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隨著時代的進(jìn)步,醫(yī)療領(lǐng)域?qū)Υ笮透咝阅茉\斷(diagnosis)治療設(shè)備(shèbèi)的需求量與日俱增,特別是放射設(shè)備,正朝著放射劑量小以及成像分析(Analyse)數(shù)字化方向發(fā)展。這對最大化減少患者輻射的危害以及勘測病情都有重要意義。為此科學(xué)研究(research)者們進(jìn)行了無數(shù)次探索,最后發(fā)現(xiàn)碳(C)纖維復(fù)合材料(Material)正是制造放射醫(yī)療設(shè)備的優(yōu)質(zhì)材料。 碳纖維除了有著高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐化侵蝕
、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能,還有X射線透過率好等特點,是醫(yī)療床板的理想材料。
碳纖維復(fù)合材料由碳纖維和樹脂組成,前者為增強(qiáng)材料,主要起承載作用,后者為基體材料,用來支撐碳纖維并將外載荷傳遞(transmission)給它。通常,高標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用設(shè)備非常注重所用原材料的質(zhì)量、衛(wèi)生性、可靠性和精度。由碳纖維材料制成的醫(yī)療器材具有比重輕、穩(wěn)定性高、強(qiáng)度大及抗斷裂的特性。采用碳纖維復(fù)合材料制造的透視技術(shù)領(lǐng)域的部件具有較低的X射線吸收水平,可以保護(hù)患者少受X射線的傷害。碳纖維材料還可用于X射線臺面、臂架和頭部固定器等由特殊承載泡沫制成的夾層結(jié)構(gòu)組件中,使用此類組件的患者支持器可以承受高達(dá)1200kg的負(fù)荷,而普通的支持器則只能承受400kg的負(fù)荷。
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碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢
1、各向異性及可設(shè)計性
醫(yī)療設(shè)備(shèbèi)上某些部件,需要在某一方向承載后撓度很小,具有很高的剛性;碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料可有顯著(striking)的各向異性,即沿纖維軸向和垂直于纖維軸向有顯著的性能差異,材料的各向異性給設(shè)計帶來較大的自由度。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能,碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,密度低、比性能高,無蠕變,非氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。
碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強(qiáng)度大,硬度高,遠(yuǎn)超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因為如此,此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國家(美國、德國、日本、韓國),對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口,還受到發(fā)達(dá)國家的嚴(yán)格控制。
copyright 123456 材料(Material)的鋪層取向可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整,由于鋪層的各向異性特征,可通過(tōng guò)改變鋪層的取向與鋪疊順序來改變復(fù)合材料的彈性和強(qiáng)度特性,以獲得既滿足使用要求又具有最佳性能質(zhì)量比的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
2、優(yōu)異的X射線透過性能
X射線穿透物質(zhì)后的強(qiáng)度衰減或被吸收的程度與物質(zhì)的組成、原子序數(shù)、密度和厚度有關(guān)。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能,碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,密度低、比性能高,無蠕變,非氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。對于碳纖維復(fù)合材料(Material),樹脂的元素組成為
C、
H、O,碳纖維的元素組成為C,X射線質(zhì)量吸收系數(shù)都非常小,遠(yuǎn)低于一般材料。碳纖維環(huán)氧(Oxygen)樹脂(Resin)復(fù)合材料的鋁當(dāng)量為0.11,碳纖維復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)的鋁當(dāng)量為0.52,X射線透過性能均大大優(yōu)于鋁板、膠合板和酚(phenol)醛樹脂板等傳統(tǒng)醫(yī)用材料。碳纖維復(fù)合材料X射線透過率高,允許射線以任何角度(angle)照射在床板上而不產(chǎn)生折射,小劑量的射線即可獲得清晰地造影,最大化減少了對病人的傷害,無毒無味,輕質(zhì)高強(qiáng),剛度高,且化學(xué)穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動)性強(qiáng),與人體的生物相容性,損耗低。
123456 3、良好的抗疲勞特性
由于病人診治量大,對于床面板的疲勞性能要求比較高。在碳纖維增強(qiáng)樹脂(Resin)基復(fù)合材料中存在著難以數(shù)計的纖維/樹脂界面,這些界面能阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展,從而推遲疲勞破壞(vandalism)的發(fā)生。使用過程中,復(fù)合材料構(gòu)件即使過載造成少量纖維斷裂(fracture),其載荷也會迅速重新分布到未破壞的纖維上,從而在短時內(nèi)不會使整個構(gòu)件喪失承載能力,顯示出結(jié)構(gòu)具有良好的破損安全性(security)。 綜上所述,碳纖維復(fù)合材料用于放射醫(yī)療設(shè)備有很大的優(yōu)勢(解釋:能壓倒對方的有利形勢)。一些發(fā)達(dá)國家早已大力推廣碳纖維醫(yī)療配件,國內(nèi)也已經(jīng)開始使用,隨著材料成本的降低,相信它的大量使用將成為必然趨勢。
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