專利名稱：一種碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物復(fù)合材料的制備方法，特別涉及一種碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
齒科基托材料目前主要有甲基丙烯酸甲酯基托、鈷鉻合金鑄造支架基托、純鈦鑄造支架基托等一系列材料。但是其都具有一些缺點(diǎn)，例如金屬材料美觀性不能滿足需要；陶瓷材料脆性大，易發(fā)生崩裂；高分子材料因其硬度低而不耐磨。樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高，可設(shè)計性強(qiáng)，抗疲勞斷裂性能好，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及便于大面積整體成形的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以用來制備齒科生物材料。1936年德國人首先提出用熱固型甲基丙烯酸甲酯以替代當(dāng)時普遍采用的硫化橡膠，制作義齒基托材料，義齒的質(zhì)量得到了顯著的提高。近年來由于聚甲基丙烯酸甲酯操作簡單，生物相容性優(yōu)良，成本低廉，被臨床廣泛應(yīng)用，是目前制作義齒基托的主要材料。但其易灼傷牙齦及口腔黏膜組織，顏色單一，而且使用中易變色。尤其是長期以來義齒基托的斷裂，尤其上頜總義齒基托易開裂一直未能得到很好的解決。采用纖維來增強(qiáng)樹脂基的基托是一個比較好的選擇。目前有效的辦法是將采用Aramid(Kevlar)纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維和熱固化樹脂纖維等。但Aramid纖維使基托分別呈現(xiàn)黃色，且暴露于基托表面時不易拋光；熱固化樹脂纖維與熱固化樹脂基托粘接好，但操作不便，所以熱固化樹脂纖維很少使用；超高分子量聚乙烯纖維與熱固化樹脂粘結(jié)性差，需表面處理。玻璃纖維美觀，目前研究較多，但它最大的缺點(diǎn)在于硬度太低。而采用碳纖維來增強(qiáng)則是一種比較理想的選擇。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFC)，一般為碳纖維增強(qiáng)聚合物材料，或碳纖維增強(qiáng)塑料，是用短切的或連續(xù)碳纖維增強(qiáng)各種熱固性或熱塑性樹脂基體，而形成的一種復(fù)合材料。該材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更好的性能，是用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。作為一種新型材料，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以其良好的力學(xué)性能、耐腐蝕及較輕的重量等特點(diǎn)而倍受材料學(xué)科的青睞，成為當(dāng)今材料學(xué)領(lǐng)域研究發(fā)展的重點(diǎn)。碳纖維復(fù)合材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代，80年代開始嘗試使用復(fù)合材料制成的硬組織修復(fù)材料，作為硬組織修復(fù)材料，碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料因具有良好的力學(xué)性能和組織相容性、彈性模量接近人體皮質(zhì)骨、無電化學(xué)反應(yīng)和侵蝕、抗疲勞性好、重量明顯輕于金屬材料以及X射線可透性等優(yōu)點(diǎn)(用于硬組織修復(fù)材料)，目前如人工心肺機(jī)、人工髖關(guān)節(jié)假體、顱骨缺損的修復(fù)材料及接骨板等有所應(yīng)用。
薛鋒等通過對醫(yī)用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料的生物力學(xué)測試，發(fā)現(xiàn)可大大提高其作為硬組織修復(fù)材料的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能薛鋒等，醫(yī)用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料的生物力學(xué)特性測試，2005，20(1)11～13；高虹等發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合樹脂樁核與鑄造金屬樁核相比具有較低的損壞強(qiáng)度，在沖擊載荷的作用下先于牙根劈裂、緩沖應(yīng)力、可以較好的保護(hù)修復(fù)體的牙根高虹、張振庭，碳纖維復(fù)合樹脂樁核與金屬樁核修復(fù)牙體缺損的實驗研究，口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志，2005，6(1)26～19；張詩虎等發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合聚甲基丙烯酸甲酯人工顱骨板是一種新型的人體顱骨修復(fù)材料，該人工顱骨板具有對機(jī)體無毒性，對組織、皮膚無刺激性等優(yōu)點(diǎn)，是一種較理想的生物醫(yī)用材料張詩虎、倪峰、王海林，碳纖維復(fù)合聚甲基丙烯酸甲酯人工顱骨板生物相容性研究，生物醫(yī)學(xué)工程與臨床，19982(1)14～18；孫玉璞等以尼龍610、610+PP和酚醛樹脂等為基體，制作了碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)可大大其提高耐磨性能孫玉璞、王海慶、李麗，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1997，27(3)244～249；程先華等制備了一種稀土改性碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料具有優(yōu)良力學(xué)性能程先華、上官倩芡、吳炬，稀土改性碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備方法，申請(專利)號200410053662.1；鈴木慶宜等則制備了乙烯基酯樹脂等為基體的碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料鈴木慶宜、三浦裕，碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料，申請(專利)號200480003100.4。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡單的碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法，所制備的復(fù)合材料具有較高的抗折強(qiáng)度和彎曲模量等力學(xué)性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的制備方法為首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡5～15分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡30～60分鐘，在100℃下干燥后備用；然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝8-15ml∶1ml∶0.09-0.48g的比例均勻混合制成混合液備用；其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶350-450ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.2～0.4％的乳化劑OP-10和0.3～0.6％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝0.5-1.5％的質(zhì)量比向乳液中加入所制備的混合液，攪拌，然后升溫到70～90℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)30～50分鐘后取出聚合物；最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在35-45℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化8-10h，在室溫下靜置24h，然后在85-95℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化2-3h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
由于本發(fā)明以丙稀酸甲酯、甲基丙稀酸甲酯、碳纖維為原料，采用懸浮聚合的方法，合成了的復(fù)合材料具有較高的抗折強(qiáng)度和彎曲模量。復(fù)合材料抗折強(qiáng)度為50.4-87.1MPa，彎曲模量達(dá)到580-883MPa，材料的抗折強(qiáng)度和韌性都比單一的甲基丙稀酸甲酯和聚丙稀酸甲酯高，也高于碳纖維增強(qiáng)單一的聚甲基丙稀酸甲酯基體的復(fù)合材料；其使用效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的生物醫(yī)用樹酯基材料和樹酯基復(fù)合材料(如PMMA、環(huán)氧樹脂、玻璃纖維樹酯基復(fù)合材料、芳綸纖維樹酯基復(fù)合材料等)。且復(fù)合材料的纖維分散均勻，纖維與基體界面結(jié)合良好，是一種較理想的牙科用材料。
具體實施例方式
實施例1首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡15分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡30分鐘，在100℃下干燥后備用；然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝8ml∶1ml∶0.09g的比例均勻混合制成混合液備用；其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶350ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.2％的乳化劑OP-10和0.3％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝0.5％的質(zhì)量比向乳液中加入制成的混合液，攪拌，然后升溫到70℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)50分鐘后取出聚合物；最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在35℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化10h，在室溫下靜置24h，然后在85℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化3h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
