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）
’*&