CN109624439A - 一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学材料技术领域，具体涉及一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料及其制备方法，通过在不锈钢表面添加一层渗镀层然后通过对金属层进行除油脱蜡处理、制备纤维增强复合材料、模压固化成型等制得纤维增强金属材料。本发明的技术优势在于：用含有铜、银离子和聚丙烯酸钠的渗剂对不锈钢成品进行浸渗处理从而使其具备抗菌性能，避免了整体添加抗菌金属元素而造成的不利影响；通过含有聚丙烯马来酸酐接枝相容剂、碳纤维等物质制备的纤维预成型体对金属层面进行纤维增强处理使得金属材料具有更好的拉伸强度度、抗压强度和热稳定性。

Description

一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料及其制备方法
技术领域
本发明属于化学材料技术领域，具体涉及一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料及其制备方法。
背景技术
由于医疗行业的特殊性，医护人员和病患之间需要频繁的在院内移动、同时处理大量信息，因此医疗器械用移动车成为了医院不可或缺的重要辅助器械，但是现在有的移动车用金属材料一般是不锈钢材料而未作必要的抑菌处理，经过长时间的运输，在移动车托板上会出现污垢、细菌滋生、水分堆积导致的潮湿现象。因此如何对这种医疗器械移动车托板进行一定的创新改进，使之具有一定的抑菌效果，防止细菌滋生进而保障医疗器械的洁净就成为移动车托板材料领域的一个追求。另外由于医疗设备大多质量较大，对于移动车所用材料的抗压强度和拉伸强度也有一定的要求。
中国专利CN104325129B公开了一种耐冲击金属复合材料及其制备方法，公开的耐冲击材料包括按照质量分数计的如下原料：铁粉28-45份、碳化硅5-8份、氧化铝2-6份、聚四氟乙烯粉末2-5份、镁粉3-8份、镍粉4-20份、石墨3-8份。本发明所得金属复合材料具有良好的耐冲击性能，但是其抑菌作用有限。
中国专利申请CN99800934公开了一种具有抗菌性能的不锈钢及其制造方法，所述的产品是在不锈钢整体中添加无机抗菌剂Cu，由于Cu的热脆性会对炼钢、连铸及轧制过程造成不利的影响，在冶炼过程中整体添加Cu存在相当大的困难，因此该技术和产品对冶金控制能力和轧制工艺要求极高，产品成本高能耗大。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料及其制备方法。
本发明一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、用质量浓度为1-10％的碳酸钠溶液清洗不锈钢板表面后将不锈钢放入渗剂中，加热至1000-1200℃保持4-6h后在500-600℃进行2-4h固溶时效处理，然后涂覆一层熔融状态的热塑性塑料涂层降至室温即得金属层；
S2、制备纤维预成型体，并将纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸提即得纤维增强复合材料；
S3、在压铸模具中依次放入S1制备的金属层和S2中浸渗处理后的纤维增强复合材料，加压6-8MPa静置固化5-10h成型即得固化成型后的复合材料；
S4、取出S3中得到的固化成型后的复合材料，先以3-5℃/min速率从室温升至150℃保温2-4h，再以8-10℃速率降至室温即得。
优选的，步骤S1中所述的渗剂包括以下组分及其质量百分比：CuO 5-10％、CuCl15-20％、AgNO3 5-20％、NH4Cl 5-10％、聚丙烯酸钠2-5％和水35-68％。
优选的，所述的渗剂由以下组分及其质量百分比组成：CuO 7.5％、CuCl 17.5％、AgNO312.5％、NH4Cl 7.5％、聚丙烯酸钠3.5％和水51.5％。
优选的，步骤S1中所述的热塑性塑料涂层为聚氨酯和聚酰胺的混合物。
优选的，步骤S2中所述的纤维预成型体包含以下组分及其质量百分比：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂2-5％、玻璃纤维15-25％、碳化硅10-20％、氮化铝15-25％和碳纤维25-58％。
优选的，所述的纤维预成型体由以下组分及其质量百分比组成：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂3.5％、玻璃纤维20％、碳化硅15％、氮化铝20％和碳纤维41.5％。
再优选的，步骤S2中所述的液态基体树脂为环氧树脂。
聚氨酯CAS号：51852-91-4；聚酰胺CAS号：63428-84-2；聚丙烯酸钠CAS号：9003-04-7；玻璃纤维CAS号：65997-17-3；碳化硅CAS号：409-21-2；氮化铝CAS号：24304-00-5；环氧树脂CAS号：61788-97-4。
