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碳纤维复合材料在假肢中的应用

假肢及其零部件的轻量化对降低穿戴者运动时所消耗的能量和提高穿戴效果有着重要的影响。为了减少假肢的重量,一些轻质量高强度的材料被广泛应用于假肢的制作中,如超轻铝合金、钛合金、碳纤维复合材料等,其中,碳纤维比强度和比刚度都很高,而且设计性强,是制作假肢较好的材料。

据不完全统计,我国目前有肢体残疾人877万,其中有100多万要接受假肢安装,而且这些数量每年都在增长。目前国内假肢大部分还是应用传统型的产品,如铸钢、木材、铝合金等材质,不仅质量差、性能差,而且标准化程度也不高。碳纤维复合材料假肢质量轻、强度大、性能好,可实现标准化生产。能帮助残疾人在日常生活和工作中更好地发挥假肢的代偿功能,提高生活品质,增加幸福感。博实给大家列举几个碳纤维复合材料在假肢中比较常见的应用。

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碳纤维假肢

1、碳纤维假脚

假脚的主要功能是支撑身体的重量,在运动过程中产生推力,同时可以代偿小腿三头肌和屈肌的作用,在20世纪80年代的时候出现了储能脚。从动力学的观点来看,脚在支撑前期储存能量,在后期要释放能量。碳纤维假脚放/储能比可高达95%以上,质量轻,患者行走较为省力,目前世界上流行的20多种储能脚几乎都是使用的碳纤维增强复合材料制成的。

2、碳纤维膝关节

除了脚掌以外,还有一个比较重要的运动部位-膝关节,也是可以采用碳纤维复合材料制成。目前市面上的根据材料的不同,将膝关节分为普通关节(合金钢)、铝合金关节、钛合金关节、镁合金关节、碳纤维关节等。在几种关节中,普通关节的重量最大,铝合金关节虽然质量轻,但是强度和使用寿命不尽如人意;钛合金关节质量轻,性能也不错,但是价格却十分昂贵;碳纤维关节相比上述这些材质的关节,虽然价格也贵,但是质量轻,强度高。在世界上流行的20多种膝关节的外框都是采用的碳纤维复合材料。

3、碳纤维踝关节

踝关节与假脚的连贯动作对膝关节的平稳支撑有着重要的影响,碳纤维复合材料也可以用作踝关节的制作。例如,德国奥托博克公司在柔性脚中采用了碳纤维复合材料来制作踝关节,可以进行弹跳的动作。台湾德林公司生产有碳纤维万向足踝、碳纤维固定阮根足踝等人工踝关节。另外,足踝与小腿假肢衔接管也可以采用碳纤维复合材料,会让踝关节更轻巧美观。

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来源:江苏博实碳纤维

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