Welche Vorteile bietet der Einsatz von Kohlefasermaterialien in medizinischen Geräten?

2025-09-18 13:59:04

Kohlefaserverbundwerkstoffe mit ihren Vorteilen von geringem Gewicht, hoher Festigkeit und hoher Biegesteifigkeit werden in verschiedenen Bereichen häufig eingesetzt. Die erste Verwendung von Kohlenstofffasern in medizinischen Geräten begann in den 1960er Jahren, als Forschungen zu gerinnungshemmenden Materialien für künstliche Blutgefäße die bemerkenswerten gerinnungshemmenden Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien offenbarten. Nachdem Bokros in den 1970er Jahren Pionierarbeit bei der Verwendung von Kohlenstoffmaterialien für biomedizinische Geräte leistete, erregten Kohlenstofffaserverbundstoffe im medizinischen Bereich große Aufmerksamkeit. Lassen Sie uns die Vorteile der Verwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen in medizinischen Geräten besprechen.

1. Hervorragende mechanische Eigenschaften von Kohlefaser

Kohlefaserverbundwerkstoffe bieten die Vorteile einer hohen Druckfestigkeit und eines geringen Gewichts bei hoher spezifischer Festigkeit und hohem Modul. In medizinischen Geräten können sie für Bauteile eingesetzt werden, die eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht erfordern. Beispiele hierfür sind Tragen und Rollstühle aus Kohlefaser, die leicht sind und eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, sodass sie für Benutzer leicht zu tragen und zu verwenden sind.

2. Kohlenstofffaseranisotropie und Designfähigkeit

Einige Komponenten in medizinischen Geräten erfordern bei Belastung in bestimmte Richtungen eine minimale Durchbiegung, was zu einer hohen Steifigkeit führt. Kohlenstofffaserverstärkte Epoxidharz-Verbundwerkstoffe können eine erhebliche Anisotropie aufweisen, also einen erheblichen Festigkeitsunterschied entlang der Faserachse und senkrecht dazu. Diese Materialanisotropie bietet erhebliche Designflexibilität.

3. Kohlenstofffaser-Röntgendurchlässigkeit

Der Festigkeitsschwächungskoeffizient oder Absorptionsgrad von Röntgenstrahlen nach dem Durchgang durch ein Material hängt von der Zusammensetzung, der Ordnungszahl, der Dichte und der Dicke des Materials ab. Das Aluminiumäquivalent von Kohlefaserverbundwerkstoffen beträgt 0,11 und das von Kohlefaserverbundschaum-Zwischenschichtstrukturen 0,52. 

Ihre Röntgendurchlässigkeit ist herkömmlichen medizinischen Materialien wie Aluminium, Sperrholz und Phenolharz deutlich überlegen. Im Vergleich zu Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen hat Epoxidharz eine Elementzusammensetzung aus C, H und O, während Kohlenstofffasern eine Elementzusammensetzung aus C haben. Ihre Röntgenmassenabsorption ist deutlich geringer als die typischer Materialien. Darüber hinaus ermöglichen Kohlefaserverbundwerkstoffe, dass Strahlung aus jeder Richtung auf das Bettbrett trifft, ohne dass es zu Reflexionen kommt. Der Einsatz medizinischer Bettbretter aus Kohlefaser in der CT-Diagnose kann nicht nur den Verbrauch von Röntgenstrahlen reduzieren, sondern auch die Diagnoseergebnisse klarer und genauer machen.