CN112757660B - 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维c环气管支架及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112757660B
CN112757660B CN202110064080.7A CN202110064080A CN112757660B CN 112757660 B CN112757660 B CN 112757660B CN 202110064080 A CN202110064080 A CN 202110064080A CN 112757660 B CN112757660 B CN 112757660B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon fiber
ring
sccm
tracheal stent
strip
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.)
Active
Application number
CN202110064080.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112757660A (zh
Inventor
谭周建
张翔
刘波
王斌
蔡志霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Carbon Kang Biotechnology Co ltd
Original Assignee
Hunan Carbon Kang Biotechnology Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Carbon Kang Biotechnology Co ltd filed Critical Hunan Carbon Kang Biotechnology Co ltd
Priority to CN202110064080.7A priority Critical patent/CN112757660B/zh
Publication of CN112757660A publication Critical patent/CN112757660A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112757660B publication Critical patent/CN112757660B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Media Introduction/Drainage Providing Device (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碳纤维C环气管支架及其制备方法。该方法是将碳纤维束编织成碳纤维编织条，再依次通过模具辅助烘烤定形、介质超声处理、沉积DLC或F‑DLC涂层，即得碳纤维C环气管支架。该气管支架具有良好力学性能，而表层含有F活性原子生物相容性更好，且表层硬度高，摩擦系数小，不易破损，该碳纤维C环气管支架与软骨具有相类似的弹性模量，在与气管端口接合时，生物力学性能吻合度高，可实现生物学固定，特别是其类似于气管软骨环结构，通过C形开口，在呼吸过程中可收可张，满足生理学功能。

Description

一种碳纤维C环气管支架及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种人工气管支架，特别涉及一种由碳纤维材料构成的C环气管支架，属于生物材料技术领域。
背景技术
临床上因肿瘤、外伤等导致较长气管的切除，采用人工材料进行重建已成为必然趋势。但是，由于气管组织环境的复杂性对替代物要求较多，对人工气管材料提出了诸多挑战，如移植于体内无法与机体达到生物学融合固定，端口连接不当而伴发脱落、泄漏、狭窄或梗塞等，在呼吸过程中的气管扩张与收缩功能复原等。
现有技术中，中国专利(CN 100428919 C)公开了一种人工气管，以聚四氟乙烯多孔气管假体作为气管主体，结合钛环实现端部连接。钛环与自体骨存在较大的弹性模量差异，将导致自体组织的萎缩而导致吻合口裂开。中国专利(CN 105056302 B)公开了一种人工气管，其采用的是3D打印制成镂空管状的定形结构，也面临着端部固定的问题，同时也无法实现呼吸过程中的气管扩张与收缩。中国专利(CN 105055060 B)公开了一种采用聚己内酯(PCL)为C形环的气管支架。其存在PCL降解后气管的管状结构消失后减弱而带来的继续狭窄或失效。
