CN108309424A - 一种桡骨远端掌侧锁定板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种桡骨远端掌侧锁定板，包括：与桡骨相适配的锁定板主体，所述锁定板主体包括相互连接的桡骨远端固定部和支干部，所述桡骨远端固定部的左端边缘贴近桡骨的位置设置有凸起条，所述桡骨远端固定部的上部位置边缘进行超薄设计；所述锁定板主体由PEEK复合材料制备而成，上述桡骨远端掌侧锁定板结构稳定，使用时不会产生松动现象，同时，与人体骨骼相溶性好。

Description

一种桡骨远端掌侧锁定板
技术领域
本发明涉及整形外科用医疗器械技术领域，具体涉及一种桡骨远端 掌侧锁定板。
背景技术
桡骨远端骨折是指位于距离桡腕关节面2.5-3cm内的松质骨骨折， 目前，在桡骨远端骨折手术中采用较多的医疗器械是桡骨远端锁定板。 当前，临床上使用的桡骨远端锁定板，大部分都输掌侧钢板，固定的时 候，因为结构不合理，材料密度大，对患者造成二次疼痛，甚至会影响 断骨的连接生长，给患者造成无法挽回的伤痛。
近年来，随着人们对新材料的开发，聚醚醚酮(PEEK)走进了医疗 研究人员的实现，其是耐热性好、强度高的新一代芳香类高聚物，具有 广阔的应用前景。作为一种性能强烈依赖于结晶结构的半结晶性高聚 物，由于大分子链上含有刚性的苯环、柔性的醚键及提高分子间作用力 的羰基，PEEK结构规整，具有高耐热性、高强度、高模量、高韧性、 加工性能好等优异的综合性能。PEEK最初由英国ICI公司于1977年开 发成功并于1980年正式投向市场的高性能工程塑料，80年代主要用于 国防工业，近十年来，PEEK及其复合材料的应用迅速向电子、汽车、 医疗器械等领域扩展。
PEEK可以作为玻璃纤维、碳纤维或者芳纶纤维增强热塑性预浸料 的基体，它优良的力学性能和成型加工性能使可以在航空航天、海洋、 医疗和工业应用中替代金属和热固性塑料。通过PEEK改性的复合材料 产品包括干织物、多轴向织物、编织物、丝束、单向布、单向片等。
PEEK复合材料制备的瓶颈在于预浸，将碳纤维材料在PEEK预浸液 中预浸得到PEEK改性的碳纤维材料是已知的，但是目前常规预浸方法 制得的PEEK复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、 抗冲击强度等性能不是很理想，以T700碳丝为原料制成的PEEK预浸单 向布和复合材料为例，800根/mm密度的预浸单向布0°拉伸强度为2600Mpa,拉伸模量为139Gpa,弯曲强度为2254Mpa,弯曲模量为131Gpa， 单向布以0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°……360°的 方向进行铺层得到的碳纤维复合材料，在0-180°之间每隔10°取样加 工成拉伸弯曲和冲击样条的拉伸强度约为800-1100Mpa,拉伸模量为40-50Gpa,弯曲强度为800-900Mpa,弯曲模量为40-50Gpa，冲击强度为 1.8-1.9KJ/m2。
虽然，上述材料可以用来制备桡骨远端掌侧锁定板，但是现有技术 制备的上述材料制备后的桡骨远端掌侧锁定板的性能并不好，所以急需 通过工艺方法的改进得到各项力学性能优秀的PEEK复合材料，以用来 制备桡骨远端掌侧锁定板。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于由PEEK复合材料制备且性 能好、结构更加合理的桡骨远端掌侧锁定板。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种桡骨远端掌侧锁定板，其 包括：
与桡骨相适配的锁定板主体，所述锁定板主体包括相互连接的桡骨 远端固定部和支干部，在所述桡骨远端固定部设置有多个第一固定孔、 多个克氏针孔和观察孔，在所述支干部上设置有多个第二固定孔、多个 临时固定孔和加压孔，在加压孔上方设置有刻度线；
所述桡骨远端固定部的左端边缘贴近桡骨的位置设置有凸起条，所 述桡骨远端固定部的上部位置边缘进行超薄设计；
所述锁定板主体由PEEK复合材料制备而成，所述PEEK复合材料的 制备方法包括以下步骤：
步骤1：展宽碳纤维碳丝；
步骤2：配制PEEK水性分散液，步骤1所述的展宽后的碳丝在该 分散液中预浸并烘干得到预浸碳丝；
步骤3：轧制步骤2所述的预浸碳丝得到碳纤维预浸单向布；
步骤4：用步骤3所述的预浸单向布进行铺层；
