一種三維編織復合材料假肢制造技術

本實用新型專利技術公開了一種三維編織復合材料假肢，包括三維編織復合材料腳部假肢和三維編織復合材料腿部假肢，所述腳部假肢為內部中空并具有腳尖、腳底、腳后跟和腳踝的腳部結構，其中，所述腳底設有二維疊層織物模壓復合材料增強件，所述腳后跟以及與所述腿部假肢相連接的腳踝均設有金屬增強件；所述腿部假肢為內部中空并且中空橫截面為橢圓形的結構，與所述腳踝相連接的腿部假肢設有金屬增強件。通過腿部和腳部假肢構件的結構設計和組合式三維編織復合材料的成型，在達到假肢構件輕質便攜目的的基礎上，有效提高復合材料假肢的整體力學性能和抗疲勞載荷的性能，同時可提高假肢制備的效率和使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種復合材料假肢，特別涉及一種應用三維編織纖維織物增強的樹脂基復合材料腿部和腳部假肢。
技術介紹
康復醫學是醫學中的一門相對跨專業的綜合性學科，融合了醫學工程、生物工程學、仿生學以及復合材料科學等多門學科的先進知識和技術。其中康復工程技術可用在假肢、矯形器等關鍵的制品領域，對于殘疾人的生活質量提高和保證學習以及職業勞動的正常進行具有重要意義。近年來，高性能纖維增強復合材料在假肢領域得到廣泛的應用，以高分子聚合物樹脂作為基體，以高性能纖維不同織物增強的復合材料比其他材質的假肢更為美觀、輕便，而且應用耐久度、彈性、韌性以及耐環境變化等性能均體現出較高的優勢，具有較大的推廣價值。詳細來講，高性能纖維增強復合材料的假肢尤其是運動型的小腿和腳部組合而成假肢，對于提高殘疾人的行動能力，特別是競技運動中運動員的能力水平的提高具有特別突出的優勢，其質量輕、剛性大、富有彈性，能夠比其他類型材質的性能具有成倍甚至十幾倍的提升。而目前在市場上流行或推廣的復合材料腿部以及腳部的假肢，均采用常規纖維織物成型方式制備。第一，一般采用的纖維排布增強方式為平紋、斜紋或緞紋織物，通過厚度方向疊層后利用樹脂浸漬模壓成型，這種平面織物的復合材料具有較大的剛性，但是層間的結合力薄弱限制了其作為運動型關節部位的力學性能的穩定，尤其是利用該成型方式的平面織物復合材料制備腳部假肢，無法適應長期的頻繁的彎曲疲勞載荷作用；第二，采用高性能纖維單向排布浸漬樹脂膠液形成預浸帶，通過纖維二維纏繞結構方式以干法真空導入成型方式和制備腳部或腿部的復合材料假肢結構部件，纖維的單向排布對于腳部疲勞彎曲載荷的提高具有明顯優勢，但是二維纖維纏繞技術成型的腿部假肢無法長期抵抗身體重量帶來的壓縮載荷，而使得腿部假肢的構件壽命及力學穩定性受到考驗。
技術實現思路
三維立體編織纖維織物增強復合材料具有各向同性材質的力學特性，其無論在平面二維方向還是在厚度方向上均具有較高的強度、剛度、減震以及環境耐久度，利用纖維三維立體編織結構增強的樹脂基復合材料進行腳部假肢構件的制備，可以通過腳部仿生結構的合理設計達到較高的彈性、韌性以及抗疲勞載荷的性能，同時利用纖維立體編織結構增強樹脂基復合材料制備的腿部假肢構架也可以有效的提高對于人體重量的承載和頻繁往復的壓縮載荷作用。本技術即針對腿部和腳部部位進行復合材料假肢的結構設計以及制備技術公開，通
過混雜纖維三維編織技術，仿照腳部形狀進行三維織物預制體的制備，同時在特定疲勞承載部位采用了多種立體編織結構組合應用的技術，以保證腳部三維編織復合材料構件的耐彎曲疲勞的特點。在腿部假肢構件的制備中采用了變截面橢圓筒編織技術，在腿部與腳部的連接部位采用了金屬內嵌件連接形式，保證二者的牢固結合和抗疲勞載荷的特點。通過以上兩個不同部位假肢構件的結構設計和組合制備，在達到輕質便攜目的的基礎上，有效提高復合材料假肢的整體力學性能和抗疲勞載荷的性能，同時可大大提高假肢制備的效率。本技術采用以下技術方案具體如下：一種三維編織復合材料假肢，包括三維編織復合材料腳部假肢和三維編織復合材料腿部假肢，所述腳部假肢為內部中空并具有腳尖、腳底、腳后跟和腳踝的腳部結構，其中，所述腳底設有二維疊層織物模壓復合材料增強件，所述腳后跟以及與所述腿部假肢相連接的腳踝均設有金屬增強件；所述腿部假肢為內部中空并且中空橫截面為橢圓形的結構，與所述腳踝相連接的腿部假肢設有金屬增強件。優選的，所述三維編織復合材料腳部假肢是由第一三維立體編織預制體、第一鋪縫結構和熱固性樹脂復合成型，所述第一鋪縫結構是鋪縫纖維沿所述第一三維立體編織預制體的厚度方向鋪縫所形成的結構。所述第一三維立體編織預制體為常規現有技術，由常規纖維編織制成，本領域的技術人員容易制得。另外，所述第一三維立體編織預制體也可由高強度纖維和高韌性纖維混雜制成。