一种将碳纤维用于无磁医疗器件制备材料的用途及无磁医疗器件的制备方法与流程

本发明涉及医疗器械制备材料领域，尤其涉及一种将碳纤维用于无磁医疗器件的用途。

背景技术：

核磁设备具有强磁性，工作与非工作的常规状态下磁性都不会消失，当铁磁性物体靠近时，就会带来巨大的伤害，例如，当铁磁性的物体，如普通转移床、轮椅、氧气罐等被带入核磁设备的高磁场中，会像炮弹、子弹一样飞向机器，出现“导弹效应”或抛射伤害。

由于现有的医疗器件多为金属材质，例如医疗用转移床，其功能较多，结构复杂，而且连接机构均为金属材质，不适用于核磁室。

碳纤维(carbonfiber，简称cf)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。其轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，x射线透过性好，良好的导电导热性能，尤其是电磁屏蔽性好，无磁性。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。

技术实现要素：

为解决现有的转移床不适用于核磁室的技术问题，本发明提供一种无磁医疗器件制备材料及无磁医疗器件的制备方法，制备材料中碳纤维的含量72％以上，其与均为无磁的热固性树脂或添加剂，提供的制备方法均采用模压成型的一体结构，无需螺栓连接就能形成承压强，力学性能优良的无磁医疗器件，即可用于医疗转移床的组装，还可以用于无磁医疗架在的组装，结构简单，没有使用任何金属材质，不会发生“导弹效应”或抛射伤害，完全适用于核磁室。而且本申请通过使用白炭黑及碳粉材料，提高碳纤维表面的粗糙度，增加碳纤维表面的表面积，改善了碳纤维与树脂基体间的界面粘结性能，提高无磁医疗器件的整体优异性能，尤其是医疗转移床的制造。

为实现本发明的目的，本发明首先提供一种将碳纤维用于无磁医疗器件制备材料的用途，所述无磁医疗器件制备材料中包括热固性树脂和碳纤维材料，其重量份配比为(5-28):(72-95)，优选为(9-24)：(76-91)，进一步优选为(18-20)：(80-82)。

其中，所述热固性树脂选自环氧树脂与热致感性型形状记忆聚合物中的一种。

其中，所述热致感性型形状记忆聚合物为引入了温度诱发的、具有酯交换性能的动态共价键的环氧树脂。

其中，所述热固性树脂中还包括纳米碳粉或白炭黑中的一种或复配。

其中，所述热固性树脂中纳米碳粉的质量百分比含量小于30％，优选地，小于25％，进一步优选地小于20％；

其中，所述热固性树脂中白炭黑的质量百分比含量小于12％，优选地小于8％，进一步优选地，小于5％。

其中，所述碳纤维材料包括碳纤维丝束呈交错设置的第一碳纤维布，碳纤维丝束呈平行设置的第二碳纤维布；

其中，所述碳纤维材料可以是第一碳纤维布料与第二碳纤维布依次交错叠加，也可以是第一碳纤维布与第一碳纤维布依次叠加后再与第二碳纤维布依次叠加，还可以是第二碳纤维布与第二碳纤维布依次叠加后再与第一碳纤维布依次叠加。

其中，所述碳纤维的模量≥250gpa。

其中，所述第一碳纤维布和第二碳纤维布的厚度与宽度根据所制备的器件要求选择。

为实现本发明的技术目的，本发明还提供一种无磁医疗器件的制备方法，包括：使用热固性树脂涂覆碳纤维材料表面，然后对涂覆有热固性树脂的碳纤维材料进行模压成型处理，得到无磁医疗器件。

其中，所述模压成型处理的装模温度为20～40℃，升温速度为0.5～2min/℃，固化温度为130～150℃，保温时间为20-60min，压力为5-30mpa，流平时间为3-20分钟，固化时间10～60分钟。

优选的，所述模压成型处理的装模温度为22～38℃，升温速度为0.6～1.8min/℃，固化温度为133～145℃，保温时间为24-50min，压力为8-27mpa，流平时间为5-17分钟，固化时间15～53分钟。

