常州普威復(fù)合材料科技有限公司


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人體骨骼替代品:醫(yī)用植入級聚醚醚酮( PEEK )

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引言 自從20世紀(jì)90年代后期以來,聚醚醚酮已經(jīng)成為生產(chǎn)骨科植入物的公司的首選材料,這歸功于其射線透明性和解剖特性?,F(xiàn)在,PEEK的定制配方正在為聚合物帶來新的潛在應(yīng)用。


聚醚醚酮(PEEK)樹脂是一種具有超高性能的特種工程塑料,是目前熱塑性樹脂中耐熱等級最高,綜合性能**異的一類樹脂。PEEK與其他特種工程塑料相比具有諸多顯著優(yōu)勢,如耐高溫、機(jī)械性能優(yōu)異、自潤滑性好、耐化學(xué)品腐蝕、阻燃、耐剝離性、耐輻照性、絕緣性穩(wěn)定、耐水解和易加工等,在航空航天、汽車制造、電子電氣、醫(yī)療和食品加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對PEEK進(jìn)行共混、填充、纖維復(fù)合等增強(qiáng)改性處理,可以得到性能更加優(yōu)異的PEEK復(fù)合材料,其被稱為“21世紀(jì)最有前途的材料”。


聚醚醚酮樹脂基本特性:

(1)耐高溫性:PEEK具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg=143℃)和熔點(diǎn)(Tm=334℃),其負(fù)載熱變形溫度高達(dá)316℃,長期使用溫度為260℃,瞬時(shí)使用溫度可達(dá)300℃。

(2)韌性和剛性:PEEK具有韌性和剛性,特別是對交變應(yīng)力下的抗疲勞性非常突出,可與合金材料相媲美。

(3)抗蠕變性:性能優(yōu)異,是熱塑性樹脂**的抗蠕變材料。

(4)自潤滑性(耐磨性):PEEK具有優(yōu)良的滑動特性,適合于嚴(yán)格要求低摩擦系數(shù)和耐磨耗用途的場合;特別是用碳纖維、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常優(yōu)越。

(5)耐腐蝕性:除濃硫酸外,PEEK不溶于任何溶劑和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿,而且耐水解,具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。

(6)耐水解性:在溫度250℃的蒸汽或處在高壓的水中浸泡,PEEK制品仍可以連續(xù)工作數(shù)千小時(shí)而不出現(xiàn)明顯的性能下降;在所有的工程塑料中,PEEK具有**的耐水解性和耐蒸汽性。

(7)抗輻射性:具有極強(qiáng)的抗高劑量γ射線輻射的性能,機(jī)械性能可得到完整的保留,超過了通用樹脂中耐輻射性能**的聚苯乙烯,可用作核設(shè)備中的耐輻射零件。

(8)阻燃性:聚醚醚酮PEEK具有自熄性,即使不加任何阻燃劑,可達(dá)UL標(biāo)準(zhǔn)的94V-0級(***)。

(9)無毒性:可用于食品衛(wèi)生、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

(10)耐疲勞性:在所有的樹脂中,PEEK具有**的耐疲勞性。

(11)易加工性:PEEK樹脂雖然是超耐熱樹脂,但由于它具有高溫流動性好、熱分解溫度很高等優(yōu)點(diǎn),可采用注射成型、擠出成型、模壓成型、吹塑成型、熔融紡絲、旋轉(zhuǎn)成型及粉末噴涂等多種加工方式。



我國自研制開發(fā)成功并商業(yè)化以來,PEEK樹脂以其**的綜合性能及性價(jià)比,在科技應(yīng)用和商業(yè)領(lǐng)域取得了令人矚目的成長。如今,作為新型高科技材料,PEEK將繼續(xù)擴(kuò)大其提升人們生活品質(zhì)的作用,并應(yīng)用于各項(xiàng)新型領(lǐng)域中。無論在核電和宇航技術(shù),還是半導(dǎo)體制品;無論是汽車渦輪增壓和ABS部件,還是地鐵和高速列車?yán)|線;無論是手機(jī)麥克風(fēng)振膜,還是高級不粘鍋的新型涂層,PEEK都以其無可比擬的優(yōu)勢,扮演著日益重要的角色。


在醫(yī)療器械領(lǐng)域,越來越多的脊柱手術(shù)、外傷和骨科類醫(yī)療產(chǎn)品制造商開始轉(zhuǎn)向使用PEEK。與鈦、鈷鉻合金等典型的醫(yī)用植入材料相比,PEEK提供了許多額外優(yōu)勢:

(1)較低的彈性模量,可防止應(yīng)力遮蔽效應(yīng),可使周邊骨頭保持強(qiáng)度。

(2)可透過X射線,在CT和MRI掃描時(shí)不可見,可較容易地評估骨頭生長和治愈過程;而在某些情況下需要看到植入體時(shí),也可以通過樹脂改性來實(shí)現(xiàn)。

(3)優(yōu)異的消毒性能,即時(shí)長期暴露在熱蒸汽、環(huán)氧乙烷和伽馬射線下,仍能保持其原有性質(zhì)不改變。

(4)較好的生物相容性。

(5)機(jī)械性能可調(diào)整,可以加入不同的添加劑,包括碳纖維、硫酸鋇以及玻璃纖維,以滿足不同的特定應(yīng)用需求。例如將短的碳纖維加入植入級PEEK聚合物可提高其摩擦磨損性能,連續(xù)碳纖維加固的PEEK機(jī)械強(qiáng)度可以與鈷-鉻合金、鈦、鋁合金以及不銹鋼的強(qiáng)度相媲美。

(6)更大的設(shè)計(jì)自由度,可以很容易地用半成品坯件機(jī)加工而成,或者通過注塑成型生產(chǎn)。相關(guān)醫(yī)療器械產(chǎn)品


同時(shí)也有研究表明,將不透射線填充物復(fù)合到PEEK中可以增強(qiáng)X射線可見度。譬如,用于增強(qiáng)醫(yī)用聚合物射線不透性的最常用的添加劑是堿式碳酸鉍,三氧化二鉍,氯氧化鉍和硫酸鋇。


堿式碳酸鉍熔融加工溫度高達(dá) 205oF (400oC),超過這個(gè)溫度將會變得極不穩(wěn)定,顏色會從白色變?yōu)辄S色; 在PEEK加工溫度下,三氧化鉍傾向于從白色變成棕色。氯氧化鉍可以在高溫下加工,但會降低PEEK的熔體流動性,從而影響成型或零件質(zhì)量。


硫酸鋇是不透射線的PEEK配方中最常見的添加劑。它能很好地分散在聚合物中,可以承受加工溫度而不會變色。硫酸鋇也是生物相容性的,已用于微創(chuàng)器械(<30天)和長期植入物(> 30天),如骨水泥。


植入級聚醚醚酮自從1999年首度用于臨床以來,已經(jīng)有超過兩百萬件以PEEK為材料制造的產(chǎn)品被植入人體,投入市場10多年來,以其優(yōu)異的性能和質(zhì)量得到了眾多醫(yī)療器械制造商和外科醫(yī)生的廣泛認(rèn)可,在脊柱融合領(lǐng)域已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。多年的臨床研究表明,植入級PEEK的出現(xiàn)填補(bǔ)了生物材料領(lǐng)域的空白,是下一代植入型醫(yī)療器械的理想材料。