发明内容
针对现有技术中的人工气管支架存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种碳纤维C环气管支架，该气管支架主体由碳纤维材料构成，具有良好力学性能，而表层含有F活性原子生物相容性更好，且表层硬度高，摩擦系数小，不易破损，该碳纤维C环气管支架与软骨具有相类似的弹性模量，在与气管端口接合时，生物力学性能吻合度高，可实现生物学固定，特别是其类似于气管软骨环结构，通过C形开口，在呼吸过程中可收可张，满足生理学功能。
本发明的第二个目的是在于提供一种碳纤维C环气管支架的制备方法，该方法可以采用低温物理气相沉积形成膜层薄，其制备的碳纤维C环气管支架的孔隙率高，且F活性原子附着区域更广，碳纤维C环气管支架与细胞相容性更好，且该制备方法操作简单、成本低，易于大规模生产。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种碳纤维C环气管支架的制备方法，其包括以下步骤：
1)将至少一束碳纤维束加捻成碳纤维绳，再将碳纤维绳编织成碳纤维编织条；所述碳纤维束中碳纤维表面含有树脂；
2)将碳纤维编织条通过模具辅助烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条沿轴向施加拉力或者沿平面垂直施加压力或者同时沿轴向施加拉力和沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织条表面设置预留孔，得到方条状碳纤维预制体；
3)将方条状碳纤维预制体通过介质超声处理；
4)将介质超声处理后的方条状碳纤维预制体经模具辅助形成C形结构坯体，再在C形结构坯体表面通过物理气相沉积DLC或F-DLC涂层，即得碳纤维C环气管支架。
作为一个优选的方案，所述碳纤维束为0.5k、1k、1.5k、3k或6k碳纤维，其中，1k表示一千根碳纤维。碳纤维束由复数根碳纤维组成，常见的为0.5k、1k、1.5k、3k或6k等规格的碳纤维束。
作为一个优选的方案，所述碳纤维绳的直径为0.1mm～2mm。碳纤维绳的直径可以根据实际需要进行调节。
作为一个优选的方案，所述碳纤维表面的树脂质量为碳纤维质量的0.5％～2％。这些树脂是碳纤维表面常见上浆剂，具体如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂等。这些树脂残留在碳纤维表面对于碳纤维材料作为生物材料是不利的，容易受外力作用摩擦脱落。而本发明技术方案充分利用碳纤维表面的树脂来实现碳纤维的烘烤定形，同时这些树脂在后续采用介质超声处理被脱除。
作为一个优选的方案，所述碳纤维编织条的宽度为3mm～10mm，厚度为0.5mm～2mm。碳纤维绳采用常规的编织工艺编织成条状，其形貌与人体肋骨形貌相似，碳纤维编织条的宽度和厚度可以任意调控。
作为一个优选的方案，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中至少一种。
作为一个优选的方案，在烘烤过程中沿轴向施加拉力的大小为20N/cm2～200N/cm2。
作为一个优选的方案，在烘烤过程中沿平面垂直施加压力的大小为1N/cm2～10N/cm2。在烘烤定形过程中通过在轴向施加适当大小的拉力或在平面垂直方向施加适当大小的压力，使得碳纤维排布更加有序，且可增加纤维体积含量，有效提升碳纤维材料的力学性能。
作为一个优选的方案，所述方条状碳纤维编织预制体表面的预留孔沿方条状碳纤维编织预制体表面轴向规律排布，孔间隔5mm～15mm，孔径大小为0.5mm～2mm。预留孔可以通过在碳纤维编织条表面插入钢针，经过烘烤定形后，将钢针取出，即可获得预留孔，预留孔可以用于固定。现有技术中预留孔的制备一般在材料成型后机械加工而成，但是后续加工会破坏连续碳纤维，从而导致力学性能降低，且后续的加工会使加工表面平整度不高，边缘较为毛糙，术后出现软组织血肿和感染风险。
作为一个优选的方案，所述烘烤的条件为：温度为150℃～300℃，时间为3h～10h。在适当的烘烤条件下使碳纤维表面的树脂粘结成型。
