聚醚醚酮(PEEK)作為一種新型醫(yī)用植入材料，憑借其自身的優(yōu)異特性在眾多醫(yī)用材料中脫穎而出。根據(jù)Radiant Insightsanalysts咨詢公司預(yù)測，2017-2022年，全球PEEK市場將繼續(xù)以每年10.43%的平均年復(fù)合增長率發(fā)展。

 

　　自1978年由英國帝國化學(xué)工業(yè)公司(ICI)的尖端材料部Victrex研究發(fā)明，于1978年大規(guī)模生產(chǎn)并投入市場以來，由于PEEK擁有極其優(yōu)良的綜合物理、機(jī)械、電、熱、化學(xué)等性能，能夠以傳統(tǒng)的熱塑性塑料成型加工方法如注射、擠出、模壓，涂層、機(jī)械切削等制成各種各樣制件，受到樣品設(shè)計(jì)師、成型加工企業(yè)、產(chǎn)品制造供應(yīng)商的廣泛關(guān)注和重視，因而PEEK在石油化工、交通運(yùn)輸、電子電氣、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、宇宙航空等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

 

　　PEEK它在設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的自由度，在成型加工時(shí)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益以及制件在使用過程中顯示出的質(zhì)量穩(wěn)定性，使之成為許多普通材料的成功后繼者。由于PEEK具有良好的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕、耐輻射性和耐高溫性能，能夠經(jīng)受高達(dá)0.25MPa的壓力和260℃的高溫，同時(shí)不溶于除濃硫酸以外的所有溶劑。在化學(xué)工業(yè)和其他工業(yè)中，PEEK樹脂常用來制作壓縮機(jī)閥片、活塞環(huán)、密封件和各種化工用泵、閥門等部件;用該材料代替不銹鋼制作渦流泵的葉輪，可明顯降低磨損程度和噪聲級別，具有更長的使用壽命。目前用PEEK制作的電線電纜、線圈骨架等已成功地應(yīng)用于核電站，還可用于石油勘探與開采機(jī)械的特殊幾何尺寸的功能探頭。此外，由于PEEK樹脂符合套管組件材料的規(guī)格要求，在高溫下仍可使用各種黏合劑進(jìn)行粘接，所以現(xiàn)代連接器將是其另一個(gè)潛在的應(yīng)用市場。

 

　　醫(yī)療級PEEK--性能：PEEK具有突出的熱老化性能,材料經(jīng)過250℃熱老化后的彎曲強(qiáng)度保留率仍較高。公認(rèn)的耐熱材料PPS耐老化試驗(yàn)不足3000h，而PEEK可以超過5000h。常用的尼龍66及PBT一般還不足500h。PEEK阻燃性優(yōu)良，有自熄性。PEEK的耐水解性好，23℃下飽和吸水率只有0.5%，是工程塑料中最低的。而它的耐熱水性更佳，可在300℃加壓熱水或蒸氣中使用。PEEK的耐疲勞性優(yōu)于聚酰胺，更優(yōu)于PES和尼龍。PEEK也是極佳的耐輻照材料，PEEK電磁線的耐輻照劑量高，其性能超過通用耐輻照材料聚苯乙烯，遠(yuǎn)優(yōu)于聚四氟乙烯。聚醚醚酮具有優(yōu)異的電氣絕緣性，通常，體積電阻率非常之高。它在高頻范圍內(nèi)仍具有較小的介電常數(shù)和介電損耗。聚醚醚酮除濃硫酸外，幾乎能耐任何化學(xué)藥品;即使在較高的溫度下，它仍能保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性。PEEK樹脂在所有塑料中具有出眾的滑動特性，在各種壓力、溫度、速度和相對粗糙度接觸面的情況下，都能提供優(yōu)異的耐磨性質(zhì)，PEEK樹脂剝離性很好，因此可以制成包覆很薄的電線或電磁線，并在苛刻條件下使用。在所有的樹脂中PEEK具有最好的耐疲勞性。

 

