CN102580159A - 一种自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼的制备工艺，属于人造髋关节臼。髋臼选用医用超高分子量聚乙烯粉末为基础材料，并按一定方式复合添加高强高模UHMWPE长纤维，将混合料用模具加温加压制备出UHMWPE颗粒纤维复合材料的髋关节臼，最终得到超低磨损、低生物反应的超高分子量聚乙烯髋关节臼。优点：1、髋臼结晶度和熔点增加，晶面间距减小，增大了关节臼的强度；2、球压硬度和抗蠕变性能均得到提升；3、表面抗划伤性能提高；4、表面对关节滑液的润湿角减小，关节使用时润滑性能增加；5、抗磨损性能显著提升。6、髋臼磨屑尺寸增大，多为片状磨屑，降低其生物反应，减少了关节无菌性松动的几率。
Description
技术领域
本发明涉及一种人造髋关节臼的制备工艺，特别是一种自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼的制备工艺。
背景技术：
医用超高分子量聚乙烯（英文名称缩写：UHMWPE）是目前广泛采用的髋关节臼材料，它与金属髋关节头的摩擦系数接近人体髋关节的磨擦系数，其配副方式最为广泛。纯超高分子量聚乙烯髋关节臼一般经过热压成型或由棒材精车成型制备而成，它具有良好的生物相容性、化学稳定性、抗冲击性、耐磨性及耐腐蚀性，是较为理想的医用高分子材料。然而，在长期的应用过程中，超高分子量聚乙烯因其蠕变、磨损以及磨屑积聚，易引起人体骨质溶解，发生无菌松动，从而加重了患者的痛苦，降低了人工关节的使用寿命。
发明内容：
本发明的目的是要克服已有技术的不足，提供一种既耐磨又稳定、超低磨损、低生物反应的自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼的制备工艺。
本发明的目的是这样实现的：该人造髋关节臼的制备工艺包括：超高分子量聚乙烯粉末处理工艺、混合粉料制作工艺和成型工艺，具体工艺过程如下：
超高分子量聚乙烯粉末处理工艺：选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基础材料，粒度范围为4.3~200μm，将超高分子量聚乙烯粉末在100℃温度环境下干燥12小时，去除超高分子量聚乙烯粉末中的水分；选用高强高模超高分子量聚乙烯纤维为增强体材料，采用常用的纤维生产方法凝胶纺丝法生产，纤维直径在30μm左右，长度3-5mm，密度0.97 g/cm3，并与超高分子量聚乙烯粉末按质量比1:1混合；
混合粉料制作工艺：将质量百分比为50%±2%的超高分子量聚乙烯粉末，质量百分比为50%±2%的高强高模超高分子量聚乙烯纤维进行球磨混合12小时，形成均匀混合物；
成型工艺：取100克～105克混合物加入设计好的髋关节臼模具中，并将模具放入加热炉中，将加热炉抽真空至10-3Pa，常温下以10Mpa的压力预压，然后在15Mpa的压力下加热到200℃，并在200℃下保温至混合体完全熔融；随后，以20Mpa的压力保压至模具温度降至室温，即制备出自增强UHMWPE复合材料的髋关节臼。
有益效果：由于采用了上述方案，选用医药级超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末为基础材料，并对其复合高强高模超高分子量聚乙烯纤维，充分利用了高强高模超高分子量聚乙烯的优良品质，及超高分子量聚乙烯本身良好的生物相容性。另外，该关节臼磨损后得到的磨屑尺寸偏离了人体巨噬细胞所能够吞噬的尺寸范围，降低了材料的生物反应，最终得到耐磨又稳定的超低磨损、低生物反应的自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼。实验表明，本发明制备的髋关节臼的磨损率约为1.886×10-7 mg·m-1N-1，普通UHMWPE髋关节臼的磨损率为225.999×10-7 mg·m-1N-1，是普通UHMWPE髋关节臼的磨损率的一百二十分之一。由此可见，自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼的耐磨性有了大幅度提高。另外，自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼可以有效地控制磨屑的尺寸，减少了磨屑数量，降低由磨屑而引起细胞不良反应的程度，对于提高人工髋关节臼的可靠性和稳定性具有重要的意义。本发明具有以下优点：