步骤5：将步骤4所得的铺层结构放入模具中进行模压，得到PEEK 复合材料；
其特征在于：所述步骤1中，碳纤维碳丝被展宽到700-900根/毫 米；所述步骤2中，配制的PEEK水性分散液的表面张力在20dyn/cm 以下，粘度为1800-2000CPS；所述步骤3中，轧制的次数为1-3次； 所述步骤4中，铺层时各层是不同角度交错的。
进一步地，步骤3还包括切割部分步骤3所述的预浸单向布，编制 成平纹展宽预浸编织布；步骤4还包括将步骤3所述的预浸单向布和平 纹展宽预浸编织布进行混合铺层；
优选地，所述步骤2所采用的分散液为超纯水；
优选地，当预浸单向布和平纹展宽预浸编织布混合铺层时，预浸单 向布和平纹展宽预浸编织布以1:1-3：1的比例混合铺层；更优选地， 预浸单向布和平纹展宽预浸编织布以5:2的比例混合铺层，且铺层结构 单元为：单向布3层/预浸编织布1层/单向布2层/预浸编织布1层。
优选地，所述步骤4在铺叠时，各单向布层的角度从0度起始，以 30-45度为单位，各层依次等幅递增排布。
本发明对PEEK复合材料工艺的改进的原理如下：
展宽的程度关系到步骤3轧制，我们发现，700根/mm时，轧制1 次能够满足要求，而700根/mm每再增加100根/mm，轧制过程需再增 加一次，轧制过程超过3次，碳纤维丝会因为反复的轧制造成疲劳断裂， PEEK树脂也因在高温的作用造成降解，另外，我们发现，碳纤维密度 小于等于600根/mm时，PEEK分散液虽能很好的预浸到碳纤维丝中的间 隙中去，但会因为在高温和轧制压力的作用下发生断裂，这是因为，600 根/mm碳纤维过于稀薄，轧制压力会产生一定轧制应力，高温和轧制后 的冷却会因为PEEK和碳纤维热膨胀系数的巨大差异，产生热应力，当 热应力和轧制应力大于材料自身的强度是时候，碳纤维就会发生断裂。因此，综合来讲，选择700-900根/毫米能够实现较好的效果。
对于步骤2预浸步骤，我们选择水性分散体表面张力小于等于 20dyn/cm，分散液液体粘度为1800-2000CPS，过高的液体表面张力会 使分散液成水珠状分散在碳纤维表面，而不能完全的浸透碳纤维展宽 丝，即无法均匀分布在碳纤维的孔隙中。PEEK分散液的液体粘度大于 2000cps，碳纤维通过PEEK分散液时会携带过多的PEEK分散液，也会 因为粘度过大影响PEEK分散液的浸渍性；PEEK分散液的液体粘度小于 1800cps，PEEK分散液对碳纤维的浸渍性能改善，但PEEK分散液中PEEK 颗粒因为粘度的下降而变得宜沉降，影响PEEK粉末在分散液中分布的 均匀性，导致最终产品PEEK和碳纤维比例不稳定。
对于步骤4的混合铺层，其对最终产品的力学性能有很重要的影 响，传统方法是单向布按照一定的角度排列铺层，本发明通过在单向布 铺层结构中加入一定比例的平纹编织布，并按照特定比例制成多层三明 治结构，使最终产品的力学性能，尤其是抗冲击强度明显优于已有产品。
本发明通过对PEEK复合材料工艺的改进，尤其是对单向布制造环 节中，碳丝展宽程度，以及对PEEK预浸液表面张力、粘度的选择，以 及对轧制次数的选择，使得制得的PEEK单向布的孔隙率，PEEK降解率 以及各项力学性能得到明显提升，以此PEEK单向布为基础，通过对铺 层结构及角度的研究选择，使得最终得到的PEEK复合材料的力学性能， 尤其是抗冲击强度明显优于已有产品。
当锁定板主体采用上述PEEK复合材料制备时，具有强度大、模量 高、密度低和线膨胀系数小等优点，同时，具有良好的生物相溶性，在 体内不会被腐蚀或者磨损，不会产生对机体有害的离子，低温热解同时 碳还具有罕见的抗凝血性能，性能优异。
本发明的桡骨远端掌侧锁定板，所述桡骨远端固定部的左端边缘贴 近桡骨的位置设置有凸起条，通过凸起条的设置，使得所述桡骨远端掌 侧锁定板在桡骨上固定式更加稳固，不会产生滑动现象，同时，加强了 尺侧支撑，增大血供，有利于断骨的生长结合；所述桡骨远端固定部的 上部位置边缘进行超薄设计，能使骨板最大限度接触桡骨关节面，增加骨板支撑面，减少患者痛苦；在加压孔上设置刻度线，方便医生进行微 调动作，有利于控制骨板移动的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具 体实施方式中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述 中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1是本发明所述桡骨远端掌侧锁定板的结构示意图；
