[发明专利]一种聚醚醚酮/石墨纳米复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种聚醚醚酮/石墨纳米复合材料、其制备方法及其应用。该复合材料包括聚醚醚酮主体和分散在聚醚醚酮主体中的纳米石墨微片，复合材料中纳米石墨微片的含量为0.1～2wt％，纳米石墨微片的厚度为1～100nm，纳米石墨微片为膨胀石墨的剥离微片结构。将纳米石墨微片与聚醚醚酮进行复合制备的聚醚醚酮/石墨纳米复合材料，不仅可以提高聚醚醚酮材料的力学性能，而且可以较大程度降低摩擦系数。将其应用至人工关节假体中时，作为摩擦副材料的一部分或全部，可明显提高人工关节面的抗磨损性能。同时，将纳米石墨微片的厚度和含量控制在上述范围内，有利于其在聚醚醚酮中均匀分散，进而进一步提高复合材料的耐磨性。

技术领域

本发明涉及人工关节假体材料领域，具体而言，涉及一种聚醚醚酮/石墨纳米复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

自上世纪60年代人工关节置换术获得成功以来，人工关节的应用大量普及，尤其是人工髋、膝关节为无数病人解决了运动难题。目前，人工关节置换术已被认为是终末期关节疾病有效的治疗手段。它不仅能够解除疼痛，改善关节活动度和恢复关节功能，更重要的是提高了患者生活质量。

虽然人工关节的设计制造和临床置换手术水平有了大幅度的提高，但在使用中失效的案例依然不断发生。人工关节的失效主要表现形式为感染、脱位、松动、断裂、磨损等类型。感染和脱位多发生在近期，磨损和骨溶解多发生于远期。金属与超高分子量聚乙烯配对的人工关节是目前最常用的组合，但聚乙烯与金属磨损颗粒导致的骨溶解是远期失败的最主要因素之一。

为此，学者们不断探索新的组合，包括：高交联高分子量聚乙烯的应用、金属对金属组合、陶瓷对陶瓷组合、陶瓷对聚乙烯组合等，这些新组合在体外具有优良的摩擦和润滑性能，但也存在各自缺点，且远期疗效尚待观察。金属—金属界面，相比金属对聚乙烯界面其摩擦系数大大降低，骨溶解率也随之降低。但是，金属假体磨损将释放金属离子和颗粒，潜在的金属离子致癌可能、金属过敏和肾毒性等问题均有待进一步解决，尤其是金属过敏可能与假体失败密切相关。陶瓷—陶瓷界面，是目前已知的最低摩擦关节组合。陶瓷具有极高的表面硬度有利于表面抛光，产生更小的表面粗糙度，可减少摩擦。但陶瓷对陶瓷关节也存在着一定的缺点，如陶瓷头及臼杯的碎裂、术后异响等。

因此开发新的关节置换材料对延长人工关节使用寿命、提高患者生活品质具有重要意义。聚醚醚酮是一种具有良好生物相容性的新型生物医用材料，目前已在整形外科、脊柱骨钉等领域得到应用。聚醚醚酮具有刚性和柔性，特别是对交变应力下的抗疲劳性非常突出，可与合金材料相媲美。同时，其弹性模量与人体骨骼弹性模量接近，避免了金属材料弹性模量过大造成的应力遮挡问题。

虽然聚醚醚酮已具有较好的滑动特性，但作为关节摩擦副，其耐磨损性能仍有待提高。目前常用碳纤维对聚醚醚酮进行纤维增强处理，但是由于聚醚醚酮表面呈非极性，其生物活性差、耐磨性差严重限制了在人工植入物材料中的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种聚醚醚酮/石墨纳米复合材料、其制备方法及其应用，以解决现有技术中聚醚醚酮类的人工关节假体耐磨性差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚醚醚酮/石墨纳米复合材料，包括聚醚醚酮主体和分散在聚醚醚酮主体中的纳米石墨微片，复合材料中纳米石墨微片的含量为0.1～2wt％，纳米石墨微片的厚度为1～100nm，纳米石墨微片为膨胀石墨的剥离微片结构。

进一步地，上述复合材料中纳米石墨微片的含量为0.1～2wt％。