[发明专利]连续纤维增强复合材料的制备方法、连续纤维增强复合材料及医疗器械产品

说明书

本发明涉及连续纤维增强复合材料的制备方法，包括：预聚体合成步骤，使甲基丙烯酸甲酯、N‑乙烯基吡咯烷酮、羟基磷灰石在引发剂存在下反应，形成预聚体；浸渍步骤，使得预聚体浸渍聚酰胺6长纤维以获得浸渍产物；光固化步骤，将所述浸渍产物在紫外光下固化，从而形成所述连续纤维增强复合材料。本发明还涉及采用前述连续纤维增强复合材料的制备方法制备的连续纤维增强复合材料。本发明还涉及采用该连续纤维增强复合材料制备的医疗器械产品。本发明的制备方法实现了低熔点的连续纤维增强复合材料的制备，并且工艺简单，生产效率高。

技术领域

本发明涉及材料领域，更具体地说，涉及一种连续纤维增强复合材料的制备方法，采用该制备方法制备的连续纤维增强复合材料以及采用该连续纤维增强复合材料制备的医疗器械产品。

背景技术

临床研究发现，人体骨骼是由高分子胶原纤维和磷灰石构成的复合体，骨骼之所以能成为理想的生物体支架，是因为它同时具备了较高的硬度和较好的弹性。从电子显微镜下观察，骨骼有一套非常精巧的结构：一束束的有机胶原蛋白基质中“镶嵌”着一层层无机羟基磷灰石(HA)晶体，这种多层复合的结构让骨骼的硬度和抗弯能力兼备。由此，我们选择聚酰胺6长纤维(其分子结构与自然骨中胶原蛋白相近)、聚(甲基丙烯酸甲酯-co-N-乙烯基吡咯烷酮)、羟基磷灰石为原材料，仿照人体骨骼的结构制备长纤维增强材料，以用于骨科医疗器械产品。

长纤维增强材料一般采用碳纤维、玻璃纤维、植物纤维等通过浸渍或拉挤工艺成型制备，浸渍缠绕成型工艺最早于19世纪40年代由Richard E.Young开发，主要有溶液浸渍缠绕成型法及熔融浸渍缠绕成型法，用于连续纤维增强聚合物复合材料的制备，但是工艺需分多步进行、流程长。为满足产品工业化生产需求，提高生产效率，拉挤成型工艺技术逐步替代了传统的浸渍缠绕成型工艺，该技术中纤维浸渍与树脂固化的两个过程是在连续加热、挤出和牵拉过程中同时发生的，其成型过程可连续进行，自动化机械操作，效率高，适于批量生产。

然而，目前的拉挤成型工艺并不适用于聚酰胺6长纤维、聚(甲基丙烯酸甲酯-co-N-乙烯基吡咯烷酮)和羟基磷灰石制备的纤维增强复合材料。因为在拉挤过程中，加工温度将在200℃左右，而聚酰胺6长纤维的熔点约为210℃。因此，在加工温度下，聚酰胺6长纤维将达到流动状态，从而发生熔融断裂，无法保持长纤维形态，以至于无法实现纤维增强的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工艺简化，生产效率高的连续纤维增强复合材料的制备方法，采用该制备方法制备的连续纤维增强复合材料以及采用该连续纤维增强复合材料制备的医疗器械产品。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种连续纤维增强复合材料的制备方法，包括：

预聚体合成步骤，使甲基丙烯酸甲酯、N-乙烯基吡咯烷酮、羟基磷灰石在引发剂存在下反应，形成预聚体；

浸渍步骤，使得预聚体浸渍聚酰胺6长纤维以获得浸渍产物；

光固化步骤，将所述浸渍产物在紫外光下固化，从而形成所述连续纤维增强复合材料。

在本发明所述的连续纤维增强复合材料的制备方法中，所述甲基丙烯酸甲酯与所述N-乙烯基吡咯烷酮的质量配比范围在1：4至9：1之间，所述羟基磷灰石的质量为所述甲基丙烯酸甲酯和所述N-乙烯基吡咯烷酮的总质量的4％～40％。

在本发明所述的连续纤维增强复合材料的制备方法中，所述浸渍步骤进一步包括将所述聚酰胺6长纤维以20～60转/分钟的牵引速度通过装有所述预聚体的容器，从而使得所述预聚体浸渍聚酰胺6长纤维以获得所述浸渍产物。

在本发明所述的连续纤维增强复合材料的制备方法中，所述光固化步骤进一步包括将所述浸渍产物在280～450nm波长的紫外光下固化20～30分钟，从而形成所述连续纤维增强复合材料。