[发明专利]用于传递力和运动的低磨损机械部件的复合材料

说明书

本发明涉及一种复合材料，其由至少三种组分组成，基材材料、第一纤维性增强材料和第二增强材料，其中所述第一纤维性增强材料具有比所述第二增强材料更低的热膨胀系数，并且其中所述第二增强材料具有比第一增强材料更低的电导率，其中该复合材料用于传递力和运动的部件中，特别是与超纯水接触的传递力和运动的部件。

技术领域

本发明涉及用于传递力和运动的机械部件的复合材料。本发明还涉及包含本发明的复合材料的传递力和运动的机械部件。本发明进一步涉及具有至少一个由本发明的复合材料构成的齿轮的齿轮泵。本发明同样涉及本发明的复合材料在医疗泵送应用中悬浮在液体中的机械部件中的用途。

背景技术

本发明涉及复合材料领域。复合材料用于传递力和运动的机械部件。由塑料和增强材料制成的复合材料尤其用于为所得的机械部件提供更高的强度、更高的耐磨性、更轻的重量以及进一步改善的性能。传递力和运动的机械部件例如用于齿轮泵中，尤其是齿轮形式。

齿轮泵用于医疗技术中，特别是在透析机中，用于泵送治疗液。因此，这涉及在透析治疗中所用的用于泵送流体的泵，或者涉及用于对透析中所用的流体进行脱气的脱气泵。

透析机包含液压回路，其基本上确保了透析液的产生、输送和供应。在某些应用中，由此在透析机中由提供的透析浓缩液和超纯水产生透析液。因此，超纯水与透析浓缩液在混合室中混合，并转化为即用型透析液。其中生产透析液所必需的是超纯水的脱气和泵送。这些过程通常通过用于该目的的齿轮泵来实现。此外，该透析机还包含泵送设备，利用该泵送设备将透析液泵送到透析过滤器中并且可用于体外血液净化。因此，在体外血液净化中，从患者抽取的血液通过导管经由血液泵装置被泵送到透析过滤器，并且在那里与经由半透膜同样被泵送到透析过滤器的透析液一起进行质量传递，从而实现血液净化。在完成此类透析治疗后，有必要在卫生上对透析机的液压回路进行消毒。因此，液压回路在约85℃的升高温度下用超纯水和消毒剂进行冲洗程序。氧化剂尤其用作消毒剂，以便对液压回路进行净化。

因此，提供了用于透析机的液压回路中的齿轮泵，以分别泵送透析液、超纯水、氧化性消毒剂以及液-气混合物，或者仅泵送空气用于脱气目的。这些齿轮泵的最大泵送作用尤其适用于泵送透析液。另外，提供了在升高的温度下也执行泵送程序的这种齿轮泵，例如在透析机的热消毒期间，例如在85℃或更高，例如最高90℃或95℃。

构造已知并用于生产透析液的齿轮泵，使得齿轮在泵运行期间浮浸在待泵送的流体中。齿轮因此例如被安装在不锈钢壳体中并且可以通过旋转的磁耦合器来驱动。齿轮由复合材料制成，所述复合材料由聚合物基材以及增强材料组成，齿轮通常用于透析机中的齿轮泵。用于齿轮泵的由聚醚醚酮(PEEK)和碳纤维的复合材料组成的齿轮是已知的。与仅使用PEEK相比，使用碳纤维增强PEEK由此可以实现复合材料更高的强度和更低的热膨胀。在具有浮动齿轮的泵的情况下，特别需要用增强材料来增强基材，因为在这种情况下，齿轮本身承受了全部轴承载荷，因此承受非常高的机械应力。因此，复合材料需要高的机械强度，以便能够在持续的基础上在要泵送的流体中建立所需的压力。

出于卫生原因，在透析液的生产中使用了具有尽可能高纯度的超纯水。具有10^-4S/m及更低的电导率的超纯水优选用于生产透析液。因此，低电导率被视为超纯水的高纯度的度量。但是，超纯水的高纯度对包含已知复合材料的齿轮泵会产生不利影响。已经表明，由于超纯水的低电导率，含有高电导率的增强材料(例如碳纤维)的复合材料在与超纯水接触时表现出高磨损。因此，由所述复合材料制成的这些齿轮在运行中的稳定性显著降低。特别地，由此也需要应对来自磨蚀颗粒的流体污染，这可能在透析治疗或热清洁过程中导致严重问题。

基于无机材料的低电导率的增强材料是已知的。然而，这些无机材料表现出较高的热膨胀。高的热膨胀同样导致传递力和运动的机械部件的磨损增加。因此，具有聚合物基材和无机增强材料的相应复合材料同样不适合在升高的温度下应用。特别地，由这种复合材料制成的透析机的齿轮泵中的齿轮在没有高材料磨损的情况下就不能承受热清洁操作。