2、机加工:将块体材料,按照接骨板设计图纸经CNC(计算机数字控制机床)加工成接骨板;经过CNC加工的制品,表面粗糙度范围为10-1000μm。
3、外包覆生物安全涂层;
该步骤具体的实现方式有两种,可任选一种:
3.1,在上述所得制件表面进行注射成型,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),进一步PEEK加工温度340-420℃,PTFE的240-300℃,注塑压力100-160MPa,获得涂层的厚度范围100-2000μm,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm,弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
3.2,在上述所得制件表面进行静电喷涂,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),获得涂层的厚度范围100-2000μm,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm,弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
结果如图1所示。
静电喷塑的工艺原理是将塑料粉末通过高压静电设备充电,并在电场的作用下均匀的吸附在被加工的工件表面上,然后经过高温烘烤,塑料颗粒就会融化成一层致密的保护层牢牢附着在工件表面。
参考标准YY/T0342-2002《外科植入物 接骨板弯曲强度和刚度的测定》,测得的弹性模量范围为10.1-19.2 GPa,弯曲强度范围为145-228 MPa,此范围与人类骨强度接近。
当设计的接骨板厚度范围4-10mm时,其X射线的透过率大于99%。可以用于观察与接骨板接触位置的骨组织形貌。
实施例2:碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板的制备
步骤如下:
1、制备聚醚醚酮(PEEK)和碳纤维(CF)的复合块体材料;
1.1 根据块体模具的形状裁切合适的CF尺寸,对单层CF进行静电喷涂PEEK,其中CF的形式可以是单向碳纤维布、编制碳纤维布;其中编制的碳纤维布,可以是1K或者3K结构;其中PEEK可以是非晶型或者是晶型,粒径分布范围为10-200μm;进一步,PEEK和CF的重量比为1: 4;进一步,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min,可以多次重复直至达到设计的重量比;
1.2 将喷涂有PEEK的CF单层布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,模压参数:加热温度范围340-420℃,压力范围为1-70MPa,压力持续时间10-60min,然后自然冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥,采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂,获得制品的密度范围为:1.32-1.67g/cm3。
2、机加工:将块体材料,按照接骨板设计图纸经CNC(计算机数字控制机床)加工成接骨板;经过CNC加工的制品,表面粗糙度范围为10-1000μm。
3、外包覆生物安全涂层;
该步骤具体的实现方式有两种,可任选一种:
3.1,在上述所得制件表面进行注射成型,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),进一步PEEK加工温度340-420℃,PTFE的240-300℃,注塑压力100-160MPa,获得涂层的厚度范围100-2000 μm,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm,弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
3.2,在上述所得制件表面进行静电喷涂,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),获得涂层的厚度范围100-2000 μm,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm,弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
结果如图2所示。
静电喷塑的工艺原理是将塑料粉末通过高压静电设备充电,并在电场的作用下均匀的吸附在被加工的工件表面上,然后经过高温烘烤,塑料颗粒就会融化成一层致密的保护层牢牢附着在工件表面。
参考标准YY/T0342-2002《外科植入物 接骨板弯曲强度和刚度的测定》,测得的压缩弹性模量范围为15.8-18.1 GPa,弯曲强度范围为160-230 MPa,此范围与人类骨强度接近。
当设计的接骨板厚度范围4-10mm时,其X射线的透过率大于99%。可以用于观察与接骨板接触位置的骨组织形貌。
实施例3:碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板的制备
步骤如下:
1、制备聚醚醚酮(PEEK)和碳纤维(CF)的复合块体材料;
1.1 根据块体模具的形状裁切合适的CF尺寸,对单层CF进行静电喷涂PEEK,其中CF的形式可以是单向碳纤维布、编制碳纤维布;其中编制的碳纤维布,可以是1K或者3K结构;其中PEEK可以是非晶型或者是晶型,粒径分布范围为10-200μm;进一步,PEEK和CF的重量比为1:1;进一步,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min,可以多次重复直至达到设计的重量比;
1.2 将喷涂有PEEK的CF单层布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,模压参数:加热温度范围340-420℃,压力范围为1-70MPa,压力持续时间10-60min,然后自然冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥,采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂,获得制品的密度范围为:1.32-1.67g/cm3。
2、机加工:将块体材料,按照接骨板设计图纸经CNC(计算机数字控制机床)加工成接骨板;
经过CNC加工的制品,表面粗糙度范围为10-1000μm。
3、外包覆生物安全涂层;
该步骤具体的实现方式有两种,可任选一种:
3.1,在上述所得制件表面进行注射成型,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),进一步PEEK加工温度340-420℃,PTFE的240-300℃,注塑压力100-160MPa,获得涂层的厚度范围100-2000μm,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm,弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
3.2,在上述所得制件表面进行静电喷涂,涂层材料可以是PEEK或者PTFE(聚四氟乙烯),获得涂层的厚度范围100-2000μm,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm,弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
静电喷塑的工艺原理是将塑料粉末通过高压静电设备充电,并在电场的作用下均匀的吸附在被加工的工件表面上,然后经过高温烘烤,塑料颗粒就会融化成一层致密的保护层牢牢附着在工件表面。
参考标准YY/T0342-2002《外科植入物 接骨板弯曲强度和刚度的测定》,测得的压缩弹性模量范围为10.8-20.5 GPa,弯曲强度范围为150-220 MPa,此范围与人类骨强度接近。
当设计的接骨板厚度范围4-10mm时,其X射线的透过率大于99%。可以用于观察与接骨板接触位置的骨组织形貌。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,制备方法为,
静电喷涂:根据块体模具的形状裁切合适的碳纤维布尺寸,对每层碳纤维布进行静电喷涂聚醚醚酮,多次重复直至达到设计的重量比;
模压:将喷涂有聚醚醚酮的碳纤维单层布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,进行模压,然后冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥,获得密度为1.32-1.67g/cm3的块体材料;
机加工:按照接骨板设计图纸将所得块体材料经计算机数字控制机床即CNC加工成接骨板胚件;使其表面粗糙度为10-1000μm;
外包覆生物安全涂层:在所得接骨板表面获得100-2000μm的生物安全涂层,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm, 弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
