专利名称：通过聚结生产聚合物体的方法及所生产的聚合物体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过聚结生产聚合物体的方法及利用这种方法所生产的聚合物体。
技术现状在WO-A1-9700751中描述了一种冲击机和使用该机器切断棒材的方法。该文献还描述了一种使金属体变形的方法。所述方法利用该文献中所述的机器，其特征在于，可取的是固体形式，或粉末形式，例如粒子、丸等形式的金属材料在模具、支座等的端部固定，且所述材料通过冲击单元比如冲击锤经历绝热的聚结，所述冲击锤的运动是由液体作用的。在WO文献中充分描述了这种机器。
在WO-A1-9700751中，还描述了零件比如球体的成形过程。金属粉末供应到分成两半的工具中，且所述粉末通过连接管供应。可取的是，所述金属粉已经气体雾化。经过连接管的棒材受到冲击机器的冲击，以便影响封闭在球形模具中的材料。然而，在限定参数的所有实施例中都没给出如何根据这一方法生产物体。
根据这一文献，压制过程是分几个步骤进行的，例如，三步。这些步骤快速执行，且如下所述完成三次冲击。
冲击1极轻的冲击，该次冲击迫使粉末中的大部分气体排出，并使粉末粒子定向，以保证没有明显的不规则性。
冲击2具有非常高的能量密度和非常高的冲击速度的冲击，用于使粉末粒子局部绝热聚结，而使它们以极高的密度相互挤压。每个粒子的局部温度升高取决于冲击中的变形程度。
冲击3具有中高能量和高接触能的冲击，用于基本上压实的材料体的最终成型。此后可以烧结压实体。
在SE9803956-3中，描述了一种使材料体变形的方法和设备。这实质上是WO-A1-9700751所描述的发明的发展。在根据瑞典申请的方法中，冲击单元冲击材料的速度应能产生至少一次冲击单元的回弹冲击，其中所述回弹冲击被抵消，从而产生冲击元件的至少一次后续冲击。
根据WO文献中的方法，冲击使材料局部温度升得非常高，可能导致材料在受热和冷却过程中发生相变。当使用回弹冲击抵消或产生至少一次后续冲击时，这一冲击将有助于由第一次冲击的动能产生往复的摆动，且持续较长的时间。这导致材料进一步变形，且较之没有抵消的情况，产生的冲击更小。至此表明，上述文献的机器不能令人满意地工作。例如，不可能获得它们提到的冲击之间的间隔。而且，文献中不包含任何表明能够制成材料体的实施例。
发明的目的本发明的目的是提供一种以较低成本利用聚合物高效生产产品的工艺。这些产品可以是医用器材，比如整型外科中的医用植入物或骨接合剂、医用器械或诊断设备，或非医用器材，例如水槽、浴槽、显示器、窗用玻璃(特别是飞机)、镜片和灯罩等。另一目的是提供一种所述类型的聚合物产品。
还可以使用比上述文献所述的工艺更低的速度执行所述新工艺。而且，所述工艺并不仅限于使用上述的机器。
发明简述令人惊讶地发现，根据权利要求1所述的新方法，可以压缩不同的聚合物。所述材料例如为粉末、丸、粒子等形式，填充在模具中，通过至少一次冲击进行预压实和压缩。在这种方法中使用的机器可以是WO-A1-9700751和SE 9803956-3中描述的机器。
根据本发明的方法在冲击机中使用了液压，该冲击机可以是在WO-A1-9700751和SE 9803956-3中使用的机器。当在机器中使用纯液压装置时，冲击单元可以采取这样的运动方式，即当一冲击将被压缩的材料，立即以足够的速度发出足够的能量，从而实现聚结。这种聚结可以是绝热的。一次冲击迅速完成，对于某些材料而言，材料中的波动在5到15毫秒内衰减。与使用压缩空气相比，使用液压可以更好地进行顺序控制，并且具有较低的运行成本。弹簧驱动的冲击机在使用上更复杂，设置时间更长，且当需要与其他机器整合时适应性更差。因此，本发明的方法更廉价且易于操作。最佳的机器应具有较大的预压实和后压实压力，较小的冲击单元和更高的速度。因此，这种结构的机器可能更使人愿意使用。也可以使用不同的机器，一台用于预压实的后压实，一台用于压缩。
附图简述
图1示出了用于使粉末、丸、粒子等形式的材料变形的设备的剖面图；图2-18分别示出了在示例中描述的实施例中获得的结果。
发明的详细描述本发明涉及一种通过聚结生产聚合物体的方法，其中，所述方法包含步骤a)在预压模中填充粉末、丸、粒子等形式的材料；b)将所述材料至少预压实一次；c)通过至少一次冲击压缩压模内的所述材料，其中当冲击位于压模内的材料时冲击单元发出足够的动能，致使所述材料聚结。
预压模可以与压模相同，这意味着材料不必在步骤b)和步骤c)之间移动。还可以使用不同的模具，在步骤b)和步骤c)之间将材料从预压模中移到压模中。这仅适用于在预压步骤中由材料形成材料体的情况。
图1中的装置包含冲击单元2。图1中的材料为粉末、丸、粒子等。所述装置设有冲击单元3，该冲击单元利用强有力的冲击可以立即使材料体1有较大的变形。本发明还涉及下述的一种材料体的压缩。在这种情况下，固体1比如固态的均匀聚合物体放置在模具中。
冲击单元2这样布置，即在作用于其的重力作用下，它向材料1加速前进。优选的是，冲击单元2的质量m远大于材料1的质量。这样，在某种程度上可以降低对冲击单元2的高冲击速度的需要。冲击单元2可以撞击材料1，且在冲击单元2冲击压模中的材料时，释放足够的动能将材料体压实并使其成形。这将导致局部聚结，因此使材料1变形。材料1的这种变形是塑性的，因而是永久的。在材料1中沿冲击单元2的冲击方向产生波动和振动。这些波动或振动具有很高的动能，将会激活材料的滑移面，而引起粉末中粒子的相对位移。所述聚结可以是绝热聚结。局部升温在材料中形成点焊(粒子间的熔化)，从而提高了密度。
预压是一个非常重要的步骤。这样做的目的是去除材料中的空气并使材料中的粒子定向。预压步骤比压缩步骤要慢得多，因此易于去除材料中的空气。压缩步骤非常迅速，不具有同样的去除材料中空气的可能性。在这种情况下，空气可能封闭在生产的材料体中，这是一个缺点。预压在足以获得粒子压缩到最大程度，导致粒子之间有最大的接触面的最小压力下进行。这取决于材料，决定于材料的软度和熔点。
示例中的预压步骤通过约为117680N的轴向载荷下压实而进行。这是在预压模或最终模中完成的。根据所述的示例，这在圆柱形模具中完成，该模具工具的一部分，具有圆形截面，直径为30mm，截面面积约7cm2。这意味着使用了约1.7×108N/m2的压强。对于UHMWPE，所述材料可以利用至少约0.25×108N/m2的压强，可取的是利用至少约0.6×108N/m2的压强。必须使用或优选的预压压力取决于材料，对于较软的聚合物，约2000N/m2的压强进行压实就足够了。其他可能的数值有1.0×108N/m2，1.5×108N/m2。本申请中所做的研究是在空气中和室温下进行的。因此研究中所获得的全部数值都是在空气中和室温下得到的。如果使用真空或加热的材料，还可以使用更低的压力。缸体的高度为60mm。在权利要求书中提到冲击面积，该面积是作用在模具中的材料上的冲击单元的圆形截面面积。在这种情况下，冲击面积是指截面面积。
