[发明专利]一种石墨烯纤维增强聚醚醚酮弹性模量的颅骨材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯纤维增强聚醚醚酮弹性模量的颅骨材料及其制备方法，通过调整石墨烯纤维含量使得其强度和模量达到人体骨在力学性能的最佳匹配度。本发明主要包括以下四个步骤：(1)等离子体注入法对聚醚醚酮表面进行羟基化改性；(2)氧化石墨烯纤维的可控制备及其磺基化改性；(3)将磺基化改性过的氧化石墨烯原位接枝到羟基化改性后的聚醚醚酮；(4)将接枝后的聚醚醚酮复合材料与纯聚醚醚酮共混后再进行热压成型，其中，氧化石墨烯纤维与聚醚醚酮的质量分数为0.5％～2％。本发明所制得的复合材料具有高强度、高模量、高硬度、高热变形温度。

技术领域

本发明属于医用材料领域，具体而言，涉及一种石墨烯纤维增强聚醚醚酮弹性模量的颅骨材料及其制备方法。

背景技术

随着社会经济水平飞速发展，人类生命的延长和对生活健康品质个性化需求也逐渐提高提高，制造业也正在从满足人类对交通和能源的基本需求向满足人类对生命健康的需求拓展，人工骨骼、人工肝脏等制造成功是其中的典型代表。近年来，临床上通过去骨瓣减压术降低患者颅内压，这就导致大脑代谢紊乱从而造成潜在的脑组织功能损害，影响脑脊液的产生、吸收及循环，从而形成外伤性脑积水、脑膨出等并发症，因此颅骨修复是十分必要的课题。然而颅骨骨骼解剖结构复杂，曲率变化较大，所以精确高效地修复颅骨缺损已成为脑外科面临的关键技术挑战。

传统的颅骨修补材料主要有有机玻璃、甲基丙烯酸甲酯骨水泥、钛板、硅橡胶板、高分子纤维增强材料和双醋酚丙烯酸酯类微孔可塑性人工颅骨。这些材料大多存在组织相容性差、易感染、易形成皮瓣积液等缺点。钛网是目前临床医学用得较多的材料，然而钛网最大的问题是术后影响患者接受CT、MRI等医学检查。

聚醚醚酮(PEEK)是一种新兴的、综合性能优良的高分子材料，它能够完全恢复颅骨的解剖结构，可以与自体颅骨高度相融，并且在弹性、传导热量、坚硬度、稳定性等方面都和自体颅骨性能相当，因此在骨支架和颅骨修复具有广阔的应用前景。石墨烯具有较好的热力学性能，且能够与聚醚醚酮很好地结合，提高材料拉伸强度以及抗冲击性能和压缩性能。本发明通过石墨烯纤维增强聚醚醚酮复合材料，从而可以通过调整石墨烯纤维含量使得其强度和模量达到人体骨在力学性能的最佳匹配度。

发明内容

本发明的目的是针对现有PEEK存在的不足，提供一种氧化石墨烯纤维原位改性聚醚醚酮的颅骨材料的制备方法

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

(1)等离子体法对聚醚醚酮表面进行羟基化改性

将抛光后的PEEK制成10×10×1mm的板，超声清洗后置于样品室；保持真空室压力为1×10^-2～1×10^-3Pa，向其注入水蒸气，并保持真空室温度100℃。为了加快水蒸气的电离，向真空室中注入氩气。

将改性后的PEEK材料升温至150～250℃度下软化、造粒。

(2)氧化石墨烯纤维制备及其磺化改性

以鳞片石墨为原料，使用Hummers改进法制备浓度为8～10g/L的氧化石墨烯分散液；将所述高浓度有序氧化石墨烯通过针头注入乙酸的乙醇溶液中凝固，10-30min后得氧化石墨烯纤维；

将氧化石墨烯纤维和氨基苯磺酸溶液在乙醇和二环己基碳二亚胺脱水剂的混合溶剂中混合，常温超声30min后，升温至50℃进行搅拌3-5h，反应结束后抽滤，并置于90℃真空干燥箱子中干燥。其中氧化石墨烯纤维与氨基苯磺酸溶液溶质质量相等。

(3)氧化石墨烯纤维原位接枝到聚醚醚酮