【应用·科普】浅谈纤维增强复合材料在医疗领域中的应用情况

    随着碳纤维复合材料在诊疗、保健以及相关医疗器械领域的应用越来越广泛的同时，有关碳纤维医用材料也在应用的途径和形式上得到不断的创新。根据现代科学的研究表明[1]，碳纤维材料具有良好的生物相容性，对生物组织刺激小、无毒、不致癌、比重小等有点，在医疗设备领域的应用具有巨大潜力。

图1 连续碳纤维增强热塑性复合材料在医疗设备上的潜在应用[2]

    2003年，上海杰事杰新材料股份有限公司开发了骨骼修复用连续碳纤维或毡或布作为增强塑料，并在其专利中披露了该种材料的特点[3]。该材料种将连续碳纤维或碳纤维毡浸渍甲基丙烯酸甲酯预聚体，通过拉挤或本体浇铸工艺制得。同时通过临床实验，碳纤维的质量分数和理化试验证明其符合国家标准，还具有很好的生物相容性，长期植入生物体内对生物体组织、血液和脑脊液等无不良反应，无排异反应，因此适用作骨折处固定用材料、骨折内固定或骨骼修补材料[4]。

图2 连续碳纤维增强热塑性复材人工骨和骨关节

    2022年浙江大学Congcong Luan提出了一种可控的多材料增材制造工艺[5]，用于将连续碳纤维(CCF)作为增强材料集成到3D打印热塑性结构中，用于制备刚柔性可控的连续纤维增强热塑性复合材料。如下图3所示，从患者对材料的舒适度、轻量化、承重等需求出发，通过3D扫描、结构优化设计、3D打印获得假肢插座，该假肢插座由聚氨酯的硬胶层、连续碳纤维层与聚乳酸层构成。

图3 连续纤维增强热塑性复合材料应用于假肢插座

    过去，国内的碳纤维零部件应用都囿于热固性树脂基，连续碳纤维与中高端热塑性树脂的应用技术一直被国外同行业所垄断。如今，国内生产厂家通过自己的研发力量和引进国外设备，实现了连续碳纤维与PPS、PA、PEEK等系列高端工程塑料的完美结合，该技术也将持续为连续纤维增强热塑性复合材料在医疗设备领域提供更多的进步空间。

参考文献&素材来源