在权利要求书中还提到示例中使用的圆柱形模具。在这种模具中，冲击面积与圆柱形模具的截面面积相等。然而，还可以使用其他结构的模具，例如球形模具。在这种模具中，冲击面积小于球形模具的截面积。
本发明还包含一种通过聚结生产聚合物体的方法，其中所述方法包含压缩压模中的固态聚合物体(即，已经达到用于特定应用的目标密度的物体)形式的材料至少一次冲击，其中冲击单元释放足够的能量，导致所述物体中的材料聚结。在材料中有较大的局部温升时，激活了滑移面，借此实现了变形。这种方法还包含使所述材料体变形的步骤。
根据本发明的方法可以以下述方式描述。
1)将粉末压制成料坯，将料坯冲击压制形成(半)固态材料体，然后，通过后压实在材料体内保持能量。所述工艺，可以描述为动态锻造冲击能量保持(DFIER)包括三个主要步骤a)加压加压步骤与冷加压和热加压非常类似。目的是获得粉末制成的料坯。已经证实执行两次粉末压实是最有利的。单独一次压实比两次连续的粉末压实在密度上低2-3％。这一步骤是通过有益的方式排出空气和粉末粒子定向准备粉末。料坯的密度值大于小于或等于普通热压和冷压获得的密度值。
b)冲击冲击步骤实际上是高速步骤，冲击单元以确定的面积冲击粉末。在粉末内材料开始波动，在粉末粒子之间发生粒子间的熔化。冲击单元的速度似乎仅在最初非常短的时间内起重要作用。粉末的质量和材料的性能决定了粒子间的熔化程度。
c)能量保持能量保持步骤旨在在生产的固体内保持所传递的能量。实际上是一个压实过程，至少使用与粉末预压同样的压力。其结果是所生产的材料体的密度提高了约1-2％。它是通过在使用与粉末预压实同样的压力冲压之后，让冲击单元停留在所述固体上的适当位置，或在冲击步骤后释放而完成的。这种想法是在所生产的材料体内发生更多的粉末变化。
根据所述方法，压缩冲击发出相当于在大气和室温条件下，在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少为100Nm的总能量。其他的总能量值可以为至少300，600，1000，1500，2000，2500，3000和3500Nm。还可以使用至少10000，20000Nm的能量值。现有一种新机器，具有在一次冲击中以60000Nm冲击的能力。当然，也可以使用这么高的能量值。如果使用几次这样的冲击，总能量可以到达几个100000Nm。能量值取决于使用的材料以及所生产的材料体的应用场合。对于一种材料，不同的能量值可以使材料体具有不同的相对密度。能量值越高，材料密度越高。为了获得同样的密度，不同的材料需要不同的能量值。这取决于例如材料密度或材料熔点等特性。
根据本方法，压缩冲击发出相当于在大气和室温条件下，在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少为5Nm/g的每单位质量能量。其他的每单位质量能量可以为至少20Nm/g，50Nm/g，100Nm/g，150Nm/g，200Nm/g，250Nm/g，350Nm/g和450Nm/g。
使用同样的每单位质量能量，对于更大的质量，可以获得更高的相对密度，对于较小的质量，可以获得较小的相对密度。不同质量的相对密度之间的差异在较小的单位质量能量下更显著。在示例中示出了对UHMWPE的质量参数研究，在图13中可以看出相对密度作为单位质量冲击能量的函数示出。与0.5×4.2g的试样相比，对于2×4.2g的试样，在较低的单位质量能量下获得了较高的密度，而前者在同样的单位质量能量下获得了较低的密度。从图14中也可以看出，相对密度作为总冲击能量的函数示出。对于2×4.2g的试样，在总能量为500Nm，对应于60Nm/g时，获得了约85％的相对密度。对于0.5×4.2g的试样，为了获得85％的相对密度所需要的总能量约为1250Nm，对应于595Nm/g。这样，为了获得相等的相对密度，较高的质量需要的单位质量能量较低。
对于在质量参数研究的示例中所测试的试样，研究结果如下。当基本上获得较高的密度时，所述方法不再取决于单位质量能量，但总能量似乎与质量无关。这样，在压缩冲击中，对生产的材料体而言，同样的总能量可以获得同样的密度，而不管重量。在图14中，对于较低的密度，所有质量的图示都是分离的，而在较高的密度时，它们相互靠近。这样，对于测量的重量间隔以及UHMWPE而言，在较高的密度下，总能量独立于质量。可以看出，对于UHMWPE，曲线的分离点和交汇点之间，或高密度和低密度之间的界限，约为90-95％，对于90-95％的UHMWPE，总能量约为2000Nm。
这些数值将根据使用的材料变化。本领域的技术人员能够测试在哪些值时质量的依赖性是有效的，在哪些值时质量的独立性开始有效。密度从较低密度到较高密度的转换将根据材料变化。这些值都是近似值。
能量值需要修正，以与模具的形式和结构相适应。例如，如果模具是球形的，就需要另一能量值。在上述数值的帮助和指导下，本领域的技术人员能够测试对于具体的形式需要哪一种能量值。所述能量值取决于材料体用来干什么，即，所需要的相对密度、模具的几何形状和材料的性质。当冲击压模中的材料时，冲击单元必需释放足够的动能形成材料体。冲击速度越高，振动越大，粒子之间的摩擦力越大，局部热量增加，粒子间的熔化增加。冲击面积越大，振动越大。存在一个极限，在此极限时，传递给工具的能量将会超过传递给材料的能量。因此，材料的高度也有最佳值。
当将聚合物材料的粉末填充模具时，材料受到冲击单元的冲击，在粉末材料内部实现聚结，且材料会浮动。一种可能的解释是，材料中的聚结产生于在冲击单元从材料体或模具中的材料上回弹时产生的往复运动的波。这些波动使材料体中产生动能。由于能量的传输，引起局部温度升高，使粒子软化、变形，粒子的表面开始熔化。粒子间的熔化使粒子重新固化成一体，从而可以获得致密的材料。这还对材料体的表面光洁度有影响。聚结技术压制的材料越紧，所得到的表面越光滑。材料和表面的气孔率也受所述方法的影响。如果需要多孔的表面或材料体，材料就不需要象需要孔少的表面或材料体时那样压缩。
单次冲击影响材料的定向、空气去除、预压实、聚结、填充工具和最终校验。已经指出的是，往复运动的波基本上在冲击单元的冲击方向上传播，即，从冲击单元碰撞的材料体表面到靠近模具底部的表面，然后返回。
关于能量传递和波的产生的上述内容也涉及固体。在本发明中，固体是一种已经达到用于具体应用的目标密度的材料体。