2.权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,所述碳纤维布是单向碳纤维布或编制碳纤维布;优选的,所述编制碳纤维布是1K或3K结构。
3.权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,所述聚醚醚酮是非晶型或晶型,粒径分布范围为10-200μm。
4.权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,所述聚醚醚酮和碳纤维的重量比为1:0.2-4。
5.权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,所述静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min。
6.权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,所述模压参数:加热温度范围340-420℃,压力范围为1-100MPa,压力持续时间10-60min。
7.权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,所述对制品进行溶剂清洗并干燥是采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂。
8.权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板,其特征在于,所述外包覆生物安全涂层采用注射成型方法或者静电喷涂方法;
优选的,所述注射成型方法为在所得接骨板胚件表面进行注射成型,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯;优选的,聚醚醚酮加工温度为340-420℃,聚四氟乙烯的加工温度为240-300℃,注塑压力100-160MPa;
任选的,所述静电喷涂方法为在所得接骨板胚件表面进行静电喷涂,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min。
9.一种权利要求1所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板的制备方法,其特征在于,
静电喷涂:根据块体模具的形状裁切合适的碳纤维布尺寸,对碳纤维布进行静电喷涂聚醚醚酮,多次重复直至达到设计的重量比;
优选的,所述碳纤维布是单向碳纤维布或编制碳纤维布;所述聚醚醚酮是非晶型或晶型,粒径分布范围为10-200μm;所述聚醚醚酮和碳纤维的重量比为1:0.2-4;所述静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min;所述模压参数:加热温度范围340-420℃,压力范围为1-100MPa,压力持续时间10-60min;更优选的,所述编制碳纤维布是1K或3K结构;
模压:将喷涂有聚醚醚酮的碳纤维单层布,逐层叠加放置于模具内,具体层数根据模腔设计尺寸确定,合上模具,进行模压,然后自然冷却至200℃以下,将压力卸除,开模取出制品,对制品进行溶剂清洗并干燥;优选的,采用有机溶剂清洗干净,并于100-200℃干燥脱除溶剂;获得密度为1.32-1.67g/cm3的块体材料;
机加工:按照接骨板设计图纸将所得块体材料经计算机数字控制机床即CNC加工成接骨板胚件;使其表面粗糙度为10-1000μm;
外包覆生物安全涂层:在所得接骨板表面获得100-2000μm的生物安全涂层,使其表面粗糙度为0.4-3.2μm, 弹性模量范围为10-25GPa,弯曲强度140-230 MPa。
10.权利要求9所述碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板的制备方法,其特征在于,所述外包覆生物安全涂层采用注射成型方法或者静电喷涂方法;
优选的,所述注射成型方法为在所得接骨板胚件表面进行注射成型,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯;优选的,聚醚醚酮加工温度为340-420℃,聚四氟乙烯的加工温度为240-300℃,注塑压力100-160MPa;
任选的,所述静电喷涂方法为在所得接骨板表面进行静电喷涂,涂层材料是聚醚醚酮或者聚四氟乙烯,静电喷涂的参数如下:处理温度范围在380-400℃,处理时间3-30min。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611164871.2A CN106620895B (zh) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | 一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611164871.2A CN106620895B (zh) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | 一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106620895A true CN106620895A (zh) | 2017-05-10 |
CN106620895B CN106620895B (zh) | 2019-12-31 |
Family
ID=58822531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611164871.2A Active CN106620895B (zh) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | 一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106620895B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108125713A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-08 | 武汉康斯泰德科技有限公司 | 长链碳纤维peek外包裹热成型骨固定板及成型方法 |
CN108309424A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-07-24 | 江苏百易得医疗科技有限公司 | 一种桡骨远端掌侧锁定板 |
CN108392257A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-08-14 | 中南大学 | 一种bmp-c/c复合材料接骨板及其制备方法 |
CN109021493A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-18 | 华中科技大学 | 一种高性能聚合物基复合材料的制备方法及其产品 |
CN110101919A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-09 | 浙江德康医疗器械有限公司 | 一种高强度耐疲劳低弹性模量骨科植入物 |
CN110526731A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-03 | 长沙晟天新材料有限公司 | 一种胸腔填充心脏托杯及其制备方法 |
CN113288385A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-24 | 济南大学 | 连续碳纤维制备仿生腰椎弓根钉的方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1593356A (zh) * | 2004-06-24 | 2005-03-16 | 上海交通大学 | 全髋股骨头假体及其制备方法 |
US20150282851A1 (en) * | 2008-07-21 | 2015-10-08 | Arthrex, Inc. | Carbon fiber reinforced peek bone plate with titanium fixation screws |
CN205391178U (zh) * | 2016-02-25 | 2016-07-27 | 杨波 | 骨科取钉装置 |
-
2016
- 2016-12-16 CN CN201611164871.2A patent/CN106620895B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1593356A (zh) * | 2004-06-24 | 2005-03-16 | 上海交通大学 | 全髋股骨头假体及其制备方法 |
