一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，該方法為：一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度和螺桿轉(zhuǎn)速，將PHBV制備成半塑化的粒料；二、將粒料加入微型注塑機中進行注塑成型，控制塑化溫度、注射壓力、鎖模力和保壓時間，得到微型可吸收骨釘或微型可吸收骨板。本發(fā)明通過控制雙螺桿擠出機的機筒溫度和螺桿轉(zhuǎn)速以及螺桿直徑和螺桿長徑比，使PHBV形成半塑化的粒料，減少了材料在熔融溫度的受熱時間，并嚴格控制注塑成型的工藝參數(shù)，保證了微型可吸收骨釘、骨板成型的高質(zhì)量標準要求，成型的微型可吸收骨釘?shù)睦鞆姸瓤蛇_40MPa以上，微型可吸收骨板的彎曲強度可達64MPa以上。
【專利說明】
一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硬組織修復(fù)材料的成型加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]可吸收微型接骨釘(以下簡稱:骨釘)、微型接骨板(以下簡稱:骨板)主要是用于顱面外科及手術(shù)外科骨折及骨移植后固定。目前臨床上對顱、頜面外科及手術(shù)外科骨折及骨移植后的固定，普遍采用微型鋼板、鏍釘、微型鈦板固定系統(tǒng)等。但由于金屬材料與骨骼不匹配，易造成再次骨折危險，且全愈后需二次手術(shù)取出，這就增加了患者的痛苦和費用。因此，可吸收微型骨釘及固定骨板就成為臨床骨修復(fù)最佳最急需的產(chǎn)品。我國進口的可吸收骨釘、骨板，多為美國、日本等國生產(chǎn)的聚乳酸(PLA)、聚乙交酯(PGA)等材料制成，其主要特征是在熱塑條件下形成的高強度、生物相容性較好、無毒副作用、在體內(nèi)可降解(降解時間3?5年)的醫(yī)療器械產(chǎn)品?？晌詹牧媳苊饬巳〕雎葆?shù)亩问中g(shù)，從而減輕了病人的痛苦和費用，同時骨棒剛性也與人體骨骼相近，從而不易造成再次骨折的危險。
[0003]近年來的臨床研究表明，采用聚乳酸(PLA)或聚乙交酯(PGA)制成的骨釘骨板在手術(shù)一段時間后，會出現(xiàn)延期的一些炎癥反應(yīng)，可能是由于降解過程中形成的酸性積累，弓丨發(fā)臨床上非菌性的炎癥反應(yīng)。另外，PLA的降解速度較快，不適宜用于主要承力骨的修復(fù)。
[0004]β -羥基丁酸-羥基戊酸共聚物(PHBV)是一種生物聚酯，它由細菌生產(chǎn)，能被細菌消化，在土壤或堆肥化條件下完全分解為二氧化碳、水和生物質(zhì)。PHBV具有完全的生物相容性和對水、氣的高阻隔性等，因此在諸如醫(yī)用材料(縫線、骨釘)、薄膜材料(地膜、購物袋、堆肥袋)、一次性用品(筆、餐具)、包裝材料(特別是食品包裝)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。但由于PHBV熱穩(wěn)定性差，在加工過程中，當它在熔點以上2°C范圍內(nèi)受熱時間稍長，對材料熔體粘度及制備的骨釘、骨板力學(xué)性能會有很大影響；其次，由于PHBV結(jié)晶度高，球晶大，在宏觀上表現(xiàn)為脆性，并且其可加工溫度范圍窄，抗沖擊性能差，因此用常規(guī)的成型方法難以制備出滿足臨床使用要求的PHBV微型可吸收骨釘、骨板。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法。該方法通過控制雙螺桿擠出機的機筒溫度和螺桿轉(zhuǎn)速以及螺桿擠出機的螺桿直徑和螺桿長徑比，使PHBV形成半塑化的粒料，減少了材料在熔融溫度的受熱時間，并嚴格控制注塑成型的工藝參數(shù)，保證了微型可吸收骨釘、骨板成型的高質(zhì)量標準要求。成型的微型可吸收骨釘?shù)睦鞆姸瓤蛇_40MPa以上，微型可吸收骨板的彎曲強度可達64MPa以上。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為110°C?165°C，螺桿轉(zhuǎn)速為230rpm?280rpm，將PHBV制備成半塑化的粒料；所述雙螺桿擠出機的螺桿直徑為22_?30_，螺桿長徑比為30?40 ;
[0008]步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，在塑化溫度為173°C?178°C，注射壓力為1200kgf/cm2?1500kgf/cm2,鎖模力為1kN?20kN,保壓時間為5s?12s的條件下注塑成型，得到微型可吸收骨釘或微型可吸收骨板；所述微型可吸收骨釘?shù)穆菁y外徑為2.1mm?4.0mm,長度為5mm?50mm ;所述微型可吸收骨板的長度為20mm?23mm,孔數(shù)為4?6個。
[0009]上述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，步驟一中所述雙螺桿擠出機采用擠出壓力不大于lOOkgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N.m的雙螺桿擠出機。
[0010]上述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，步驟一中所述機筒溫度為130°C?145°C，螺桿轉(zhuǎn)速為 250rpm ?270rpm。
