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碳纤维材料在医疗领域应用日益剧增

2020-02-27 17:12:19 19

      随着时代的进步,医疗领域对大型高性能诊断治疗设备的需求量日益剧增,特别是放射设备,正朝着放射剂量小以及成像分析数字化方向发展。这对减少患者辐射的危害以及勘测病情都有重要意义。为此科学研究者们进行了无数次探索,最后发现碳纤维复合材料正是制造放射医疗设备的优质材料。

碳纤维制品,玻璃钢制品

      碳纤维医疗头枕

      碳纤维除了有着高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能,还有X射线透过率好等特点,是医疗床板的理想材料。碳纤维复合材料由碳纤维和树脂组成,前者为增强材料,主要起承载作用,后者为基体材料,用来支撑碳纤维并将外载荷传递给它。通常,高标准的医用设备非常注重所用原材料的质量、卫生性、可靠性和精度。由碳纤维材料制成的医疗器材具有比重轻、稳定性高、强度大及抗断裂的特性。采用碳纤维复合材料制造的透视技术领域的部件具有较低的X射线吸收水平,能够保护患者少受X射线的伤害。碳纤维材料还可用于X射线台面、臂架和头部固定器等由特殊承载泡沫制成的夹层结构组件中,使用此类组件的患者支持器可以承受高达1200kg的负荷,而普通的支持器则只能承受400kg的负荷。

      碳纤维复合材料的优势

      1、各向异性及可设计性

医疗设备上某些部件,需要在某一方向承载后挠度很小,具有很高的刚性;碳纤维增强树脂基复合材料可有显著的各向异性,即沿纤维轴向和垂直于纤维轴向有显著的性能差异,材料的各向异性给设计带来较大的自由度。

材料的铺层取向可在较宽的范围内调整,由于铺层的各向异性特征,可通过改变铺层的取向与铺叠顺序来改变复合材料的弹性和强度特性,以获得既满足使用要求又具有最佳性能质量比的复合材料结构。

   2、优异的X射线透过性能

   X射线穿透物质后的强度衰减或被吸收的程度与物质的组成、原子序数、密度和厚度有关。对于碳纤维复合材料,树脂的元素组成为C、H、O,碳纤维的元素组成为C,X射线质量吸收系数都非常小,远低于一般材料。碳纤维环氧树脂复合材料的铝当量为0.11,碳纤维复合材料泡沫夹层结构的铝当量为0.52,X射线透过性能均大大优于铝板、胶合板和酚醛树脂板等传统医用材料。碳纤维复合材料X射线透过率高,允许射线以任何角度照射在床板上而不产生折射,小剂量的射线即可获得清晰地造影,减少了对病人的伤害,无毒无味,轻质高强,刚度高,且化学稳定性强,与人体的生物相容性,损耗低。

   3、良好的抗疲劳特性

   由于病人诊治量大,对于床面板的疲劳性能要求较高。在碳纤维增强树脂基复合材料中存在着难以数计的纤维/树脂界面,这些界面能阻止裂纹进一步扩展,从而推迟疲劳破坏的发生。使用过程中,复合材料构件即使过载造成少量纤维断裂,其载荷也会迅速重新分布到未破坏的纤维上,从而在短时内不会使整个构件丧失承载能力,显示出结构具有良好的破损安全性。

碳纤维制品,玻璃钢制品

      综上所述,碳纤维复合材料用于放射医疗设备有很大的优势。一些发达国家早已大力推广碳纤维医疗配件,国内也已经开始使用,随着材料成本的降低,相信它的大量使用将成为必然趋势。