作为一个优选的方案，所述超声处理以水和/或有机溶剂作为介质，超声频率为20kHz～60kHz，功率密度为0.3W/cm2～1.0W/cm2，温度为30℃～70℃，时间为10min～60min。在优选的超声处理条件下，可以使得碳纤维表面粘附的多余树脂颗粒溶解或脱落，使得碳纤维表面光滑平整，避免碳纤维C环气管支架在植入后，由于不断受外力作用导致颗粒的脱落，而引起黑肤效应。有机溶剂如乙醇、丙酮等。
作为一个优选的方案，步骤3)和步骤4)之间还包括对方条状碳纤维预制体进行高温除杂处理的步骤。具体是将碳方条状碳纤维预制体放入高温炉中高温处理，在真空或保护气氛条件下加热进行除杂，该步骤可根据需要选择采用或不采用。进一步优选，其中高温处理条件为：温度1500℃～2300℃，保温1h～10h；
作为一个优选的方案，在介质超声处理后的方条状碳纤维预制体的一侧表面表面设置仿形模具进行固定。模具为耐温模具，如石墨材质，其形状根据所要加工的碳纤维C环气管支架形状一致。
作为一个优选的方案，化学气相沉积PyC涂层的条件为：沉积温度为900℃～1500℃，沉积时间为10h～50h，沉积压力为0.5kPa～3kPa，气源为烃类气体。烃类气体如天然气、甲烷或丙烯等。
作为一个优选的方案，物理气相沉积DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa～5×10-1Pa；工件负偏压为80V～800V；Ar流量为10sccm～100sccm；石墨靶功率为1kW～3kW，纯度不低于99.99wt％；料台公转速度为10r/min～30r/min；加热温度为80℃～200℃；沉积时间为10min～300min；或者，物理气相沉积DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa～5×10-1Pa；工件负偏压为80V～800V；Ar流量为10sccm～100sccm；离子源功率为0.5kW～5kW；烃类气体流量为10sccm～500sccm；加热温度为80℃～300℃；沉积时间为10min～300min。烃类气体如甲烷、乙炔或丙烯等。
作为一个优选的方案，物理气相沉积F-DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa～5×10-1Pa；工件负偏压为80V～800V；Ar流量为10sccm～100sccm；离子源功率为0.5kW～5kW；烃类气体流量为50sccm～500sccm；CF4气体流量为10sccm～200sccm；加热温度为80℃～300℃；沉积时间为10min～300min。烃类气体如甲烷、乙炔或丙烯等。F-DLC涂层相对DLC涂层或PyC涂层具有更好的生物相容性，且可改善碳材料的生物惰性特征，因此优选为在碳纤维C环气管支架表面沉积F-DLC涂层。
本发明还提供了一种碳纤维C环气管支架，其由所述制备方法得到。该气管支架主体由碳纤维材料构成，具有良好力学性能，而表层含有F活性原子生物相容性更好，且表层硬度高，摩擦系数小，不易破损，该碳纤维C环气管支架与软骨具有相类似的弹性模量，在与气管端口接合时，生物力学性能吻合度高，可实现生物学固定，特别是其类似于气管软骨环结构，通过C形开口，在呼吸过程中可收可张，满足生理学功能。
作为一个优选方案，所述碳纤维C环气管支架主体为C形带状结构。所述碳纤维C环气管支架由碳纤维材料基体及其表面的碳涂层构成。
作为一个优选方案，所述C形带状结构的厚度为0.5mm～2.0mm，宽度为3mm～10mm。其厚度设计接近于气管壁厚。
作为一个优选方案，所述C形带状结构壁上设有固定孔。固定孔有利于人工气管支架在实际应用过程中的固定。
作为一个优选方案，C形带状结构两端带耳或不带耳。端口耳形可避免刺激周围组织，也可增大端口承力面积。带状结构两端的耳截面为圆形、水滴形或椭圆形或其他不规则形状。
本发明提供的一种碳纤维C环气管支架的制备方法，包括以下具体步骤：
1)将碳纤维束加捻成碳纤维绳，根据绳的直径要求，选取1束到多束碳纤维加捻成绳，碳纤维绳的直径一般为0.1mm～2mm；其中，碳纤维束不做脱除树脂处理，其表面一般含有上浆剂(树脂)，上浆剂常见为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂等，这些树脂占碳纤维质量的0.5％～2％；碳纤维束为复数根，更具体来说，常见为0.5k、1k、1.5k、3k或6k等，1k表示一千根碳纤维。
2)将碳纤维绳编织成碳纤维编织条，编织工艺采用现有技术中常见的编织工艺，碳纤维编织条的宽度为3mm～10mm，厚度为0.5mm～2mm。