为了使冲击具有所需要的能量值，在冲击中，可取的是，冲击单元的速度为至少0.1m/s或至少1.5m/s。可以使用比根据现有技术中的技术低得多的速度。所述速度取决于冲击单元的重量和所需要的能量。在压缩步骤中，总的能量值至少为100到4000Nm。但可以使用更高的能量值。总能量指的是所有冲击能量值的总和。冲击单元进行至少一次或多次连续冲击。根据示例，冲击之间的间隔为0.4到0.8秒。例如可以使用至少两次冲击。根据示例，一次冲击已经显示了预期结果。这些示例在空气中和室温条件下进行。如果例如使用真空和加热或某些其他的改进处理措施，可以使用更低的压力，以获得良好的相对密度。
可以将聚合物压缩成为相对密度70％，可取的是75％。更可取的相对密度还有80％和85％。其他优选的相对密度为90％到100％。然而，其他的相对密度也可以。如果为了制成料坯，约50到60％的相对密度就足够了。低承载植入物需要的相对密度为90到100％，而在某些生物材料中需要一定的气孔率。如果获得95％以上的气孔率，能够满足使用要求，则不必进行后续处理。在特定情况下可以这样选择。如果获得低于95％的相对密度，但不足够，则本工艺需要继续进行进一步的处理，例如烧结。与传统的制造方法相比，在这种情况下已经减少了几个制造步骤。
本方法还包含对材料至少预压实两次。在示例中已经表明，为了获得较高的相对密度，与使用同样的总能量和仅进行一次预压实的冲击相比，这样做是有益的。根据使用的材料，两次压实比一次压实的密度高约1到5％。对于其他材料，这一增长可能更高。当预压实两次时，压实步骤之间有较小间隔，例如，约5秒。第二次预压实的压力可以与第一次相同。
而且，本方法还包含在压缩步骤后对材料至少压实一次。这已经显示出具有很好的结果。后压实应以至少与预压实同样的压力进行，即，2000N/m2。另一个可能的数值是1.0×108N/m2。也可能需要更高的后压实压力，例如采用两倍于预压实的压力。对于UHMWPE，预压实压力至少应为0.25N/m2。对于UHMWPE来说，这是最低可能的后压实压力。对每种材料，必需测定预压实压力值。后压实对试样的影响与预压实不同。传递的能量，提高了冲击中粉末粒子间的局部温度，且可以保持较长的时间，可以在冲击后的较长时间内使试样固结。能量保持在生产的固体内。可能的是试样中材料波动的“寿命”会延长，且可以影响试样更少的时间，而更多粒子熔化在一起。压实后或后压实的执行是在冲击后让冲击单元停留在固体材料体上适当位置，使用与预压实同样的压力，即，对于UHMWPE至少0.25N/m2。在生产的材料体内会发生更多的粒子变化。结果是所生产的材料体的密度提高了1-4％，且也取决于材料。
当使用预压实和/或后压实时，可能使用更轻的冲击和更高压力的预压实和/或后压实，这可以节省工具，因为可以采用较低的能量值。这取决于预期的用途和所使用的材料。它还是获得更高相对密度的途径之一。
为了获得提高的相对密度，也可以在工艺前，对材料进行预处理。根据预热材料的类型，可以将粉末加热到例如50～300℃或更高。粉末可以预热到接近材料熔点的温度。可以采用适当的预热方法，例如在炉子中的普通粉末加热。为了在预压实步骤中获得更致密的材料，可以使用真空或者惰性气体。其效果是在工艺过程中，不会有同样多的空气封闭在材料中。
在处理前，聚合物可以与添加剂均匀地混合。这意味这在熔融状态下混合。也可以使用粒子的预干燥降低原材料中的水含量。一些聚合物并不吸收水分，例如，PE。另一些聚合物则易吸收水分，这将破坏材料的处理，并降低经过处理的材料的均一性，因为高的湿度会在材料中产生水蒸汽气孔。
根据本发明的另一个实施例，在压缩或后压实之后的任何时间，可以加热或烧结所述材料体。
通用的后处理步骤如下1.离子辐射处理材料的离子辐射处理可以获得更高程度的交联。
2.表面处理使用不同的方法处理表面可以获得期望的表面几何形状和特别的交联表面层，提高耐磨性，这对于聚合物的髋关节应用是非常重要的参数。
而且，所生产的材料体可以是料坯，所述方法还包含另一烧结料坯的步骤。即使不使用任何添加剂，本发明的料坯也可以形成密合的整体材料体。这样，可以将料坯储存、搬运和加工，例如磨光或切割。也可能将料坯用做成品，无需任何烧结。当材料体是骨骼植入物或替代物时就是这种情况，其中植入物将在骨骼中消溶。
所述聚合物可以从包含热塑性塑料、热固性塑料、橡胶、弹性体和热塑性弹性体的组中选择。聚合物可以是均聚物、共聚物、接枝共聚物或嵌段聚合物或共聚物。例如这些材料可以从包括聚烯烃，比如聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯、聚酯，比如聚丙烯酸物，例如甲基丙烯酸甲酯，聚酯例如聚砜酯、聚氨酯塑料或橡胶和聚酰胺等。
对于热塑性材料，压缩冲击需要释放相当于在冲击面积为7cm2的圆柱加工工具中至少为100Nm的总能量。对热固性塑料、橡胶人造橡胶和热塑性人造橡胶，这个数值同样为100Nm。对于聚酯，压缩冲击需要释放相当于在冲击面积为7cm2的圆柱加工工具中至少为5Nm/g的单位质量能量。
前面已经表明利用粒子形状不规则的粒子已经获得更好的结果。粒子的尺寸分布应尽可能宽。小的粒子可以填充在大粒子之间的空间。
聚合物材料可以包含润滑剂或烧结助剂。润滑剂可以与所述材料混合。有时候需要在模具中加入润滑剂，以便易于取出材料体。在某些情况下，可以选择在所述材料中使用润滑剂，因为这也容易从模具中取出材料体。
润滑剂冷却，占据空间且润滑材料粒子，这既有正面影响也有负面影响。
内部的润滑剂较好，因为粒子更容易进行适当的滑移，从而可以使材料体压得比较实。对于纯压实而言，是有益的。内部润滑剂降低了粒子间的摩擦，因此释放更少的能量，结果是粒子间的熔化减少了。这不利于获得高密度的压缩，而且必需通过例如烧结将润滑剂去除。
外部润滑剂增加了传递到所述材料的能量，因而间接减少了工具上的载荷。其结果是在材料体中产生更大的振动，增加了能量，更高程度的粒子间熔化。更少的材料粘附在模具上，而容易将材料体挤出。这对于压实和压缩都是有利的。
示例的润滑剂是Acrawax C，但是也可以使用其他的常规润滑剂。如果材料将用于医疗体，那么润滑剂必需是医用的，或者应在工艺中以某种方式去除。
如果加工工具经过润滑或者粉末经过预热，那么可以避免工具的擦光和清理。
在某些情况下，必需在模具中使用润滑剂，以便容易取出材料体。在模具中也可以使用涂层。涂层可以例如由TiNAl或BalinitHardlube制成。如果加工工具有一种最佳涂层，那么将不会有材料粘结在工具零件和传递能量的消耗部件，这将增加传递到粉末的能量。除非难以取出形成的材料体，否则不必进行耗时地润滑。
当通过聚结生产聚合物材料时，根据材料，可以获得非常致密的材料，或硬质材料。材料的表面非常光滑，这在某些应用场合下是非常重要的。
如果要使用多次冲击，那么它们可以连续执行或在两次冲击之间插入各种间隔，从而使冲击有较宽的变化。
例如，可以采用一到大约六次冲击。对于所有冲击，能量值可以相同，能量可以增加或减小。冲击系列可以以至少两个同样的冲击开始，最后一次冲击能量加倍。也可以使用相反的次序。在一个示例中，对连贯的不同冲击进行了研究。
