[發明專利]一種碳化硼增強聚醚醚酮基人工關節材料

有效

• 申請號: 202110636286.2
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113244452B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 張嘎;劉根;趙福燕;李貴濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: A61L27/18
• 分類號: A61L27/18;A61L27/02;A61L27/50
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本發明涉及一種碳化硼增強聚醚醚酮基人工關節材料，該材料由下述體積百分數的經干燥、機械混合、擠出造粒、注塑成型制成：聚醚醚酮樹脂80%~99.8%、碳化硼顆粒0.2%~20%。本發明所得的聚醚醚酮復合材料不但提高了聚合物對偶在人體體液環境中的摩擦學性能，而且可以抑制金屬對偶的腐蝕磨損，可以作為人工關節假體材料應用于臨床醫學領域。

技術領域

本發明涉及植入體材料技術領域，尤其涉及一種碳化硼增強聚醚醚酮基人工關節材料。

背景技術

由于全關節置換術被越來越多地應用于生活方式更積極、預期壽命更長的年輕患者，植入材料的可靠性也成為一個日益關注的問題。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）-金屬關節假體配副大量使用并在20世紀70年代中期以來占據主導地位。隨著越來越多的報道表明聚乙烯碎片是假體周圍骨溶解的主要因素，開發新型的聚合物對金屬關節假體具有重要意義。

聚醚醚酮(PEEK)是一種高性能的工程塑料，具有良好的生物相容性和機械強度，已成功應用于臨床領域。但當其與鈷合金（CoCrMo）、鈦合金（Ti6Al4V）等惰性金屬在腐蝕環境如人體體液中相對滑動時，惰性金屬表面的氧化膜會因相對運動而受損，惰性金屬會受到機械和電化學過程之間的相互作用，前者包括磨損、粘著和疲勞等經典磨損機制，后者包括陽極溶解和鈍化氧化膜的再形成。在大多數情況下，摩擦腐蝕造成的材料損失大于兩個過程獨立作用的疊加。劇烈惡化的金屬表面進一步造成聚合物對偶的大量材料損失。因此，聚醚醚酮在體液環境中的耐磨性能仍需進一步優化。

目前往往通過在聚合物基材料中添加功能性填料來改善摩擦界面的成膜狀況，來優化聚合物的摩擦學性能。但是，在體液環境中所涉及的多種成分都有可能對摩擦界面摩擦膜的形成造成影響。同時，由于水基關節潤滑介質往往會降低摩擦接觸區域閃溫，抑制聚合物材料的轉移，最終影響摩擦膜的形成，進而影響摩擦學性能。干摩擦的研究經驗往往不能成功地應用于體液環境。因此，亟需一種摩擦學性能優異的新材料，用于制作應用于人體體液環境的人工關節假體。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于人體體液環境的摩擦性能優良的碳化硼增強聚醚醚酮基人工關節材料。

為解決上述問題，本發明所述的一種碳化硼增強聚醚醚酮基人工關節材料，其特征在于：該材料由下述體積百分數的經干燥、機械混合、擠出造粒、注塑成型制成：聚醚醚酮樹脂80%~99.8%、碳化硼（B₄C）顆粒0.2%~20%。

所述聚醚醚酮樹脂是指醫用級聚醚醚酮（PEEK）樹脂粉末或粒料。

所述碳化硼（B₄C）顆粒的粒徑為20 nm~2 μm。

所述干燥的條件是指溫度為80~90℃，時間為12小時。

所述擠出造粒的條件是指采用雙螺桿擠出機進行擠壓，各區溫度為：一區溫度為370~375℃，二區溫度為380~385℃，三區溫度為390~395℃，四區溫度為400~405℃；螺桿轉速為100~900rpm。

所述注塑成型的條件是指注射模具溫度為170~200℃，注射背壓為2~4MPa，注射壓力為170~180MPa。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明采用均具有良好生物相容性的材料制得碳化硼增強聚醚醚酮基人工關節材料，該材料在體液環境摩擦過程中，暴露在摩擦界面的碳化硼會發生摩擦化學反應水解，水解產物與聚合物磨屑、金屬碎片、溶液中的鈣離子、磷酸根離子等在摩擦界面處形成了潤滑性能優異、遮蔽性強的富磷酸鈣摩擦膜，不但提高了聚合物對偶在人體體液環境中的摩擦學性能，而且可以抑制金屬對偶的腐蝕磨損。

2、本發明所得的聚醚醚酮復合材料可以作為人工關節假體材料應用于臨床醫學領域。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。