CN1296013C - 一种碳纤维增强聚醚醚酮复合材料接骨板 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料接骨板，其特征在于采用碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料，碳纤维的含量占复合材料总质量的20-40%，碳纤维的拉伸强度大于3000MPa，拉伸模量大于200Gpa。本发明碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有同人骨相匹配的弹性模量。采用该复合材料制造的接骨板具备了必要的高强度以及与骨相当的模量，解决了现用金属接骨板所遇到的技术困难，有益于骨的愈合，减少患者因可能遭受的愈合后再骨折所带来的痛苦。并且使用碳纤维增强聚醚醚酮复合材料接骨板将降低医疗成本，进而减轻患者经济负担。
Description
技术领域：
本发明属于高分子复合材料技术领域和生物医用材料技术领域。
背景技术：
接骨板-螺钉固定方法是目前临床上常用的骨折修复用的内固定方法。传统的接骨板是由不锈钢、Co-Cr合金或Ti合金等金属材料制成的，具有很高的强度和模量，可为骨折部位提供很高的轴向抗压能力，有益于骨折部位的保护和初期的骨愈合。然而，不锈钢的模量(210-230GPa)和Ti合金的模量(110GPa)远远高于骨的模量(12-20GPa)。这种模量上的不匹配导致了在承受载荷时，金属骨板承担了绝大部分的应力，而骨板下的骨处于低应力状态，即所谓“应力屏蔽”效应或称“应力遮挡”效应。这种“应力屏蔽”效应影响了骨组织的重建与愈合过程，进而引起愈合骨的骨质疏松化，即骨萎缩，致使愈合骨的强度很低。结果当骨愈合取出骨板后，愈合骨部位存在再骨折的危险。这个临床上发现的问题已经引起了国内外医疗及材料界的关注。
这种“应力屏蔽”效应的影响程度几乎正比于骨板与人骨模量的偏差程度。只有使用与骨的模量接近的接骨板材料才能够有效地减小“应力屏蔽”效应的影响，使骨组织的重建和愈合达到要求。寻求模量与骨相当的新一代骨板材料是解决问题的根本途径。
另外国内目前临床上使用的金属骨板大多是从国外进口的，患者经济负担较重。
发明内容：
为解决现有的金属接骨板由于在弹性模量上同人骨不相匹配而在临床上引起的骨质疏松以及愈合后再骨折的问题，本发明的目的在于提供一种复合材料接骨板，即碳纤维增强聚醚醚酮复合材料接骨板，它可以通过调整纤维含量在一定的范围内调整材料的强度和模量以达到与人体骨在力学性能上相匹配，并且在耐体液腐蚀和耐疲劳性上也优于金属合金材料接骨板。
本发明提供了一种复合材料接骨板，其特征在于采用碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料。
本发明复合材料接骨板中，碳纤维的含量可以占到复合材料总质量的20-40％。
本发明复合材料接骨板中，应该要求碳纤维的拉伸强度大于3000MPa，拉伸模量大于200Gpa；可为各种型号碳纤维，碳纤维的直径应该小于20μm；可以采用连续纤维，也可以为短切纤维，长度为6-12mm；碳纤维的含量最好占复合材料总质量的25-35％。
本发明复合材料接骨板中，聚醚醚酮英文名Polyetheretherketone(PEEK)，是一种特种工程塑料，本发明中聚醚醚酮最好采用注塑级聚醚醚酮。
本发明复合材料接骨板中，依骨折部位不同，骨板形状和尺寸有多种变化，厚度可以为3-5mm。
为了改善本发明接骨板的性能，碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料中还可以加入各种添加剂。
本发明还提供了上述复合材料接骨板的制备方法，其特征在于采用注塑成型工艺，将碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料粒料在注塑机上注塑成型，注塑成型的加工温度区间为633-693K，注塑模具的温度为433-473K。
本发明复合材料接骨板的制备方法中，碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料粒料可以是生产厂家直接提供的碳纤维增强级的聚醚醚酮注塑品级粒料。也可以通过将碳纤维和聚醚醚酮混合并造粒制成碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料的粒料，加工温度区间为633-693K。
本发明碳纤维增强聚醚醚酮复合材料具有同人骨相匹配的弹性模量。采用该复合材料制造的接骨板具备了必要的高强度以及与骨相当的模量，解决了现用金属接骨板所遇到的技术困难，有益于骨的愈合，减少患者因可能遭受的愈合后再骨折所带来的痛苦。并且使用碳纤维增强聚醚醚酮复合材料接骨板将降低医疗成本，进而减轻患者经济负担。
具体实施方式：
实施例1
材料：聚丙烯腈基碳纤维，拉伸强度3200MPa，拉伸模量220GPa，长度10mm，直径7μm；PEEK450G粒料。
成型工艺：按碳纤维质量百分比20％将碳纤维和PEEK450G粒料混合均匀，在平行双螺杆挤出机上挤出造粒，温度为633-663K；将上述粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为633-663K，模具温度为433K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为187MPa，模量为15.0GPa。
实施例2
