假肢制作中用硬质聚氨酯泡沫塑料的研究

樊守贞

（河北省优抚医院，河北 石家庄 050081）

引言

聚氨酯泡沫塑料具有优异的生物相容性、物理机械性能、声学性能、电学性能和耐化学性能。聚氨酯合成时，可通过改变原料化学结构、品种等调节配方，制备出各种性能和用途的制品，满足各个工业领域提出的各种技术要求。近年来在农业、医药卫生、宇宙飞船、国防军事尖端领域也得到了广泛应用［1－4］。硬质聚氨酯泡沫塑料不但具有比重轻、强度高、导热系数小的优点，而且加工方便既可模塑成型又可手工或机加工成型，因此，硬质聚氨酯泡沫塑料在假肢矫形器制作行业作为一种新型假肢材料广泛应用。过去应用于假肢的一些材料强度低，耐磨性和屈挠性能差，而且有些材料在使用一段时间后粉化剥落。

根据假肢制作工艺的要求，笔者对应用于假肢制作的硬质聚氨酯泡沫塑料配方、工艺条件等进行了研究，研制出用于二次真空成型工艺、制造中空型小腿假肢造型的新材料，另外也用于大腿假肢接受腔外层的夹层材料。

1 实验

1.1 实验原材料

所用原材料及规格见表1。

表1 原料规格

1.2 硬质聚氨酯泡沫塑料制备工艺

假肢制作中使用的硬质聚氨酯泡沫塑料制备工艺：A组分的制备，按照一定比例将发泡剂，催化剂加入到装有聚醚多元醇的反应罐中，混合均匀，备用；B组分主要是多亚甲基多苯基多异氰酸酯；控制A、B组分温度在20～25℃。按比例将A、B组分混合搅拌均匀，倾入预先涂有脱模剂的发泡模具中，控制模温40℃左右，然后将发泡成型的硬泡于室温静置3min后即可移动，进行后熟化处理：一般室温放置2h或80℃烘箱内放1h，即可进行手工加工。

1.3 性能测试

通过GCPQ－100型海绵泡沫切割机将样品裁成40mm×40mm×30mm规格的试样，然后使用LYWJ2－10型万能材料试验机，测定试样屈服时压强和压缩50%时压强，压缩速度7.5mm／min。

2 结果与讨论

2.1 异氰酸酯指数对聚氨酯泡沫的性能影响

在聚氨酯发泡过程中，存在以下主要反应：

（1）异氰酸酯基与多元醇的反应，生成聚氨酯：

（2）异氰酸酯基与水反应生成胺和二氧化碳：

异氰酸酯基与继续胺基反应生成含脲基的聚合物：

（3）异氰酸酯基与氨基甲酸酯基团中活泼氢反应形成脲基甲酸酯：

（4）异氰酸酯基与脲基反应生成缩二脲：

随着NCO含量增加，体系中产生的脲基甲酸酯基团和缩二脲基团相应增加，由于脲键的刚性强，使试样的强度增高。通过改变A，B组分的配比，研究NCO含量对硬质聚氨酯泡沫塑料强度的影响，并与德国进口产品进行比较，结果如表2所示。从表2数据可以看出，随着NCO含量的增加，制得的硬质聚氨酯泡沫试样在屈服时压强和压缩50%时压强均随之增强分别达28.3kg／cm2和50.4kg／cm2，且当A，B组分质量比1∶1.45时，试样的压缩强度远远高于德国进口产品。

表2 NCO含量对聚氨酯泡沫性能的影响

2.2 A，B组分的储存时间对聚氨酯泡沫性能的影响

将配置好的A，B组分包装好，在自然环境下放置4个月，然后按照硬质聚氨酯泡沫塑料的制备工艺，制得聚氨酯泡沫试样，并与当日配置的A，B组分制得的硬质聚氨酯泡沫塑料进行性能比较，其结果如表3所示。

表3 A，B组分的储存时间对聚氨酯泡沫性能影响

B组分中主要组分是多亚甲基多苯基多异氰酸酯，易于空气中的水反应，消耗NCO基团，使NCO含量下降。因此从表3可以看出，在储存4个月后制备的硬质聚氨酯泡沫塑料强度有所下降，但仍然率高于德国进口产品强度。

2.3 在假肢生产中应用效果

硬质聚氨酯泡沫塑料在假肢生产中使用情况：该材料主要采用二次真空成型工艺，用于制造中空型小腿假肢造型材料，另外也可用于大腿假肢接受腔外层的夹层材料。该材料使用方便，手工修型容易，其耐压、耐温、修型后的表面平整度均符合真空成型工艺要求。

3 结论

笔者研制的在假肢制造中使用的硬质聚氨酯泡沫材料，完全满足真空成型工艺要求，制备出的假肢耐压、耐温性能优异，外观表面光滑美观。

［1］ 柏松，魏永祥，谢奕，童俊.全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料的研制［J］.聚氨酯工业，2002，17（4）：32－34.

［2］ 朱海静，杨伟，杨鸣波，等.增强硬质聚氨酯泡沫塑料的压缩破坏行为［J］.高分子材料科学与工程，2003.19（4）：133－135.

［3］ 张禹，孙凤彬，李永毅，等.硬质聚氨酯泡沫塑料特性及其应用［J］.城市建筑，2006，313－312.

［4］ 黄莉，邓华，王宸.金属复合屋面板用硬质聚氨酯泡沫的力学性能.建筑材料学报，2014，17（2）：320－348.