纤维增强金属复合材料的主要由纤维增强基与金属基组合而成，其性能特点是比强度、比模量和高温性能好，特别适用于汽车结构、保险杠、活塞连杆等，单一的纤维增强金属复合材料虽然具有上述优点，但是其刚度不高，不能满足高刚度要求的机械构建；碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料、质量比铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性；玻璃纤维作为补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大，耐热性好；碳化硅纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、高表面活性、松装密度低，既具有高强度、高耐磨性、良好的润滑性和高温强度大的特点；氮化铝是原子晶体，属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃，室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢，导热性好，是良好的耐热冲击材料，抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔融纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料；聚丙烯酸钠是一种新型功能高分子材料和重要化工产品，对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用，能阻止金属离子对产品的消极作用，是一种具有多种特殊性能的表面活性剂；聚丙烯马来酸酐接枝相容剂通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂，主要用于无卤阻燃、填充、玻纤增强、增韧，金属粘结、合金相容等，能大大提高复合材料的相容性和填料的分散性，从而提高复合材料的机械强度。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：用含有铜、银离子和金属离子固化促进剂聚丙烯酸钠的渗剂对不锈钢成品进行浸渗处理从而使其具备抗菌性能，避免了整体添加抗菌金属元素而造成的不利影响；通过含有聚丙烯马来酸酐接枝相容剂、碳纤维等物质制备的纤维预成型体对金属层面进行纤维增强处理使得金属材料具有更好的拉伸强度度、抗压强度和热稳定性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。
碳纤维购自东莞市志诚复合材料科技有限公司；聚丙烯马来酸酐接枝相容剂购自南京奥宇机械有限公司。
实施例1一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法
S1、用质量浓度为1％的碳酸钠溶液清洗不锈钢板表面后将不锈钢放入渗剂中，加热至1000℃保持4h后在500℃进行2h固溶时效处理，然后涂覆一层熔融状态的热塑性塑料涂层降至室温即得金属层；
S2、制备纤维预成型体，并将纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸提即得纤维增强复合材料；
S3、在压铸模具中依次放入S1制备的金属层和S2中浸渗处理后的纤维增强复合材料，加压6MPa静置固化5h成型即得固化成型后的复合材料；
S4、取出S3中得到的固化成型后的复合材料，先以3℃/min速率从室温升至150℃保温2h，再以8℃速率降至室温即得。
所述的渗剂由以下组分及其质量百分比组成：CuO 5％、CuCl 15％、AgNO3 5％、NH4Cl 5％、聚丙烯酸钠2％和水68％。
步骤S1中所述的热塑性塑料涂层为聚氨酯和聚酰胺的混合物。
步骤S2中所述的纤维预成型体由以下组分及其质量百分比组成：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂2％、玻璃纤维15％、碳化硅10％、氮化铝15％和碳纤维58％。
实施例2一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法
S1、用质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液清洗不锈钢板表面后将不锈钢放入渗剂中，加热至1100℃保持5h后在550℃进行3h固溶时效处理，然后涂覆一层熔融状态的热塑性塑料涂层降至室温即得金属层；
S2、制备纤维预成型体，并将纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸提即得纤维增强复合材料；
S3、在压铸模具中依次放入S1制备的金属层和S2中浸渗处理后的纤维增强复合材料，加压7MPa静置固化7.5h成型即得固化成型后的复合材料；
S4、取出S3中得到的固化成型后的复合材料，先以4℃/min速率从室温升至150℃保温3h，再以9℃速率降至室温即得。
步骤S1中所述的渗剂由以下组分及其质量百分比组成：CuO 7.5％、CuCl 17.5％、AgNO3 12.5％、NH4Cl 7.5％、聚丙烯酸钠3.5％和水51.5％。
步骤S1中所述的热塑性塑料涂层为聚氨酯和聚酰胺的混合物。