材料：聚丙烯腈基碳纤维，拉伸强度3200MPa，拉伸模量220GPa，长度10mm，直径7μm；PEEK450G粒料。
成型工艺：按碳纤维质量百分比25％将碳纤维和PEEK450G粒料混合均匀，在平行双螺杆挤出机上挤出造粒，温度为643-668K；将上述粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为643-668K，模具温度为443K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为206MPa，模量为18.1GPa。
实施例3
材料：聚丙烯腈基碳纤维，拉伸强度3200MPa，拉伸模量220GPa，长度10mm，直径7μm；PEEK450G粒料。
成型工艺：按碳纤维质量百分比30％将碳纤维和PEEK450G粒料混合均匀，在平行双螺杆挤出机上挤出造粒，温度为648-673K；将上述粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为648-673K，模具温度为453K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为225MPa，模量为21.1GPa。
实施例4
材料：聚丙烯腈基碳纤维，拉伸强度3200MPa，拉伸模量220GPa，长度10mm，直径7μm；PEEK450G粒料。
成型工艺：按碳纤维质量百分比35％将碳纤维和PEEK450G粒料混合均匀，在平行双螺杆挤出机上挤出造粒，温度为658-683K；将上述粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为658-683K，模具温度为463K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为242MPa，模量为24.3GPa。
实施例5
材料：聚丙烯腈基碳纤维，拉伸强度3200MPa，拉伸模量220GPa，长度10mm，直径7μm；PEEK450G粒料。
成型工艺：按碳纤维质量百分比40％将碳纤维和PEEK450G粒料混合均匀，在平行双螺杆挤出机上挤出造粒，温度为668-693K；将上述粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为668-693K，模具温度为473K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为254MPa，模量为27.1GPa。
实施例6
材料：PEEK450CA30粒料，含30％wt碳纤维。
成型工艺：将PEEK450CA30粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为648-673K，模具温度为453K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为227MPa，模量为21.2GPa。
实施例7
材料：PEEK450CA20粒料，含20％wt碳纤维。
成型工艺：将PEEK450CA20粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为633-663K，模具温度为443K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为189MPa，模量为15.1GPa。
实施例8
材料：PEEK450CA10粒料，含10％wt碳纤维。
成型工艺：将PEEK450CA10粒料在注塑机上注塑成型，注塑温度为633-663K，模具温度为433K。制成尺寸为长135mm，横断面16×4.8mm的接骨板，强度为138MPa，模量为8.0GPa。
Claims (8)
1、一种复合材料接骨板，其特征在于采用碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料，采用注塑成型工艺，将碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料粒料在注塑机上注塑成型，注塑成型的加工温度区间为633-693K，注塑模具的温度为433-473K。
2、按照权利要求1所述复合材料接骨板，其特征在于：所述碳纤维的含量占复合材料总质量的20-40％。
3、按照权利要求2所述复合材料接骨板，其特征在于：所述碳纤维的拉伸强度大于3000MPa，拉伸模量大于200Gpa。
4、按照权利要求2所述复合材料接骨板，其特征在于：所述碳纤维的含量为占复合材料总质量的25-35％。
5、按照权利要求1～4之一所述复合材料接骨板，其特征在于：所述聚醚醚酮为注塑级聚醚醚酮。
6、按照权利要求1～4之一所述复合材料接骨板，其特征在于：所述接骨板厚度为3-5mm。
7、一种权利要求1所述复合材料接骨板的制备方法，其特征在于采用注塑成型工艺，将碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料粒料在注塑机上注塑成型，注塑成型的加工温度区间为633-693K，注塑模具的温度为433-473K。
8、按照权利要求7所述复合材料接骨板的制备方法，其特征在于将碳纤维和聚醚醚酮混合并造粒制成碳纤维增强改性的聚醚醚酮复合材料粒料，加工温度区间为633-693K。
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