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碳纤维增强聚醚醚酮应用于骨科的五大性能优势 已有1人参与
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优势一：质轻力强 聚醚醚酮（简称peek）的刚性高、尺寸稳定性好、线膨胀系数小、能承受极大的应力，不会因时间的延长而产生明显的延伸，而且其密度小，加工性能好，适宜于对精细度要求高的部件。在上述这些要素中，碳纤维材料与聚醚醚酮的特点高度重合，碳纤维不仅是典型的轻量化材料之一，在力学性能上也是出类拔萃的。因此，使用碳纤维增强的聚醚醚酮复合材料与传统的金属材料相比，至少可以减重70％以上，而且集中了二者的优势，成为骨科外固定器、瞄准器等医疗器械理想的原材料之一。 优势二：耐磨损 聚醚醚酮材料（peek）本身就很耐磨，与碳纤维之间良好的界面结合又进一步提高了它的耐磨性，无锡智上新材按照GB 3960-83国家标准对自己生产的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料部件和钴合金材料进行磨损实验，在23℃下，使用M-200的磨损机以400rpm转速磨损100分钟后发现，碳纤维增强聚醚醚酮复合材料表面光滑，磨痕细小，碳纤维与PEEK的结合良好，无纤维抽出现象。相比而言，钴合金的表面磨痕则非常明显，甚至有大量的磨损颗粒出现，金属内部杂质影像可见。不仅如此，碳纤维增强peek的耐磨性能还显著优于Ti，磨损率仅为陶瓷股骨头与超高分子聚乙烯相磨损的1/30，经过1000万次循环载荷实验，未发现疲劳损伤，经扫描电镜证实材料的纤维基质结合良好。碳纤维peek复合材料的这种耐磨性对骨科临床来说意义尤为重大。 优势三：生物相容性 经过国内外学者相关的体内体外实验证明，碳纤维增强聚醚醚酮复合材料不仅无细胞毒性，还能促进骨细胞的蛋白合成和成骨，用作人工关节假体时呈现出良好的促成骨细胞增生及粘附能力，碳纤维增强聚醚醚酮复合材料与骨的界面结合强度优于其它人工关节材料，临床应用疗效明显优于金属材料产品，能从根本上缓解目前关节假体金属材料由于力学和生物学不相容所导致的假体松动并发症等问题。可行的应用形式有腰椎融合器、接骨板等。 优势四：耐腐蚀性 peek在热水、蒸汽、溶剂和化学试剂等中都能表现出较高的机械强度和水解稳定性，用于碳纤维增强的peek复合材料制作的骨科瞄准器、外固定支架等适用于医院常规的器械消毒过程，例如蒸汽高温灭菌。高温蒸汽所带来的水分子会使复合材料吸湿，吸湿后的复合材料基体和纤维二者之间的结合就会变差，界面就容易发生脱粘，这种脱粘不仅造成了部分纤维被拔出，而且会降低纤维和基体间的应力传递，导致复合材料强度的下降。但是，经过严格实验证明，只有超过1小时以上的120℃以上的高温蒸汽才会在极微小的程度上对材料的弯曲和剪切强度产生影响，而15-20分钟的常规高温灭菌并不会对碳纤维增强peek复合材料的医疗器械产生任何性能上的消极影响，这也是大多数金属类材质无法比拟的优势。 优势五：良好的X光透过性 与不锈钢、硬铝合金材质的骨外固定器相比，这三种材质在X光片上所呈现的影像差别很大，不锈钢、铝合金的骨外固定部件的影像在X光片仍然可见，而碳纤维增强聚醚醚酮复合材料在X射线下却没有干扰视觉的可能性。碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的材质体现出优越的X射线穿透能力，在临床上，碳纤维增强聚醚醚酮的这种穿透性有利于医生能够更好地进行骨折的整复治疗，也便于其更清晰地观察到病灶的愈合情况。 目前，国内较为常见的碳纤维增强peek复合材料产品大多属于短切碳纤维或碳纤维粉末增强类型，不过在骨科临床使用过程中发现，短切碳纤维增强peek复合材料制作成的骨外固定器等容易发生孔位偏移等问题，特别是在高频率、高载荷的运行中这种缺陷愈发明显。为此，无锡智上新材汲取国外同行的先进经验，使用连续碳纤维增强peek作为原材料替代短切碳纤维增强peek，有效地避免了上述问题。 为什么说连续碳纤维增强peek的力学性能比短切或粉末碳纤维增强peek复合材料的性能更具优势?这是因为复合材料弯曲或剪切破坏时存在纤维从基体中拔出的过程，这种拔出过程有利于吸收外加载荷所提供的能量，在一定长度范围内纤维越长，拔出时吸收的能量就越多，强度提高越显著。同时由于相同体积含量复合材料中单根纤维越长则纤维根数越少，纤维端部造成的应力集中便越少，材料破坏也就越困难。因此，连续性碳纤维增强peek复合材料的力学性能明显优于短切或者粉末状碳纤维增强peek复合材料。 除此之外，无锡智上新材在产品性能测试中还发现，碳纤维增强复合材料在摩擦过程中，其中的纤维体起到了很大的润滑作用，连续性、更长的碳纤维可以更加持续、稳定地提供润滑作用，所以摩擦系数更低，磨损量更小，形成的磨屑也更为细小。这种优势也为连续性碳纤维增强peek复合材料赢得了高频率、高载荷运行中更稳定、更坚固的应用表现。 |
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