步骤S2中所述的纤维预成型体由以下组分及其质量百分比组成：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂3.5％、玻璃纤维20％、碳化硅15％、氮化铝20％和碳纤维41.5％。
实施例3一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法
S1、用质量浓度为10％的碳酸钠溶液清洗不锈钢板表面后将不锈钢放入渗剂中，加热至1200℃保持6h后在600进行4h固溶时效处理，然后涂覆一层熔融状态的热塑性塑料涂层降至室温即得金属层；
S2、制备纤维预成型体，并将纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸提即得纤维增强复合材料；
S3、在压铸模具中依次放入S1制备的金属层和S2中浸渗处理后的纤维增强复合材料，加压8MPa静置固化10h成型即得固化成型后的复合材料；
S4、取出S3中得到的固化成型后的复合材料，先以5℃/min速率从室温升至150℃保温4h，再以10℃速率降至室温即得。
所述的渗剂由以下组分及其质量百分比组成：CuO 10％、CuCl 20％、AgNO3 20％、NH4Cl 10％、聚丙烯酸钠5％和水35％。
步骤S1中所述的热塑性塑料涂层为聚氨酯和聚酰胺的混合物。
步骤S2中所述的纤维预成型体由以下组分及其质量百分比组成：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂5％、玻璃纤维25％、碳化硅20％、氮化铝25％和碳纤维25％。
对比例1一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法
S1、用质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液清洗不锈钢板表面后将不锈钢放入渗剂中，加热至1100℃保持5h后在550℃进行3h固溶时效处理，然后涂覆一层熔融状态的热塑性塑料涂层降至室温即得金属层；
S2、制备纤维预成型体，并将纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸提即得纤维增强复合材料；
S3、在压铸模具中依次放入S1制备的金属层和S2中浸渗处理后的纤维增强复合材料，加压7MPa静置固化7.5h成型即得固化成型后的复合材料；
S4、取出S3中得到的固化成型后的复合材料，先以4℃/min速率从室温升至150℃保温3h，再以9℃速率降至室温即得。
步骤S1中所述的渗剂由以下组分及其质量百分比组成：CuO 11％、CuCl 17.5％、AgNO3 12.5％、NH4Cl 7.5％和水51.5％。
步骤S1中所述的热塑性塑料涂层为聚氨酯和聚酰胺的混合物。
步骤S2中所述的纤维预成型体由以下组分及其质量百分比组成：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂3.5％、玻璃纤维20％、碳化硅15％、氮化铝20％和碳纤维41.5％。
对比例2一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法
S1、用质量浓度为5.5％的碳酸钠溶液清洗不锈钢板表面后将不锈钢放入渗剂中，加热至1100℃保持5h后在550℃进行3h固溶时效处理，然后涂覆一层熔融状态的热塑性塑料涂层降至室温即得金属层；
S2、制备纤维预成型体，并将纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸提即得纤维增强复合材料；
S3、在压铸模具中依次放入S1制备的金属层和S2中浸渗处理后的纤维增强复合材料，加压7MPa静置固化7.5h成型即得固化成型后的复合材料；
S4、取出S3中得到的固化成型后的复合材料，先以4℃/min速率从室温升至150℃保温3h，再以9℃速率降至室温即得。
步骤S1中所述的渗剂由以下组分及其质量百分比组成：CuO 7.5％、CuCl 17.5％、AgNO3 12.5％、NH4Cl 7.5％、聚丙烯酸钠3.5％和水51.5％。
步骤S1中所述的热塑性塑料涂层为聚氨酯和聚酰胺的混合物。
步骤S2中所述的纤维预成型体由以下组分及其质量百分比组成：玻璃纤维20％、碳化硅18.5％、氮化铝20％和碳纤维41.5％。
对比例1与实施例2的区别在于：步骤S1中所述的渗剂中不含聚丙烯酸钠，增加CuO的含量。
对比例2与实施例2的区别在于：步骤S2中所述的纤维预成型体不含聚丙烯马来酸酐接枝相容剂，增加碳化硅的含量。
产品性能评价测试
试验例1拉伸强度、抗压强度、热变形温度测试
拉伸实验测试方法参照《GB/T 232-1999金属材料弯曲试验方法》，抗压强度测试方法参照《GB/T 10424-2002烧结金属摩擦材料抗压强度的测定》，热变形温度测试方法参照《GB/T 1633-2000热塑性塑料软化温度(VST)的测定》。
表1实施例和对比例纤维增强金属材料拉伸、抗压强度、热变形温度测试数据