3)通过模具辅助将碳纤维编织条加热烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条沿轴向施加拉力，或者沿平面垂直施加压力，或者同时沿轴向施加拉力和沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织条表面插入钢针(如头部为锥形的钢针)设置预留孔，得到碳纤维条预制体；该步骤涉及的模具外形为规则直条形，而内腔为长方体空腔，模具材料为常见的材料如石墨，钢板等；碳纤维编织条表面预留孔的排布和数量根据实际需要确定，具体如预留孔沿碳纤维编织条表面轴向规律排布，孔间隔5mm～15mm，孔径大小为0.5mm～2mm；烘烤过程中沿轴向施加拉力的大小为20N/cm2～200N/cm2，沿平面垂直施加压力的大小为1N/cm2～10N/cm2；烘烤条件为：温度为150℃～300℃，时间为3h～10h；碳纤维条预制体的密度为1.00g/cm3～1.50g/cm3。
4)采用介质超声清洗，去除树脂固化表面残留物，超声频率为20kHz～60kHz；功率密度为0.3W/cm2～1.0W/cm2；温度为30℃～70℃；时间为10min～60min，介质根据需要选择纯化水或乙醇等。
5)将碳纤维预制体放入高温炉中高温处理，在真空或保护气氛条件下加热进行除杂(此步骤可根据需要选择采用或不采用)；其中高温处理条件为：温度1500℃～2300℃，保温1h～10h；
6)将碳纤维预制体固定在仿形模具上，形成碳纤维C环结构坯体，仿形模具的形状根据碳纤维C环气管支架所需形状设计，将碳纤维预制体固定在仿形模具上，再进行后续的涂层制备；
7)制备DLC涂层或F-DLC涂层；通过物理气相沉积制备类金刚石涂层(DLC涂层)或含氟类金刚石涂层(F-DLC涂层)(厚度0.05μm～2μm)，F原子百分占比为5％～20％；物理气相沉积DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa～5×10-1Pa；工件负偏压为80V～500V；Ar流量为10sccm～100sccm；石墨靶功率为1kW～3kW，纯度不低于99.99wt％；料台公转速度为10r/min～30r/min；加热温度为80℃～200℃；沉积时间为10min～300min；或者，物理气相沉积DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa～5×10-1Pa；工件负偏压为80V～800V；Ar流量为10sccm～100sccm；离子源功率为0.5kW～5kW；烃类气体流量为10sccm～500sccm；加热温度为80℃～300℃；沉积时间为10min～300min。物理气相沉积F-DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa～5×10-1Pa；工件负偏压为80V～800V；Ar流量为10sccm～100sccm；离子源功率为0.5kW～5kW；烃类气体流量为50sccm～500sccm(甲烷、乙炔或丙烯等)；CF4气体流量为10sccm～200sccm；加热温度为80℃～300℃；沉积时间为10min～300min。
相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：
1)本发明提供的碳纤维C环气管支架主体由碳纤维材料构成，强度高，不降解，具有良好的支持性能，耐长久性。
2)本发明提供的碳纤维C环气管支架具有与软骨相类似的弹性模量，在与自体气管端口接合时，生物力学性能吻合度高，可实现生物学固定。
3)本发明提供的碳纤维C环气管支架表面高孔隙度，有利于组织附着，而且内部联通的空隙可便于血供。
4)本发明提供的碳纤维C环气管支架具有类似于气管软骨环，通过C形开口，在呼吸过程中可收可张，满足生理学功能。
5)本发明提供的碳纤维C环气管支架两端端口耳形可避免刺激周围组织，也可增大端口承力面积。
6)本发明提供的碳纤维C环气管支架具有良好的生物相容性。
7)本发明提供的碳纤维C环气管支架表层硬度高，摩擦系数小，不易破损，且表面富含F活性原子，大幅度提高表面生物相容性。
8)本发明提供的碳纤维C环气管支架力学性能优异：拉伸强度大于200MPa，拉伸模量为2GPa～8GPa，截面收张变形量为0～50％。
9)本发明提供的碳纤维C环气管支架制备方法操作简单、成本低，易于大规模生产。
附图说明
图1为带耳的碳纤维C环气管支架实物图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。
