Kolfiberkompositmaterial används i allt större utsträckning inom områdena diagnos, behandling, hälsovård och relaterad medicinsk utrustning. Med den gradvisa ökningen av efterfrågan på den medicinska marknaden, expanderar också relevanta medicinska kolfibermaterial ständigt och förnyar sig i applikationsmetoder och former.
Forskningen om medicinska kolfibermaterial började redan på 1960-talet. Vid den tiden fann man att kolfibermaterial hade utmärkta anti-koagulationsegenskaper i forskningen om anti-koagulationsmaterial i artificiella blodkärl. Efter 1970 föreslog Bokros att använda kolfibermaterial som biomedicinsk utrustning. Enligt modern vetenskaplig forskning har kolfibermaterial god biokompatibilitet, låg irritation för biologiska vävnader, icke-toxicitet, icke-cancerogenicitet, låg specifik vikt och elasticitetsmodul som liknar mänskliga ben. Det har den potentiella fördelen att bli den fjärde generationens implantatmaterial.
Fördelar med kolfiberkompositmaterial inom det medicinska området
1. Anisotropi och designbarhet
Kolfiberkompositmaterial är anisotropa material med olika egenskaper längs fiberriktningen och vinkelrätt mot fiberriktningen, vilket ger stor frihet att utforma. Genom att ändra läggningsmetoden (såsom läggningsvinkel, läggningsordning) för att ändra produktens elasticitet och styrka kan de specifika användningskraven uppfyllas. Komponenter för medicinsk utrustning verkar ofta på olika delar av människokroppen, och de specifika prestandakraven för olika komponenter är olika.
2. Hög röntgentransmittans-
Transmittansen för röntgenstrålar- är relaterad till grundämnessammansättningen, atomnummer, densitet och tjocklek på materialet som penetreras. Huvudämnena som utgör kolfiberkompositmaterial är C, H och O, med små atomnummer, och röntgenmassabsorptionskoefficienten är mycket lägre än för allmänna material. Röntgengenomsläppligheten för 1 mm tjocka aluminiumplåtar och kolfiberkompositplattor är 78 % respektive 96 %, spridnings- och absorptionsförbrukningen för aluminiumplåtar är 22 % och för kolfiberplattor är endast 4 %.
3. Bra utmattningsmotstånd
Kolfiberkompositmaterial innehåller otaliga fiber/harts-gränssnitt. När sprickor genereras av alltför stora yttre krafter kan dessa gränssnitt effektivt förhindra att sprickorna expanderar ytterligare och fördröja uppkomsten av utmattningsskador. Medicinsk utrustning återanvänds varje dag, och den goda utmattningsbeständigheten hos kolfiberkompositmaterial säkerställer instrumentets livslängd.
Inom området medicinsk utrustning används kolfiberkompositmaterial för att tillverka mobila plattformar för röntgeninspektionsmaskiner genom att utnyttja deras fulla röntgentransmittans. CFRP används för att tillverka medicinsk utrustning som ortopedi och organtransplantation, samt rehabiliteringsprodukter som proteser och ortoser genom att utnyttja dess utmärkta mekaniska egenskaper.
Används för CT-bäddplattor, -röntgeninspektionsutrustning och extrautrustning
Denna typ är det mest använda och mest omfattande medicinska fallet i kolfiber i Kina. De mer representativa är röntgen-, CT- och B-ultraljudsinspektionssängpaneler, nackstöd för diagnostiska sängar, hög-detektorpaneler för platta DR-detektorer och fästen.
Medicinska CT-bäddplattor använder för det mesta isolerande elektriska plattor, men deras stråltransmittans är låg, deras mekaniska egenskaper är dåliga och deras avbildningsklarhet är dålig. Absorptionshastigheten och spridningshastigheten för kolfiberkompositmaterial är mycket mindre än dem. Under diagnos kan röntgendosen minskas i enlighet med detta, effekten hos röntgenapparaten kan minskas, instrumentets livslängd kan förlängas och elektricitet kan sparas.
Ännu viktigare är att kolfiberkompositmaterial har utmärkt röntgentransmittans-, vilket gör att strålarna kan bestrålas på sängbrädan i vilken vinkel som helst utan brytning. Endast en liten dos strålar behövs för att få klar bild, vilket minskar skadorna på patienter och medicinsk personal.
Kolfiber för konstgjorda ben och konstgjorda leder
För närvarande har kolfiberkompositmaterial använts i stor utsträckning i benfixeringsplattor, benfyllmedel, höftledsstammar, konstgjorda implantattandrötter, skallreparationsmaterial och konstgjorda hjärtmaterial. Böjhållfastheten för mänskliga ben är cirka 100Mpa, böjmodulen är 7~20Gpa, draghållfastheten är cirka 150Mpa och dragmodulen är cirka 20Gpa. Böjhållfastheten för kolfiberkompositmaterial är cirka 89Mpa, böjmodulen är 27Gpa, draghållfastheten är cirka 43Mpa och dragmodulen är cirka 24Gpa, vilket är nära eller överstiger styrkan hos mänskliga ben.