其中，所述将热固性树脂涂覆在碳纤维材料表面之前还包括：将纳米碳粉加入到粉碎后的热固性树脂中，搅拌均匀后得到混有纳米碳粉的热固性树脂。

优选的，所述将热固性树脂涂覆在碳纤维材料表面之前还包括：将白炭黑气化处理后与纳米碳粉混合，然后加入到粉碎后的热固性树脂中，搅拌均匀后得到混有气相化白炭黑和纳米碳粉的热固性树脂。

其中，所述无磁医疗器件可以是核磁室中所用的辅助医疗设备的器件，例如医疗转移床，医疗架等。

有益效果：

1、本申请通过使用加入了纳米碳粉以及白炭黑的粘结剂，提高纤维表面的粗糙度，增加碳纤维表面的表面积，从而改善碳纤维与树脂基体间的界面粘结性能，提高复合材料整体优异性能，使其可以稳定地应用于医疗设备的制造，尤其是医疗转移床的制造。

2、采用本发明方法提供的无磁碳纤维复合材料制造的无磁医疗转移床的重量仅为16kg，承重能力达到150kg，是普通铁制床的20倍，抗拉强度大于3500mpa以上，而且耐腐蚀性好，无磁性，完全可以用于mr检查室。

附图说明

图1是本发明应用实施例1制备的无磁医疗转移床结构示意图；

图2是本发明应用实施例1制备的横梁支架结构示意图；

图3是本发明应用实施例1制备的纵梁支架结构示意图。

图中，1为床板，2为横梁支架，3为纵梁支架。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅限于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体实验条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照厂商所建议的条件，未注明的成分来源，均通过市售获得。

实施例1无磁医疗器件的制备材料

选择环氧树脂作为热固性树脂，碳纤维材料为市售的纤维布，该纤维材料包括碳纤维丝束呈交错设置的纤维布，还包括碳纤维丝束呈平行设置的纤维布，其中热固性树脂与碳纤维布的重量份配比为18：82，碳纤维布为4层，表层为碳纤维丝束呈交错设置的纤维布，中间的夹层为碳纤维丝束呈平行设置的纤维布。

使用时，将环氧树脂涂覆在碳纤维布表面，然后再将碳纤维布叠加在一起，进行模压成型处理，使无磁碳纤维复合材料形成所需设备的器件。

需要说明的是，环氧树脂的重量份用量在5-28份范围内都可以实现本发明的技术目的，例如6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28等，碳纤维材料的重量份用量在72-95的范围内都可以实现本发明的技术目的，例如73、74、75、76、77、78、79、80、81、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95等，碳纤维的层数还可以根据需要设置成5层、6层或更多层。

实施例2无磁医疗器件的制备材料

选择环氧树脂为热固性树脂，并向其中加入纳米碳粉，碳纤维材料为市售的纤维布，该纤维材料包括碳纤维丝束呈交错设置的纤维布，还包括碳纤维丝束呈平行设置的纤维布，将纳米碳粉加入到环氧树脂中，搅拌均匀后，其中，混合物与碳纤维材料的重量份配比为20:80，碳纤维材料为5层，表层为碳纤维丝束呈交错设置的纤维布，中间的夹层为碳纤维丝束呈平行设置的纤维布，白炭黑在混合物中的重量百分比为5％，纳米碳粉在混合物中的重量百分比为30％。

本发明向环氧树脂中加入纳米碳粉，不但可以提高纤维布之间的粘结力，而且还增强了纤维布的强度，克服了环氧树脂强度差的技术问题。

需要说明的是，纳米碳粉在热固性树脂中的重量百分比在小于30％范围内的任一数值都可以实现本发明的技术目的，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29等。

实施例3无磁医疗器件的制备材料

除向环氧树脂中加入纳米碳粉和气相白炭黑外，所用碳纤维布为6层，其他均与实施例1相同。

需要说明的是，气相白炭黑在混合物中的重量百分比小于12％范围内的任一数值都可以实现本发明的技术目的，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等。

