可用於人體的碳纖維複合材料究竟有多強

2021-02-25 中航復材科技
碳纖維複合材料又稱為碳纖維增強塑料，具有優異的機械性能和耐腐蝕性能，已經廣泛應用於工業生產、體育戶外、醫療器械等領域，其與人體兼容性良好，可以作為人工骨、關節、牙科根管樁等植入人體。碳纖維複合材料在民用領域應用時是安全可靠的。現實生活中，很多人容易混淆碳纖維和碳纖維複合材料的概念。在航空航天以及民用領域都不會直接使用碳纖維，而是使用碳纖維複合材料。碳纖維複合材料由碳纖維與樹脂基體複合而成，又稱為碳纖維增強塑料。所以除製造環節外，人們根本接觸不到碳纖維，所觸碰的都是樹脂基體，與常用的塑料製品沒有差別。碳纖維複合材料在民用領域已經得到了大量的應用，國外市場的普及程度遠超國內。工業生產中的各種耐腐蝕管道容器，飛機、船舶和車輛的結構件等大量使用碳纖維複合材料。


戶外體育用品中的羽毛球拍、網球拍、釣魚竿、自行車、帳篷等也大量使用碳纖維複合材料。

在醫療器械領域，利用其X射線全透射性，其被用於製造X光檢查儀用移動平臺；利用CFRP優異的機械性能，其被用於製造骨科用和器官移植用等醫療器械，以及製造假肢、矯形器等康復產品

目前有公司研究出使用碳纖維複合材料製作人工骨和關節，這種人工骨的抗彎曲強度較其他生物材料製成的人工骨，更接近於真實的人骨，這對矯形醫學意義重大。用它製成的人工關節在活動連接處的耐磨性也比超高相對分子質量聚乙烯及金屬製品要高。

法國RTD公司，使用碳纖維複合材料製作根管樁用於牙科患牙根管治療，產品於1989年生產上市，取名Composipost。

目前碳纖維複合材料已廣泛應用於骨內固定板、骨填料、髖關節柄、人工種植齒根、顱骨補修材料以及人工心臟材料等。人體骨骼的彎曲強度在100Mpa左右，彎曲模量在7~20Gpa，拉伸強度約150Mpa，抗拉模量約在20Gpa。而碳纖維複合材料的彎曲強度為89Mpa左右，彎曲模量為27Gpa，拉伸強度約43Mpa、抗拉模量約24Gpa，相較而言已接近或超越人體骨骼的強度

現代假肢功能更完善、質量更輕，尤其是碳纖維複合材料，它除了上述優點之外，在破損安全性方面也表現出色。

碳纖維複合材料性能優異，已經廣泛應用於民用日常生活中，也經過了幾十年的應用驗證，其對環境和人體健康是安全可靠的。隨著醫療技術的不斷進步，醫療設備也在不斷創新發展，因此碳纖維在醫療器械方面的投入應用代表著新的趨勢和方向。（來源：複合材料體驗館）

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    20世紀60年代末，高性能碳纖維作為增強纖維實現了初步的商業化，以連續碳纖維增強的高性能樹脂基複合材料應運而生。碳纖維是含碳量在90%以上的碳素材料，與其他高性能的纖維相比具有最高的比強度和比模量，因此，力學性能十分優異。此外，碳纖維還具有密度低、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導電導熱性、電磁屏蔽性、易加工性等優良性能。
  • 碳纖維複合材料的大力發展,得益於哪些主要優勢?
    江蘇博實科技：碳纖維增強材料是複合材料中應用較多的一種，也是最為重要的增強體。碳纖維具有低密度、高模量、高強度、抗化學腐蝕、耐高溫、高導熱、低熱膨脹、低電阻、耐化學輻射等特性，並且還具有纖維的柔順性和可編性。碳纖維作為現在大力發展的新型複合材料，其優點有：
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