从表1可以看出本发明实施例1-3纤维增强金属材料较对比例1-2的拉伸强度、抗压强度和热稳定性更好，说明本发明采用聚丙烯酸钠对金属离子进行固化处理以及添加聚丙烯马来酸酐接枝相容剂对纤维预成型体与不锈钢表面固化连接可以更好地增强金属材料的拉伸强度、抗压强度和热稳定性。
试验例2抗菌性能测试
试验方法：用含99.95％乙醇的脱脂棉将样本洗净、脱脂；将大肠杆菌或金黄色葡萄球菌分散于1/500NB溶液中；将菌液接种到试样上；在试验体表面上覆盖被覆薄膜；在温度34-36℃、相对湿度RH>90％的条件保持该试验体达到预定时间24h；用琼脂培养法(34-36℃，<24h)测定活菌率；抗菌性能用试验后的灭菌率来评价，灭菌率分“-、+、++、+++、++++”五个等级“-”表示灭菌率在10左右，“+”表示灭菌率在30左右，“++”表示灭菌率在50％左右，“+++”表示灭菌率在80％左右，“++++”表示灭菌率在99.9％以上。
灭菌率按下式定义：灭菌率＝(对照菌数-试验后的菌数)/对照菌数×100％，式中：对照菌数是在灭菌琼脂平板中进行抗菌试验后的活菌数；试验后的菌数是试验后测定的活菌数，抗菌实验结果如表2所示。
表2实施例和对比例纤维增强金属材料抗菌实验效果
从表2可以看出，实施例1-3纤维增强金属材料较对比例1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都表现出优良的抗菌效果，说明本发明采用聚丙烯酸钠对金属离子进行固化处理以及添加聚丙烯马来酸酐接枝相容剂对纤维预成型体与不锈钢表面固化连接可以更好地增强金属材料的抗菌效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用质量浓度为1-10％的碳酸钠溶液清洗不锈钢板表面后将不锈钢放入渗剂中，加热至1000-1200℃保持4-6h后在500-600℃进行2-4h固溶时效处理，然后涂覆一层熔融状态的热塑性塑料涂层降至室温即得金属层；
S2、制备纤维预成型体，并将纤维预成型体浸入液态基体树脂中进行浸提即得纤维增强复合材料；
S3、在压铸模具中依次放入S1制备的金属层和S2中浸渗处理后的纤维增强复合材料，加压6-8MPa静置固化5-10h成型即得固化成型后的复合材料；
S4、取出S3中得到的固化成型后的复合材料，先以3-5℃/min速率从室温升至150℃保温2-4h，再以8-10℃速率降至室温即得。
2.根据权利要求1所述的医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的渗剂包括以下组分及其质量百分比：CuO 5-10％、CuCl 15-20％、AgNO35-20％、NH4Cl 5-10％、聚丙烯酸钠2-5％和水35-68％。
3.根据权利要求2所述的医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，其特征在于，所述的渗剂由以下组分及其质量百分比组成：CuO 7.5％、CuCl 17.5％、AgNO3 12.5％、NH4Cl 7.5％、聚丙烯酸钠3.5％和水51.5％。
4.根据权利要求1所述的医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的热塑性塑料涂层为聚氨酯和聚酰胺的混合物。
5.根据权利要求1所述的医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的纤维预成型体包含以下组分及其质量百分比：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂2-5％、玻璃纤维15-25％、碳化硅10-20％、氮化铝15-25％和碳纤维25-58％。
6.根据权利要求5所述的医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，其特征在于，所述的纤维预成型体由以下组分及其质量百分比组成：聚丙烯马来酸酐接枝相容剂3.5％、玻璃纤维20％、碳化硅15％、氮化铝20％和碳纤维41.5％。
7.根据权利要求1所述的医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的液态基体树脂为环氧树脂。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的医疗器械移动车用纤维增强金属材料的制备方法制备的医疗器械移动车用纤维增强金属材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104401106A (zh) * 2014-12-02 2015-03-11 常熟市东涛金属复合材料有限公司 一种纤维增强金属复合材料的制备方法
CN104513562A (zh) * 2015-01-22 2015-04-15 南安市荣兴专利技术转移中心有限公司 一种抗菌智洁净漆及其制备方法

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时海芳: "金属基抗菌涂层发展现状", 《电镀与涂饰》 *

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