通过在一次冲击中传递总能量可以获得最高的材料密度。如果总能量分成几次冲击传递，那么获得的相对密度比较低，但会节省加工工具。对于不需要很高相对密度的应用，可以选用多冲击。
通过一系列快速冲击，向材料体不断地供应动能，有助于保持往复波动。这使得材料产生进一步的变形，同时，新的冲击使材料产生进一步的塑性、永久变形。
根据本发明的另一个实施例，对于一系列冲击中的每一次冲击，冲击单元冲击材料体的冲量降低了。可取的是，第一和第二次冲击之间的差别较大。在这样短的时间内(可取的是约1ms)，也可以使第二次冲击具有比第一冲量更小的冲量，例如，通过有效降低回弹冲击。然而，如果需要，也可以施加比第一次冲击或在先冲击更大的冲量。
根据本发明，还可以使用多种冲击。为了在后续的冲击中使用较小的冲量，不需使用冲击单元的抵消作用。还可以使用其他变体，例如，在后续冲击中冲量增加，或仅一个具有高或低程度的冲击。可以使用不同系列的冲击，或在冲击之间时间间隔不同。
本发明的方法生产的聚合物体可以用作于医疗器材，比如，整型外科中使用的医用植入物或骨接合剂、医疗器械或诊断设备。例如，这种植入物可以是骨架或牙齿假体。
根据本发明的实施例，材料应是医用的。这些材料例如是适当的聚合物，比如，UHMWPE和PMMA。
植入物使用的材料应当是生物相容且血液相容的，以及机械耐久性，比如，UHMWPE和PMMA或其他适当的聚合物。
根据本发明，可以使用的其他聚合物是弹性体和热塑性弹性体。
通过本发明的工艺生产的材料体还可以是非医用产品，例如水槽、浴槽、显示器、窗用玻璃(特别是飞机)、镜片和灯罩等。
下述还有几种材料的应用。PMMA的应用包括水槽、浴槽、显示器、窗用玻璃(特别是飞机)、镜片和灯罩等。PMMA是一种公知的生物材料，用于整型外科的骨骼接合剂。UHMWPE是植入物产业中的一种通用材料。最普通的应用是与髋关节头接触的髋臼。因此，本发明具有广泛的生产根据本发明的产品的应用领域。
当模具中的材料暴露受到聚结作用时，在形成的材料体上形成硬、滑且致密的表面。这是所述材料体的重要特征。硬质表面使材料体具有优良的机械性能，比如高耐磨性和抗刮擦性。光滑致密的表面可以使材料抗腐蚀。在成品中，气孔越少，强度越高。这指的是开口气孔和气孔总量。在普通方法中，目标是减小开口气孔量，因为开口气孔不能通过烧结减少。
重要的是，为了获得具有最佳性能的材料体，粉末的混合应尽可能使混合物均匀。
使用本发明中的方法，还可以制造涂层。例如，可以在另一种聚合物或其他材料制成的聚合物元件表面上形成一层聚合物涂层。当制造有涂层元件时，元件放在模具中，且可以采用常规方式固定。例如，通过气体雾化将涂层材料置入模具中，在待涂覆元件周围，然后，通过聚结形成涂层。根据这种应用，待涂覆的元件可以是任何根据本申请生产的材料，或者可以是任何普通制成的元件。这种涂层可能非常有益，因为所述涂层可以赋予元件特定的性能。
涂层也可以以普通方式施加到根据本发明生产的材料体上，比如通过浸渍或喷涂。
也可以首先在第一模具中通过至少一次冲击压缩材料。然后将材料移至另一个更大的模具中，且在该模具中加入另一聚合物材料，然后通过至少一次冲击，在第一次压缩的材料顶部或侧面上压缩该材料。在冲击能量的选择和材料的选择上，可以是很多不同的组合。
本发明还涉及通过上述方法获得的产品。
本发明的方法与压制比具有几个优点。压制方法包含由含有烧结助剂的粉末制成料坯的第一步骤。这种料坯将在第二步骤中进行烧结，其中烧结助剂烧尽，或者在下一步骤中烧尽。这种压制方法还需要对生产的材料体进行精加工，因为表面需要进行机械加工。根据本发明的方法，可以在一个步骤或两个步骤中生产所述材料体，且不需要对材料体的表面进行机械加工。
当根据普通工艺生产假体时，将假体中使用的材料棒切断，获得的棒段熔化，并压入烧结的模具中。后续的加工步骤包括擦光。这种工艺耗时、耗能，且包含20到50％的原材料损失。因此，可以在一个步骤中生产假体的本发明的工艺节约了材料和时间。而且，不需要以与普通工艺同样的方式制备粉末。
使用本发明的工艺，可以生产出大型单件式材料体。在目前使用的工艺中，包括铸造，经常需要分几块生产预期的材料体，在使用前再将它们接合在一起。例如，可以使用螺纹或粘结剂或其组合将这些块连接在一起。
本发明的方法的另一优点是可以用于携带有排斥粒子的电荷的粉末，而无需处理粉末将电荷中和。这种工艺可以独立于粉末粒子的电荷或表面张力使用。然而，这并不排除使用携带有相反电荷的其他粉末或添加剂。使用本发明的方法，可以控制所生产的材料体的表面张力。在某些情况下，可能需要较低的表面张力，例如，需要液体薄膜的磨损表面，在其他情况下则需要较高的表面张力。
下述给出解释本发明的几个示例。
示例选择了三种聚合物进行研究。两种是热塑性塑料，其中一种是半晶质的，混有约50％的非晶成分的UHMWPE。第二种热塑性聚合物，聚PMMA，是完全非晶的。第三种聚合物是预先混有硫化助剂的丙烯腈丁二烯橡胶。UHMWPE和PMMA在生物材料工业中都应用非常广。
在示例1中，主要研究目的是绘制冲击能量和生产的材料体密度之间的关系图，希望生产的材料体的相对密度在95％以上。在这种情况下，希望可以获得预期的材料性能，而无需进一步后处理。如果在这种制造工艺之后能够实现相对密度接近100％，那么与传统的制造方法相比，可以省略几个制造步骤。
在示例2中研究了参数。变化不同的参数，以研究根据产品的预期性能如何使用这些参数获得最佳结果。进行了重量研究(A)、速度研究(B)、时间间隔研究(C)、能量研究(D)和冲击研究(E)，但仅选择了一种材料类型，UHMWPE，这可以代表聚合物材料组的参数行为。这些研究的目的是确定这些不同的参数如何影响结果，并了解这些参数如何影响材料性能。
粉末制备如果没有其他要求，对于所有聚合物来说，制备过程是相同的。
除了橡胶中加入了硫化助剂外，这里测试的聚合物都是纯粉末。所有粉末都先经过10分钟的干混，以获得均匀的粒子尺寸分布。
描述在能量和添加剂的研究中，共四批试样中的第一个试样仅在117680N的轴向载荷进行了一次预压实。后续的试样首先经过预压实，此后利用一次冲击压实。在所述系列的冲击能量介于150和3100Nm之间(某些批次在较低的冲击能量下停止)，且根据批号，每一冲击能量的步长间隔为150Nm或300Nm。
在A(重量研究)中，冲击能量间隔为从300Nm到3000Nm，冲击步长间隔为300Nm。惟一变化的参数是试样重量。它反映了不同的单位质量冲击能量。
在B(速度研究)中，冲击能量间隔为从300Nm到3000Nm，冲击步长间隔也为300Nm。但使用了不同的冲击单元(重量有差异)以获得不同的最大冲击速度。
