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應(yīng)用于醫(yī)療器械方面的熱塑性碳纖維材料
過去熱塑性碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，例如用于直升機(jī)的地板、機(jī)身結(jié)構(gòu)、固定機(jī)翼、尾翼、前襟翼以及垂尾根部的整流罩等部位。隨著許多高端領(lǐng)域?qū)Ω咝阅軓?fù)合材料的要求越來越高，熱塑性碳纖維復(fù)合材料開始逐步展現(xiàn)出自身的特殊優(yōu)勢(shì)，為越來越多的產(chǎn)業(yè)提供服務(wù)，其中醫(yī)療領(lǐng)域就是目前應(yīng)用較為廣泛的行業(yè)之一。
一些醫(yī)用材料需要植入人體體內(nèi)，有的需要與人體皮膚進(jìn)行直接接觸，因此，除了一些固定的性能要求外，醫(yī)用材料本身的安全性尤為關(guān)鍵。體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)是檢測(cè)生物材料組織相容性的最有效方法之一，用于假肢的材料必須具備良好的生物相容性，無細(xì)胞毒性，不會(huì)造成局部或全身的損害，不影響組織的正常愈合，并且材料與皮膚之間摩擦不宜過大，防止其對(duì)皮膚以及對(duì)材料制品本身造成損傷。
碳纖維材料本身的石墨層結(jié)構(gòu)具有自潤滑性能，可降低涂層的摩擦因數(shù)，在摩擦過程中，碳纖維又起到主要力學(xué)支撐，所以其具有摩擦因數(shù)穩(wěn)定、耐磨性高、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性良好等突出優(yōu)點(diǎn)，成為各類復(fù)合材料中常用的增強(qiáng)體。
而且，碳纖維材料最主要的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，以前大量被應(yīng)用在航空、航天以及軍事等領(lǐng)域，現(xiàn)在則越來越多地應(yīng)用在假肢零部件方面。很多膝關(guān)節(jié)的殼體以及假腳的腳芯都是采用碳纖維復(fù)合材料制作的。特別是碳纖維復(fù)合材料制作的腳芯在能量儲(chǔ)存與釋放性能方面表現(xiàn)良好，所以運(yùn)動(dòng)型假腳幾乎全部采用碳纖維復(fù)合材料制作。
臨床上，早在1981年就出現(xiàn)了儲(chǔ)能假肢Seattle腳，其不僅能支撐身體重量，在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生推力，同時(shí)還代償小腿三頭肌和屈肌的作用。采用碳纖維復(fù)合材料制作的儲(chǔ)能腳放/儲(chǔ)能比可達(dá)95%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)材料的50%，所以，目前流行的儲(chǔ)能腳也基本上都是采用碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料制作而成的，其在膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)及接受腔等方面也都有一定程度的應(yīng)用。碳纖維人工韌帶也已應(yīng)用于臨床，并顯示出良好的生物相容性。
但是，這并不是說所有的碳纖維復(fù)合材料都具備工藝性優(yōu)良、自潤滑、耐磨損、生物相容性好等諸多特性。碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料是否具有無毒性、無溶血活性等，是由樹脂基體材料決定的，例如，最為常見的環(huán)氧樹脂基這類熱固性碳纖維復(fù)合材料就不適宜用作醫(yī)療材料。
現(xiàn)已臨床證實(shí)聚醚醚酮（peek）熱塑性碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在體外細(xì)胞培養(yǎng)、體內(nèi)軟組織及對(duì)骨組織方面具有良好的生物相容性，這類碳纖維復(fù)合材料和碳纖維共聚物由于其抗拉伸強(qiáng)度較大以及彈性模量接近骨皮質(zhì)而被應(yīng)用于全髖關(guān)節(jié)置換和全膝置換中。