图2是图1的仰视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1的后视图；
图5是图1中A-A向剖视图；
图6是图5中F的放大图；
图7是图1中B-B剖视图；
图中附图标记表示为：1-锁定板主体；11-桡骨远端固定部；12- 支干部；111-第一固定孔；112-克氏针孔；113-观察孔；114-凸起条；121-第二固定孔；122-临时固定孔；123-加压孔；124-刻度线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行清楚、完整的描述，显然，所描 述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。居于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
碳纤维丝的制造
取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到700根每毫米。
实施例2
碳纤维丝的制造
取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到800根每毫米。
实施例3
碳纤维丝的制造
取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到900根每毫米。
实施例4
碳纤维丝的制造
取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到600根每毫米。
实施例5
碳纤维丝的制造
取T700碳纤维碳丝用展宽设备展宽到1000根每毫米。
实施例6
预浸液的制备
取PEEK粉末分散到超纯水中；水中添加生物级分散剂使混合后的 水性分散体表面张力等于20dyn/cm，分散液液体粘度为1900CPS，固含 量为32％。
实施例7
碳纤维丝的预浸和轧制
取实施例1展宽后的碳纤维丝在实施例6的PEEK水性分散体中预 浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制一次，其中预浸速度0.8m/min， 高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留7分钟，轧制压力30N/mm。制 得PEEK碳纤维预浸单向布。
实施例8
碳纤维丝的预浸和轧制
取实施例2展宽后的碳纤维丝在实施例7的PEEK水性分散体中预 浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制二次，其中预浸速度0.8m/min， 高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留7分钟，轧制压力30N/mm。制 得PEEK碳纤维预浸单向布。
实施例9
碳纤维丝的预浸和轧制
取实施例3展宽后的碳纤维丝在实施例6的PEEK水性分散体中预 浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制三次，其中预浸速度0.8m/min， 高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留7分钟，轧制压力30N/mm。制 得PEEK碳纤维预浸单向布。
实施例10
碳纤维丝的预浸和轧制
取实施例4展宽后的碳纤维丝在实施例6的PEEK水性分散体中预 浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制一次，其中预浸速度0.8m/min， 高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留7分钟，轧制压力30N/mm。制 得PEEK碳纤维预浸单向布。
实施例11
碳纤维丝的预浸和轧制
取实施例5展宽后的碳纤维丝在实施例6的PEEK水性分散体中预 浸后取出，通过高温烘箱烘干后轧制四次，其中预浸速度0.8m/min， 高温烘箱温度385℃，碳丝在烘箱中停留7分钟，轧制压力30N/mm。制 得PEEK碳纤维预浸单向布。
实施例7-11所得PEEK碳纤维预浸单向布性能对比
实施例10 实施例7 实施例8 实施例9 实施例11
纤维密度 600根/mm 700根/mm 800根/mm 900根/mm 1000根/mm