实施例1
碳纤维C环气管支架的制备方法包括以下具体步骤：
1)将碳纤维束加捻成碳纤维绳，选取3束1.5k碳纤维加捻成绳，碳纤维绳的直径为0.1mm；其中，碳纤维束不做脱除树脂处理，其表面环氧树脂占碳纤维质量的0.8％。
2)将12根碳纤维绳编织成宽度为8mm，厚度为0.8mm碳纤维编织条。
3)通过模具辅助将碳纤维编织条加热烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织条表面插入钢针(头部为锥形的钢针)设置预留孔，得到碳纤维条预制体；碳纤维编织条表面预留孔沿碳纤维编织条表面轴向规律排布，孔间隔8mm，孔径大小为1mm；烘烤过程中沿平面垂直施加压力的大小为3N/cm2；烘烤条件为：温度为200℃，时间为5h；碳纤维条预制体的密度为1.21g/cm3。
4)采用介质超声清洗，去除树脂固化表面残留物，超声频率为40kHz；功率密度为0.5W/cm2；温度为50℃；时间为20min，介质选择乙醇。
5)将碳纤维预制体放入高温炉中高温处理，在真空或保护气氛条件下加热进行除杂；其中高温处理条件为：温度1600℃，保温5h；
6)将碳纤维预制体的一侧表面固定在仿形模具上，形成碳纤维C环结构坯体，仿形模具的形状根据碳纤维C环气管支架所需形状设计，将碳纤维预制体固定在仿形模具上，再进行后续的涂层制备；
7)制备F-DLC涂层，通过物理气相沉积制备F-DLC涂层,条件为：真空度为3×10- 1Pa；工件负偏压为80V；Ar流量为60sccm；离子源功率为2kW；烃类气体流量为200sccm(乙炔)；CF4气体流量为40sccm；加热温度为220℃；沉积时间为40min。
制备的碳纤维C环气管支架的拉伸强度243MPa，拉伸模量为4GPa，截面收张变形量为42％。
实施例2
碳纤维C环气管支架的制备方法包括以下具体步骤：
1)将碳纤维束加捻成碳纤维绳，选取3束1.5k碳纤维加捻成绳，碳纤维绳的直径为0.1mm；其中，碳纤维束不做脱除树脂处理，其表面环氧树脂占碳纤维质量的0.8％。
2)将12根碳纤维绳编织成宽度为8mm，厚度为0.8mm碳纤维编织条。
3)通过模具辅助将碳纤维编织条加热烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条沿轴向施加拉力，并在碳纤维编织条表面插入钢针(头部为锥形的钢针)设置预留孔，得到碳纤维条预制体；碳纤维编织条表面预留孔沿碳纤维编织条表面轴向规律排布，孔间隔8mm，孔径大小为1mm；烘烤过程中沿轴向施加拉力的大小为40N/cm2；烘烤条件为：温度为200℃，时间为5h；碳纤维条预制体的密度为1.31g/cm3。
4)采用介质超声清洗，去除树脂固化表面残留物，超声频率为40kHz；功率密度为0.5W/cm2；温度为50℃；时间为20min，介质选择乙醇。
5)将碳纤维预制体放入高温炉中高温处理，在真空或保护气氛条件下加热进行除杂；其中高温处理条件为：温度1600℃，保温5h；
6)将碳纤维预制体的一侧表面固定在仿形模具上，形成碳纤维C环结构坯体，仿形模具的形状根据碳纤维C环气管支架所需形状设计，将碳纤维预制体固定在仿形模具上，再进行后续的涂层制备；
7)制备F-DLC涂层，通过物理气相沉积制备F-DLC涂层，条件为：真空度为3×10- 1Pa；工件负偏压为80V；Ar流量为60sccm；离子源功率为2kW；烃类气体流量为200sccm(乙炔)；CF4气体流量为40sccm；加热温度为220℃；沉积时间为40min。
制备的碳纤维C环气管支架的拉伸强度257MPa，拉伸模量为5GPa，截面收张变形量为38％。
实施例3
碳纤维C环气管支架的制备方法包括以下具体步骤：
1)将碳纤维束加捻成碳纤维绳，选取3束1.5k碳纤维加捻成绳，碳纤维绳的直径为0.1mm；其中，碳纤维束不做脱除树脂处理，其表面环氧树脂占碳纤维质量的0.8％。
2)将12根碳纤维绳编织成宽度为8mm，厚度为0.8mm碳纤维编织条。
3)通过模具辅助将碳纤维编织条加热烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条同时沿轴向施加拉力和沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织条表面插入钢针(头部为锥形的钢针)设置预留孔，得到碳纤维条预制体；碳纤维编织条表面预留孔沿碳纤维编织条表面轴向规律排布，孔间隔8mm，孔径大小为1mm；烘烤过程中沿轴向施加拉力的大小为40N/cm2，沿平面垂直施加压力的大小为3N/cm2；烘烤条件为：温度为200℃，时间为5h；碳纤维条预制体的密度为1.52g/cm3。
