Композитні матеріали з вуглецевого волокна все частіше використовуються в галузі діагностики, лікування, охорони здоров’я та пов’язаних медичних пристроїв. З поступовим зростанням попиту на ринку медицини відповідні медичні матеріали з вуглецевого волокна також постійно розширюються та інновуються в методах і формах застосування.
Дослідження медичних матеріалів з вуглецевого волокна почалися ще в 1960-х роках. У той час було виявлено, що матеріали з вуглецевого волокна мають чудові анти-коагуляційні властивості під час досліджень анти-коагуляційних матеріалів штучних кровоносних судин. Після 1970 року Бокрос запропонував використовувати матеріали з вуглецевого волокна як біомедичні пристрої. Згідно з сучасними науковими дослідженнями, матеріали з вуглецевого волокна мають добру біосумісність, низький рівень подразнення біологічних тканин, не-токсичність, не-канцерогенність, низьку питому вагу та модуль пружності, подібний до людських кісток. Він має потенційну перевагу стати четвертим поколінням матеріалів для імплантатів.
Переваги композитних матеріалів з вуглецевого волокна в медичній сфері
1. Анізотропія та спроектованість
Композитні матеріали з вуглецевого волокна є анізотропними матеріалами з різними властивостями вздовж напрямку волокон і перпендикулярно до напрямку волокон, що забезпечує велику свободу дизайну. Змінюючи спосіб укладання (наприклад, кут укладання, порядок укладання) для зміни еластичності та міцності продукту, можна задовольнити специфічні вимоги щодо використання. Компоненти медичного обладнання часто впливають на різні частини тіла людини, і конкретні вимоги до ефективності різних компонентів різні.
2. Висока пропускна здатність рентгенівського випромінювання
Коефіцієнт пропускання рентгенівських променів залежить від елементного складу, атомного номера, щільності та товщини матеріалу, через який проникає. Основними елементами, з яких складаються композитні матеріали з вуглецевого волокна, є С, Н і О з малими атомними номерами, а коефіцієнт масового поглинання рентгенівських променів набагато нижчий, ніж у звичайних матеріалів. Коефіцієнт пропускання рентгенівського випромінювання алюмінієвих пластин товщиною 1 мм і композитних пластин з вуглецевого волокна становить 78% і 96% відповідно, споживання на розсіювання та поглинання алюмінієвих пластин становить 22%, а пластин з вуглецевого волокна лише 4%.
3. Хороша стійкість до втоми
Композитні матеріали з вуглецевого волокна містять незліченну кількість інтерфейсів волокно/смола. Коли тріщини утворюються через надмірні зовнішні сили, ці інтерфейси можуть ефективно запобігти подальшому розширенню тріщин і затримати появу втомного пошкодження. Медичні прилади повторно використовуються щодня, а хороша стійкість до втоми композитних матеріалів з вуглецевого волокна забезпечує термін служби інструменту.
У галузі медичного обладнання композитні матеріали з вуглецевого волокна використовуються для виготовлення мобільних платформ для рентгенівських інспекційних машин із використанням повного пропускання рентгенівських-променів; CFRP використовується для виробництва медичного обладнання, такого як ортопедія та трансплантація органів, а також продуктів реабілітації, таких як протези та ортопедичні вироби, завдяки використанню його чудових механічних властивостей.
Використовується для пластин КТ, рентгенівського обладнання та допоміжного обладнання
Цей тип є найпоширенішим і найбільшим медичним футляром із вуглецевого волокна в Китаї. Більш репрезентативними є рентгенівські, комп’ютерні та ультразвукові оглядові панелі ліжок, діагностичні підголівники ліжок, панелі детекторів із плоскими панелями DR високої-роздільності та кронштейни.
Медичні КТ-пластини здебільшого використовують ізоляційні електричні пластини, але їх пропускна здатність променів низька, їх механічні властивості погані, а чіткість зображення погана. Швидкість поглинання та швидкість розсіювання композитних матеріалів з вуглецевого волокна набагато менші, ніж у них. Під час діагностики можна відповідно зменшити дозу рентгенівського випромінювання, зменшити потужність рентгенівського апарату, продовжити термін служби приладу та заощадити електроенергію.
Що ще важливіше, композитні матеріали з вуглецевого волокна мають чудову пропускну здатність рентгенівського випромінювання, що дозволяє променям випромінюватися на дошку ліжка під будь-яким кутом без заломлення. Лише невелика доза променів потрібна для отримання чіткого зображення, таким чином зменшуючи шкоду для пацієнтів і медичного персоналу.
Вуглецеве волокно для штучних кісток і штучних суглобів
В даний час композитні матеріали з вуглецевого волокна широко використовуються в кісткових фіксуючих пластинах, кісткових наповнювачах, стеблах кульшового суглоба, штучних коренях зубів імплантів, матеріалах для ремонту черепа та штучних серцевих матеріалах. Міцність на вигин людських кісток становить близько 100 МПа, модуль пружності на згин становить 7 ~ 20 ГПа, міцність на розтяг — близько 150 МПа, а модуль пружності на розтяг — близько 20 ГПа. Міцність на вигин композитних матеріалів з вуглецевого волокна становить близько 89 МПа, модуль пружності на вигин — 27 ГПа, міцність на розтяг — близько 43 МПа, а модуль розтягування — близько 24 ГПа, що близько до або перевищує міцність людських кісток.
