本发明属于医用高分子材料技术领域，具体涉及一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法。
背景技术：
骨骼损伤是常见伤病之一，其中四肢长管状骨骨折最容易造成骨骼损伤，国内外最常用的治疗方法为夹板外固定，目前常用的夹板材质为塑料、橡胶等，存在笨重、透气性差以及夹板间压力不易控制等缺陷，近年，由于复合材料具有良好的力学性能，较低的成本以及易于实现各种形状的增强结构等优势正在逐步替代传统的骨折外固定材料，目前有质量轻且性能优于石膏的高分子夹板、固化定型时间短的水固化复合板、加有抗菌剂的抗菌夹板以及玻璃纤维复合夹板等，它们存在耗能高及使用过程中对人体和环境产生危害的弊端，从而制约了产品的普及，现有技术中通过将苎麻纤维与环氧树脂制备复合材料板，当苎麻纤维含量为20%时压缩强度达到较高水平，弯曲强度随着纤维量的增加而增加，当苎麻纤维含量达到35%时其剪切强度达到最大，但是随着苎麻纤维用量的增加，苎麻纤维与环氧树脂之间的粘结作用会受影响，而且夹板的重量也会有相应的增加，为了保证在不增加夹板重量的基础上，保持综合力学性能平衡，提高其剪切强度，且复合材料的断面不易破坏，是现有技术需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有苎麻纤维与环氧树脂制备的复合材料板剪切力与重量无法平衡的问题，提供了一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法，包括以下内容：
（1）原料准备，按重量份计包括粘度为400-600mpa·s的环氧树脂110-120份、等规聚丙烯20-30份、六羟甲基三聚氰胺12-16份、聚苯乙烯微球22-28份、交联剂2-4份、改性生姜干粉45-50份、角菜酸酯3-5份、固化剂2-4份、苄基三乙基氯化铵0.1-0.5份、丁基邻苯二甲酰羟乙酸丁酯1-2份；
所述改性生姜干粉的制备方法为，将生姜干粉与质量浓度为6-10%的3-羟基丙酸溶液混合，生姜干粉与3-羟基丙酸溶液的重量比为1:3，在氮气氛围下加热至75-85℃，搅拌反应1-2小时后，过滤，然后在温度为55-65℃的真空条件下干燥至含水量低于5%，即得；
（2）将聚苯乙烯微球和改性生姜干粉搅拌均匀，得到混合物料备用；
（3）将除聚苯乙烯微球和改性生姜干粉外的其余原料混合，然后在温度为210-220℃的条件下得到混合熔融液，放置于真空烘箱中抽真空30min，然后静置备用；
（4）在vartm模具上铺放混合物料，然后用真空袋包覆，用密封胶密封，再利用vartm技术注入混合熔融液，固化成型，即得。
作为对上述方案的进一步改进，所述粘度为200-500mpa·s的环氧树脂的环氧值为0.24-0.30mol/100g。
作为对上述方案的进一步改进，所述等规聚丙烯的等规度大于90%，结晶度为40-70%，密度为0.9g/cm³。
作为对上述方案的进一步改进，所述固化剂为氯化铵、六亚甲基四胺、尿素以重量比8-10:3-4:1混合得到。
作为对上述方案的进一步改进，所述聚苯乙烯微球的粒径为100-1000nm。
作为对上述方案的进一步改进，所述交联剂为聚乙烯醇二丙烯酸酯和烷氧基三丙烯酸酯中的一种。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（3）中静置时间不少于20分钟。
作为对上述方案的进一步改进，所述固化成型包括两个阶段，第一阶段为在温度为30℃的条件下固化12小时，第二阶段为在温度为80℃的条件下固化8小时。
所述等规聚丙烯质轻、无毒、耐酸碱、耐有机溶剂，高强度、高耐磨和高介电材料。
所述聚苯乙烯微球为球形，粒径高度均一，有优化的孔径结构，卓越的化学和ph稳定性，具有较高的机械强度，稳定性好、耐溶性好，具有良好的吸附性能，通常在食品化工、医药学、生物工程、信息工程微电子技术等领域有广泛应用。
所述六羟甲基三聚氰胺通常用作建筑涂料、汽车胶粘剂的原料。
所述苄基三乙基氯化铵为阳离子型表面活性剂，用作有机化学反应相转移催化剂，能够使反应在较低温度和压力下进行，增加产物收率。