4)采用介质超声清洗，去除树脂固化表面残留物，超声频率为40kHz；功率密度为0.5W/cm2；温度为50℃；时间为20min，介质选择乙醇。
5)将碳纤维预制体放入高温炉中高温处理，在真空或保护气氛条件下加热进行除杂；其中高温处理条件为：温度1600℃，保温5h；
6)将碳纤维预制体的一侧表面固定在仿形模具上，形成碳纤维C环结构坯体，仿形模具的形状根据碳纤维C环气管支架所需形状设计，将碳纤维预制体固定在仿形模具上，再进行后续的涂层制备；
7)制备F-DLC涂层，通过物理气相沉积制备F-DLC涂层，条件为：真空度为3×10- 1Pa；工件负偏压为80V；Ar流量为60sccm；离子源功率为2kW；烃类气体流量为200sccm(乙炔)；CF4气体流量为40sccm；加热温度为220℃；沉积时间为40min。
制备的碳纤维C环气管支架的拉伸强度320MPa，拉伸模量为7GPa，截面收张变形量为26％。
实施例4
碳纤维C环气管支架的制备方法包括以下具体步骤：
1)将碳纤维束加捻成碳纤维绳，选取3束3k碳纤维加捻成绳，碳纤维绳的直径为0.9mm；其中，碳纤维束不做脱除树脂处理，其表面聚酰亚胺树脂占碳纤维质量的1.2％。
2)将10根碳纤维绳编织成宽度为7mm，厚度为1.1mm碳纤维编织条。
3)通过模具辅助将碳纤维编织条加热烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条同时沿轴向施加拉力和沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织条表面插入钢针(头部为锥形的钢针)设置预留孔，得到碳纤维条预制体；碳纤维编织条表面预留孔沿碳纤维编织条表面轴向规律排布，孔间隔15mm，孔径大小为1.5mm；烘烤过程中沿轴向施加拉力的大小为60N/cm2，沿平面垂直施加压力的大小为5N/cm2；烘烤条件为：温度为210℃，时间为5h；碳纤维条预制体的密度为1.47g/cm3。
4)采用介质超声清洗，去除树脂固化表面残留物，超声频率为50kHz；功率密度为0.6W/cm2；温度为40℃；时间为50min，介质选择丙酮。
5)将碳纤维预制体的一侧表面固定在仿形模具上，形成碳纤维C环结构坯体，仿形模具的形状根据碳纤维C环气管支架所需形状设计，将碳纤维预制体固定在仿形模具上，再进行后续的涂层制备；
6)制备DLC涂层，通过物理气相沉积制备DLC涂层，条件为：真空度为2×10-1Pa；工件负偏压为200V；Ar流量为50sccm；石墨靶功率为3kW，纯度不低于99.99wt％；料台公转速度为15r/min；加热温度为130℃；沉积时间为30min。
制备的碳纤维C环气管支架的拉伸强度284MPa，拉伸模量为6GPa，截面收张变形量为35％。
对比实施例1
碳纤维C环气管支架的制备方法具体步骤如实施例1，只是步骤3)通过模具辅助将碳纤维编织条加热烘烤定形过程中，不对碳纤维编织条沿平面垂直施加压力，制备的碳纤维条预制体的密度为1.04g/cm3。
制备的碳纤维C环气管支架的拉伸强度155MPa，拉伸模量为1GPa，截面收张变形量为65％。

Claims (6)

1.一种碳纤维C环气管支架的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将至少一束碳纤维束加捻成碳纤维绳，再将碳纤维绳编织成碳纤维编织条；所述碳纤维束中碳纤维表面含有树脂；所述碳纤维表面的树脂质量为碳纤维质量的0.5%~2%；
2）将碳纤维编织条通过模具辅助烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条沿轴向施加拉力或者沿平面垂直施加压力或者同时沿轴向施加拉力和沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织条表面设置预留孔，得到方条状碳纤维预制体；在烘烤过程中，沿轴向施加拉力的大小为20N/cm2~200N/cm2；在烘烤过程中，沿平面垂直施加压力的大小为1N/cm2~10N/cm2；所述烘烤的条件为：温度为150℃~300℃，时间为3h~10h；
3）将方条状碳纤维预制体通过介质超声处理；所述超声处理以水和/或有机溶剂作为介质，超声频率为20kHz~60kHz，功率密度为0.3W/cm2~1.0W/cm2，温度为30℃~70℃，时间为10min~60min；
