CN1413816A - 三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法 - Google Patents

三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法。该方法以三维编织纤维为支架，采用树脂传递模塑工艺或真空浸渍工艺方法，使用储胶罐、模具、集胶罐和真空泵；其工艺过程包括三维编织纤维支架的制备、表面处理、支架置入模具、抽真空、向模具注入树脂、固化、脱模和修整等工序得到骨器件。其特征在于编织纤维采用碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或它们的混合纤维；编织结构采用二点五维、三维四向、三维五向及编织角10－40°；基体材料为医用环氧树脂、铸型尼龙、聚砜和医用聚乙烯。本发明的优点在于工艺过程条件易于控制，所制成的骨器件与人体骨具有良好的力学和组织相容性。

Description

三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法
                           技术领域
本发明涉及一种三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法。属于生物复合材料的骨器件的制造技术。
                           背景技术
随着世界人口的老龄化，全球骨折病人的数量呈现日益增长的趋势。我国是一个拥有12亿多人口的大国，每年骨折患者的数量惊人，椎间盘突出、椎体滑脱、脊椎侧弯、椎体结核、椎体肿瘤等脊柱疾病亦有增加的趋势。
长期以来，传统的金属材料(如不锈钢、钛及其合金等)骨固定装置占主导地位。原因在于金属材料强度高，可保证肢体，尤其是负重肢体早期功能训练。此外，金属材料还具有原料广、造价低、工艺成熟、可方便的改变形状以适应骨的外型轮廓以及易于保存等优点。但金属内固定存在明显的缺陷，主要包括：(1)金属材料与骨组织的力学相容性不好。金属内固定材料引起的应力遮挡效应会导致骨质疏松、骨吸收、或骨萎缩，进而又容易出现二次骨折；此外，由于缺乏足够的应力刺激，不能在骨折形成骨痂；刚性的内固定还使初期的骨愈合过程缓慢。(2)金属内固定材料的组织相容性不好；金属的腐蚀可引起一系列的不良反应，如过敏反应，局部炎症反应和组织坏死，甚至引发恶性肿瘤。(3)金属内固定无法进行CT和MR检查，不能了解术后脊柱和关节部位骨折对位状况。(4)金属髓内针等缺乏足够的弹性，增加了植入手术的难度。因此，无论是骨折患者还是大夫，都期待着新一代骨内固定材料的诞生。
                         发明内容本发明的目的在于提供一种三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法。该方法所制造的生物复合材料骨器件与骨组织具有良好的力学和组织相容性，避免了金属骨固定器件易于引发病变的危险性，实施固定后便于CT和MR检查。
本发明是通过下述技术方案予以实现的。以三维编织纤维体为支架，采用树脂传递模塑工艺或真空浸渍工艺方法，在三维编织纤维体支架浸渍聚合物制造生物复合材料骨器件。该方法采用的装置主要包括气压瓶、储胶罐、模具、集胶罐和真空泵；其工艺过程包括三维编织纤维支架的制备、表面处理、支架置入模具、抽真空、向模具注入树脂、固化、脱模和修整，其特征在于采用碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或它们的混合纤维，以二点五维、三维四向、三维五向及编织角度为10-40°的编织结构制备成的三维编织支架，经表面处理，然后置入模具中，在40-150℃和0.1-0.35MPa压力条件下，并按纤维体积比为35-70％要求，向模具注入医用环氧树脂、铸型尼龙、聚砜和医用聚乙烯基体材料，固化温度为200℃以下。
当采用上述的医用环氧树脂为基体材料时，三维编织支架在450-500℃进行空气氧化处理1-2h，其注入温度为40-80℃，注入压力为0.15-0.2MPa。
本发明的优点在于，工艺过程条件易于控制，所制造的三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件，它的弯曲强度为600-650MPa，弯曲模量为40-130GPa，与人体骨具有良好的力学和组织相容性。
                           附图说明
图1为本发明采用的树脂传递模塑工艺的装置示意图。
图2为本发明的工艺流程框图。
图1中：1为气压瓶，2为储胶罐，3为真空泵，4为集胶罐，5为模具。
                           具体实施方式
实例1
采用碳纤维以三维四向和编织角度25°的编织结构编织支架要求纤维体积比在45％情况下，向模具注入医用环氧树脂，注入温度为50℃，注入压力为0.15MPa，树脂的粘度为500MPa.s以下，固化过程为90/2h和140/2h两个阶段，得到本发明的骨器件材料性能为：弯曲强度720MPa，弯曲模量41GPa。
实例2
改变纤维体积比为35％和编织角度为15°，在其它条件同实例1相同的情况下制造的本发明的骨器件材料性能为：弯曲强度734MPa，弯曲模量42GPa。
实例3
改变纤维体积比为65％和编织角度为40°，在其它条件同实例1相同的情况下制造的本发明的骨器件材料性能为：弯曲强度699MPa，弯曲模量63GPa。

Claims (2)

1、一种三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法，该方法以三维编织纤维体为支架，采用树脂传递模塑工艺或真空浸渍工艺方法，在三维编织纤维体支架浸渍聚合物制造成，所采用的装置主要包括气压瓶、储胶罐、模具、集胶罐和真空泵；其工艺过程包括三维编织纤维支架的制备、表面处理、支架置入模具、抽真空、向模具注入树脂、固化、脱模和修整，其特征在于：采用碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或它们的混合纤维，以二点五维、三维四向、三维五向及编织角度为10-40°的编织结构制备成的三维编织支架，经表面处理后，置入模具中，在40-150℃温度和0.1-0.35MPa压力条件下，并按纤维体积比为35-70％要求，向模具注入医用环氧树脂、铸型尼龙、聚砜和医用聚乙烯基体材料，固化温度为200℃以下。
2、按权利要求1所述的三维编织纤维增强聚合物生物复合材料骨器件制造方法，其特征在于：采用医用环氧树脂为基体材料时，三维编织支架在450-500℃进行空气氧化处理1-2h，其注入温度为40-80℃，注入压力为0.15-0.2MPa。
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