[0011 ] 上述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，所述機筒溫度為140°C，螺桿轉(zhuǎn)速為260rpm。
[0012]上述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，步驟一中所述PHBV的數(shù)均分子量為5.0XlO5?6.0XlO50
[0013]上述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，步驟二中所述微型注塑機為螺桿式微型注塑機，其螺桿直徑為14mm?20mm，螺桿長徑比為18?22，螺桿式微型注塑機的控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
[0014]上述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，步驟二中所述塑化溫度為174°C?176°C，注射壓力為1295kg/cm2?1305kg/cm2，鎖模力為14KN?16KN，保壓時間為8s ?Ils0
[0015]上述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，所述塑化溫度為175°C，注射壓力為1300kg/cm2，鎖模力為15KN，保壓時間為10s。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明采用PHBV為原料加工微型骨釘骨板，其優(yōu)點為:①由于PHBV源于3_羥基丁酸和4-羥基丁酸、羥基戊酸，其降解過程中產(chǎn)生的酸性弱于PGA和PLA中的羥基乙酸，因而PHBV降解時不會造成PLA降解時形成的酸性積累，而引發(fā)臨床上非菌性的炎癥反應(yīng)；②由于PHBV具有PGA和PLA不具有的壓電性，PHBV的壓電常數(shù)與人骨壓電常數(shù)相當，能很好的刺激成骨細胞的生長，有利于損傷骨的修復(fù)；?PHBV降解周期與骨修復(fù)周期相近，非常適宜作為骨修復(fù)材料；?PHBV是完全由細菌合成的高分子聚合物，它比需要再次人工合成的PLA生產(chǎn)成本低。因此，采用PHBV制備可吸收微型骨釘、骨板，可以形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的有著較廣泛的創(chuàng)傷修復(fù)用途的醫(yī)療器械產(chǎn)品，可以填補國內(nèi)空白，具有廣泛的社會效益與經(jīng)濟效益。
[0018]2、由于PHBV材料成型加工窗口很窄，常規(guī)的加工方法難以滿足材料加工工藝要求，本發(fā)明通過控制雙螺桿擠出機的機筒溫度和螺桿轉(zhuǎn)速以及螺桿擠出機的螺桿直徑和螺桿長徑比，使PHBV形成半塑化的粒料，減少了材料在熔融溫度的受熱時間，可有效避免材料在造粒過程的熱降解，并通過嚴格控制注塑成型的工藝參數(shù)，保證了微型可吸收骨釘、骨板成型的高質(zhì)量標準要求。
[0019]3、本發(fā)明的成型加工方法具有可靠的工藝穩(wěn)定性，可實現(xiàn)高效率的連續(xù)生產(chǎn)，可大幅度的降低PHBV材料損耗和能耗，從而降低生產(chǎn)成本。
[0020]4、采用本發(fā)明的方法成型的微型可吸收骨釘?shù)睦鞆姸瓤蛇_40MPa以上，微型可吸收骨板的彎曲強度可達64MPa以上。
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為PHBV材料的DSC曲線。
[0023]圖2為PHBV材料在175°C熔融狀態(tài)的流變曲線。

【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為110°C，螺桿轉(zhuǎn)速為230rpm，將PHBV制備成半塑化的粒料；所述PHBV的數(shù)均分子量為5.0X 15 ;所述雙螺桿擠出機為中國南京杰恩特機電有限公司制造的SHJ-20型雙螺桿擠出機，其螺桿直徑為30mm，長徑比為30，擠出壓力不大于100kgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N.m，轉(zhuǎn)速為50rpm?600rpm ；
[0026]步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，利用與所要成型的骨釘相配合的模具，在塑化溫度為173°C，注射壓力為1500kgf/cm2，鎖模力為20kN，保壓時間為12s的條件下注塑成型，得到螺紋外徑為2.1mm，長度為5mm的微型可吸收骨釘；所述微型注塑機為中國寧波今機機械有限公司制造的K-4S型螺桿式微型立式注塑機，其螺桿直徑為20mm，螺桿長徑比為20，理論注射量為20g，注塑機的料筒控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
[0027]實施例2
[0028]步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為165°C，螺桿轉(zhuǎn)速為280rpm，將PHBV制備成半塑化的粒料；所述PHBV的數(shù)均分子量為6.0X 15 ;所述雙螺桿擠出機為中國南京杰恩特機電有限公司制造的SHJ-20型雙螺桿擠出機，其螺桿直徑為30mm，長徑比為30，擠出壓力不大于100kgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N.m，轉(zhuǎn)速為50rpm?600rpm ；
