全 文 ：第 !" 卷 第 ! 期
# $ % $ 年 ! 月
林 业 科 学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
./01 !"，*/1 !
,234，# $ % $
石膏 5微米厚度刨花腕部骨伤固定夹板的制造工艺
程瑞香% 6 马 6 岩#
（%1 东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室 6 哈尔滨 %7$$!$；
#1 东北林业大学林业与木工机械技术工程中心 6 哈尔滨 %7$$!$）
关键词：6 腕部骨伤固定夹板；微米厚度刨花；石膏；水膏比；木膏比
中图分类号：+&"786 6 6 文献标识码：,6 6 6 文章编号：%$$% 5 9!::（#$%$）$! 5 $%9: 5 $7
收稿日期：#$$: 5 $: 5 $7。
基金项目：国家自然科学基金项目（8$;9#8%!）和国家“;!:”创新项目（#$$" 5 ! 5 ’$8）共同资助。
!"#$%"&’$() *)&+#,-$) .% /01,#’2 .% ’+) 3(,2’ 4("&’$() !"5) .%
61"2’)( "#5 !,&(.#7*+,&8#)22 3..5 6"(’,&1)
’<=>? @ABCBD>?% 6 ED FD>#
（%1 !"# $%&’(%)’(# ’* +,’-+%."/ 0%)"(,%1 23,"43" %4/ 5"364’1’7# ’* 0,4,.)(# ’* 8/93%),’4，:’()6"%.) ;’(".)(# <4,="(.,)#6 >%(&,4 %7$$!$；
#1 ;’(".)(# %4/ ?’’/@’(A,47 0%36,4"(# 847,4""(,47 B"4)"(，:’()6"%.) ;’(".)(# <4,="(.,)#6 >%(&,4 %7$$!$）
9:2’("&’：6 +K3/LAM=G K<= MKG /I K<= N3BGK I3DMKA3= ODL= /I 20DGK=3 D>L OBM3/>P
K=GG 2D3KBM0=，D>L GKALB=G K<= /2KBOAO 3DKB/ /I NDK=3 D>L 20DGK=3，3DKB/ /I OBM3/>PK=GG N//L 2D3KBM0= D>L 20DGK=3，
K//4 +<= 3=GA0KG G K<= N=B?L 20DGK=3 NDG $1 " D>L K<= N=B?L 20DGK=3
NDG $1 %7，K<= 2=3I/3OD>M= /I K<= G20B>KG BG M/O2D3DKBR=0J ?//L4
;)< =.(52：6 G20B>KG /I K<= N3BGK I3DMKA3=；OBM3/>PK=GG 2D3KBM0=；20DGK=3；3DKB/ /I NDK=3 D>L 20DGK=3；3DKB/ /I N//L D>L
20DGK=3
6 6 骨伤科固定材料研究的一直是骨伤科中最基本
和最活跃的领域。从最初的手制夹板到石膏绷带、
热塑夹板、高分子绷带等材料的发明与应用，都在骨
伤科固定性能上有了长足的进步，给骨伤科的救治
带来了更加有效的手段和方法。
本研究开发一种新型医用材料石膏 5微米厚度
刨花腕部骨伤固定夹板。石膏 5微米厚度刨花腕部
骨伤固定夹板是一种以石膏为胶凝材料，将基于新
型木刨花制备方法加工出的生物弹性轻软微米厚度
刨花作为加强填充增强材料，外加适量的水，采用半
干法，利用模压技术生产出的一种新型医用材料，其
密度一般在 $1 9$ S $1 97 ?·MO 5 8范围内。它突破了
传统木质人造板的应用领域，是一种依靠木质原材
料本身的优点和特性，并依托绿色胶合技术的制备
方法而形成的新型材料。石膏 5微米厚度刨花骨伤
固定夹板具备木材的基本特征，在吸附性及通透性
上优于石膏和塑料等骨伤固定产品，它将是石膏包
扎等材料的理想换代产品，是骨伤外固定的新技术、
新材料。较传统的外固定材料（李明远等，#$$"；梁
亮科等，#$$%；金伟兰等，%;;7；梅宗志，#$$:；欧来
良等，#$$$；齐万里等，#$$#；桑井贵等，#$$%；孙国
静等，#$$;；汤黎明等，#$$:；温变英，#$$%；谢延
华，#$$7；徐飞鸿等，%;;9；俞索静等，#$$7；钟延炎
等，#$$$；张元民等，#$$#；赵明宇等，#$$;）它具有
以下优点：它由厚度为微米级、长度较长的刨花（以
下简称微米厚度刨花）交织成型，使石膏 5 微米厚
度刨花骨伤固定夹板具有很大孔隙，再加上木材具
备良好的吸附性及通透性，能保证材料的易透性，特
别是速生材树种，其材质疏松，孔隙率大，因此，石膏
5微米厚度刨花骨伤固定夹板透气性较好，可克服
因石膏、热塑夹板等不透气导致的皮肤红肿、搔痒等
缺陷；微米厚度刨花的加入使产品强度高于石膏绷
带，并具有较好的韧性、不易断裂、无毒无味、质量相
对轻等特点。
>? 材料与方法
%1 %6 试验材料 6 建筑石膏，市购，湖北光大石膏制
品有限公司生产。半水石膏（’D&T!·$1 7U#T）含量
为 :$V。
试验材料刨花树种为泡桐（C’91’@4,% *’()94",,），
微米厚度木刨花切削机切削出的刨花厚度范围在
8$ S %#$ !O，宽度 # S : OO，长度 !$ S :$ OO（马岩，
! 第 " 期 程瑞香等：石膏 #微米厚度刨花腕部骨伤固定夹板的制造工艺
$%%&），经东北林业大学工程中心自制的再碎机再碎，
取 ’ ( ) 目间的刨花待用，刨花形态见图 *。
图 *! 试验用泡桐微米厚刨花形态
+,-. *! /01 2,3456780,3961:: ;<48,3=1: >:1? ,6 81:8
*@ $! 试验仪器及设备 ! 腕部骨伤固定夹板造型以
最大限度地满足人体生理曲线为原则，图 $ 所示为
腕部骨伤固定夹板造型计算机模拟立体图，图 A 为
腕部骨伤固定夹板的计算机模拟固定效果图，图 "
为用于制造石膏 #微米厚度刨花腕部骨伤固定夹板
的模具。其他设备还有实验室用微米木刨花切削
机、再碎机、冷压机等。
*@ A! 试验方法 ! 本试验采用常温模压成型工艺，分
别压制腕部骨伤固定上夹板和下夹板。先将所需要
的水和微米厚度刨花搅拌均匀，成湿刨花，再与所需
要的石膏混合搅拌，然后将搅拌好的混合物手工均
匀地铺装在下模具上，放上上模具，之后，将装有物
料的模具放入装料盒中，送入压机，开动压机进行加
压到模具到位（图 B），此时压力在（$ C %@ B）DE< 范
围，在此压力下加压 $% ( A% 2,6 后卸压，将压好的
夹板毛坯从模具中取出，放入干燥箱中干燥，干燥箱
! ! ! !
图 $! 腕部骨伤固定夹板造型计算机模拟
+,-. $! F52;>814 :,2>=<8,56 804117?,216:,56<= ;,38>41
5G :;=,68: 5G 801 H4,:8 G4<38>41
图 A! 腕部骨伤固定夹板的计算机模拟固定效果
+,-. A! F52;>814 :,2>=<8,56 G,I<8,56 ?1:,-6 :91830
5G :;=,68: 5G 801 H4,:8 G4<38>41
温度为 "% J，烘干时间为 *% 0，将干燥好的骨伤夹
板于室温条件下放置 ’ 天，齐边后测试其性能。压
制的石膏 #微米厚度刨花腕部骨伤固定夹板实物见
图 &。图 ’ 为模仿石膏 #微米厚刨花腕部骨夹板固
定时的图片。
图 "! 压制腕部骨伤固定夹板的模具
+,-. "! /01 25>=?14 >:1? G54 2<6>G<38>4,6- :;=,68: 5G 801 H4,:8 G4<38>41
K. 压制上夹板的模具 D5>=?14 >:1? G54 2<6>G<38>4,6- >;;14 :;=,68:；L.压制下夹板的模具 D5>=?14 >:1? G54 2<6>G<38>4,6- =5H14 :;=,68:.
! ! *）水膏比试验 ! 水膏比是指水与石膏的质量
之比。由于石膏有遇水迅速固化的特性，影响手工
铺装效果及夹板的外观质量和力学性能，本试验需
确定制备夹板时水和石膏的最佳比例。
固定木膏比为 %@ *，水膏比分别取为 %@ "，%@ B，
%@ &，%@ ’，在每种水膏比下各制取上、下夹板毛坯 B
套，观察并记录每种条件下夹板的流动性、可操作时
间和外观质量。待烘干并调质 ’ 天后分别称重。测
)’*
林 业 科 学 !" 卷 #
# # # #
图 $# 下夹板加压时的情况
%&’( $# )*+ ,&-./-&01 2.3&1’ 43+,, 503 607+3 ,46&1-,
05 -*+ 73&,- 53/8-.3+
量压缩破坏时的最大力。尽管在试验中每块板尽量
控制所用原料质量相同，但多少会有些差异，因此，
以压缩时板坯单位质量所承受的最大破坏力为最终
衡量强度指标。
9）木膏比试验 # 木膏比指微米厚刨花和石膏
的质量比。为了寻求最佳的木膏比，本试验固定水
膏比为 :; ":，选取木膏比为 :; :$，:; <:，:; <$，:; 9:，
:; 9$，分别在上述各种木膏比的情况下压制上、下夹
板毛坯各 $ 套，观察制得毛坯的外观质量，并将压制
出来的湿毛板坯放入烘箱中干燥，烘干后在室内放
置 = 天，测其抗压性能，分别计算板坯单位质量所承
受的最大破坏力。
图 "# 压制的石膏 >微米厚刨花腕部骨伤固定夹板实物
%&’( "# ?3/8-&8/6&-@ 5&’.3+ 05 ,46&1-, 05 -*+ 73&,- 53/8-.3+ A/2+ &1 6/B03/-03@
C( 上夹板 D44+3 ,46&1-；E(下夹板 F07+3 ,46&1-(
图 =# 模仿石膏 >微米厚刨花腕部骨伤固定夹板固定
%&’( =# )*+ 5&G/-&01 4*0-0’3/4* 05 ,46&1-, 05 -*+ 73&,- 53/8-.3+
A/2+ 05 46/,-+3 /12 A&8301H-*&8I1+,, 4/3-&86+,
!" 结果与分析
9; <# 水膏比的确定 # 水膏比对石膏 > 微米厚刨花
腕部骨伤固定夹板成型的影响见表 <。从表 < 中可
知，随着水膏比的增大，物料的可操作时间延长，冷
压时物料的流动性增加，压制的毛板坯表面明显变
得光滑。因此，从可操作时间、冷压时物料的流动性
及毛板坯外观质量方面考虑，选取水膏比大的为宜。
但试验中观察到，当水膏比为 :; =: 时，夹板加压时
有水挤出，且板坯的含水率过高，干燥时间长延长，
影响效率。因此，需综合考虑夹板力学性能再确定
水膏比。
水膏比与石膏 >微米厚刨花腕部骨伤固定夹板
力学性能的关系见表 9。从表 9 中可以看出，随着
水膏比从 :; !: 增加到 :; =:，其单位质量的最大抗
压力也随之先升高后降低。当水膏比为 :; ": 时，其
单位质量的抗压强度达到最大值，当水膏比为 :; =
时，其单位质量的抗压强度明显较水膏比为 :; ": 时
降低。为保持板坯具有良好的力学性能，取水膏比
为 :; ":，尽管其可操作时间没有水膏比为 :; =: 时
的长，必要时可以采取加入缓凝剂的措施延长可操
作时间。所以经过综合考虑，最后选取水膏比
为 :; ":。
9; 9# 木膏比的确定 # 木膏比与板坯力学性能的关
系见表 J。由表 J 可以看到，木膏比在 :; :$ K :; <$
的范围内，石膏 >微米厚刨花腕部骨伤固定夹板比
纯石膏骨夹板的单位质量的最大抗压力较大，说明
在此范围内，微米厚度的刨花起到了增强筋的作用，
适当的刨花有利于提高产品的力学性能。
:L<
! 第 " 期 程瑞香等：石膏 #微米厚度刨花腕部骨伤固定夹板的制造工艺
表 !" 水膏比对石膏 #微米厚刨花腕部骨伤固定夹板成型的影响
$%&’ !" $() )**)+, -* .%,/- -* 0%,). %12 34%5,). -1 6-42/17 -* 0./5, *.%+,8.) 534/1,5
成型时考虑的因素
$%&’()*+,-(%&
./*& 0%1)(&2
水膏比 3,-(% %4 .,-*+ ,&) 51,’-*+
67 "6 67 86 67 96 67 :6
可操作时间
;5*+,-(%&,1 -(0*
可操作时间极短，将湿刨
花加入石膏后 8 0(& 就开
始凝固 ;5*+,-(%&,1 -(0* (’
<*+= ’/%+-> ’%1()(4(?,-(%&
%??@+’ ./*& .*- .%%)
’/,<(&2’ /,<* A**& ,))*)
(&-% 51,’-*+ 4%+ 8 0(&
可操作时间短，将湿刨花
加入石膏后 B 0(& 开始凝
固 ;5*+,-(%&,1 -(0* (’
’/%+-，’%1()(4(?,-(%& %??@+’
./*& .*- .%%) ’/,<(&2’
/,<* A**& ,))*) (&-%
51,’-*+ 4%+ B 0(&
将湿 刨 花 加 入 石 膏 后
CC 0(&后开始凝固。铺
装时 仍 然 要 求 尽 量 快
D%1()(4(?,-(%& %??@+’ ./*&
.*- .%%) ’/,<(&2’ /,<*
A**& ,))*) (&-% 51,’-*+ 4%+
CC 0(&> E- (’ ’-(11 +*F@(+*)
-/,- ,’’*0A1(&2 -(0*
’/%@1) A* ,’ ’/%+-
,’ 5%’’(A1*
可操作时间相对较长，将湿刨
花加入石膏后 C9 0(& 开始凝固
;5*+,-(%&,1 -(0* (’ +*1,-(<*1=
1%&2> D%1()(4(?,-(%& %??@+’ ./*&
.*- .%%) ’/,<(&2’ /,<* A**&
,))*) (&-% 51,’-*+ 4%+ C9 0(&
冷压时流动性
G1@()(-= ./*&
?%1) 5+*’’(&2
冷压时流动性极差 H*+=
A,) 41@()(-= ./*&
?%1) 5+*’’(&2
冷压时流动性较差 I,)
41@()(-= ./*& ?%1) 5+*’’(&2
冷压时流动性稍好转一
些，较前面易铺装均匀
J 1(--1* A*--*+ 41@()(-= ./*&
?%1) 5+*’’(&2， -/* 0%+*
/%0%2*&*%@’ -/,& ,A%<*
冷压时流动性较好，易于保证
夹板 厚 度 均 匀 I*--*+ 41@()(-=
./*& ?%1) 5+*’’(&2，(- (’ *,’= -%
*&’@+* -/(?K&*’’ %4 .+(’- 4+,?-@+*
’51(&-’ @&(4%+0(-=
毛板坯的外观质量
J55*,+,&?* F@,1(-= %4
.+(’- 4+,?-@+* ’51(&-’
表面粗糙 D@+4,?* (’ +%@2/
表面 粗 糙 度 稍 有 改 善
D@+4,?* +%@2/&*’’ (’
’1(2/-1= (05+%<*)
表 面 较 光 滑 D@+4,?* (’
?%05,+,-(<*1= ’0%%-/
加压时试件被挤出大量的水，
制得毛板坯含水率过高，干燥
时间长，增加成本 J 1%- %4 .,-*+
.,’ ’F@**L* %@- ./*& .+(’-
4+,?-@+* ’51(&-’ .*+* 5+*’’*)> M/*
0%(’-@+* ?%&-*&- %4 +%@2/?,’- (’
-%% /(2/，1*,)(&2 -% , 1%&2 )+=(&2
-(0* ,&) /(2/ ?%’-’
表 9" 水膏比与板坯力学性能
$%&’ 9" $() .)4%,/-1 -* .%,/- -* 0%,). %12 34%5,). %12 6)+(%1/+%4 3.-3).,/)5
夹板 D51(&- 项目 E-*0’
水膏比 3,-(% %4 .,-*+ ,&) 51,’-*+
67 "6 67 86 67 96 67 :6
夹板 承 受 的 最 大 抗 压 力 平 均 值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<*
’-+*’’ P KQ
C7 6CB C7 6R C7 C86 67 B8R
上夹板 S55*+ ’51(&- 变异系数 $%*44(?(*&- %4 <,+(,-(%& P T U7 6R U7 C8 B7 B: B7 RV6
单位质量的最大抗压力平均值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<* ’-+*’’
5*+ K(1%2+,0 P（Q·K2 # C）
V> 9B V> U9 "7 VV V> RB
夹板 承 受 的 最 大 抗 压 力 平 均 值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<*
’-+*’’ P KQ
67 UR8 C7 C"V C7 R8B 67 :88
下夹板 W%.*+ ’51(&- 变异系数 $%*44(?(*&- %4 <,+(,-(%& P T B7 :B U7 6U B7 9B B7 B8
单位质量的最大抗压力平均值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<* ’-+*’’
5*+ K(1%2+,0 P（Q·K2 # C）
V> :V "7 R9 87 R9 V> ":
表 :" 木膏比与板坯力学性能的关系
$%&’ :" $() .)4%,/-1 -* .%,/- -* 0--2 %12 34%5,). %12 6)+(%1/+%4 3.-3).,/)5
夹板
D51(&-
项目
E-*0’
木膏比 3,-(% %4 .%%) ,&) 51,’-*+
6 67 68 67 C6 67 C8 67 R6 67 R8
夹板承受的最大抗压力平均值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<*
’-+*’’ P KQ
6> RUC 6> ""9 C> CCR 6> B"B 6 6
上夹板 S55*+ ’51(&- 变异系数 $%*44(?(*&- %4 <,+(,-(%& P T B> U: U> BC B> C9 U> RV 6 6
单位质量的最大抗压力平均值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<*
’-+*’’ 5*+ K(1%2+,0 P（Q·K2 # C）
C> C" C> :C "> VV V> VU 6 6
夹板承受的最大抗压力平均值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<*
’-+*’’ P KQ
6> "": 6> 89B C> V8: C> C:9 6 6
下夹板 W%.*+ ’51(&- 变异系数 $%*44(?(*&- %4 <,+(,-(%& P T U> 9B U> CV B> :8 B> U:
单位质量的最大抗压力平均值 N*,& %4 0,O(0@0 ?%05+*’’(<*
’-+*’’ 5*+ K(1%2+,0 P（Q·K2 # C）
C> :U R> RB 8> R9 "> 9V 6 6
! ! 从表 V 中还可以看出，随着木膏比的增加，板坯 单位质量的抗压能力先增大后减少，木膏比为 67 C6
CBC
林 业 科 学 !" 卷 #
时，板坯强度最高，当木膏比大于 $% &$ 时，其单位质
量的抗压能力随木膏比的增加明显降低。木膏比为
$% ’$ 和 $% ’( 时，制取的毛板坯从冷压机出来放入
烘干箱烘干 &$ ) 后，板坯散开，其形态见图 *，+。从
图 *，+ 中可以看出，木膏比为 $% ’$ 和 $% ’( 时板坯
表面较粗糙，且力学性能差，无法成型。这主要是由
于微米级厚度的刨花厚度薄、尺寸相对较长，刨花间
容易形成彼此交织的结构，微米长刨花的松散絮状
很容易形成刨花间的大空隙，再加上刨花比例增大
导致作为胶粘材料的石膏相对比例下降，导致刨花
与刨花间的胶接强度下降，致使石膏 , 微米厚刨花
腕部骨伤固定夹板板坯力学性能下降。
图 *# 木膏比为 $% ’$ 时夹板板坯烘干后的形态
-./0 *# 1)2 3456./789:.45 96:28 ;8<.5/ =)25 =44;> ?@9A:28 B $% ’$
图 +# 木膏比为 $% ’( 时板坯烘干后的形态
-./0 +# 1)2 3456./789:.45 96:28 ;8<.5/ =)25 =44;> ?@9A:28 B $% ’(
考虑到木膏比为 $% &( 时夹板的强度和木膏比
为 $% &$ 时相差不大，因此，为了增加板坯的透气性，
减轻夹板的质量，本研究确定最佳木膏比为 $% &(。
!" 结论
石膏 ,微米厚刨花腕部骨伤固定夹板是一种以
石膏为胶凝材料，将基于新型木刨花制备方法加工
出的生物弹性轻软微米厚度的刨花作为加强填充增
强材料，外加适量的水，采用半干法，利用模压技术
生产出的一种新型医用材料。试验表明：石膏 ,微
米厚刨花腕部骨伤固定夹板制造时的最佳水膏比取
$% "$，在此条件下压制的夹板的外观质量好、可操作
时间相对长，且夹板的抗压能力相对较高。石膏 ,
微米厚刨花腕部骨伤固定夹板制造时的最佳木膏比
为 $% &(，在此条件下压制的夹板抗压强度较高。
参 考 文 献
金伟兰，陈慧敏 0 &++(% 新型塑形夹板临床试用报告 0 医疗卫生装
备，（!）：CD , C+%
李明远，潘良春 0 ’$$"% 杨氏骨科小夹板外固定疗法介绍 0 四川中医，
’!（C）：+! , +(0
梁亮科，李 # 焱，李汉民 0 ’$$&% 杉树皮小夹板外固定治疗骨折的特
色 0 中国骨伤，&!（&$）："C’ , "CC0
马 # 岩 0 ’$$"% 微米木纤维低密度轻质板制造技术探讨 0 木材工业，
’$（!）：&+ , ’&%
梅宗志 0 ’$$*% 小夹板加石膏托固定治疗小儿股骨干骨折 C’ 例 0 中
医正骨，’$（&’）：’" , ’"%
欧来良，王志彬，李林安，等 0 ’$$$% 柳木夹板力学性能测试和优化分
析 0中国骨伤，&C（&$）：(*$ , (*’0
齐万里，郝东明，李向欣 0 ’$$’% 小夹板在中医骨伤科的应用研究 0
长春中医学院学报，&*（&）：’*%
桑井贵，鲁凯伍，王建华 0 ’$$&% 医用聚氨酯绷带的临床应用 0 中国
矫形外科杂志，*（"）："$! , "$(%
孙国静，陈 # 勇，赵建宁 0 ’$$+% 可塑形夹板治疗老年桡骨远端关节
内粉碎性骨折 C’ 例 0 人民军医，(’（&$）："D& , "D’%
汤黎明，戚仕涛，仝青英，等 0 ’$$*% 新型骨伤科固定材料的研制 0 医
学研究生学报，’&（D）：DC* , DC+%
温变英 0 ’$$&% 生物医用高分子材料及其应用 0 化工新型材料，’+
（+）：!& , !!%
谢延华 0 ’$$(% 塑形夹板、弹力带外固定治疗肱骨干骨折的疗效分
析 0 赣南医学院学报，’(（&）：’D , ’*0
徐飞鸿，彭达仁 0 &++D% 塑形弹力夹板的生物力学性能实验 0 长沙交
通学院学报，&C（&）：&" , ’$%
俞索静，吴承亮，陈有光 0 ’$$(% 高分子塑形夹板在骨伤临床中的应
用 0 浙江临床医学，D（*）：*D$%
张元民，王志彬，李文成，等 0 ’$$’% 新型塑质夹板的力学性能测试和
分析 0中国骨伤，&(（*）：!DC , !D!0
赵明宇，白 # 玉，杨 # 萌 0 ’$$+% 手法复位夹板石膏外固定治疗儿童
尺桡骨远端背靠背骨折 0 中国骨伤，’’（*）："C( , "C"%
钟延炎，杨达正，刘煜大 0 ’$$$% 尼龙搭扣小夹板的临床应用研究 0中
医正骨，&’（(）：’& , ’’%
（责任编辑 # 石红青）
’*&