在C和E(时间间隔研究和冲击次数研究)中，总冲击能量为1200Nm或2400Nm。研究了两到六次冲击的序列。在冲击序列开始前，试样使用117680N的静态轴向压力进行预压实。在冲击序列中，冲击之间的时间间隔为0.4s或0.8s。
在D(能量研究)中，研究了五种不同的冲击分布序列。“低-高”，“高-低”，“阶梯上升”、“阶梯下降”和“平齐(level)”。在“低-高”序列中，序列中的最后一次冲击的能量值是前面相等冲击能量值总和的两倍。由此，“高-低”序列是最初高冲击能量冲击的镜像序列。阶梯上升和下降序列是在序列中阶梯性地增加或减小能量值。在序列中，所有增加或减小的步长相等。平齐”序列在执行每次冲击时能量值相同。
在试样制成后，将所有工具零部件拆卸下来，取出试样。使用电子测微计测量直径和厚度，而得出材料体的体积。然后在数字天平上称重。来自测微计和天平的输入数值自动计录下来，分别储存在每个批次的文件中。除了这些结果外，将重量除以体积，得到密度1。为了能够继续下一个试样，需要清理加工工具，可以仅用丙酮或使用砂布擦光加工工具的表面，以去除留在工具上的材料。
为了便于确定制造的试样状态，采用了三个显示下标。显示下标1对应粉末试样，显示下标2对应于脆性试样，显示下标3对应于固体试样。
理论密度来自于制造商或根据具体材料的百分比称量所有包含的材料计算出。将获得的每个试样的密度除以它们的理论密度就获得了相对密度。
在所有试样中，密度2是采用浮力法测量的。每个试样测量了三次，获得了三个密度值。除了这些密度值外，还得到了中间密度值并用在图中。首先，确定试样的干燥重量(m0)，然后在水中测量浮力(m1)。利用m0和m2，以及水温，确定密度2。
试样尺寸在这些测试中，制成的试样为盘形，直径～30.0mm，高度在5-10mm之间。试样的高度取决于获得的相对密度。对于所有聚合物类型，如果获得了100％的相对密度，厚度应为5mm。
在压模(加工工具的一部分)中，钻有直径为30.00mm的孔，其高度为60mm。使用两个冲头(也是加工工具的一部分)。下冲头放置在压模的下部。将粉末注入压模和下冲头形成的空腔中。然后，将冲击冲头放置在压模上部，加工工具准备进行冲击。
示例1表1示出了所使用的聚合物的性能。
表1
表2示出了测试结果和测试能量范围。使用密度1确定相对密度。
表2
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，来源于Goodfellow使用了表3中规定的粉末。
表3
第一个试样仅利用117680N的轴向载荷进行一次预压实。后续的16个试样先经过次预压实，然后利用一个冲击压实。该系列的冲击能量为从150至2700Nm，冲击步长间隔为150Nm。
在上表2中示出了获得的结果。在图2-4中，对于UHMWPE，相对密度作为总冲击能量、单位质量冲击能量和冲击速度的函数示出。图5和图6中示出，对于测试的三种聚合物，相对密度作为单位质量冲击能量和总冲击能量的函数示出。从所有曲线中可以看出下面描述的现象。
在预压实和1950Nm(455Nm/g，3.34m/s)之间的所有试样的显示下标都是2。在2100Nm(636Nm/g，3.46m/s)使粉末变成了具有显示下标3的试样。
当从模具中挤出时，所有试样都保持在一起。当冲击试样编号为15、16和17的试样时，在冲击处听到不同的冲击声。加工工具中有灰烟冒出。当检查工具时，发现材料已经被挤出到冲头和压模之间。由于在压模和冲头之间有材料存在，所有很难把试样推出。这些材料包括附着在试样上的薄塑料薄膜。试样本身有不透明材料形成的区域，以及带有多油表面的塑料光亮部分。非常明显，在材料结构中有相变发生。
第一曲线段，“压实段”，对应于相对密度从77％升高到85％的试样。然后，从300(71Nm/g，1.3m/s)到1800Nm(429Nm/g，3.2m/s)相对密度保持85％不变，为“平稳段”。从1950Nm(466Nm/g，3.34m/s)开始，相对密度重新开始上升，在2700Nm(641Nm/g，3.9m/s)，达到了99.7％的相对密度。这一相对密度的重新上升称为“反应段”。
当不使用外部润滑剂时，没有材料粘附在模具表面。在第一个试样中使用了外部润滑剂(Acrawax C)，但有材料粘附在模具表面上，因此对于剩余的试样不再使用外部润滑剂。当生产显示下标为2的试样时，工具没有受到任何形式的损坏或刮伤，试样易于脱模。当材料“突变”(反应段)且材料粘在模具和冲头之间时，冲头卡住。
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，-CH2C(CH3)COOCH3-GoodfellowPMMA经常简称为丙烯酸衍生物-尽管这实际上描述了一大族化学上相关的聚合物-PMMA是一种非晶、透明且无色的热塑性材料，刚硬但脆。它具有良好耐磨性和抗UV性，以及优良的光学透明度，但抗低温性能、抗疲劳性能和耐溶剂性能差。一般地，PMMA采用挤压和注塑的方法制成。
应用包括水槽、浴槽、显示器、窗用玻璃(特别是飞机)、镜片和灯罩等。PMMA是一种非常著名的生物材料，用作整型外科中的骨接合剂和生物材料。
第一个PMMA粉末制成的试样仅利用117680N的轴向载荷进行预压实。后续的22个试样首先经过预压实，然后利用一个冲击压实。该系列的冲击能量为150至3150Nm，冲击能量步长间隔为150Nm。
在上述表2与图5和6中示出了结果。
在预压实和1350Nm(345Nm/g，2.7m/s)之间的所有试样都仍是粉末试样，对应于显示下标1。这种试样有一些松散附着的粒子，当接触时非常容易脱落。在更高能量时，颜色渐渐从糖白色变得透明。然而，可以容易地看到单个粒子。相对密度能量图开始于第一试样形成时的高能量值，然后升高不大。除了第20和第21号试样是固体外(显示下标为3)，后续的试样为单体式，但没有完全固化，显示下标为2。
密度2的曲线中示出相对密度从～60％，假定的粉末表观密度，开始上升，一直到96.4％。在1500Nm时获得了第一个整体试样，对应的冲击速度为3.2m/s，相对密度93.2％。这意味着从粉末到试样转化的冲击界限在0-1500Nm之间，对应的单位质量能量值为0-430Nm/g，冲击速度为0-3.2m/s。
在3150Nm(750Nm/g，和3.9m/s)时最高的相对密度为理论密度的96.4％。
无需在工具中使用外部润滑剂。没有材料粘附在模具表面，且即使当冲击能量值升高时，工具也没有受到任何形式的损坏或刮伤。试样容易从模具中取出。
Nitriflex的Nitriflex橡胶NP2021这种材料包括90％的丙烯腈丁二烯共聚物和10％的CaCO3。
第一个试样仅在117680N的轴向载荷下进行预压。后续的7个试样首先预压实，此后利用一个冲击压缩。该系列的冲击能量为300至2100Nm，冲击能量的步长间隔为300Nm。