所述丁基邻苯二甲酰羟乙酸丁酯通常用作聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂和醇酸树脂的增塑剂，用作苯酚树脂、聚醋酸乙烯和醋酸丁酯纤维素的增塑剂；用作醋酸丙烯纤维素、聚乙烯醇缩醛、氯化橡胶的增塑剂；可赋予制品优良的柔软性、耐候性和弹性，耐油和耐溶剂抽出性好。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过将低粘度的环氧树脂与等规聚丙烯配合作为主要原料，填充改性生姜干粉，使所得医用夹板，在保证质量轻、性能优异的前提下，提高夹板的剪切力，同时具有较强的抗冲击韧性，通过其他原料的合理配合，使树脂基体与改性生姜干粉之间能充分粘结，其压断面较为平整，用于医用夹板后，所得医用夹板具有较好的弯曲性能和剪切强度，能够夹紧固定，避免二次伤害，适于推广使用。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、所实现的目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过将低粘度的环氧树脂与等规聚丙烯配合作为主要原料，填充改性生姜干粉，使所得医用夹板，在保证质量轻、性能优异的前提下，提高夹板的剪切力，同时具有较强的抗冲击韧性，通过其他原料的合理配合，使树脂基体与改性生姜干粉之间能充分粘结，其压断面较为平整，用于医用夹板后，所得医用夹板具有较好的弯曲性能和剪切强度，能够夹紧固定，避免二次伤害，适于推广使用。
本发明中所用部分原料来源如下：所述聚丙烯树脂由中国石化上海石油化工股份有限公司提供，其弯曲强度为110-120mpa，拉伸强度为28.5mpa，拉伸模量为0.867gpa，所述聚苯乙烯微球由苏州智微纳米科技有限公司提供；所述400-600mpa·s的环氧树脂为常数佳发公司提供的牌号为jef-0221的产品；所述等规聚丙烯由大庆石油化工有限公司提供；所述步骤（3）中所用真空干燥箱的型号为dzf-6050。
一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法，包括以下内容：
（1）原料准备，按重量份计包括粘度为400-600mpa·s的环氧树脂110-120份、等规聚丙烯20-30份、六羟甲基三聚氰胺12-16份、聚苯乙烯微球22-28份、交联剂2-4份、改性生姜干粉45-50份、角菜酸酯3-5份、固化剂2-4份、苄基三乙基氯化铵0.1-0.5份、丁基邻苯二甲酰羟乙酸丁酯1-2份；
所述改性生姜干粉的制备方法为，将生姜干粉与质量浓度为6-10%的3-羟基丙酸溶液混合，生姜干粉与3-羟基丙酸溶液的重量比为1:3，在氮气氛围下加热至75-85℃，搅拌反应1-2小时后，过滤，然后在温度为55-65℃的真空条件下干燥至含水量低于5%，即得；
（2）将聚苯乙烯微球和改性生姜干粉搅拌均匀，得到混合物料备用；
（3）将除聚苯乙烯微球和改性生姜干粉外的其余原料混合，然后在温度为210-220℃的条件下得到混合熔融液，放置于真空烘箱中抽真空30min，然后静置备用；
（4）在vartm模具上铺放混合物料，然后用真空袋包覆，用密封胶密封，再利用vartm技术注入混合熔融液，固化成型，即得。
由上述描述可知，利用vartm技术制备复合材料，能使所得复合材料材质均匀无空隙，保证产品的弯曲强度和剪切强度。
作为对上述方案的进一步改进，所述粘度为200-500mpa·s的环氧树脂的环氧值为0.24-0.30mol/100g。
由上述描述可知，选择合适粘度的环氧树脂，能够有效的应用于vartm技术中，得到材质性能稳定的复合材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述等规聚丙烯的等规度大于90%，结晶度为40-70%，密度为0.9g/cm³。
由上述描述可知，所述等规聚丙烯质轻、无毒、耐酸碱、耐有机溶剂，高强度、高耐磨和高介电材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述固化剂为氯化铵、六亚甲基四胺、尿素以重量比8-10:3-4:1混合得到。
