医用级PEEK材料应用及加工成型方法介绍

　　聚醚醚酮(PEEK)是一种结晶形的高性能特种工程塑料，具备优良的耐高温性、自润滑性、耐腐蚀性、阻燃性、机械特性、电性能、耐水解性、耐候性...等等。

　　近年，随着材料科学的迅速发展，医用高分子材料逐渐成为应用最广泛、用量最大的材料。聚醚醚酮(PEEK)作为一种新型医用植入材料，凭借其自身的优异特性在众多医用材料中脱颖而出。

　　由于PEEK具有优良的综合性能，在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料，使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一，越来越多地应用于整形外科、心血管、人工脊椎等多个领域，目前已有应用如下：

　　1、PEEK材料医疗植入

　　性能优异是最接近骨骼的材料：生物相容性是衡量一种材料是否适合人体植入的最基本要素，材料必须无细胞毒性、诱变性、致癌性，且不引发过敏。植入级PEEK在国外独立测试机构严格按照ISO10993的要求，进行了完整的生物相容性测试。结果表明，植入级PEEK具有优异的生物相容性，没有任何副作用。

　　骨在需要的地方就生长，不需要的地方就吸收，即骨的生长、吸收、重建都与骨的受力状态有关。因为金属的弹性模量要大大超出骨骼，所以当金属被植入人体时承担了大部分的机械负荷，骨承受的负荷减小，形成了应力遮蔽效应，后果就是延迟骨的愈合，长此以往，骨骼变得疏松，甚至退化。相反，PEEK的弹性模量与骨骼非常接近，骨骼所受的应力并不完全由植入体承担，使骨骼更健康。

　　修补颅骨 避免冬冷夏热尴尬：研究人员发现，PEEK是目前性能最接近人体骨骼的临床颅骨修补材料，与常用的钛合金相比，PEEK的物理性能接近人体骨骼，质地坚固，不会出现受力凹陷的风险;隔热性好，能避免冬冷夏热。钛合金材料虽然传热性好，但对于患者来说，这却是个缺点。当患者受到外界冷热温差的影响时，颅腔环境出现了变化，会影响舒适感。例如，冬季时患者从温暖的室内来到寒冷的室外，钛制颅骨板优异的导热性会使患者感到疼痛和不适。而PEEK隔热性好，避免了钛合金网片冬冷夏热的尴尬状况。

　　PEEK摒弃了有机玻璃、骨水泥、钛合金等常规颅骨修补材料排异反应强、塑形效果差、隔热效果差、舒适性差、术后X线透性差等缺陷，避免了温差引起的不适感;利用3D打印技术成型，嵌入后严丝合缝，外形完美，具有良好的组织相容性;力学性能接近人骨。可以预见，这种新型材料将是颅骨修补术的首选材料。

　　修复脊椎 减少并发症发生：近年来，我国腰椎、颈椎疾病发病率逐年升高，且趋于年轻化。我国腰椎病患者已突破2亿人，颈椎的患病人群也有2亿人。如果患者有脊柱退行性病变，医生会建议取出病变的椎间盘，然后植入被称为“椎间融合器”的修复体替代。

　　目前，国内常见的椎体间融合器主要为钛合金融合器和PEEK融合器。由于钛合金的弹性模量较高，手术后更容易出现由于应力遮蔽而引起融合的延迟，近年来正逐渐被PEEK融合器取代。PEEK材料制成的椎体间融合器能够兼容X光拍照和核磁共振成像，且弹性模量低，可避免自体移植物的并发症以及同种异体移植物的缺陷。

　　改性PEEK性能更强大，利用I型胶原蛋白吸附交联，可以改善PEEK材料表面亲疏水性以及细胞的粘附增殖情况，改性后的材料比未改性材料具有更好的生物相容性和骨融合能力。

　　种牙配件让患者佩戴更舒适：PEEK因其优异的化学稳定性和可耐受绝大多数化学试剂腐蚀的性能，越来越多地被应用于口腔医学领域。PEEK材料主要应用于口腔种植牙的配件，例如临时基台、愈合帽、愈合基台等。与常用的金属、氧化锆和氧化铝等材料相比，PEEK无需烧结，更加精确;密度低、质轻，患者佩戴舒适;质地柔和，对咬合起到减震作用。

