專利名稱：人工關(guān)節(jié)用超高分子量聚乙烯材料表面微細(xì)織構(gòu)加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人工關(guān)節(jié)用超高分子量聚乙烯材料表面微細(xì)織構(gòu)加工方法，屬于
生物摩擦學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有優(yōu)越的生物相容性、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、承受較 大的沖擊載荷等特性，所以自從1963年John Charnley首次設(shè)計(jì)出直徑22. 5mm的不銹鋼 股骨頭與超高分子量聚乙烯髖臼組合的髖關(guān)節(jié)假體以來，超高分子量聚乙烯已經(jīng)廣泛的應(yīng) 用在人工關(guān)節(jié)置換中。 表面織構(gòu)(Surface texture)，即在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和排列的 凹坑或微小溝槽的點(diǎn)陣，實(shí)踐已被證明，該類微小溝槽點(diǎn)陣是改善表面摩擦學(xué)特性的一種 有效手段。 超高分子量聚乙烯已經(jīng)成為了目前應(yīng)用最廣泛的人工關(guān)節(jié)軟骨材料，但是隨著置 換關(guān)節(jié)使用年限的增長，超高分子量聚乙烯與陶瓷或金屬配副在體內(nèi)長期摩擦，仍然存在 諸多摩擦、磨損方面的問題。首先相對(duì)于天然活體關(guān)節(jié)，超高分子量聚乙烯的摩擦系數(shù)較 大，遠(yuǎn)高于天然活體關(guān)節(jié)0. 005 0. 002的摩擦系數(shù)范圍。其次，由磨損產(chǎn)生的超高分子量 聚乙烯磨屑會(huì)造成假體周圍骨質(zhì)溶解和無菌松動(dòng)。 現(xiàn)有研究表明，采用數(shù)控銑床在UHMWPE表面加工出具有一定深度的圓柱型凹坑 陣列可以有效的降低UHMWPE表面與對(duì)磨鋼球的摩擦系數(shù)和磨損率。對(duì)UHMWPE進(jìn)行N+、0+、 C+等離子注入改性，碳素纖維填充等，可明顯提高該類材料表面硬度、改善其抗磨性能。但 對(duì)其減摩性能改進(jìn)不大，甚至比沒有離子注入的超高分子量聚乙烯摩擦系數(shù)更大。此外還 有采用Y射線輻射、改變浸潤性等方法。
發(fā)明的內(nèi)容 本發(fā)明目的在于提供一種能夠改善超高分子量聚乙烯材料表面摩擦學(xué)性能的表 面微細(xì)織構(gòu)加工方法。 —種人工關(guān)節(jié)用超高分子量聚乙烯材料表面微細(xì)織構(gòu)加工方法，其特征在于包括 以下過程 步驟1 :金屬片經(jīng)過表面打磨，作為基體； 步驟2 :在步驟1后的金屬材料表面均勻涂覆光刻膠； 步驟3 :對(duì)步驟2后的試件進(jìn)行烘烤； 步驟4 :利用掩膜板，對(duì)步驟3的試件進(jìn)行曝光； 步驟5 :顯影漂洗，得到具有光刻掩膜的金屬薄片； 步驟6 :以金屬鹽溶液為電鍍液，對(duì)步驟5中的經(jīng)過顯影漂洗的金屬薄片進(jìn)行微電 鑄，在金屬薄片表面得到預(yù)設(shè)高度的微柱體，制成轉(zhuǎn)印模板；其中所述金屬鹽中金屬元素與 基體金屬元素相同； 步驟7 :以步驟6中所得到的轉(zhuǎn)印模板和粉狀超高分子量聚乙烯同時(shí)裝入模具，通
3過預(yù)壓制、高溫?zé)Y(jié)、壓制成型及脫模工藝得到具有表面織構(gòu)的超高分子量聚乙烯試件。
本發(fā)明通過UV-LIGA的部分工藝，制備帶有表面凸臺(tái)陣列的金屬轉(zhuǎn)印模板，利用該模板在超高分子量聚乙烯表面壓制出具有凹坑陣列的表面織構(gòu)，從而提高其作為人工關(guān)節(jié)材料的摩擦學(xué)性能。
具體實(shí)施例方式
下面為一具體實(shí)施例 1.選取一塊金屬銅片材料，進(jìn)行表面打磨，其粗糙度控制在Ra 0. 02 0. 025 y m
2.涂膠在步驟1后的材料表面均勻涂覆BN308-450負(fù)型光刻膠，溫度控制在20°C 25。C，濕度60%以下 3.前烘對(duì)步驟2后的試件進(jìn)行烘烤，90°C ， 20min
4.曝光選擇合適的掩膜版，對(duì)步驟3的試件進(jìn)行曝光
5.顯影漂洗得到具有光刻掩膜的金屬薄片 6.微電鑄以硫酸銅溶液為電鍍液，對(duì)步驟5中的銅薄片進(jìn)行微電鑄，控制電鑄參數(shù)，在銅薄片表面得到設(shè)定高度的銅微柱體，制成轉(zhuǎn)印模板 7.燒結(jié)，壓制以步驟6中所得到的轉(zhuǎn)印模板和粉狀超高分子量聚乙烯同時(shí)裝入模具，通過預(yù)壓制、高溫?zé)Y(jié)、壓制成型及脫模等工藝得到如上圖中所示的具有表面織構(gòu)的超高分子量聚乙烯試件。 通過上述方法得到可以得到的人工關(guān)節(jié)用超高分子量聚乙烯材料表面微細(xì)織構(gòu)的特征參數(shù)如下 微坑直徑20 200 ii m ;面積比2% 20% ;微坑深度2 15 ii m。
權(quán)利要求
一種人工關(guān)節(jié)用超高分子量聚乙烯材料表面微細(xì)織構(gòu)加工方法，其特征在于包括以下過程步驟1金屬片經(jīng)過表面打磨，作為基體；步驟2在步驟1后的金屬材料表面均勻涂覆光刻膠；步驟3對(duì)步驟2后的試件進(jìn)行烘烤；步驟4利用掩膜板，對(duì)步驟3的試件進(jìn)行曝光；步驟5顯影漂洗，得到具有光刻掩膜的金屬薄片；步驟6以金屬鹽溶液為電鍍液，對(duì)步驟5中的經(jīng)過顯影漂洗的金屬薄片進(jìn)行微電鑄，在金屬薄片表面得到預(yù)設(shè)高度的微柱體，制成轉(zhuǎn)印模板；其中所述金屬鹽中金屬元素與基體金屬元素相同；步驟7以步驟6中所得到的轉(zhuǎn)印模板和粉狀超高分子量聚乙烯同時(shí)裝入模具，通過預(yù)壓制、高溫?zé)Y(jié)、壓制成型及脫模工藝得到具有表面織構(gòu)的超高分子量聚乙烯試件。
全文摘要
一種人工關(guān)節(jié)用超高分子量聚乙烯材料表面微細(xì)織構(gòu)加工方法，屬于生物摩擦學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明通過UV-LIGA的部分工藝，制備帶有表面凸臺(tái)陣列的金屬轉(zhuǎn)印模板，利用該模板在超高分子量聚乙烯表面壓制出具有凹坑陣列的表面織構(gòu)，從而提高其作為人工關(guān)節(jié)材料的摩擦學(xué)性能。
文檔編號(hào)C08L23/06GK101775171SQ20101010361
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者張博, 王曉雷 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)