在表2中示出了获得的结果，且在图5和图6中可以看出，相对密度分别作为单位质量的冲击能量和总能量的函数示出。从所有曲线中都可以看到下述现象。
所有试样的显示下标为3。
当进行最后两次冲击时，可以看到从模具中冒出很多烟。试样稍微烧成褐色。
试样都很完整，但是很难测量试样的体积，因为试样极富弹性。试样极易变形，表现出错误的直径和厚度。除侧面外，与压模接触的部分也变形。由于侧面不光滑，很难测量直径。由于这种原因，密度1有时超出100％的相对密度。
研究图5-6中的曲线，密度(密度2)超过100％。在预压实后，就已获得了100％的相对密度。一种可能的原因是，橡胶的理论密度与水类似。这可能导致错误的数值。
即使没有使用外部润滑剂，也没有材料粘结在模具表面。工具没有受到任何形式的损坏或刮伤。试样容易从模具中取出。然而，当材料部分燃烧且材料粘在模具和冲头之间时，冲头被卡住。
示例2下面描述了对UHMWPE进行的参数研究。UHMWPE是一种半晶质材料，白色，非常有效的不透明的工程热塑材料，分子量非常高。其结果是它的熔融粘度极高，一般只能采用粉末烧结的方法加工。它的韧性非常好，难切割，耐磨损，还有很好的电阻。
UHMWPE是植入物工业中的一种通用材料。最常用于与髋关节头接触的髋臼。
能量研究(C-D)使用多冲击序列进行能量研究，其中每一冲击具有1200或2400的冲击能量。
研究了两到六次冲击的序列。使用的材料是纯UHMWPE粉末。在冲击序列开始前，试样经过了静态轴向压力为117680N的预压实。在冲击序列的冲击之间的时间间隔为0.4秒或0.8秒。研究了五种不同的冲击分布序列。“低-高”，“高-低”，“阶梯上升”、“阶梯下降”和“平齐”。在“低-高”序列中，最后一次冲击序列的能量值是前面相等冲击总和的两倍。由此，“高-低”序列是最初高能量冲击的镜像序列。阶梯上升和下降序列是在序列中阶梯性地增加或减小能量值。在序列中，所有增加或减小的步长相等。“平齐”序列在执行每次冲击时能量值相同。
表4和图7-12示出了所得的结果。
表4
图7和图8分别示出了在1200和2400Nm的平齐冲击序列。每个能量值都在冲击之间的时间间隔t1＝0.4s，t2＝0.8s的条件下执行。研究图7可以清晰地看出，两条曲线互相跟随，直到5次冲击，此时对于t＝0.4s的试样相对密度升高。对于t＝0.4s的试样，5次冲击获得的密度最高，为86.2％。对于t＝0.8s的试样，3次冲击获得的密度最高，为82.7％。对于t＝0.8s的试样，增加冲击数并不能显著影响相对密度。对于2400Nm的能量值，图8，t＝0.4s，t＝0.8s的间隔序列都显示出随冲击数的增加，密度下降。两条曲线互相跟随，直到5次冲击，此时对于t＝0.8s的试样相对密度升高。然而，两条曲线中，单次冲击获得的相对密度最高，为93.6％。图8的曲线进一步确认了对于UHMWPE粉末，增加冲击次数不能获得更高的相对密度。
图9到图12示出了不同的冲击分布，划分成两个能量值1200和2400Nm，时间间隔分别是t＝0.4s和t＝0.8s。由于受到HYP机器程序为四个独立冲击设置的限制，“阶梯”序列分成二、三、四冲击序列。图9示出了总能量为1200Nm和时间间隔为0.4s的情况。通常，对于图9和图10，获得的相对密度保持稳定，且似乎不受不同冲击序列的影响，但图9中的平齐线例外。获得的最高相对密度为86.2％。
从图11和图12中可以看出随着冲击次数的增加，密度下降。对于2400Nm，t＝0.8s的情况，“平齐”线是不规则的。以2400Nm的单次冲击获得的最高相对密度为93.6％。
所有曲线都只有5个测试点。平齐线的涨落起伏应归咎于测量误差。
从结果中可以清晰地看出趋势，在所述测试系列中，冲击数增加或冲击中能量值的变化并没有提高聚合物粉末的相对密度。
即使相对密度并没有提高，但研究单次冲击冲击的试样和多次冲击的试样的显微结构和机械性能差异还是令人关注趣的。没有任何试样是完全可塑，这表示应提高总能量值，以获得聚合物的更有代表性的曲线。
重量研究(A)在这项研究中，冲击能量为300Nm至3000Nm，冲击能量步长为300Nm。惟一变化的参数是试样的重量。它反映了不同的单位质量的冲击能量。
使用HYP 35-18冲击试验机将UHMWPE粉末压制成三种不同重量的三个系列的试样2.1，4.2，8.4和12.6g。4.2g的试样系列是在用于UHMWPE的示例1中描述的系列。2.1g，8.4g和12.6g的试样对应于4.2g试样的重量的一半、两倍和三倍。所述系列利用一次冲击完成。4.2g的试样系列以150Nm的步长从预压实一直升高到最大3000Nm。一半重量和两倍重量的系列以300Nm的增加能量步长完成，两倍重量系列的能量值范围从300到最大3000Nm，一半重量系列的能量值范围从300到最大1800Nm。所有试样在冲击开始前都进行了预压实。对于一半重量系列，最大能量的限制是因为使用的压模强度不能超出大约1800Nm的能量。
在表5中，将最大、最小能量和获得的密度放在一起。所述结果也在图13和图14中示出。
表5
在图13中，示出了四个测试系列的相对密度与单位质量的冲击能量的函数关系。在密度能量图中，小质量的曲线转移到右侧或高能区。对于低质量的试样，还可以看出朝低密度的移动。这表明在给定的单位质量能量下，当增大试样的质量时，可以获得较高的密度。因此，在较低的单位质量冲击能量下，较重的试样获得的密度最大。在表5中，给出了获得的最大相对密度。在4.2g，8.4g，和12.6g的三个质量系列中，当曲线达到最大时，最大相对密度的差异很小，不能推断哪一个系列获得的密度更高。然而，结果表明，在给定的单位质量能量下，当提高试样的质量时，可以获得较高的密度。结果还表明，对于质量较高的试样，所述方法需要的单位质量能量比质量较小的试样低。
研究单个密度—能量图，可以将其划分为三个阶段。阶段1可以表示为压实阶段，阶段2可以表示为平稳阶段，阶段3可以表示为反应阶段。在压实阶段，密度—能量曲线与初始高压实率呈对数关系。当能量提高时，斜率下降，最终，曲线进入平稳阶段。平稳阶段的特点是有恒定的倾角和恒定的密度。在某一能量值，密度重新开始增长。这部分曲线是非线性的，导数值从正值开始增大。最终，曲线的导数开始下降，曲线渐渐接近相对密度100％。试样的阶段1和阶段2的特点是不透明且脆性大。进入阶段3，试样的特性开始改变。产生了新的材料相，首先出现在外表面和顶端和底端的端面上。这种材料相的特点是硬、透明且具有塑性的多油表面的感觉。对于质量较小的试样，反应不是逐渐发生的，而是相当直接。阶段3的过程有些显著，可以被描述为小型爆炸。紧随冲击之后，可以观察到从试样中有白烟冒出，材料从冲头和压模之间挤出。而且，当在一次测试时，证明在反应阶段的压力非常大，压模裂开。在较低的单位质量能量值下，重量较大的试样证明压实较快，且材料相的反应变化是逐渐进行的，而不是象质量较小的试样那样直接。12.6g的试样系列测试受限，是由于工具中粉末柱高的限制造成的。插入距离小于推荐距离30mm(冲头直径)。因此，在冲击能量为2100Nm时停止了，以避免引起加工工具故障。在8.4g的试样中，密度上的两个大的倾角是由于试样没有保持在一起，以粉末形式出来。