　　除了医疗植入意外PEEK还广泛应用于医疗器械领域以应用如下：

　　2、PEEK材料医疗器械

　　髓内钉PEEK瞄准杆支架

　　远端锁定用PEEK瞄准架

　　外固定支架用可透X光PEEK跟骨连杆(火花面)

　　微创PEEK导向尾(瞄准杆)

　　PEEK具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、强度高、透X光良好的生物相容性等特性优点。与钛、钴铬合金等典型的医用材料相比，PEEK提供了许多额外优势：(1)较低的弹性模量(2)可透过X射线(3)优异的消毒性能(4)较好的生物相容性(5)机械性能可调整(6)更大的设计自由度。

　　医疗级PEEK材料加工成型

　　选用传统的挤出机及适当的机头和牵引装置可生产PEEK薄膜和片材。大多采用缝隙式机头，熔体的流道应呈流线形，内部表面要抛，光，以防熔体停滞或黏附。

　　机头口模温度对膜片表面光洁度及尺寸的控制很重要，通常要维持在380℃土2℃，常用于PEEK薄膜及片材的牵引设备有二种，即浇铸辊筒和三辊压延机。

　　前者用于厚度小于500um的PEEK薄膜，后者用于更厚的PEEK薄膜和片材。

　　无论浇铸辊筒或三辊压延机，都要抛光镀铬，并用直流变速马达驱动和调速。

　　通过控制浇铸辊筒的温度，可生产厚度大于500um的半结晶或无定形薄片。

　　50℃的浇铸辊筒温度可获得非结晶的透明薄膜，而170℃的浇铸辊筒温度则产生不透明半结晶薄膜。

　　薄膜厚度持续增加时(> 500um)，结晶程度会越来越难以控制，必要时，可用后加工热处理以获得最适宜的PEEK薄膜结晶度。

　　装有齿轮计量泵的挤出机，加上下游牵引、拉仲和卷绕装置，可以生产PEEK单丝。

　　计量泵确保在恒定压力下非常精确地将熔融体挤入机头。

　　单丝挤出口模后的后加工处理分为二个部分，即熔融体的定向和松弛。

　　定向时，挤出物以风冷却和水冷却并用的方法冷却，且以Vl速度拉伸，单丝再以V2的速度通过一台温度设定在材料玻璃化转变温度以上的烘箱拉伸。

　　速度Vl和V2的差异主要用来拉伸聚合物，减低单丝的直径并使分子定向排列。

　　松弛时，挤出物以V3速度通过第二台温度设定在靠近材料熔融温度的烘箱而定型。

　　V2和V3的速度差异主要是用来松弛聚合物，其结果会增加单丝直径。

　　PEEK单丝的物理机械性能可通过固相定向拉伸而加以改善，如单丝在第二阶段加工过程中拉伸，单丝离开机头后必须淬冷使它变成无定形态，但冷却不能太快，以免产生气孑L。

　　单丝空气冷却之后继而浸入水浴或直接浸入加热水浴冷却能取得满意结果。

　　机头距水浴最近距离以及水 浴温度取决于单丝直径，小直径单丝(0. 25mm)要求空气冷却距离为100一200mm，然后在20一50℃下水冷却。

　　如单丝温度高于水浴温度，水浴会产生局部沸腾，致使单丝表面受损。

　　PEEK单丝或者使用单一阶段或者使用二个阶段拉伸定向，其中单丝在120℃时“颈化”，然后在200℃时拉仲，经拉伸得到的单丝性能取决于拉伸程度。

　　推荐的拉伸比2.5:1和3:1，最大拉伸比是3.8:1，高于3:1的单丝，扭结强度会迅速下降，单丝定向排列时，必须在拉伸下将其热定型。

　　热定型必须在温度接近聚合物熔点且拉伸松弛比为0.95：l的情况下才能实现(通常为260℃下6s)。

　　所得的单丝具有坚韧、高度定向排列及拥有可控的直径，在材料的玻璃化温度以上保持其形状和特性。

　　咨询医用级PEEK材料价格及牌号，请联系英国-威格斯 VICTREX PEEK原料供应商东莞市昊恩塑胶贸易有限公司，提供从材料鉴定、模具设计、成型加工等系列帮助，亦可为客户量身定制各特殊性能的材料，帮助客户提高产品竟争力。服务热线：13798909890。