轧制次数 1 1 2 3 4
孔隙率％ 0.1 0.15 0.15 0.2 0.3
纤维断裂率％ 5％ 2％ 2％ 2％ 5％
PEEK降解率％ 0.1 0.1 0.3 0.42 1.34
0°拉伸强度Mpa 2560 2950 3140 2922 2440
0°拉伸模量Gpa 136 138 145 137 136
0°弯曲强度Mpa 2100 2450 2470 2340 2100
0°弯曲模度Gpa 113 138 144 134 113
实施例12
铺层和模压(单一铺层)
取预浸好的单向布以0°，30°，60°，90°，120°，150°，180 °……360°的方向进行铺层，共铺200层，然后放入模具中进行模压， 从室温升温，升温速率为12℃/min，升温段压力0.7Mpa，升到380℃ 后保压10min，压力1.5Mpa，然后降温到150℃取出，降温速度为3.5 ℃/min，降温保压4Mpa。
实施例13
铺层和模压(混合铺层)
取预浸好的单向布切割成15mm宽的预浸单向布，然后编织成平纹 展宽预浸编织布，和原有的预浸单向布进行混合铺层，铺层结构单元为： 单向布3层/预浸编织布1层/单向布2层/预浸编织布1层，单向布层 的角度排布同实施例12，共铺200层，然后放入模具中进行模压，从 室温升温，升温速率为12℃/min，升温段压力0.7Mpa，升到380℃后 保压10min，压力1.5Mpa，然后降温到150℃取出，降温速度为3.5℃ /min，降温保压4Mpa。
实施例14
铺层和模压(混合铺层)
取预浸好的单向布切割成15mm宽的预浸单向布，然后编织成平纹 展宽预浸编织布，和原有的预浸单向布进行混合铺层，铺层结构单元为： 单向布3层/预浸编织布1层，单向布层的角度排布同实施例12，共铺 200层，然后放入模具中进行模压，从室温升温，升温速率为12℃/min， 升温段压力0.7Mpa，升到380℃后保压10min，压力1.5Mpa，然后降温 到150℃取出，降温速度为3.5℃/min，降温保压4Mpa。
实施例15
铺层和模压(混合铺层)
取预浸好的单向布切割成15mm宽的预浸单向布，然后编织成平纹 展宽预浸编织布，和原有的预浸单向布进行混合铺层，铺层结构单元为： 单向布1层/预浸编织布1层，单向布层的角度排布同实施例12，共铺 200层，然后放入模具中进行模压，从室温升温，升温速率为20℃/min， 升温段压力4Mpa，升到380℃后保压5分钟，压力3Mpa，然后降温到 250℃，降温速率25℃/min，压力6Mpa，然后继续降温到100℃，降温 速率1.5℃/min，压力10Mpa取出。
实施例16
制品性能对比
实施例12-15制得的碳纤维/PEEK复合材料树脂含量为35-37％(重 量比)，密度为1.54-1.56g/cm2,孔隙率小于1％，并满足生物相容性等 相关技术要求，在350*350*10mm的样板上，在0-180°之间每隔10° 取样加工成拉伸弯曲和冲击样条。
注：以上性能测试在23℃，50％湿度环境下测试；其中拉伸测试按照ASTM D3039，弯曲测试按照ASTM D790；冲击测试标准号ISO180/A，有缺口 冲击
实验结果分析：
通过以上结果分析可知，由本发明工艺制备的PEEK预浸碳纤维丝 单向布铺层模压或与编织布混合铺层模压制得的PEEK复合材料制品的 各项性能均明显优于现有技术的参数，其中，实施例13铺层方法制得 的PEEK复合材料制品，在保持拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲 模量等力学性能优异的情况下，其抗冲击强度还显著高于其他几种铺层 方式的制品，从中我们发现，随着混合铺层中，编织布比例的增加，制 品的抗冲击强度并非呈线性变化，而是在实施例13的编织布比例时， 达到最优性能，因此，实施例13是本发明的最优实施方式。
可以看出实施例13制备的PEEK复合材料为最优的制备锁定板主体 的材料。同时，该材料(X光照射下，在体内无显影,避免因金属覆盖产 生的阴影，)后期更好的观察骨头愈合情况。
实施例17