由上述描述可知，多种固化剂协同作用，能够保证固化效果。
作为对上述方案的进一步改进，所述聚苯乙烯微球的粒径为100-1000nm。
由上述描述可知，能够提高复合材料的剪切强度和性能稳定性，同时有助于加强树脂基体与改性生姜干粉的粘结性能。
作为对上述方案的进一步改进，所述交联剂为聚乙烯醇二丙烯酸酯和烷氧基三丙烯酸酯中的一种。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（3）中静置时间不少于20分钟。
由上述描述可知，能够保证混合熔融液混合均匀且性能稳定。
作为对上述方案的进一步改进，所述固化成型包括两个阶段，第一阶段为在温度为30℃的条件下固化12小时，第二阶段为在温度为80℃的条件下固化8小时。
由上述描述可知，分多阶段使复合板材固化成型，能够保证固化过程稳定，使所得复合材料无空隙。
实施例1
一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法，包括以下内容：
（1）原料准备，按重量份计包括粘度为400-600mpa·s的环氧树脂115份、等规聚丙烯25份、六羟甲基三聚氰胺14份、聚苯乙烯微球25份、聚乙烯醇二丙烯酸酯3份、改性生姜干粉47份、角菜酸酯4份、固化剂3份、苄基三乙基氯化铵0.3份、丁基邻苯二甲酰羟乙酸丁酯1.5份；
所述改性生姜干粉的制备方法为，将生姜干粉与质量浓度为8%的3-羟基丙酸溶液混合，生姜干粉与3-羟基丙酸溶液的重量比为1:3，在氮气氛围下加热至80℃，搅拌反应1.5小时后，过滤，然后在温度为60℃的真空条件下干燥至含水量低于5%，即得；
（2）将聚苯乙烯微球和改性生姜干粉搅拌均匀，得到混合物料备用；
（3）将除聚苯乙烯微球和改性生姜干粉外的其余原料混合，然后在温度为215℃的条件下得到混合熔融液，放置于真空烘箱中抽真空30min，然后静置备用，静置时间不少于20分钟；
（4）在vartm模具上铺放混合物料，然后用真空袋包覆，用密封胶密封，再利用vartm技术注入混合熔融液，固化成型，即得；
所述固化成型包括两个阶段，第一阶段为在温度为30℃的条件下固化12小时，第二阶段为在温度为80℃的条件下固化8小时。
其中，所述粘度为200-500mpa·s的环氧树脂的环氧值为0.24-0.30mol/100g；所述等规聚丙烯的等规度大于90%，结晶度为40-70%，密度为0.9g/cm³；所述聚苯乙烯微球的粒径为100-1000nm。
其中，所述固化剂为氯化铵、六亚甲基四胺、尿素以重量比9:3.5:1混合得到。
实施例2
一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法，包括以下内容：
（1）原料准备，按重量份计包括粘度为400-600mpa·s的环氧树脂120份、等规聚丙烯20份、六羟甲基三聚氰胺12份、聚苯乙烯微球28份、烷氧基三丙烯酸酯2份、改性生姜干粉50份、角菜酸酯3份、固化剂2份、苄基三乙基氯化铵0.5份、丁基邻苯二甲酰羟乙酸丁酯2份；
所述改性生姜干粉的制备方法为，将生姜干粉与质量浓度为6%的3-羟基丙酸溶液混合，生姜干粉与3-羟基丙酸溶液的重量比为1:3，在氮气氛围下加热至85℃，搅拌反应2小时后，过滤，然后在温度为55℃的真空条件下干燥至含水量低于5%，即得；
（2）将聚苯乙烯微球和改性生姜干粉搅拌均匀，得到混合物料备用；
（3）将除聚苯乙烯微球和改性生姜干粉外的其余原料混合，然后在温度为220℃的条件下得到混合熔融液，放置于真空烘箱中抽真空30min，然后静置备用，静置时间不少于20分钟；
（4）在vartm模具上铺放混合物料，然后用真空袋包覆，用密封胶密封，再利用vartm技术注入混合熔融液，固化成型，即得；
所述固化成型包括两个阶段，第一阶段为在温度为30℃的条件下固化12小时，第二阶段为在温度为80℃的条件下固化8小时。
其中，所述粘度为200-500mpa·s的环氧树脂的环氧值为0.24-0.30mol/100g；所述等规聚丙烯的等规度大于90%，结晶度为40-70%，密度为0.9g/cm³；所述聚苯乙烯微球的粒径为100-1000nm。
