1、前言
假肢中的假肢接受腔是與人體接觸的部分，為了減輕使用中的負擔，根據(jù)使用者的體形做成相應(yīng)的匹配形狀是非常重要的。由于傳統(tǒng)的假肢接受腔使用熱固性樹脂纖維復(fù)合材料（FRP），由模仿使用者體形的石膏模具成形，因此制作時假肢接受腔的形狀與使用者的體形一致。但是，隨著年齡的增長，使用者的體形發(fā)生變化，假肢接受腔會逐漸不適合體形，由于使用了熱固性樹脂，所以接受腔的修正很難，需要重新制作。
因此，在本項研究中，我們開發(fā)了一種可容易的進行形狀修正的CFRP假肢接受腔，采用了加熱可變軟的熱塑性樹脂和具有輕量化和高強度化性質(zhì)的碳纖維。
2、內(nèi)容
2.1 編織預(yù)制件的制作
為了更容易遵循石膏模具的形狀并簡化鋪層，通過將碳纖維制成具有伸縮性的織物中間基材（編織預(yù)制件）。首先，如圖1所示，為了防止編織加工中碳纖維受到損傷，制作了在碳纖維外層包裹聚乙烯纖維（以下稱為PE纖維）的包芯線。然后，如圖2所示，使用提前制作的包芯線，用全成型產(chǎn)品編織機制成具有良好伸縮性的羅紋編織預(yù)制件，其中一端細小收緊，便于適應(yīng)不同體型的形狀。
圖1 包芯線
圖2 編織預(yù)成型件
2.2 CFRP假肢接受腔的制作
編織預(yù)成型件是將覆蓋在碳纖維外層的PE纖維加熱熔融并浸漬在碳纖維中制成CFRP復(fù)合材料。如圖3所示，具體的CFRP假肢接受腔的制造過程。
圖3 CFRP假肢接受腔的制作流程
首先，（a）根據(jù)使用者的體型制作石膏型上層疊編織預(yù)成型件，（b）從上至下用PVA薄膜覆蓋整體。（c）通過對薄膜的內(nèi)部進行減壓，向編織預(yù)成型件施加約1個氣壓壓力的同時，在加熱爐內(nèi)180℃加熱40分鐘。最后，（d）對CFRP成形品進行脫模、修剪（e）完成CFRP假肢接受腔的制作。
2.3 CFRP假肢接受腔的物理特性
為了評估制作的假肢接受腔的強度，對接受腔的環(huán)向進行了壓縮試驗。并對傳統(tǒng)的假肢接受腔也進行了同樣的試驗進行比較。作為測試的結(jié)果，由于兩個接受腔均沒有出現(xiàn)明確的屈服點，如圖4因此記錄了位移30mm時的壓縮載荷，傳統(tǒng)的接受腔為402N，本次新開發(fā)的接受腔為571N，由此可知壓縮強度得到了提高。
圖4 假肢接受腔的壓縮強度測試
2.4 CFRP假肢接受腔的校正
由于使用者的體型變化，需要對接受腔進行校正。首先如圖5所示對接受腔進行加熱，使之變軟，再將校正用的石膏型插入到接受腔中, 通過用力壓入接受腔的前端，可以將接受腔整體緊貼到石膏型上。此時對校正前后的接受腔的形狀變化進行評估。通過三維數(shù)字化測量儀側(cè)梁形狀并計算表面積。如圖6所示，校正前和校正后的表面積比較結(jié)果，修正前的接受腔為5.5×104mm²，修正后的接受腔為5.8×104mm²，通過校正表面積增加了約5%。
圖5 通過加熱校正接受腔
3、結(jié)論
采用熱塑性CFRP制作的假肢接受腔不僅在強度上得到了提高，而且更容易隨著使用者體型的變化進行形狀校正修復(fù)。
4、參考文獻
長谷部裕之，森大介，奧村航，熱可塑性CFRPを用いた義肢ソケットの開発，2021
京公網(wǎng)安備11010802046783號
