Композиционный материал из углеродного волокна широко используется в пластинах для внутренней фиксации костей, костных наполнителях, ножках тазобедренного сустава, искусственных корнях зубов, материалах для восстановления костей черепа и материалах искусственного сердца.
Прочность человеческой кости на изгиб составляет около 100 МПа, а модуль упругости при растяжении — около 7–20 ГПа.
Прочность на изгиб человеческой кости составляет около 100 МПа, модуль изгиба составляет 7-20 ГПа, прочность на растяжение составляет около 150 МПа, модуль упругости на растяжение составляет около 20 ГПа, в то время как прочность на изгиб композитного материала из углеродного волокна составляет около 89 МПа, модуль изгиба составляет 27 ГПа, прочность на растяжение составляет около 43 МПа, модуль упругости на растяжение составляет около 24 ГПа, что близко или превышает прочность человеческой кости в сравнении.
К биоматериалам, используемым для имплантации человеку, предъявляются требования: прочность и низкий модуль упругости.
При сравнении механических свойств композитных материалов из углеродного волокна и человеческой кости ясно видно, что модуль упругости металла и керамики слишком высок, но модуль упругости композитных материалов из углеродного волокна близок к модулю упругости человеческой кости.
Когда имплантируемый материал искусственной кости используется в сочетании с живой костной тканью, если эластичность материала слишком велика, это вызовет сильное силовое воздействие на живую кость, вызывая локальный перелом интерфейса.
Однако если модуль упругости слишком мал, не только материал будет деформирован, но и ткань на границе раздела будет сжиматься и вызывать ослабление.
Композиционные материалы из углеродного волокна для имплантации легко стерилизуются, поскольку они не вступают в реакцию с обычными кислотными и щелочными растворами солей и жидкостями организма при высоких температурах.
Композитные материалы из углеродного волокна не повреждаются и не деформируются при стерилизации паром высокой температуры или обычным дезинфицирующим средством.
Композитные материалы из углеродного волокна также обладают превосходной коррозионной стойкостью, при длительном хранении в организме человека не портятся и не деградируют, не образуют токсичных продуктов коррозии.
В среде биологического раствора он может оставаться стабильным.
Коэффициент трения и степень износа человеческих имплантатов сильно влияют на долговечность суставов.
Увеличение степени износа не только изменяет геометрию сустава, но и вызывает остеонекроз.
Все имплантаты должны работать в условиях трения, сравнивая коэффициент трения и степень износа композитных материалов на основе углеродного волокна с аналогичными показателями родственных материалов.
При отсутствии смазки композитные материалы из углеродного волокна имеют более низкие коэффициенты трения и износа, а износ примерно на {{0}} порядков ниже по сравнению с металлами. При наличии смазки коэффициент трения композитных материалов из углеродного волокна составляет около 0,1, что значительно ниже, чем у других материалов.