所述三維編織復合材料腳部假肢，仿照腳部結構采用中空結構形式，所用的纖維以高強度纖維配合高韌性纖維混雜使用，有效提高中空結構腳部假肢抵抗破壞和頻繁彎折的特性，其中高強度纖維可選用高強度碳纖維，高強度碳纖維為T300及其以上的碳纖維，主要為T300、T700或T800中的任意一種或多種，高韌性纖維可選用UHMWPE纖維、芳綸纖維中的一種或多種混雜使用，兩種纖維的混雜體積比例為1:1到10:1，根據腳部受力要求和特定結構部位要求而靈活調整。所述三維編織復合材料腳部假肢所用的纖維編織工藝采用三維四向、三維五向、三維六向、三維七向以及其他三維多向不同編織結構設計，其中為提高腳部假肢的彈性和韌性，在腳后跟部位采用內嵌入金屬增強件的復合結構，優選的，為進一步提高腳部假肢的彈性和韌性，所述腳后跟為S形狀或近S形狀；在腳底部位采用二維疊層織物模壓復合材料增強件內嵌入三維織物預制體內以起到強化作用，所述“二維疊層織物模壓復合材料”為本領域的常規技術名詞，即為采用模壓技術和二維疊層編織技術制成的復合材料；在腳踝與小腿假肢的連接部位采用金屬增強件內嵌結構以備與腿部假肢進行良好連接。其中內嵌部位的三維織物預
制體采用多種立體編織結構組合應用的技術，其靠近內嵌件的三維立體編織維度要高于其它主體部位的編織維度。所述三維編織復合材料腳部假肢預制體及內嵌件組合編織完成后，采用特種纖維進行二次鋪縫編織強化，所用的鋪縫纖維為高強度碳纖維，高強度碳纖維為T300及其以上的碳纖維，可選用T300、T700或T800中的任意一種或多種混雜使用。二次鋪縫編織強化所用的鋪縫纖維比例占到腳部假肢三維織物預制體纖維比例的5-40％。優選的，所述三維編織復合材料腿部假肢是由第二三維立體編織預制體、第二鋪縫結構和熱固性樹脂復合成型，所述第二鋪縫結構是鋪縫纖維沿所述第二三維立體編織預制體的厚度方向鋪縫所形成的結構。所述第二三維立體編織預制體為常規現有技術，由常規纖維編織制成，本領域的技術人員容易制得。另外，所述第二三維立體編織預制體也可由高剛度纖維和高韌性纖維混雜制成。所述腿部假肢采用高性能纖維織物三維立體編織的橢圓形中空結構，截面形狀及厚度可根據不同人腿部結構進行靈活調整，主要涉及部位為小腿部位形狀，所用的纖維可選用高剛度纖維配合高韌性纖維混雜應用，其中高剛度纖維可選用碳纖維(M40J或M460J中的任意一種)，高韌性纖維可選用UHMWPE纖維、芳綸纖維的一種或多種混雜使用，高剛度纖維與高韌性纖維的混雜使用的體積比例為1:1到10:1，根據小腿受力要求和特定結構部位要求而靈活調整。所述三維編織復合材料腿部假肢所用的纖維編織工藝采用三維四向、三維五向、三維六向、三維七向以及其他三維多向不同編織結構設計，腿部假肢與腳部假肢連接部位采用內嵌金屬增強件強化的復合結構，對于三維編織復合材料腿部假肢預制體及內嵌件組合編織完成后在厚度方向采用特定纖維二次鋪縫強化。所述的腿部假肢構件的二次鋪縫編織強化，鋪縫纖維可選用碳纖維T300、T700或T800中的任意一種或多種混雜使用。二次鋪縫編織強化所用的纖維比例占到腿部假肢三維立體編織預制體纖維體積比例的5-40％。本技術的腳部和腿部的的三維立體編織預制體的纖維類型、比例以及排布方向組合是根據下肢的結構特點和運動而特定選擇的，是技術人經過長期的實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維編織復合材料假肢，包括三維編織復合材料腳部假肢和三維編織復合材料腿部假肢，其特征是：所述腳部假肢為內部中空并具有腳尖、腳底、腳后跟和腳踝的腳部結構，其中，所述腳底設有二維疊層織物模壓復合材料增強件，所述腳后跟以及與所述腿部假肢相連接的腳踝均設有金屬增強件；所述腿部假肢為內部中空并且中空橫截面為橢圓形的結構，與所述腳踝相連接的腿部假肢設有金屬增強件。

【技術特征摘要】
1.一種三維編織復合材料假肢，包括三維編織復合材料腳部假肢和三維編織復合材料腿部假肢，其特征是：所述腳部假肢為內部中空并具有腳尖、腳底、腳后跟和腳踝的腳部結構，其中，所述腳底設有二維疊層織物模壓復合材料增強件，所述腳后跟以及與所述腿部假肢相連接的腳踝均設有金屬增強件；所述腿部假肢為內部中空并且中空橫截面為橢圓形的結構，與所述腳踝相連接的腿部假肢設有金屬增強件。2.如權利要求1所述的假肢，其特征是：所述三維編織復合材料腳部假肢是由第一三維立體編織預制體、第一鋪縫結構和熱固性樹脂復合成型，所述第一鋪縫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱波，曹偉偉，喬琨，王永偉，趙圣堯，
申請(專利權)人：山東中恒碳纖維科技發展有限公司，
類型：新型
國別省市：山東;37