[发明专利]用于定制合身产品的复合材料

说明书

相关申请：本申请是2010年2月22日提交的美国申请12/710,252和2009年5月5日提交的美国申请12/436,089的部分继续申请，并根据35U.S.C.119(e)要求享有2009年2月24日提交的美国临时申请No.61/155,138的权益。

背景技术

1.公开的技术领域

本发明涉及定制成型产品领域，具体涉及用于矫形外科产品的复合材料领域。

2.相关技术说明

经常有必要将产品成型为定制的形状并使其合身。特别成问题的一个领域是在保护性和肌肉骨骼支撑性装置(例如在医学矫形外科领域、运动医学、保护性身体装备、兽医用途以及其它用途中所用的那些)的使用中。这些装置需要提供不同程度的支撑和保护，但又紧密且舒适的贴合身体。诸如以下的物品都可受益于构建技术和材料的改进：合身成型的矫形外科硬质敷料(orthopedic cast)、矫形外科支具(orthopedic brace)、运动医学中使用的支撑装置、放射治疗中使用的固定和定位装置和兽医学中使用的支撑性装置，以及保护性身体装备和其它刚性合身物品。

通常通过缠绕灌注有软树脂的玻璃纤维带来在身体上形成矫形外科硬质敷料和支具，其中所述树脂通过水而活化和硬化。它们也可由水活化的石膏和织物层形成。聚己酸内酯材料例如BSM Medical提供的Orthoplast也可用于支具。用热水将该硬质敷料和夹板材料加热到皮肤适宜的最高温度，约160华氏度。这些材料允许硬质敷料或支具在患者身体部位周围在垫料(padding)和弹性织物(stockinette)上原位成型和制得。这些现有材料处于被充分加热到1)它们具有足以在身体周围成型的可延展性和2)该材料不烫伤患者或医生的温度的时间是有限的。

硬质敷料、夹板、支具和其它产品需要成型为复杂的形状。例如，经常需要拇指人字形硬质敷料或夹板用于拇指损伤的支撑。这些难以定制成型和适合特定的使用者。它们常常分块成型，并连接到夹板或硬质敷料体，这产生较弱的支撑。合身性并不总是特别舒适，这导致顺应性问题。其它的身体损伤可能需要难以实现以及实现起来成本高昂的相对复杂的形状。

支具特别难以成型为定制的形状。支具常常需要是柔性的以允许身体部位(例如膝、踝、腕和其它可活动的身体部位)弯曲。同时，支具需要是刚性的以防止虚弱的身体部位受伤。因此，大多数现有支具是复杂的机械装置，其难以制造并且更加难以定制合身。

矫形外科产品例如硬质敷料、夹板、支具和保护性装备以及其它产品不仅难以使用常规材料成型为复杂形状，而且它们还常常无法对患者做到很好的合身。因为这些产品通常用机械机构制成，或者用例如钩和环的连接或者用粘合剂结合在一起，或者是不可模压的，所以它们不能针对患者定制成型。缺乏定制合身性导致不舒适，这影响产品的顺应性、用途和有效性。

发明内容

本发明提供了独特的复合材料，其可容易地定制成适合身体部位，成型为复杂形状，但是在室温下又具有高刚性和高强度。该扁平复合片材相对较薄，可切割成一定形状，加热以及随后缝合，形成复杂的三维形状。接着，完成的产品能够被加热并舒适地在身体上成型，从而精确地适合并支撑身体部位。

一个优选的实施方案提供一种由刚性聚合物材料中间层形成的复合材料，所述聚合物材料中间层在约200华氏度的温度下可以热成型。该层夹在高弹性延展织物材料层和/或泡沫层之间。所得复合材料可被加热直到中间层可延展，而外层提供热绝缘，进行切割、缝合和成型的稳定性，另外使得该复合材料更加耐用并同时保持温暖和柔软。

织物和泡沫层也允许被加热材料在热且可塑时容易穿过缝纫机，并提供塑料单独无法提供的接缝耐久性。这些织物层可具有延展性，这允许中间层三维模制，但是织物的弹性使柔软的被加热物保持压缩并随着其冷却和变硬而在身体上成型。另外，该弹性层提供了塑料单独不可能具有的记忆，使得在重新加热时物品回复其初始形状以再次适合身体。

在一个优选实施方案中，该复合材料也可在织物夹层之一的一侧或两侧或者替代该夹层或除此之外包括隔热泡沫层。该泡沫使得该复合材料在加热状态下能够容易处理并提供在穿戴时针对身体的保护性舒适层。由于相对低密度的泡沫在缝合时和在对身体成型时保护手和身体不受热，所以这扩展了可用的可热成型材料的温度范围。另外，隔热性能延长复合材料具有延展性的时间，因而允许有更多的时间缝合接缝以及将物品针对身体成型。