[发明专利]一种人工关节用可熔体加工的超高分子量聚乙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料领域，涉及一种人工关节用可熔体加工超高分子量聚乙烯复合材料。 

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有优异的机械性能、抗冲击性、耐磨损性、耐疲劳性以及生物相容性，已成功的应用于人工关节替代材料领域（Kurtz,S.M.et al.Biomaterials1999,20(18),1659-1688.）。但是，由于其相对分子质量极高（200～600万g/mol），熔体粘度极大，UHMWPE的成型加工是一个非常大的难题。到目前为止，加工这种生物材料的方法主要局限于压制成型和柱塞式挤出，特别是压制成型（Kurtz,S.M.et al.The UHMWPE handbook.AccessOnline via Elsevier:2004）。压制成型要求UHMWPE在高温高压下停留很长时间（200℃以上，至少2h），高温长时间停留会增加UHMWPE分子链断裂的几率，使材料更加容易氧化变脆，并且，氧化变脆过程中残存的自由基会引起病人的一些免疫反应。除此之外，由于UHMWPE分子链间的扩散能力很差，压制成型很难较好的消除其粉料颗粒间的界面，从而不可避免的会使成型制品中存在一些结构缺陷（Muratoglu,O.K.et al.Biomaterials1999,20(16),1463-1470）。这些结构缺陷会导致制品表面出现裂纹，裂纹的扩展又会加速关节替代材料的表面磨损，最终导致关节材料的提前失效，并且，这些缺陷还会 成为应力集中点，极大的损坏关节替代材料的力学性能。 

与压制成型不同，常规的熔体加工，例如双螺杆挤出和注塑成型，具有高强的混合应力场，能够使高分子材料在相对较低的温度和相对较短的时间内塑化成型，避免了上面所提到的这些缺点。但是，常规熔体加工要求聚合物有比较低的熔体粘度。UHMWPE显然达到不到这个要求，因此不可能采用这些常规的熔体加工方法成型。为了解决这一问题，可以通过添加外部润滑剂（Smith,P.;Lemstra.et al.Journal of Materials Science1980,15(2),505-514），或者将其与一些粘度较小的高分子，如聚丙烯、聚乙二醇等共混来实现（Lee,E.M et al.Polymers for Advanced Technologies2009,20(12),1121-1126;Xie,M.et al.European polymer journal2007,43(8),3480-3487.）。然而，这些方法会带来生物相容性差和界面相容性差的问题。 

值得注意的是，高密度聚乙烯（HDPE）具有和UHMWPE完全相同的化学结构和晶体结构，同时具有较好的生物相容性，因此在前期的工作中（Xu,L.et al.ACS applied materials&interfaces2012,4(3),1521-1529;Huang,Y.-F.et al.J.Mater.Chem.B2013,DOI:10.1039/C3TB21231A），我们将UHMWPE和HDPE共混能来改善UHMWPE的加工性能，在可以振动剪切注塑成型的前提下，UHMWPE的重量百分数最高只能达到40%～50%。如此低含量的UHMWPE不能充分发挥其本身优异性能，如耐磨损性。因此，我们应该尽量提高UHMWPE在UHMWPE/HDPE共混物中的相对含量，但是，这必然会带来难以熔体加工的问题。 

发明内容

本发明的目的是获得UHMWPE相对含量在UHMWPE/HDPE复合材料中尽量高的复合材料，以便维持UHMWPE本身的优异性能，同时保证UHMWPE/HDPE的可熔体加工性；在内部形成了大量的取向片晶以及串晶（shish-kebab）结构，具有优异的力学性能，冲击性能和耐磨损性能。 

本发明用于实现上述目的的技术方案如下： 

一种人工关节用可熔体加工的超高分子量聚乙烯复合材料,所述UHMWPE占所述UHMWPE/HDPE共混物质量百分数的40%～90%。 

所述超高分子量聚乙烯复合材料是采用如下步骤制备的：