В даний час деякі компанії розробили використання композитних матеріалів з вуглецевого волокна для виготовлення штучних кісток і суглобів. Міцність на вигин цієї штучної кістки ближча до справжніх людських кісток, ніж штучних кісток з інших біоматеріалів, що має велике значення для ортопедичної медицини. Зносостійкість штучних з’єднань з нього також вища, ніж у над-поліетилену високої молекулярної маси та металевих виробів у рухомому з’єднанні.
Інша компанія розробила безперервне вуглецеве волокно або армований повстю пластик для відновлення кісток. Смоляна матриця використовує поліметилметакрилат, а масова частка вуглецевого волокна становить 20%-60%. Оскільки матеріал легкий, не заважає МРТ-обстеженням і має хорошу біосумісність, довгострокова імплантація в організм не викликає побічних реакцій на біологічні тканини, кров, спинномозкову рідину тощо, а також реакції відторгнення, він підходить для використання як матеріал для фіксації переломів, внутрішньої фіксації переломів або матеріалу для відновлення кісток.
Реставрація зуба
У Європі та Сполучених Штатах не{0}}металева реставраційна система-попередньо сформованих волоконних штифтів все частіше використовується в клінічній практиці та поступово розглядається як ефективна альтернатива традиційним металевим штифтам і системі стрижня для відновлення залишкових коренів і коронок зубів. Дослідження фізичних, хімічних і біологічних властивостей штифтів з вуглецевого волокна показують, що штифти з вуглецевого волокна мають механічні властивості, які більш сумісні з тканинами зуба. Їх модуль пружності, схожий на модуль пружності дентину, може більш рівномірно розподіляти напругу вздовж тіла штифта, що сприяє захисту кореня зуба; водночас вони мають багато переваг, таких як хороша біосумісність і стійкість до корозії, легке видалення та зручний вторинний ремонт.
Карбоновий протез
Сполучна і передавальна частина між протезом і тілом людини називається приймальною порожниною, яка в основному огортає залишкову кінцівку і передає силу. Ця частина має високі-вимоги до несучої здатності та не може бути надто важкою. Матеріали з вуглецевого волокна також можуть бути використані як матеріали для виготовлення цієї деталі. Частина, яка містить залишкову кінцівку, може бути виготовлена з поліетиленової дошки, а опорний корпус може бути виготовлений з вуглецевого волокна, щоб створити рамну конструкцію для досягнення легкої підтримки та передачі сили.
Зв'язок між щиколоткою та стопою людського тіла відіграє ключову роль у балансі та підтримці тіла. Гомілковостопний суглоб з вуглецевого волокна може реалізувати стрибкову функцію людського тіла. Крім того, з’єднувальна частина між щиколоткою та протезом литки також може бути реалізована за допомогою вуглецевого волокна. Загальний продукт дуже вишуканий, а також добре працює з точки зору безпеки від пошкоджень.
Інвалідна коляска з вуглецевого волокна
Щільність вуглецевого волокна становить лише 1,7 г/см3. Фурнітура такої ж специфікації більш ніж вдвічі легша, ніж з алюмінієвого сплаву, але міцність набагато більша. Крім того, вуглецеве волокно також дуже -стійке до корозії. Значна частина людей на інвалідних візках стикається з такими проблемами, як нетримання сечі та частий контакт з ін’єкціями та ліками. У цьому випадку аксесуари з композитних матеріалів з вуглецевого волокна демонструють довговічність, яку важко порівняти зі звичайними металевими матеріалами.
В даний час композитні матеріали з вуглецевого волокна в основному використовуються в аксесуарах, таких як підлокітники, підлокітники, підніжки, підніжки, спинки, спідниці та каркасні труби. Більшість таких аксесуарів можна регулювати по висоті. Композитні матеріали з вуглецевого волокна легко поєднуються з інвалідним кріслом за допомогою механічного з’єднання. Найважливішим є те, що після використання цих аксесуарів у композитних матеріалах з вуглецевого волокна загальна вага інвалідного крісла значно зменшилася, а як часто використовуваний компонент він став міцнішим і витривалішим.
Композитні матеріали з вуглецевого волокна мають відмінні характеристики і широко використовуються в цивільному повсякденному житті. Вони також перевірені десятиліттями застосування. Вони безпечні та надійні для навколишнього середовища та здоров'я людини.
З безперервним прогресом медичних технологій медичне обладнання також постійно вдосконалюється та вдосконалюється. Інвестиції та застосування вуглецевого волокна в медичних пристроях представляють нову тенденцію та напрямок і, безсумнівно, відкриють ширшу перспективу застосування в майбутньому.