[0029]步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，利用與所要成型的骨板相配合的模具，在塑化溫度為178°C，注射壓力為1200kgf/cm2，鎖模力為10kN，保壓時間為5s的條件下注塑成型，得到長度為20_，孔數(shù)為6個的L型微型可吸收骨板；所述微型注塑機為中國寧波今機機械有限公司制造的K-4S型螺桿式微型立式注塑機，其螺桿直徑為20mm，螺桿長徑比為20，理論注射量為20g，螺桿式微型注塑機的控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
[0030]實施例3
[0031]步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為130°C，螺桿轉(zhuǎn)速為250rpm,將PHBV制備成半塑化的粒料；所述PHBV的數(shù)均分子量為5.5 X 15 ;所述雙螺桿擠出機為中國南京杰恩特機電有限公司制造的SHJ-20B型雙螺桿擠出機，其螺桿直徑為22mm，長徑比為40，擠出壓力不大于100kgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N.m，轉(zhuǎn)速為50rpm?600rpm ；
[0032]步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，利用與所要成型的骨釘相配合的模具，在塑化溫度為176°C，注射壓力為1295kgf/cm2，鎖模力為14kN，保壓時間為8s的條件下注塑成型，得到螺紋外徑為4.0_，長度為50_的微型可吸收骨釘；所述微型注塑機為東莞達明機械有限公司的MA21-S螺桿式微型臥式注塑機，其螺桿直徑為18mm，螺桿長徑比為22，理論注射量為19g，注塑機的料筒控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
[0033]實施例4
[0034]步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為145°C，螺桿轉(zhuǎn)速為270rpm,將PHBV制備成半塑化的粒料；所述PHBV的數(shù)均分子量為6.0X 15 ;所述雙螺桿擠出機為中國南京杰恩特機電有限公司制造的SHJ-20B型雙螺桿擠出機，其螺桿直徑為22mm，長徑比為40，擠出壓力不大于100kgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N.m，轉(zhuǎn)速為50rpm?600rpm ；
[0035]步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，利用與所要成型的骨釘相配合的模具，在塑化溫度為174°C，注射壓力為1305kgf/cm2，鎖模力為16kN，保壓時間為Ils的條件下注塑成型，得到螺紋外徑為3.0_，長度為20_的微型可吸收骨釘；所述微型注塑機為東莞達明機械有限公司的MA21-S螺桿式微型臥式注塑機，其螺桿直徑為18mm，螺桿長徑比為22，理論注射量為19g，注塑機的料筒控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
[0036]實施例5
[0037]步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為140°C，螺桿轉(zhuǎn)速為260rpm，將PHBV制備成半塑化的粒料；所述PHBV的數(shù)均分子量為5.0X 15 ;所述雙螺桿擠出機為中國廣州東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司制造的BL-6I77-A型雙螺桿擠出機，其螺桿直徑為25mm，長徑比為35，擠出壓力不大于100kgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N.m，轉(zhuǎn)速為 50rpm ?600rpm ；
[0038]步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，利用與所要成型的骨板相配合的模具，在塑化溫度為175°C，注射壓力為1300kgf/cm2，鎖模力為15kN，保壓時間為1s的條件下注塑成型，得到長度為22mm，孔數(shù)為4個的直型微型可吸收骨板；所述微型注塑機為德國B0Y22A螺桿式微型臥式注塑機，其螺桿直徑為18mm，螺桿長徑比為18，理論注射量為10g，注塑機的料筒控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
[0039]實施例6
[0040]步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為140°C，螺桿轉(zhuǎn)速為260rpm，將PHBV制備成半塑化的粒料；所述PHBV的數(shù)均分子量為6.0X 15 ;所述雙螺桿擠出機為中國廣州東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司制造的BL-6I77-A型雙螺桿擠出機，其螺桿直徑為25mm，長徑比為35，擠出壓力不大于100kgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N.m，轉(zhuǎn)速為 50rpm ?600rpm ；