4）将介质超声处理后的方条状碳纤维预制体经模具辅助形成C形结构气管支架坯体，再在C形结构坯体表面通过物理气相沉积DLC或F-DLC涂层，即得碳纤维C环气管支架。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维C环气管支架的制备方法，其特征在于：
所述碳纤维束为0.5k、1k、1.5k、3k或6k碳纤维，其中，1k表示一千根碳纤维；
所述碳纤维绳的直径为0.1mm~2mm；
所述碳纤维编织条的宽度为3mm~10mm，厚度为0.5mm~2mm。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维C环气管支架的制备方法，其特征在于：所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维C环气管支架的制备方法，其特征在于：所述方条状碳纤维编织预制体表面的预留孔沿方条状碳纤维编织预制体表面轴向规律排布，孔间隔5mm~15mm，孔径大小为0.5mm~2mm。
5. 根据权利要求1所述的一种碳纤维C环气管支架的制备方法，其特征在于：物理气相沉积DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa~5×10-1Pa；工件负偏压为80V~800V；Ar流量为10sccm~100sccm；石墨靶功率为1kW~3kW，纯度不低于99.99wt%；料台公转速度为10r/min~30r/min；加热温度为80℃~200℃；沉积时间为10min~300min；或者，物理气相沉积DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa ~5×10-1Pa；工件负偏压为80V~800V；Ar流量为10sccm~100sccm；离子源功率为0.5kW~5kW；烃类气体流量为10sccm~500sccm；加热温度为80℃~300℃；沉积时间为10min~300min；
物理气相沉积F-DLC涂层的条件为：真空度为1×10-1Pa~5×10-1Pa；工件负偏压为80V~800V；Ar流量为10sccm~100sccm；离子源功率为0.5kW~5kW；烃类气体流量为50sccm~500sccm；CF4气体流量为10sccm~200sccm；加热温度为80℃~300℃；沉积时间为10min~300min。
6.一种碳纤维C环气管支架，其特征在于：由权利要求1~5任一项所述制备方法得到。
CN202110064080.7A 2021-01-18 2021-01-18 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法 Active CN112757660B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110064080.7A CN112757660B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110064080.7A CN112757660B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112757660A CN112757660A (zh) 2021-05-07
CN112757660B true CN112757660B (zh) 2023-09-22

Family

ID=75702925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110064080.7A Active CN112757660B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112757660B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101352928A (zh) * 2008-09-05 2009-01-28 沈阳航空工业学院 聚芳醚砜酮树脂基复合材料的在线浸渍缠绕成型方法
CN111643220A (zh) * 2020-07-06 2020-09-11 中南大学湘雅二医院 一种仿生复合人工气管及其制备方法
CN112190375A (zh) * 2020-09-28 2021-01-08 湖南碳康生物科技有限公司 一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料c形人工气管支架及其制备方法