　　醫(yī)療級PEEK--加工成型:選用傳統(tǒng)的擠出機(jī)及適當(dāng)?shù)臋C(jī)頭和牽引裝置可生產(chǎn)PEEK薄膜和片材。大多采用縫隙式機(jī)頭，熔體的流道應(yīng)呈流線形，內(nèi)部表面要拋，光，以防熔體停滯或黏附。機(jī)頭口模溫度對膜片表面光潔度及尺寸的控制很重要，通常要維持在380℃土2℃，常用于PEEK薄膜及片材的牽引設(shè)備有二種，即澆鑄輥筒和三輥壓延機(jī)。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。無論澆鑄輥筒或三輥壓延機(jī)，都要拋光鍍鉻，并用直流變速馬達(dá)驅(qū)動和調(diào)速。通過控制澆鑄輥筒的溫度，可生產(chǎn)厚度大于500um的半結(jié)晶或無定形薄片。50℃的澆鑄輥筒溫度可獲得非結(jié)晶的透明薄膜，而170℃的澆鑄輥筒溫度則產(chǎn)生不透明半結(jié)晶薄膜。薄膜厚度持續(xù)增加時(shí)(> 500um)，結(jié)晶程度會越來越難以控制，必要時(shí)，可用后加工熱處理以獲得最適宜的PEEK薄膜結(jié)晶度。裝有齒輪計(jì)量泵的擠出機(jī)，加上下游牽引、拉仲和卷繞裝置，可以生產(chǎn)PEEK單絲。計(jì)量泵確保在恒定壓力下非常精確地將熔融體擠入機(jī)頭。單絲擠出口模后的后加工處理分為二個(gè)部分，即熔融體的定向和松弛。定向時(shí)，擠出物以風(fēng)冷卻和水冷卻并用的方法冷卻，且以Vl速度拉伸，單絲再以V2的速度通過一臺溫度設(shè)定在材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的烘箱拉伸。速度Vl和V2的差異主要用來拉伸聚合物，減低單絲的直徑并使分子定向排列。松弛時(shí)，擠出物以V3速度通過第二臺溫度設(shè)定在靠近材料熔融溫度的烘箱而定型。V2和V3的速度差異主要是用來松弛聚合物，其結(jié)果會增加單絲直徑。PEEK單絲的物理機(jī)械性能可通過固相定向拉伸而加以改善，如單絲在第二階段加工過程中拉伸，單絲離開機(jī)頭后必須淬冷使它變成無定形態(tài)，但冷卻不能太快，以免產(chǎn)生氣孑L。單絲空氣冷卻之后繼而浸入水浴或直接浸入加熱水浴冷卻能取得滿意結(jié)果。機(jī)頭距水浴最近距離以及水 浴溫度取決于單絲直徑，小直徑單絲(0. 25mm)要求空氣冷卻距離為100一200mm，然后在20一50℃下水冷卻。如單絲溫度高于水浴溫度，水浴會產(chǎn)生局部沸騰，致使單絲表面受損。PEEK單絲或者使用單一階段或者使用二個(gè)階段拉伸定向，其中單絲在120℃時(shí)“頸化”，然后在200℃時(shí)拉仲，經(jīng)拉伸得到的單絲性能取決于拉伸程度。推薦的拉伸比2.5:1和3:1，最大拉伸比是3.8:1，高于3:1的單絲，扭結(jié)強(qiáng)度會迅速下降，單絲定向排列時(shí)，必須在拉伸下將其熱定型。熱定型必須在溫度接近聚合物熔點(diǎn)且拉伸松弛比為0.95：l的情況下才能實(shí)現(xiàn)(通常為260℃下6s)。所得的單絲具有堅(jiān)韌、高度定向排列及擁有可控的直徑，在材料的玻璃化溫度以上保持其形狀和特性。

 

　　醫(yī)療級PEEK--應(yīng)用:在化學(xué)工業(yè)中，憑借圓柱形填料進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)換化學(xué)分離?；み^程的本質(zhì)要求圓柱形填料在高溫和嚴(yán)酷的反應(yīng)條件下持久和耐蝕。Eldorodo世紀(jì)塑料公司采用PEEK制造圓柱形填料，因?yàn)樗娱L了使用壽命。由通用熱塑性塑料制造的圓柱形填料，僅能用六個(gè)月就要更換，而PEEK填料可使用長達(dá)3年。閥門被認(rèn)為是在系統(tǒng)中允許或防止氣體或液體流動的一種裝置。按照這一定義，閥座是閥門的關(guān)鍵部件，因?yàn)樵陂y門閉合位置這是防止漏流的部件。對于硬質(zhì)閥座(金屬對金屬)，系統(tǒng)的污染和局部堵塞將妨礙裝置充分閉合。使用PEEK形成閥門的軟性閥座，因?yàn)樗凶冃蔚哪芰Γ酝瓿稍诖饲闆r下的密封作用。Saunder 公司選用30%玻璃纖維增強(qiáng)PEEK作為這些裝置的閥座材料，因?yàn)樗@示出突出的耐蠕變性和耐疲勞性，即使在極高的溫度范圍內(nèi)也是如此。PEEK部件的優(yōu)良耐化學(xué)性和拉伸強(qiáng)度，也比金屬硬質(zhì)閥座或其他熱塑性塑料軟質(zhì)閥座提供更長的使用壽命。Danish 公司噴槍制造公司聲稱，已經(jīng)借助PEEK革新了噴水清洗方法。新的設(shè)計(jì)操作圍繞二個(gè)原則。①首先涉及創(chuàng)造較大的水滴，以600km/h時(shí)噴向空中，損失的總沖量極少;②把水滴和清洗表面間的沖擊頻率集中在80——100Hz。PEEK在裝置內(nèi)形成完全相同的二個(gè)部件，它起到一種偏心凸輪的作用，把水滴從一個(gè)固定的噴頭供給水 流。操作壓力達(dá)15MPa，局部旋轉(zhuǎn)發(fā)熱估計(jì)高于100℃，因此要求用高性能的PEEK。PEEK用于此類用途增加了產(chǎn)品多樣化，因?yàn)樗梢圆捎迷S多以前被認(rèn)為侵蝕性太強(qiáng)的化學(xué)品的清洗裝置。目前使用的設(shè)備已經(jīng)證明對用戶有利，因?yàn)楦鶕?jù)清洗操作，可節(jié)省高達(dá)50%的水和動力。