[0041]步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，利用與所要成型的骨板相配合的模具，在塑化溫度為175°C，注射壓力為1300kgf/cm2，鎖模力為15kN，保壓時間為1s的條件下注塑成型，得到長度為23_，孔數(shù)為5個的T型微型可吸收骨板；所述微型注塑機為德國B0Y22A螺桿式微型臥式注塑機，其螺桿直徑為14mm，螺桿長徑比為18，理論注射量為10g，注塑機的料筒控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
[0042]本發(fā)明對PHBV材料進行DSC熱分析，結(jié)果見圖1，從圖中可以看出，PHBV材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為3.7°C，熔點溫度(Tm)為174.6°C。PHBV材料的結(jié)晶度比較高，依據(jù)DSC熱分析曲線計算出PHBV的熔融焓為80J/g，結(jié)晶度為61.5%。
[0043]對PHBV在175°C熔融狀態(tài)的流變性進行研究，試樣測試條件:固定的角頻率1HZ，溫度175°C，變形0.1%。流變曲線見圖2，圖中曲線分別反映的是測試試樣的儲能模量、損耗模量和復(fù)數(shù)粘度隨時間的變化情況，其中G’為儲能模量(反應(yīng)材料的彈性，Storagemodulus), G’’為損耗模量(反應(yīng)材料的粘性，Loss modulus), Π*為復(fù)數(shù)粘度(Complexviscosity) 0從圖中可以看出，PHBV在熔體狀態(tài)下，其粘度隨時間的增加而降低。PHBV在熔體狀態(tài)的粘度變化是由于分子量降低引起的，而分子量的降低主要是因為PHBV熔體連續(xù)受熱的作用，使其分子鏈中的酯基處產(chǎn)生無歸斷裂造成的。從圖中明顯看出PHBV熔體的損耗模量及其復(fù)數(shù)粘度隨時間的增加而明顯減小，表明PHBV的熱穩(wěn)定性較差。
[0044]檢測本發(fā)明實施例1、3、4制備的骨釘?shù)睦鞆姸群蛯嵤├?、5、6制備的骨板的彎曲強度，結(jié)果見表I。
[0045]表I實施例1至實施例6制備的骨釘或骨板的力學(xué)性能
[0046]
骨釘骨板
實施例拉伸強度(MPa) 實施例彎曲強度(MPa)
I40.0264.0
342.2568.3
441.8668.1
[0047]從表I中可以看出，采用本發(fā)明的成型加工方法加工的骨釘或骨板具有較強的力學(xué)強度，滿足對醫(yī)療器械對骨釘或骨板的高質(zhì)量標準要求。
[0048]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、采用雙螺桿擠出機，控制雙螺桿擠出機的機筒溫度為110°C?165°C，螺桿轉(zhuǎn)速為230rpm?280rpm，將PHBV制備成半塑化的粒料；所述雙螺桿擠出機的螺桿直徑為22mm?30_，螺桿長徑比為30?40 ; 步驟二、將步驟一中所述粒料加入微型注塑機中，在塑化溫度為173°C?178°C，注射壓力為1200kgf/cm2?1500kgf/cm2,鎖模力為1kN?20kN,保壓時間為5s?12s的條件下注塑成型，得到微型可吸收骨釘或微型可吸收骨板；所述微型可吸收骨釘?shù)穆菁y外徑為2.1mm?4.0mm,長度為5mm?50mm ;所述微型可吸收骨板的長度為20mm?23mm,孔數(shù)為4?6個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，步驟一中所述雙螺桿擠出機采用擠出壓力不大于lOOkgf/cm2，螺桿扭矩不大于40N -m的雙螺桿擠出機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，步驟一中所述機筒溫度為130°C?145°C，螺桿轉(zhuǎn)速為250rpm?270rpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，所述機筒溫度為140°C，螺桿轉(zhuǎn)速為260rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，步驟一中所述PHBV的數(shù)均分子量為5.0X 15?6.0X 105。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，步驟二中所述微型注塑機為螺桿式微型注塑機，其螺桿直徑為14mm?20mm，螺桿長徑比為18?22，螺桿式微型注塑機的控溫區(qū)分為3段，控溫精度為±1°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，步驟二中所述塑化溫度為174°C?176°C，注射壓力為1295kg/cm2?1305kg/cm2，鎖模力為14KN?16KN，保壓時間為8s?11s。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種微型可吸收骨釘或骨板的成型加工方法，其特征在于，所述塑化溫度為175°C，注射壓力為1300kg/cm2，鎖模力為15KN，保壓時間為10s。
【文檔編號】B29C45/78GK104139516SQ201410310343
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】楊青芳, 董兆麟, 艾玉峰 申請人:楊青芳