因此，对于给定的单位质量能量，当提高试样的质量时，获得更高的密度，当能量超出一定数值，密度能量曲线的斜率增加。
速度研究(B)使用HYP 35-18，HYP 36-60和高速冲击试验机压制UHMWPE粉末。对于高速冲击试验机，可以变化冲击锤的重量，使用的冲击锤的质量有5种7.5，11.8，14.0，17.5和20.6kg。HYP 35-60使用的冲击锤的质量为1200kg，HYP 35-18使用的冲击锤的质量为350kg。试样的重量是4.2g。使用HYP 35-18获得的试样系列描述为“材料类型报告UHMWPE”。所有试样都用一次冲击制成。所述系列试样的能量从预压实变化到最大3000Nm，能量增长步长为300Nm。在冲击开始前，所有的试样都经过预压实。HYP35-18使用的预压实压力为135kN，HYP35-60使用的预压实压力为260kN，高速试验机使用的预压实压力为18kN。对于最高的能量值3000Nm，HYP35-60使用7kg的冲击锤获得的最高冲击速度为28.3m/s，使用1200kg的冲击锤获得最低冲击速度为2.2m/s。
在图15中，绘出了七个测试系列的相对密度与单位冲击质量能量的函数关系。表6给出了获得的最大相对密度。图16示出相对密度是总能量的函数，图17示出相对密度是冲击速度的函数。结果表明，当提高冲击锤的质量，或等价于在给定的单位质量能量值下降低冲击速度，可以获得较高的密度。当能量提高时，这一效果变差。
预压实的相对密度在很大程度上取决于静压力。对于7.5到20.6kg的冲击锤，以及350kg，1200kg的冲击锤时，预压实的试样并没有转化成固体材料体，而是变成了易碎的脆性材料体，在这里，描述为显示下标2。使用18kN的预压实压力制成的试样相对密度为72.1％。对于135kN和260kN的预压实压力，制成试样的相对密度分别提高到76.7％和78.8％。这些结果表明了预压实对材料总压实结果的重要性。在约300-1200Nm的低冲击能量下，使用不同的冲击锤或不同的冲击速度，制成的试样密度变化很小，参见图15和图16。在较高能量时，曲线开始分离。在较低的能量下，高重量冲击锤的曲线，即350和1200kg，比低冲击重量的曲线密度增加快。结果，在同样的能量值，较低的冲击速度比较高的冲击速度获得的密度高。
图18示出了在三个不同的总冲击能量值，3000，1800和1200Nm，相对密度与冲击能量的关系。从图中可以看出，相对密度随着冲击速度的提高，或等价于冲击锤重量的提高而降低。
表6
研究密度-能量曲线，可以得出结论，在较高的冲击力作用下，可以获得较高的密度。然而，观察在同一台试验机中，同样的预压实压力，使用质量分别为7.5，11.8，14.0，17.5和20.6kg的冲击锤获得的曲线，结果是在同样的能量值条件下，较低的冲击速度获得的密度较高。7.5kg的冲击锤出现的异常结果，可能是由于速度提高时，摩擦损失也增加了。
结论熔化温度似乎对材料的致密程度没有影响。UHMWPE和PMMA的熔化温度几乎相同，但曲线并未重合。PMMA的密度较低的原因可能是显微结构的差异。在特定的能量值时，链型结构、化学成分、结晶程度和结晶构造是影响致密程度的参数。
由于传递的能量，导致局部温度升高，使得粒子软化、变形，粒子表面熔化。这种粒子间的熔化能使粒子重新凝固结合在一起，而可以获得致密的材料。
而且，材料的硬度影响结果。越软的材料，粒子的软化变形越大。这使得粒子在粒子间熔化开始前就已经很好地软化变形。
另一种提高相对密度的预处理方法是将粉末或粉末和工具一起预热。两种热塑性材料都可以预热以获得更高的密度，但是预热温度应远低于熔化温度。排出粉末中含有的空气也可以提高材料的密度。这可以通过在真空室中执行所述工艺而实现。
除了上述提到的熔化温度和硬度以外，另外一个影响压实结果的关键参数是粒子尺寸、粒子的尺寸分布和粒子的形状。根据前面的试验，在阶段1，不规则的粒子形状，得到的结果比球形粒子更好。粒子间熔化发生在不规则的粒子测试中，但在球形粒子的测试中没有发生这种情况。当不规则的粒子相互接触时，或被压到一起时，相互之间的接触面比球形粒子的接触面大得多。大接触面积可以使粒子在工艺过程中易于熔化，根据这一理论，仅需要将较低的冲击能量传递给粉末。
如果使用大粒子，在粒子之间存在着比小粒子更大的空间。这难以获得致密且良好压实的试样。与小粒子相比，使用大粒子的优点是，较大粒子的总表面积比使用小粒子的小。大的总表面使表面能高，相应地要获得期望的结果需要更高的冲击能量。另一方面，小粒子更容易达到较高的压实率，因为小粒子之间的空间小于大粒子之间的空间。
粒子尺寸分布可以较宽。小粒子可以填充大粒子之间的空间。
使用多次冲击以获得较高的总冲击能量似乎并不有益。对于冲击速度可以得出同样的现象。根据D(能量研究)，最好的结果是在仅一次冲击后获得的。如果使用一次以上的冲击，那么在冲击之间会存在时间间隔。冲击之间的最佳时间间隔应根据情况确定。
根据使用的冲击单元不同，在预压实工艺后获得的相对密度是不同的。根据B(速度研究)，根据使用的冲击单元，获得的相对密度有～35％的差异。与大质量的冲击单元相比，质量小的小冲击单元在预压实工艺后得到较低的相对密度。但是，使用较高的最大冲击速度(低的冲击单元重量)，相对密度的增加更大。使用最低的最大冲击速度将预压实试样的相对密度增加了25％，直到最大相对密度的试样。冲击单元使用最高的最大冲击速度将相对密度提高了～60％。最佳方案是使用较低的最大冲击速度的冲击单元(重冲击单元)预压实粉末。然后使用较高的最大冲击速度的冲击单元(小冲击单元)。
本发明涉及一种新方法，该方法包含预压实，在有些情况下，还包括后压实和二者之间的至少一次对材料的冲击。已经证明新方法提供了非常好的结果，是一种在现有技术改进的工艺。
本发明并不仅限于上述实施例和示例。本发明的工艺的优点是不要求使用添加剂。然而，可能在有些实施例中使用添加剂是有益的。同样，通常不必使用真空或惰性气氛，以避免被压缩材料体的氧化。然而，有些材料可能需要真空或惰性气氛，以生产纯度极高或高密度的材料体。因此，尽管根据本发明不需要使用添加剂、真空或惰性气氛，但是并不排除对它们的使用。本方法的其他改进和本发明的产品也可在下述权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于通过聚结生产聚合物体的方法，其特征在于该方法包含步骤a)在预压模具中填充粉末、丸、粒子等形式的聚合物材料，b)将所述材料预压实至少一次，c)通过至少一次冲击压缩压模内的所述材料，其中当冲击压模内的材料时冲击单元发出足够的动能以形成所述聚合物体，致使所述材料聚结。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于预压模和压模是同一模具。
