[发明专利]一种自增强仿生材料及其制造方法

说明书

技术领域

    本发明涉及医疗材料技术，具体来说是一种自增强仿生材料及其制造方法。 

背景技术

聚乳酸聚和聚羟基乙酸等性能安全、可降解的生物材料，现已在人体组织工程、体内缝合线、外科用骨科材料等医学领域的得以广泛应用。聚乳酸可在体内降解并随代谢产物排出，从而使患者免除二次手术的痛苦，在体内应用具有不可替代的优点。然而，聚乳酸在替代金属材料的应用时，存在初始机械强度低、韧性差等缺陷。 

采用自增强技术可有效提高材料的强度和韧性，有望在医学领域材料解决可降解高分子材料初始强度低和韧性不佳的问题。自增强技术是通过改变聚合物的聚集态结构，使大分子沿应力方向有序排列，在化学键能一定的情况下有效提高材料的宏观强度，同时通过分子链的有序排列提高结晶度，从而达到进一步提高材料强度的目的。 

与传统的玻纤增强材料相比，自增强材料的增强相和基体的化学组成完全相同，充分利用了材料内部的潜力，而且不存在增强相与基体在化学结构上的界面结合问题，从而制得综合性能更加优异的新型材料。由于玻纤和炭纤维等增强材料不可降解，对于在人体内部使用的、要求可降解生物医用材料，自增强技术的应用具有重要意义。 

目前，生物医用材料的自增强工艺主要有以下几种：熔融共挤、纤维集束模压、熔融浸渍、溶液浸渍和固态挤出等，其中纤维集束模压是目前比较成熟的技术。 

纤维集束模压成型可采用不同的加工方法： (1) 将高聚物熔体与同种材料的纤维混合，熔体－纤维混合物在模具中快速冷却成型；(2) 将聚合物纤维在模具中平行排列，一定压力下加热使其表面熔化而粘合，再冷却成型；(3) 将磨细的聚合物粉末与纤维混合，一定压力下加热使粉末熔化而纤维只表面熔化，内部取向不变，再冷却成型。 

采用纤束模压技术制备自增强材料的关键在于基体熔融后充分包覆增强相并保持增强相纤维形态完好。一般情况下要求基体树脂和纤维相两者熔融温度差异大尽可能大，实际的加工窗口非常窄，加工高温高压边界对于改善二者的结合力有利，然而有损结构的取向，材料性能变差；低温低压有力于保持良好的取向结构，然而可能引起纤维之间或纤维于基体之间的结合力不足，存在基体熔融需要高温而增强相形态保持要求低温的矛盾。 

固体挤出的强制冷拉存在加工窗口窄、生产效率低和性能波动大等不足。间歇式生产不仅难以满足大批量生产的需求，产品性能的稳定也难以保证，无法满足人体体内使用材料的高品质、性能稳定要求。 

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，应用超声波瞬间发热、强度可控的界面作用机理，解决基体和增强相熔融温度差异较小情形下的熔融和纤维形态保持难题，通过构造纤维分布梯度制备一种仿竹结构高强度、高韧性的生物可降解自增强仿生材料。 

本发明另一目的在于提供一种自增强仿生材料的制造方法。 

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种自增强仿生材料，包括由高分子量、高结晶度的生物可降解聚物A制备的增强相、由分子量和结晶度都低于所述生物可降解聚物A的生物可降解聚物B制备的基体树脂相；其中，增强相和基体树脂相通过引导模具进行堆叠，增强相堆叠的质量百分比30～90％，基体树脂相堆叠的质量百分比5～60％。 

所述生物可降解聚物A制备的增强相为生物可降解聚物纤维或无纺布；所述高分子量、高结晶度的生物可降解聚物A为聚羟基乙酸、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚β- 羟基丁酸或聚二氧六环中的一种。 

所述生物可降解聚物B制备的基体树脂相为生物可降解聚物薄膜、无纺布或纤维；所述生物可降解聚物B为聚羟基乙酸、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚β- 羟基丁酸或聚二氧六环中的一种。 

所述增强相的数均分子量≥3000、结晶度≥50％。 

所述基体树脂相结晶度≤50％。 

优选的，所述增强相的数均分子量≥5000、结晶度≥60％，基体树脂相结晶度≤40％，增强相堆叠的质量百分比50～90％，基体树脂相堆叠的质量百分比10～50％。 

一种自增强仿生材料的制造方法，包括以下步骤： 

（1）、由高分子量、高结晶度的生物可降解聚物A制备增强相；

（2）、由分子量和结晶度都低于步骤（1）中生物可降解聚物A的生物可降解聚物B制备的基体树脂相；

（3）、取增强相质量百分比30～90％，基体树脂相质量百分比5～60％的混合物，混合物放入引导模具中进行堆叠；

（4）、堆叠完成后进行模压成型或超声波连续复合。