实施例4无磁医疗器件的制备材料

除采用热致感性型形状记忆聚合物作为热固性树脂，所用碳纤维布为7层，表层为碳纤维丝束呈交错设置的纤维布，中间的夹层为碳纤维丝束呈平行设置的纤维布和碳纤维丝束呈交错设置的纤维布交替叠加的混合层，碳纤维丝束呈交错设置的纤维布多于碳纤维丝束呈平行设置的纤维布的层数，其它均与实施例1相同。

本发明使用热致感性型形状记忆聚合物作为热固性树脂，使无磁碳纤维复合材料强度不变的情况下，增强了韧性，适用性增强。

实施例5医疗器件的制备

1、配比备料

按照上述实施例的比例称量各个成分，并按照医疗器件的强度要求，配置碳纤维丝束呈交错设置的第一碳纤维材料，和碳纤维丝束呈平行设置的第二碳纤维材料，备用。

2、原料的混合处理

对白炭黑进行气化处理，气化处理方法采用常规方法进行，得到气相化的白炭黑；然后将称量的纳米碳粉，以及得到的气相化的白炭黑依次加入到粉碎后的粘合剂中，搅拌均匀后得到混合物。

3、医疗器件的制备

按照医疗器件的尺寸规格要求，裁剪配置第一碳纤维材料和第二碳纤维材料。

然后将步骤2得到的混合物涂覆在第一碳纤维材料和第二碳纤维材料表面，进行模压成型处理，最终得到所需的无磁医疗器件。该医疗器件可以是医疗转移床的各个零部件，例如床架，例如床板等。

采用的模压成型处理采用现有的设备及操作步骤进行。

其中，本发明进行模压成型处理所用的装模温度为20～40℃，升温速度为0.5～2min/℃，固化温度为130～150℃，保温时间为20-60min，压力为5-30mpa，流平时间为3-20分钟，固化时间10～60分钟。

需要说明的是，本发明进行模压成型的操作条件为本发明的贡献之一，上述操作条件过高或过低均会对影响医疗器件的性能。

应用实施例1无磁医疗转移床的制备

1、配比备料

按照实施例1和4的成分及比例配制各成分比例，得到材料a和材料b，并按照普通医疗转移床的强度要求，配置碳纤维丝束呈交错设置的第一碳纤维材料，和碳纤维丝束呈平行设置的第二碳纤维材料，备用

2、医疗器件的制备

按照实施例5的方法分别对材料a和材料b进行模压成型处理，将材料a分别压制成医疗转移床的支架2和3(如图1所示)，将材料b压制成医疗转移床的床板1。

其中，模压成型处理的装模温度为32-37℃，升温速度为0.8-1.2min/℃，成型固化温度为146-154℃，保温时间为28-33min，压力为5-30mpa，流平时间为3-20分钟，固化时间为12-20min。

3、组装

将步骤2制得的无磁医疗转移床的支架与床板套装在一起，即可得到无磁医疗转移床。

其中，步骤2制得的无磁医疗转移床的横梁支架与床板连接且设置在床板下端，纵梁支架经由所述横梁支架与所述无磁床板连接。

具体的，所述横梁支架包括：设置在床板一侧的第一环形支撑架，以及设置在床板另一侧的第二环形支撑架，均采用模压成型处理方法一体成型(如图2所示)。

具体的，所述纵梁支架包括：经由第一立柱与所述床板连接的第一纵梁支架；和经由第二立柱与所述床板连接的第二纵梁支架，均采用模压成型处理方法一体成型(如图3所示)。

4、质量检测

经测定，采用本发明方法提供的无磁碳纤维复合材料制造的无磁医疗转移床的重量仅为16kg，承重能力达到150kg，是普通铁制床的20倍，抗拉强度大于3500mpa以上，而且耐腐蚀性好，无磁性，完全可以用于mr检查室。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之类。