US20150282851A1 (en) * | 2008-07-21 | 2015-10-08 | Arthrex, Inc. | Carbon fiber reinforced peek bone plate with titanium fixation screws |
CN205391178U (zh) * | 2016-02-25 | 2016-07-27 | 杨波 | 骨科取钉装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
丁浩: "《塑料工业实用手册 下》", 31 August 2000, 北京:化学工业出版社;材料科学与工程出版中心 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108125713A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-08 | 武汉康斯泰德科技有限公司 | 长链碳纤维peek外包裹热成型骨固定板及成型方法 |
CN108125713B (zh) * | 2017-12-28 | 2024-02-23 | 武汉康斯泰德科技有限公司 | 长链碳纤维peek外包裹热成型骨固定板及成型方法 |
CN108309424A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-07-24 | 江苏百易得医疗科技有限公司 | 一种桡骨远端掌侧锁定板 |
CN108392257A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-08-14 | 中南大学 | 一种bmp-c/c复合材料接骨板及其制备方法 |
CN109021493A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-18 | 华中科技大学 | 一种高性能聚合物基复合材料的制备方法及其产品 |
CN110101919A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-09 | 浙江德康医疗器械有限公司 | 一种高强度耐疲劳低弹性模量骨科植入物 |
CN110526731A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-03 | 长沙晟天新材料有限公司 | 一种胸腔填充心脏托杯及其制备方法 |
CN110526731B (zh) * | 2019-09-27 | 2022-03-25 | 长沙晟天新材料有限公司 | 一种胸腔填充心脏托杯及其制备方法 |
CN113288385A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-24 | 济南大学 | 连续碳纤维制备仿生腰椎弓根钉的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106620895B (zh) | 2019-12-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106620895A (zh) | 一种碳纤维和聚醚醚酮复合接骨板及其制备方法 | |
Rahman et al. | Mechanical properties of additively manufactured PEEK components using fused filament fabrication | |
CN106580417A (zh) | 一种碳纤维复合材料接骨板及其制备方法 | |
Lalegani Dezaki et al. | An overview of fused deposition modelling (FDM): Research, development and process optimisation | |
Rajak et al. | Manufacturing technologies of carbon/glass fiber-reinforced polymer composites and their properties: A review | |
Jo et al. | Investigation of influence of heat treatment on mechanical strength of FDM printed 3D objects | |
Saeed et al. | Predication of the in-plane mechanical properties of continuous carbon fibre reinforced 3D printed polymer composites using classical laminated-plate theory | |
DE102008015568B4 (de) | Langlebiges Werkzeug zum Pressformen von Polymerverbundwerkstoffen | |
Decuir et al. | Mechanical strength of 3-D printed filaments | |
Pandelidi et al. | The technology of continuous fibre-reinforced polymers: a review on extrusion additive manufacturing methods | |
Palanisamy et al. | Additive manufacturing: a review on mechanical properties of polyjet and FDM printed parts | |
Selvamani et al. | 3D printing: Overview of ABS evolvement | |
Crane et al. | Impact of chemical finishing on laser-sintered nylon 12 materials | |
Gradinaru et al. | Analysis of the anisotropy for 3D printed pla parts usable in medicine | |
Cherusseri et al. | Polymer-based composite materials: characterizations | |
Miao et al. | Analysis of spring-back deformation of CF/PEEK thin angled laminates by laser-assisted forming | |
Selvamani et al. | Preliminary investigation of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) properties | |
Kuchipudi | The effects of fiber orientation and volume fraction of fiber on mechanical properties of additively manufactured composite material | |
Andriushchenko et al. | Investigation of tribological characteristics of polymers used in medicine | |
Rajpurohit et al. | Effect of raster angle on tensile properties of PLA part fabricated using fused deposition modeling process | |
ZHAO | Molding of polyether ether ketone (PEEK) and its composites | |
Kumar et al. | The State of the Art in Advanced Fabrication and Characterization Techniques for Composites: Research Insights and Future Directions | |
Tanaka et al. | The effect of molding pressure on the mechanical properties of CFRTP using paper-type intermediate material | |
Ulkir | Investigation on the mechanical and thermal properties of metal-PLA composites fabricated by FDM | |
Kumar et al. | 1 The State of the Art in |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |