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過去熱塑性碳纖維復合材料主要應用于航天航空領域，例如用于直升機的地板、機身結構、固定機翼、尾翼、前襟翼以及垂尾根部的整流罩等部位。隨著許多高端領域對高性能復合材料的要求越來越高，熱塑性碳纖維復合材料開始逐步展現出自身的特殊優勢，為越來越多的產業提供服務，其中醫療領域就是目前應用較為廣泛的行業之一。

一些醫用材料需要植入人體體內，有的需要與人體皮膚進行直接接觸，因此，除了一些固定的性能要求外，醫用材料本身的安全性尤為關鍵。體內植入實驗是檢測生物材料組織相容性的最有效方法之一，用于假肢的材料必須具備良好的生物相容性，無細胞毒性，不會造成局部或全身的損害，不影響組織的正常愈合，并且材料與皮膚之間摩擦不宜過大，防止其對皮膚以及對材料制品本身造成損傷。

碳纖維材料本身的石墨層結構具有自潤滑性能，可降低涂層的摩擦因數，在摩擦過程中，碳纖維又起到主要力學支撐，所以其具有摩擦因數穩定、耐磨性高、機械強度高、化學穩定性良好等突出優點，成為各類復合材料中常用的增強體。

而且，碳纖維材料最主要的特點是強度高、質量輕，以前大量被應用在航空、航天以及軍事等領域，現在則越來越多地應用在假肢零部件方面。很多膝關節的殼體以及假腳的腳芯都是采用碳纖維復合材料制作的。特別是碳纖維復合材料制作的腳芯在能量儲存與釋放性能方面表現良好，所以運動型假腳幾乎全部采用碳纖維復合材料制作。

臨床上，早在1981年就出現了儲能假肢Seattle腳，其不僅能支撐身體重量，在運動中產生推力，同時還代償小腿三頭肌和屈肌的作用。采用碳纖維復合材料制作的儲能腳放/儲能比可達95%以上，遠遠超出傳統材料的50%，所以，目前流行的儲能腳也基本上都是采用碳纖維增強樹脂復合材料制作而成的，其在膝關節、踝關節及接受腔等方面也都有一定程度的應用。碳纖維人工韌帶也已應用于臨床，并顯示出良好的生物相容性。

但是，這并不是說所有的碳纖維復合材料都具備工藝性優良、自潤滑、耐磨損、生物相容性好等諸多特性。碳纖維增強樹脂復合材料是否具有無毒性、無溶血活性等，是由樹脂基體材料決定的，例如，最為常見的環氧樹脂基這類熱固性碳纖維復合材料就不適宜用作醫療材料。

現已臨床證實聚醚醚酮（peek）熱塑性碳纖維增強復合材料，在體外細胞培養、體內軟組織及對骨組織方面具有良好的生物相容性，這類碳纖維復合材料和碳纖維共聚物由于其抗拉伸強度較大以及彈性模量接近骨皮質而被應用于全髖關節置換和全膝置換中。