其中，所述固化剂为氯化铵、六亚甲基四胺、尿素以重量比10:4:1混合得到。
实施例3
一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法，包括以下内容：
（1）原料准备，按重量份计包括粘度为400-600mpa·s的环氧树脂110份、等规聚丙烯30份、六羟甲基三聚氰胺16份、聚苯乙烯微球22份、聚乙烯醇二丙烯酸酯4份、改性生姜干粉45份、角菜酸酯5份、固化剂4份、苄基三乙基氯化铵0.1份、丁基邻苯二甲酰羟乙酸丁酯1份；
所述改性生姜干粉的制备方法为，将生姜干粉与质量浓度为10%的3-羟基丙酸溶液混合，生姜干粉与3-羟基丙酸溶液的重量比为1:3，在氮气氛围下加热至75℃，搅拌反应1小时后，过滤，然后在温度为65℃的真空条件下干燥至含水量低于5%，即得；
（2）将聚苯乙烯微球和改性生姜干粉搅拌均匀，得到混合物料备用；
（3）将除聚苯乙烯微球和改性生姜干粉外的其余原料混合，然后在温度为210℃的条件下得到混合熔融液，放置于真空烘箱中抽真空30min，然后静置备用，静置时间不少于20分钟；
（4）在vartm模具上铺放混合物料，然后用真空袋包覆，用密封胶密封，再利用vartm技术注入混合熔融液，固化成型，即得；
所述固化成型包括两个阶段，第一阶段为在温度为30℃的条件下固化12小时，第二阶段为在温度为80℃的条件下固化8小时。
其中，所述粘度为200-500mpa·s的环氧树脂的环氧值为0.24-0.30mol/100g；所述等规聚丙烯的等规度大于90%，结晶度为40-70%，密度为0.9g/cm³；所述聚苯乙烯微球的粒径为100-1000nm。
其中，所述固化剂为氯化铵、六亚甲基四胺、尿素以重量比8:3:1混合得到。
设置对照组1，将实施例1中等规聚丙烯去掉，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1中六羟甲基三聚氰胺去掉，其余内容不变；设置对照组3，将实施例1中聚苯乙烯微球去掉，其余内容不变；设置对照组4，将实施例1中苄基三乙基氯化铵去掉，其余内容不变；设置对照组5，将实施例1中丁基邻苯二甲酰羟乙酸丁酯，其余内容不变；设置对照组6，将实施例1中改性生姜干粉替换成等重量的苎麻纤维，所述苎麻纤维的有效长度为226mm，密度为1.5g/cm³，其余内容不变；设置对照组7为将实施例1中固化剂替换为氯化铵，其余内容不变；设置对照组7为现有文件《苎麻纤维复合材料医用夹板的开发及智能化》（孔莉莉等），苎麻纤维/环氧树脂复合材料，以苎麻纤维含量为20%时所得复合材料。
按照上述方法限定的条件分别制备实验样板，实验样板的尺寸为30mm×30mm×2mm，根据gb/t3856-2005《单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法》检测压缩强度，，根据gb/t1449-2005《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》进行弯曲性能测试，根据jc/t773-2010《纤维增强塑料-短梁法测定层间剪切强度的方法》进行剪切强度测试，得到以下结果：
表1
通过表1中数据可以看出，本发明中制备所得复合材料综合性能较好，能够在保证质轻（质量与对照组7中相比不超过其重量的4%）的基础上，提高复合材料的剪切强度，适于推广，在实际应用时，配合压力传感器的使用，能够保证夹板使用性能；
对照组3会增加复合材料的重量；对照组6中剪切强度相对较差。
综上所述，本发明提供一种提高轻质医用高分子夹板剪切力的方法，通过将低粘度的环氧树脂与等规聚丙烯配合作为主要原料，填充改性生姜干粉，使所得医用夹板，在保证质量轻、性能优异的前提下，提高夹板的剪切力，同时具有较强的抗冲击韧性，通过其他原料的合理配合，使树脂基体与改性生姜干粉之间能充分粘结，其压断面较为平整，用于医用夹板后，所得医用夹板具有较好的弯曲性能和剪切强度，能够夹紧固定，避免二次伤害，适于推广使用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。