實施例2首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡5分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡60分鐘，在100℃下干燥后備用；然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝15ml∶1ml∶0.48g的比例均勻混合制成混合液備用；其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶450ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.4％的乳化劑OP-10和0.6％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝1.5％的質(zhì)量比向乳液中加入制成的混合液，攪拌，然后升溫到90℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)30分鐘后取出聚合物；最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在45℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化8h，在室溫下靜置24h，然后在95℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化2h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
實施例3首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡10分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡45分鐘，在100℃下干燥后備用；然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝12ml∶1ml∶0.09-0.35g的比例均勻混合制成混合液備用；其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶400ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.3％的乳化劑OP-10和0.45％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝1.0％的質(zhì)量比向乳液中加入制成的混合液，攪拌，然后升溫到80℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)40分鐘后取出聚合物；最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在40℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化9h，在室溫下靜置24h，然后在90℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化2.5h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于1)首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡5～15分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡30～60分鐘，在100℃下干燥后備用；2)然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝8-15ml∶1ml∶0.09-0.48g的比例均勻混合制成混合液備用；3)其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶350-450ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.2～0.4％的乳化劑OP-10和0.3～0.6％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；4)按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝0.5-1.5％的質(zhì)量比向乳液中加入步驟2中所制備的混合液，攪拌，然后升溫到70～90℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)30～50分鐘后取出聚合物；5)最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在35-45℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化8-10h，在室溫下靜置24h，然后在85-95℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化2-3h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡15分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡30分鐘，在100℃下干燥后備用；然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝8ml∶1ml∶0.09g的比例均勻混合制成混合液備用；其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶350ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.2％的乳化劑OP-10和0.3％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝0.5％的質(zhì)量比向乳液中加入制成的混合液，攪拌，然后升溫到70℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)50分鐘后取出聚合物；最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在35℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化10h，在室溫下靜置24h，然后在85℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化3h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡5分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡60分鐘，在100℃下干燥后備用；然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝15ml∶1ml∶0.48g的比例均勻混合制成混合液備用；其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶450ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.4％的乳化劑OP-10和0.6％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝1.5％的質(zhì)量比向乳液中加入制成的混合液，攪拌，然后升溫到90℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)30分鐘后取出聚合物；最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在45℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化8h，在室溫下靜置24h，然后在95℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化2h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于首先將1mm長的碳纖維用質(zhì)量濃度為63％的HNO3浸泡10分鐘，再用質(zhì)量濃度為30％的H2O2浸泡45分鐘，在100℃下干燥后備用；然后將過氧化苯甲酰、甲基丙稀酸甲酯、丙稀酸甲酯按照甲基丙稀酸甲酯/丙稀酸甲酯/過氧化苯甲酰＝12ml∶1ml∶0.09-0.35g的比例均勻混合制成混合液備用；其次將經(jīng)過HNO3和H2O2浸泡后的碳纖維和蒸餾水按照碳纖維/蒸餾水＝1g∶400ml的比例配成液體，然后在該液體中加入液體質(zhì)量0.3％的乳化劑OP-10和0.45％消泡劑磷酸三丁酯，攪拌，至碳纖維完全分散均勻成均一的乳液；按照碳纖維/(甲基丙稀酸甲酯+丙稀酸甲酯)＝1.0％的質(zhì)量比向乳液中加入制成的混合液，攪拌，然后升溫到80℃進(jìn)行懸浮聚合，反應(yīng)40分鐘后取出聚合物；最后將上述取出的聚合物移入模具中成型，在40℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下固化9h，在室溫下靜置24h，然后在90℃，真空度為0.09MPa環(huán)境下熟化2.5h，即可以得到所需要的產(chǎn)品。
全文摘要
一種碳纖維生物復(fù)合材料的制備方法，首先將碳纖維分別用HNO
文檔編號A61K6/083GK1911203SQ200610105020
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者曹麗云, 鄭斌, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)