[发明专利]一种仿生人工关节材料及其制备方法

权利要求书

1.一种仿生人工关节材料，其特征在于：其是由底层和制备于底层上的表层构成的双层材料，其中底层为碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，表层为聚乙烯醇水凝胶材料，由底层构成仿生硬骨层，并由表层构成仿生软骨层；

构成表层的聚乙烯醇水凝胶材料中，聚乙烯醇的重量含量为7wt%~20wt%，水的重量含量为75%~85%，其余为乙烯基三乙氧基硅烷；

构成底层的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料中，碳纤维的重量含量为20~40%，其余为聚醚醚酮；

所述的仿生人工关节材料的制备方法包括以下步骤：

（1）、将碳纤维加入浓硝酸溶液中，要求浓硝酸溶液的体积能够完全浸没碳纤维，然后在常温下搅拌27~32分钟直至碳纤维完全分散在浓硝酸溶液中；接着将碳纤维完全分散的浓硝酸溶液加热至50~70℃后，保持50~70度同时搅拌0.5~1小时；最后将浓硝酸溶液分离得到改性碳纤维，并对改性碳纤维进行清洗后干燥待用；

（2）、称取聚醚醚酮粉体，聚醚醚酮粉体的用量与步骤（1）得到的改性碳纤维的重量比例关系为4:1~3:2，将聚醚醚酮粉体与改性碳纤维搅拌混合，得到改性碳纤维与聚醚醚酮混合粉体；随后将混合粉体注入热压成型模具中；

（3）、将步骤（2）中的热压成型模具置于真空热压烧结炉中进行热压成型，热压温度为350~400℃，压力保持在15~20MPa，保压时间为20~30min；然后使热压成型模具降温，热压成型模具内的混合粉体随模具降温至100℃时，将混合粉体脱模后冷却至室温，得到碳纤维增强聚醚醚酮复合材料；

（4）、将步骤（3）得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料浸入浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在50℃~80℃温度下处理5~20分钟，使碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面形成均匀的微孔结构，同时碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面活化；

（5）、称取乙烯基三乙氧基硅烷和聚乙烯醇，乙烯基三乙氧基硅烷和聚乙烯醇的质量百分比为1:9~3:7，将乙烯基三乙氧基硅烷和聚乙烯醇加入去离子水中，然后将去离子水加热至80~90℃使乙烯基三乙氧基硅烷和聚乙烯醇完全溶解，加热的同时对去离子水进行搅拌，得到均匀分散的乳白色溶液后停止加热但不停止搅拌，直至自然冷却至室温时停止搅拌，得到乙烯基三乙氧基硅烷/聚乙烯醇乳液；

（6）、将步骤（4）处理得到的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料置入成型模具中，随后在碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面加入步骤（5）得到的乙烯基三乙氧基硅烷/聚乙烯醇乳液，再将放有碳纤维增强聚醚醚酮复合材料、乙烯基三乙氧基硅烷/聚乙烯醇乳液的成型模具放入紫外辐照箱内进行紫外辐照接枝得到样品；然后将内有样品的成型模具在55~65℃温度下水浴33~37h，水浴时每隔12h换一次55~65℃温度的水，以排除未反应的杂质；水浴结束后将样品从成型模具中脱模，然后用蒸馏水清洗样品，最后使样品干燥后待用；

（7）、将步骤（6）中得到的样品置入高温水蒸汽中，待高温水蒸气使固化凝胶吸水溶胀表面受热呈黏流态时，将质量浓度为10%~20%的聚乙烯醇溶液注入样品表面，随后将成型模具密封后进行多次冷冻-解冻循环，即在成型模具内得到仿生人工关节材料。

2.根据权利要求1所述的一种仿生人工关节材料，其特征在于：步骤（4）中，浓硫酸和浓硝酸的体积比例是1:1~3:1v/v%；其中浓硫酸的浓度为98wt%，浓硝酸的浓度为65wt%。

3.根据权利要求1所述的一种仿生人工关节材料，其特征在于：步骤（5）中，称取的乙烯基三乙氧基硅烷的质量浓度为1~7wt%，称取的聚乙烯醇的质量浓度为5~10wt%，最终得到的乙烯基三乙氧基硅烷/聚乙烯醇乳液中，以去离子水加热形成的蒸馏水作为溶剂。

4.根据权利要求1所述的一种仿生人工关节材料，其特征在于：步骤（6）中，在碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面加入乙烯基三乙氧基硅烷/聚乙烯醇乳液时，使乙烯基三乙氧基硅烷/聚乙烯醇乳液高度为100~500μm。

5.根据权利要求1所述的一种仿生人工关节材料，其特征在于：步骤（6）中紫外辐照接枝时，紫外光功率为500~1000W，辐照时间为30min~60min。