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碳纤维复合材料在假肢矫形器中应用性研究
- 2020-10-16-

  重庆假肢矫形器碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。
  碳素纤维(CF)的分类
(一)按碳纤维性能分类
1、高强度CF (HS)2、高模量CF (HM)3、超高强CF (UHS)4、超高模CF (UHM)5、高强-高模CF6、中强-中模CF      
7、通用级CF:拉伸强度<1.4gpa< font="">,拉伸模量<140GPa 8、高性能CF
(二)按碳纤维的功能分类
1、受力结构用CF 2、耐焰用CF 3、导电用CF 4、润滑用CF 5、耐磨用CF 6、活性CF
三、碳纤维的特性
(一)质轻、比强度、比模量高:其突出优点是比强度、比模量高。重量约为钢材的五分之一,其比重为铁的四分之一,比强度为铁的10倍,尤其是高弹模量碳纤维,其抗拉强度比钢材大68倍,弹性模量比钢材大1.8~2.6倍。
(二)抗疲劳性能好:纤维增强复合材料的基体,是断裂应变较大的韧性材料,即使结构中出现了裂纹,基体的塑性形变也能使裂纹锐化,从而减缓其扩展。
(三)可设计性强
(四)破损安全性能好
(五)碳纤维的其他特性还包括高强度的X射线穿透性,较高的抗热导电性及抗磨蚀性能等。
  碳纤维复合材料在假肢中应用
1、接受腔作用
承担人体重量、控制假肢,悬吊假肢,它使残肢在腔内舒适自如, 而且碳纤维框架也达到支撑体重和力的传递要求
2、碳纤维膝关节
碳纤维膝关节其比强度是目前所用材料中优的,因此,目前世界上流行的20多种膝关节的外框均采用碳纤维复合材料制作。由于在膝关节中引入了碳纤维复合材料,减掉了很多重量,从而使人工膝关节得以实现多种效能
3、碳纤维踝关节
踝关节与假脚的动作,对膝关节的支撑稳定性有重要的影响。(柔性脚中采用碳纤维复合材料做踝关节,可以弹跳。碳纤维固定软跟足踝、碳纤维万向足踝等人工踝关节。)
4、连接管
足踝与小腿假肢连接管也可采用碳纤维复合材料制作,从而使踝关节轻巧美观。
5、碳纤维假脚
假脚的主要功能是支撑体质量,在运动中产生推力,同时可代偿小腿三头肌和屈肌的作用。储能脚由于特殊的设计和材料,放/储能比一般在50%以上,高于传统假脚。在储能脚中,采用高弹性、高强度的碳纤维复合材料的假脚高,可达95%以上,同时由于其质量轻,患者行走时较为省力而广受欢迎。