Каковы преимущества использования материалов из углеродного волокна в медицинских устройствах?

2025-09-18 13:59:04

Композиты из углеродного волокна, обладающие такими преимуществами, как легкий вес, высокая прочность и высокая жесткость на изгиб, широко используются в различных областях. Первоначальное использование углеродного волокна в медицинских устройствах началось в 1960-х годах, когда исследования материалов, препятствующих свертыванию крови для искусственных кровеносных сосудов, выявили замечательные противосвертывающие свойства углеродных материалов. После того, как в 1970-х годах Бокрос впервые применил углеродные материалы в качестве биомедицинских устройств, композиты из углеродного волокна привлекли широкое внимание в области медицины. Давайте обсудим преимущества использования композитов из углеродного волокна в медицинских устройствах.

1. Отличные механические свойства углеродного волокна.

Композиты из углеродного волокна обладают преимуществами высокой прочности на сжатие и небольшого веса, а также высокой удельной прочности и модуля упругости. В медицинских приборах их можно использовать для компонентов, требующих высокой жесткости и малого веса. Примеры включают носилки и инвалидные коляски из углеродного волокна, которые легкие и обладают высокой прочностью на сжатие, что упрощает их переноску и использование.

2. Анизотропия и возможности проектирования углеродного волокна

Некоторые компоненты медицинских устройств требуют минимального отклонения при нагрузке в определенных направлениях, что обеспечивает высокую жесткость. Композиты на основе эпоксидной смолы, армированные углеродным волокном, могут проявлять значительную анизотропию, то есть значительную разницу в прочности вдоль оси волокна и перпендикулярно ей. Эта анизотропия материала обеспечивает значительную гибкость конструкции.

3. Пропускание рентгеновских лучей из углеродного волокна

Коэффициент ослабления прочности или степень поглощения рентгеновских лучей после прохождения через материал зависит от состава материала, атомного номера, плотности и толщины. Алюминиевый эквивалент композитов из углеродного волокна составляет 0,11, а алюминиевый эквивалент пенопластовых промежуточных структур из углеродного волокна - 0,52. 

Их пропускание рентгеновских лучей значительно превосходит традиционные медицинские материалы, такие как алюминий, фанера и фенольная смола. По сравнению с композитами из углеродного волокна, эпоксидная смола имеет элементный состав C, H и O, а углеродное волокно имеет элементный состав C. Их массовое поглощение рентгеновских лучей значительно ниже, чем у типичных материалов. Кроме того, композиты из углеродного волокна позволяют излучению падать на кровать с любого направления, не вызывая отражений. Использование медицинских кроватей из углеродного волокна при КТ-диагностике позволяет не только снизить потребление рентгеновских лучей, но и сделать результаты диагностики более четкими и точными.