1、髋臼结晶度和熔点增加，晶面间距减小，增大了关节臼的强度；
2、髋臼球压硬度和抗蠕变性能均得到提升；
3、髋臼表面抗划伤性能提高；
4、髋臼表面对关节滑液的润湿角减小，关节使用时润滑性能增加；
5、髋臼抗磨损性能有显著提升；
6、髋臼磨屑尺寸增大，多为片状磨屑，降低其生物反应，减少了关节无菌性松动的几率。
具体实施方式：
实施例1：该人造髋关节臼的制备工艺包括：超高分子量聚乙烯粉末处理工艺、混合粉料制作工艺和成型工艺，具体工艺过程如下：
超高分子量聚乙烯粉末处理工艺：选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基础材料，粒度范围为4.3~200μm，将超高分子量聚乙烯粉末在100℃温度环境下干燥12小时，去除超高分子量聚乙烯粉末中的水分；选用高强高模超高分子量聚乙烯纤维为增强体材料，超高分子量聚乙烯长纤维是用分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维，采用常用的纤维生产方法凝胶纺丝法生产，纤维直径在30μm左右，长度3-5mm，密度0.97 g/cm3，并与超高分子量聚乙烯粉末按质量比1:1混合；
混合粉料制作工艺：将质量百分比为50%±2%的超高分子量聚乙烯粉末，质量百分比为50%±2%的高强高模超高分子量聚乙烯纤维进行球磨混合12小时，形成均匀混合物；
成型工艺：取100克～105克混合物加入设计好的髋关节臼模具中，并将模具放入加热炉中，将加热炉抽真空至10-3Pa，常温下以10Mpa的压力预压，然后在15Mpa的压力下加热到200℃，并在200℃下保温至混合体完全熔融；随后，以20Mpa的压力保压至模具温度降至室温，即制备出自增强UHMWPE复合材料的髋关节臼。
本发明选用医药级超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末为基础材料，并对其复合高强高模超高分子量聚乙烯纤维，充分利用了高强高模超高分子量聚乙烯的优良品质，及超高分子量聚乙烯本身良好的生物相容性。另外，该关节臼磨损后得到的磨屑尺寸偏离了人体巨噬细胞所能够吞噬的尺寸范围，降低了材料的生物反应，最终得到耐磨又稳定的超低磨损、低生物反应的自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼。最后，将髋关节臼表面抛光，经医学消毒即得产品。
Claims (1)
1.一种自增强超高分子量聚乙烯髋关节臼的制备工艺，其特征是：该人造髋关节臼的制备工艺包括：超高分子量聚乙烯粉末处理工艺、混合粉料制作工艺和成型工艺，具体工艺过程如下：
超高分子量聚乙烯粉末处理工艺：选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基础材料，粒度范围为4.3~200μm，将超高分子量聚乙烯粉末在100℃温度环境下干燥12小时，去除超高分子量聚乙烯粉末中的水分；选用高强高模超高分子量聚乙烯纤维为增强体材料，采用常用的纤维生产方法凝胶纺丝法生产，纤维直径在30μm左右，长度3-5mm，密度0.97 g/cm3，并与超高分子量聚乙烯粉末按质量比1:1混合；
混合粉料制作工艺：将质量百分比为50%±2%的超高分子量聚乙烯粉末，质量百分比为50%±2%的高强高模超高分子量聚乙烯纤维进行球磨混合12小时，形成均匀混合物；
成型工艺：取100克～105克混合物加入设计好的髋关节臼模具中，并将模具放入加热炉中，将加热炉抽真空至10-3Pa，常温下以10Mpa的压力预压，然后在15Mpa的压力下加热到200℃，并在200℃下保温至混合体完全熔融；随后，以20Mpa的压力保压至模具温度降至室温，即制备出自增强UHMWPE复合材料的髋关节臼。
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