CN112190756A (zh) * 2020-09-28 2021-01-08 湖南碳康生物科技有限公司 一种碳纤维复合材料仿形人工骨的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107518962B (zh) * 2017-08-23 2019-01-08 湖南碳康生物科技有限公司 一种碳纤维复合材料人工骨及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101352928A (zh) * 2008-09-05 2009-01-28 沈阳航空工业学院 聚芳醚砜酮树脂基复合材料的在线浸渍缠绕成型方法
CN111643220A (zh) * 2020-07-06 2020-09-11 中南大学湘雅二医院 一种仿生复合人工气管及其制备方法
CN112190375A (zh) * 2020-09-28 2021-01-08 湖南碳康生物科技有限公司 一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料c形人工气管支架及其制备方法
CN112190756A (zh) * 2020-09-28 2021-01-08 湖南碳康生物科技有限公司 一种碳纤维复合材料仿形人工骨的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112757660A (zh) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112190375B (zh) 一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料c形人工气管支架及其制备方法
EP1992369B1 (fr) Procédé pour la réalisation d'un objet hémocompatible de configuration complexe et objet ainsi obtenu
WO2019037657A1 (zh) 一种碳纤维复合材料人工骨及其制备方法
CN107468378B (zh) 瓣环修复装置及其使用方法
CN112757660B (zh) 一种碳纤维c环气管支架及其制备方法
CN112370569B (zh) 一种碳纤维复合材料人工肋骨及其制备方法
WO2019037659A1 (zh) 一种一体化碳纤维复合材料人工骨及其制备方法
CN102068716A (zh) 组织工程支架的制备方法
WO2015161469A1 (zh) 一种人工关节臼杯、磁控溅射镀膜装置及其制备方法
CN100510156C (zh) 医用钛合金髋关节球头表面渗碳工艺
CN112843340B (zh) 一种碳基复合材料人工肋骨及其制备方法
CN213883677U (zh) 一种碳纤维复合材料人工气管支架
CN111908935B (zh) 一种碳基复合材料接骨螺钉及其制备方法
CN112876269B (zh) 一种长度可调节碳纤维复合材料人工肋骨及其制备方法
WO2017063425A1 (zh) 一种多孔钽金属骨连接器及其应用
CN105852941B (zh) 吸盘状气道异物取出器
CN111925226B (zh) 一种碳纤维复合材料颅骨补片及其制备方法
CN112190761B (zh) 一种碳基复合材料人工骨修补材料及其制备方法
CN109161859B (zh) 一种表面有前驱梯度烧结保护C-Si-Al涂层的碳纤维及其制备方法和用途
CN112206355B (zh) 一种仿形人工骨及其制备方法
CN207306718U (zh) 一种胸腔镜手术术中用镜头清洁除雾装置
CN111925227B (zh) 一种碳纤维复合材料人工气管支架及其制备方法
WO2016188342A1 (zh) 植入医疗器械预制件、植入医疗器械及其制备方法
EP3453351B1 (en) Porous tantalum metal screw for fixing broken bone, and application thereof
CN213883674U (zh) 一种碳纤维/碳复合材料t形人工肋骨连接件

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