一种骨科植入件用功能碳纤维、其制备方法、和包含其的植入体用复合材料及其制备方法与流程

本发明属于生物医疗器械，尤其涉及一种骨科植入件用功能碳纤维、其制备方法、和包含其的植入体用复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、碳纤维增强聚醚醚酮(cfr-peek)以其优良的热稳定性、机械性能、射线可透性、及生物相容性成为最有发展前途的、可代替传统金属植入体的硬组织修复材料。与具有超过100gpa的高弹性模量的典型金属材料不同，具有不同纤维长度和取向的碳纤维增强聚醚醚酮(cfr-peek)具有接近皮质骨(～20gpa)的可调节的弹性模量，这可以减轻植入物与人体骨骼之间的弹性失配导致的应力屏蔽引起的骨质疏松和骨吸收的风险。

2、然而cfr-peek复合材料依然存在冲击强度韧性较差的问题，同时cfr-peek复合材料的生物惰性不利于细胞的生长与粘附，而且其劣势的成骨整合能力使其在植入人体后不能与人体骨组织形成牢固的键合，从而影响植入体材料在人体内的长期稳定性。并且cfr-peek植入手术难免会在手术过程和术后康复过程中遇到细菌感染，为了避免细菌感染，通常使用抗生素来预防细菌感染，降低炎症发生的几率。在临床上广泛使用抗生素来降低了病原性细菌感染疾病的发病率和死亡率。但是，长期滥用抗生素将使许多致病菌容易对各种抗生素产生耐药性，轻则导致病原体感染疾病久治不愈，降低治疗效果，重则导致患者病情的恶化甚至死亡。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种骨科植入件用功能碳纤维、其制备方法、和包含其的植入体用复合材料及其制备方法，本发明中的碳纤维复合材料冲击强度高、韧性好，且具备抗菌、骨诱导、骨整合的能力。

2、本发明提供一种骨科植入件用功能碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

3、a)使羧基化的碳纳米管形成稳定的羧基化的碳纳米管水分散液；

4、b)在ph值为6.5～7的聚酰胺酸水溶液中加入所述步骤a)的羧基化的碳纳米管水分散液，得到上浆剂；

5、c)将碳纤维在上浆剂中浸渍后，经三级热辊和热风干燥，干燥后的碳纤维进行热亚胺化，得到上浆碳纤维；

6、d)将所述上浆碳纤维进行辐照处理，得到骨科植入件用功能碳纤维。

7、优选的，所述ph值为6.5～7的聚酰胺酸水溶液按照以下步骤制备得到：

8、在具有氮气保护装置的反应容器中，将二胺与二酸酐按照摩尔比1:(0.9～1.1)混合后与溶剂混合，0～10℃搅拌反应1～2小时；制得的溶液去除溶剂后得到聚酰胺酸，将所述聚酰胺酸加入去离子水中搅拌，加入有机胺，调节ph值为6.5～7，得到聚酰胺酸水溶液；

9、所述二胺具有式i和/或式ii所示结构：

10、

11、所述二酸酐具有式iii所示结构：

12、

13、优选的，所述聚酰胺酸、羧基化的碳纳米管水分散液和去离子水的质量比为1：(0.5～2)：(80～120)。

14、优选的，所述步骤c)中的碳纤维的平均直径为4～8μm。

15、优选的，所述三级热辊的温度依次为75～85℃、85～95℃、105～115℃。

16、优选的，所述热亚胺化为三段程序升温，一段热亚胺化的温度为80～120℃；二段热亚胺化的温度为180～220℃，三段热亚胺化的温度为280～320℃；

17、所述步骤d)中的辐照处理为电子束辐照处理，所述电子束辐照的能量为50～200kev，所述电子束辐照的剂量为0.1～1kgy。

18、本发明提供一种骨科植入件用功能碳纤维，按照上文所述的制备方法制备得到。

19、本发明提供一种植入体用碳纤维/聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：

20、s1)采用熔融浸渍法将聚芳醚酮与权利要求1～6任意一项所述的制备方法制备得到的骨科植入件用功能碳纤维或权利要求7的骨科植入件用功能碳纤维进行复合，得到碳纤维聚芳醚酮预浸料；

21、s2)将所述碳纤维聚芳醚酮预浸料加工成型，得到植入体用碳纤维/聚醚醚酮复合材料。

22、优选的，所述骨科植入件用功能碳纤维与聚芳醚酮的质量比为1：(1～3)；

23、所述聚芳醚酮的熔融指数为50～200g/10min。

24、本发明提供一种植入体用碳纤维/聚醚醚酮复合材料，按照上文所述的制备方法制备得到。

25、本发明制备得到的骨科复合材料具有以下优点：

26、本发明通过在上浆剂中加入羧基化的碳纳米管，经过电子束辐照后的羧基化的碳纳米管中部分的碳的杂化由sp2变为sp3，从而相邻的羧基化的碳纳米管之间产生交联，并且羧基化的碳纳米管也能够与碳纤维之间产生一定的交联，从而能够在碳纤维之间形成桥接结构，提高复合材料的韧性。同时羧基化的碳纳米管的引入提高了复合材料的导电性，能够消除积累电荷对离子注入的影响，增强了材料的离子注入能力。

技术特征：

1.一种骨科植入件用功能碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ph值为6.5～7的聚酰胺酸水溶液按照以下步骤制备得到：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸、羧基化的碳纳米管水分散液和去离子水的质量比为1：(0.5～2)：(80～120)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中的碳纤维的平均直径为4～8μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三级热辊的温度依次为75～85℃、85～95℃、105～115℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热亚胺化为三段程序升温，一段热亚胺化的温度为80～120℃；二段热亚胺化的温度为180～220℃，三段热亚胺化的温度为280～320℃；

7.一种骨科植入件用功能碳纤维，按照权利要求1～6的任一项所述的制备方法制备得到。

8.一种植入体用碳纤维/聚醚醚酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述骨科植入件用功能碳纤维与聚芳醚酮的质量比为1：(1～3)；

10.一种植入体用碳纤维/聚醚醚酮复合材料，其特征在于，按照权利要求8和/或9所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供一种骨科植入件用功能碳纤维及其制备方法，包括以下步骤：A)使羧基化的碳纳米管形成稳定的羧基化的碳纳米管水分散液；B)在pH值为6.5～7的聚酰胺酸水溶液中加入羧基化的碳纳米管水分散液，得到上浆剂；C)将碳纤维在上浆剂中浸渍后，经三级热辊、热风干燥和热亚胺化，得到上浆碳纤维；D)将所述上浆碳纤维进行辐照处理，得到骨科植入件用功能碳纤维。本发明在上浆剂中加入羧基化的碳纳米管，将上浆后的碳纤维进行电子束辐照，使相邻的羧基化的碳纳米管、羧基化的碳纳米管与碳纤维之间产生交联，从而在碳纤维之间形成桥接结构，提高复合材料的韧性。本发明还提供一种植入体用碳纤维/聚醚醚酮复合材料及其制备方法。

技术研发人员：路遥平,孙振龙,孟玥,张帅,安晓燕,隋林
受保护的技术使用者：威高集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13