3.如前述任一权利要求所述的用于生产UHMWPE体的方法，其特征在于所述材料用至少约0.25×108N/m2的压力，在空气中和室温下进行预压。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述材料利用至少约0.6×108N/m2的压力预压。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述方法包含对所述材料至少预压两次。
6.一种用于通过聚结生产聚合物体的方法，其特征在于所述方法包含通过至少一次冲击压缩压模内固态聚合物体形式的材料，其中冲击单元发出足够的能量，致使所述物体中的材料聚结。
7.如权利要求1-5或6任一所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在空气中和室温下、在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少100Nm的总能量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少300Nm的总能量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少600Nm的总能量。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少1000Nm的总能量。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少2000Nm的总能量。
12.如权利要求1-5或6任一所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在空气中和室温下、在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少5Nm/g的单位质量能量。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少20Nm/g的单位质量能量。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少100Nm/g的单位质量能量。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少250Nm/g的单位质量能量。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述压缩冲击发出相当于在具有7cm2的冲击面积的圆柱形工具上至少450Nm/g的单位质量能量。
17.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述聚合物压缩到至少70％的相对密度，可取的是75％。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述聚合物压缩到至少80％的相对密度，可取的是85％。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述聚合物压缩到至少90％至100％的相对密度。
20.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述方法包含在压缩步骤之后的后压实材料的步骤。
21.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述聚合物是从包含弹性体、热塑性塑料、热塑性弹性体和热固性聚合物的组中选取的。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于所述聚合物是从包含聚烯烃、聚酯和合成橡胶的组中选取的。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于所述聚合物是从包含UHMWPE、PMMA和腈橡胶的组中选取的。
24.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所生产的物体是医用植入物，比如骨骼或牙齿假体。
25.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述方法包含在压缩或后压实之后任何时候进行的后加热和/或烧结所述物体的步骤。
26.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所生产的物体是料坯。
27.如权利要求27所述的用于生产物体的方法，其特征在于所述方法还包含烧结所述料坯的步骤。
28.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述材料是医用材料。
29.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于所述材料包含润滑剂和/或烧结助剂。
30.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述方法还包含使所述物体变形的步骤。
31.一种通过前述权利要求1-30任一所述的方法生产的产品。
32.如权利要求31所述的产品，其特征在于是医用器材或器械。
33.如权利要求31所述的产品，其特征在于是非医用器材。
全文摘要
一种用于通过聚结生产聚合物体的方法，其特征在于该方法包含步骤a)在预压模具中填充粉末、丸、粒子等形式的聚合物材料，b)将所述材料预压实至少一次，c)通过至少一次冲击压缩压模内的所述材料，其中当冲击位于压模内的材料时冲击单元发出足够的动能，致使所述材料聚结。一种用于通过聚结生产聚合物体的方法，其特征在于所述方法包含通过至少一次冲击对压模内固态聚合物体形式的材料压缩，其中冲击单元发出足够的能量，致使所述物体中的材料聚结。通过本发明的方法获得的产品。
文档编号B29C43/14GK1462214SQ0181605
公开日2003年12月17日 申请日期2001年7月25日 优先权日2000年7月25日
发明者肯特·奥尔森, 李建国 申请人:Ck管理股份公司