 

　　由于PEEK具有優(yōu)良的綜合性能，在許多特殊領(lǐng)域可以替代金屬、陶瓷等傳統(tǒng)材料，使之成為當(dāng)今最熱門的高性能工程塑料之一，越來越多地應(yīng)用于整形外科、心血管、人工脊椎等多個(gè)領(lǐng)域，目前已有應(yīng)用如下：

 

　　1、PEEK材料醫(yī)療植入

 

　　性能優(yōu)異是最接近骨骼的材料：生物相容性是衡量一種材料是否適合人體植入的最基本要素，材料必須無細(xì)胞毒性、誘變性、致癌性，且不引發(fā)過敏。植入級PEEK在國外獨(dú)立測試機(jī)構(gòu)嚴(yán)格按照ISO10993的要求，進(jìn)行了完整的生物相容性測試。結(jié)果表明，植入級PEEK具有優(yōu)異的生物相容性，沒有任何副作用。

 

　　著名的沃爾夫定律指出，骨在需要的地方就生長，不需要的地方就吸收，即骨的生長、吸收、重建都與骨的受力狀態(tài)有關(guān)。因?yàn)榻饘俚膹椥阅Ａ恳蟠蟪龉趋溃援?dāng)金屬被植入人體時(shí)承擔(dān)了大部分的機(jī)械負(fù)荷，骨承受的負(fù)荷減小，形成了應(yīng)力遮蔽效應(yīng)，后果就是延遲骨的愈合，長此以往，骨骼變得疏松，甚至退化。相反，PEEK的彈性模量與骨骼非常接近，骨骼所受的應(yīng)力并不完全由植入體承擔(dān)，使骨骼更健康。

 

　　修補(bǔ)顱骨 避免冬冷夏熱尷尬：研究人員發(fā)現(xiàn)，PEEK是目前性能最接近人體骨骼的臨床顱骨修補(bǔ)材料，與常用的鈦合金相比，PEEK的物理性能接近人體骨骼，質(zhì)地堅(jiān)固，不會出現(xiàn)受力凹陷的風(fēng)險(xiǎn);隔熱性好，能避免冬冷夏熱。鈦合金材料雖然傳熱性好，但對于患者來說，這卻是個(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)患者受到外界冷熱溫差的影響時(shí)，顱腔環(huán)境出現(xiàn)了變化，會影響舒適感。例如，冬季時(shí)患者從溫暖的室內(nèi)來到寒冷的室外，鈦制顱骨板優(yōu)異的導(dǎo)熱性會使患者感到疼痛和不適。而PEEK隔熱性好，避免了鈦合金網(wǎng)片冬冷夏熱的尷尬狀況。

 

　　PEEK摒棄了有機(jī)玻璃、骨水泥、鈦合金等常規(guī)顱骨修補(bǔ)材料排異反應(yīng)強(qiáng)、塑形效果差、隔熱效果差、舒適性差、術(shù)后X線透性差等缺陷，避免了溫差引起的不適感;利用3D打印技術(shù)成型，嵌入后嚴(yán)絲合縫，外形完美，具有良好的組織相容性;力學(xué)性能接近人骨?？梢灶A(yù)見，這種新型材料將是顱骨修補(bǔ)術(shù)的首選材料。

 

　　修復(fù)脊椎 減少并發(fā)癥發(fā)生：近年來，我國腰椎、頸椎疾病發(fā)病率逐年升高，且趨于年輕化。我國腰椎病患者已突破2億人，頸椎的患病人群也有2億人。如果患者有脊柱退行性病變，醫(yī)生會建議取出病變的椎間盤，然后植入被稱為“椎間融合器”的修復(fù)體替代。

 

　　目前，國內(nèi)常見的椎體間融合器主要為鈦合金融合器和PEEK融合器。由于鈦合金的彈性模量較高，手術(shù)后更容易出現(xiàn)由于應(yīng)力遮蔽而引起融合的延遲，近年來正逐漸被PEEK融合器取代。PEEK材料制成的椎體間融合器能夠兼容X光拍照和核磁共振成像，且彈性模量低，可避免自體移植物的并發(fā)癥以及同種異體移植物的缺陷。

 

　　改性PEEK性能更強(qiáng)大，利用I型膠原蛋白吸附交聯(lián)，可以改善PEEK材料表面親疏水性以及細(xì)胞的粘附增殖情況，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。

 

　　種牙配件讓患者佩戴更舒適：PEEK因其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和可耐受絕大多數(shù)化學(xué)試劑腐蝕的性能，越來越多地被應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。PEEK材料主要應(yīng)用于口腔種植牙的配件，例如臨時(shí)基臺、愈合帽、愈合基臺等。與常用的金屬、氧化鋯和氧化鋁等材料相比，PEEK無需燒結(jié)，更加精確;密度低、質(zhì)輕，患者佩戴舒適;質(zhì)地柔和，對咬合起到減震作用。

 

　　除了醫(yī)療植入意外PEEK還廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械領(lǐng)域。