如图1-4所示，本实施例提供一种使用实施例1-16制备的PEEK 复合材料制备的桡骨远端掌侧锁定板，其包括，与桡骨相适配的锁定板 主体1，所述锁定板主体1包括相互连接的桡骨远端固定部11和支干 部12，在所述桡骨远端固定部11设置有多个第一固定孔111、多个克 氏针孔112和观察孔113，所述第一固定孔111为螺丝孔，其可以根据 所述桡骨远端固定部11的形状设置有7个，最大限度的固定骨折碎片， 所述克氏针孔112为6个，其中4个集中在所述桡骨远端固定部11的 下部的一个第一固定孔111的周围，其还可以作为缝合孔来使用，所述 观察孔113的形状不做限制，其根据第一固定孔111的设置位置来具体设置，但是，优选四周呈阶梯形状；在所述支干部12上设置有多个第 二固定孔121、多个临时固定孔122和加压孔123，所述第二固定孔121 为螺丝孔，其孔径大于第一固定孔111的孔径，其个数为4个，所述临 时固定孔122用于骨板的临时固定，可以用克氏针孔代替，所述加压孔 123为长条形，在加压孔123上方设置有刻度线124，间隔1mm；如图5 和6所示，所述桡骨远端固定部11的左端边缘贴近桡骨的位置设置有 凸起条114，所述凸起条114的截面形状不做限制，本实施例中，优选 为梯形，优选G处的边为弧形边，同时，顶部短边的宽度为0.1-0.3mm 设计，优选0.15mm，所述凸起条114的长度从D处到E处的位置，同 时，所述凸起条114的高度为0.1-0.3mm，优选0.15mm；如图7所示， 所述桡骨远端固定部11的上部位置边缘进行超薄设计，也就是C处的 弧形位置，其厚度H为0.3-1.2mm，优选0.6mm，其与所述桡骨远端固 定部11的连接位置斜面过渡。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施 方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上 还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施 方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明 创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种桡骨远端掌侧锁定板，其特征在于，包括：
与桡骨相适配的锁定板主体，所述锁定板主体包括相互连接的桡骨远端固定部和支干部，在所述桡骨远端固定部设置有多个第一固定孔、多个克氏针孔和观察孔，在所述支干部上设置有多个第二固定孔、多个临时固定孔和加压孔，在加压孔上方设置有刻度线；
所述桡骨远端固定部的左端边缘贴近桡骨的位置设置有凸起条，所述桡骨远端固定部的上部位置边缘进行超薄设计；
所述锁定板主体由PEEK复合材料制备而成，所述PEEK复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：展宽碳纤维碳丝；
步骤2：配制PEEK水性分散液，步骤1所述的展宽后的碳丝在该分散液中预浸并烘干得到预浸碳丝；
步骤3：轧制步骤2所述的预浸碳丝得到碳纤维预浸单向布；
步骤4：用步骤3所述的预浸单向布进行铺层；
步骤5：将步骤4所得的铺层结构放入模具中进行模压，得到PEEK复合材料；
其特征在于：所述步骤1中，碳纤维碳丝被展宽到700-900根/毫米；所述步骤2中，配制的PEEK水性分散液的表面张力在20dyn/cm以下，粘度为1800-2000CPS；所述步骤3中，轧制的次数为1-3次；所述步骤4中，铺层时各层是不同角度交错的。
2.根据权利要求1所述的股骨用髓内钉，其特征在于，步骤3还包括切割部分步骤3所述的预浸单向布，编制成平纹展宽预浸编织布；步骤4还包括将步骤3所述的预浸单向布和平纹展宽预浸编织布进行混合铺层。
3.根据权利要求1所述的股骨用髓内钉，其特征在于，所述步骤2所采用的分散液为超纯水。
4.根据权利要求1所述的股骨用髓内钉，其特征在于，所述步骤4在铺叠时，各单向布层的角度从0度起始，以30-45度为单位，各层依次等幅递增排布。
5.根据权利要求1或5所述的股骨用髓内钉，其特征在于，当预浸单向布和平纹展宽预浸编织布混合铺层时，预浸单向布和平纹展宽预浸编织布以1:1-3:1的比例混合铺层。如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤4在铺叠时，各单向布层的角度从0度起始，以30-45度为单位，各层依次等幅递增排布。
6.根据权利要求6所述的股骨用髓内钉，其特征在于，预浸单向布和平纹展宽预浸编织布以5:2的比例混合铺层，且铺层结构单元为：单向布3层/预浸编织布1层/单向布2层/预浸编织布1层。
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