För närvarande har vissa företag utvecklat användningen av kolfiberkompositmaterial för att göra konstgjorda ben och leder. Böjstyrkan hos detta konstgjorda ben är närmare verkliga mänskliga ben än konstgjorda ben gjorda av andra biomaterial, vilket är av stor betydelse för ortopedisk medicin. Slitstyrkan hos konstgjorda fogar gjorda av den är också högre än för ultra-polyeten och metallprodukter med hög molekylvikt vid den rörliga fogen.
Ett annat företag har utvecklat kontinuerliga kolfiber- eller filtförstärkta plaster för benreparation. Hartsmatrisen använder polymetylmetakrylat och massandelen kolfiber är 20 %-60 %. Eftersom materialet är lätt, inte stör MRT-undersökningar och har god biokompatibilitet, långvarig implantation i kroppen har inga negativa reaktioner på biologiska vävnader, blod, cerebrospinalvätska etc. och ingen avstötningsreaktion, är det lämpligt att använda som frakturfixeringsmaterial eller fraktur intern fixering eller benreparationsmaterial.
Tandrestaurering
I Europa och USA används icke-metalliska restaurerings-förformade fiberpostsystem alltmer i klinisk praxis och anses gradvis vara ett effektivt alternativ till det traditionella metallstolp- och kärnsystemet för att reparera kvarvarande rötter och tandkronor. Studier av kolfiberstolpars fysikaliska och kemiska egenskaper och biologiska egenskaper visar att kolfiberstolpar har mekaniska egenskaper som är mer kompatibla med tandvävnader. Deras elasticitetsmodul, som liknar dentinets, kan göra att stressen fördelas jämnare längs stolpkroppen, vilket är fördelaktigt för att skydda tandroten; samtidigt har de många fördelar som god biokompatibilitet och korrosionsbeständighet, enkel borttagning och bekväm sekundär reparation.
Kolfiberprotes
Länken och överföringsdelen mellan protesen och människokroppen kallas mottagningshålan, som huvudsakligen omsluter den kvarvarande lemmen och överför kraft. Den här delen har höga-belastningskrav och får inte vara för tung. Kolfibermaterial kan också användas som material för att tillverka denna del. Den del som innehåller den resterande delen kan vara gjord av polyetenskiva, och stödkroppen kan vara gjord av kolfiber för att skapa en ramstruktur för att uppnå enkelt stöd och kraftöverföring.
Kopplingen mellan fotleden och foten av människokroppen spelar en nyckelroll i kroppens balans och stöd. Ankelleden av kolfiber kan realisera människokroppens hoppfunktion. Dessutom kan kopplingsdelen mellan fotleden och vadprotesen också realiseras med kolfiber. Den övergripande produkten är mycket utsökt och fungerar även bra när det gäller skadesäkerhet.
Kolfiberrullstol
Densiteten för kolfiber är endast 1,7 g/cm3. Tillbehören med samma specifikation är mer än hälften lättare än de av aluminiumlegering, men styrkan är mycket större. Dessutom är kolfiber också mycket korrosionsbeständiga-. En betydande andel av rullstolspatienter har problem som inkontinens och frekvent kontakt med injektioner och mediciner. I det här fallet visar tillbehör gjorda av kolfiberkompositmaterial en hållbarhet som är svår att matcha med allmänna metallmaterial.
För närvarande används kolfiberkompositmaterial främst i tillbehör som armstöd, armstöd, fotstöd, benstöd, ryggstöd, kjolar och ramrör. De flesta av dessa tillbehör kan justeras i höjdled. Kolfiberkompositmaterial är lätta att montera med rullstolen som helhet genom mekanisk anslutning. Det viktigaste är att efter att dessa tillbehör har använts i kolfiberkompositmaterial har rullstolens totalvikt minskat avsevärt, och som en ofta använd komponent har den blivit starkare och mer hållbar.
Kolfiberkompositmaterial har utmärkta prestanda och har använts i stor utsträckning i det civila dagliga livet. De har också verifierats genom årtionden av tillämpning. De är säkra och pålitliga för miljön och människors hälsa.
Med den medicinska teknikens kontinuerliga framsteg, förnyas och utvecklas också medicinsk utrustning ständigt. Investeringen och tillämpningen av kolfiber i medicintekniska produkter representerar en ny trend och riktning, och kommer säkerligen att inleda ett bredare tillämpningsperspektiv i framtiden.
