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根據(jù)客戶要求,可提供塑膠原料相關報告。如:ROHS(SGS)報告,UL認,材質(zhì)明及物質(zhì)資料表(MSDS)!PEEK聚合體是一種耐高溫、高性能的熱塑性特種工程塑料。它有著良好的機械性能和耐化學品、耐磨損、耐水解等性能;它比重輕,自潤滑性能好,由于具有好的加工性能,可以填充碳纖維、二硫化鉬等提高潤滑性能和機械強度。PEEK工程塑料廣闊的應用空間涉及到航空、機械、電子、化工、汽車等高科技工業(yè)領域,可制造高要求的機械零部件,如齒輪、軸承、活塞環(huán)、支撐環(huán)、密封環(huán)(函)、閥片、耐磨圈等。易流動,通過檢測。據(jù)統(tǒng)計,2020年醫(yī)療器械總銷售額達到4774億美元,貿(mào)易額復合增長率達5.6%,已成為世界經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)。而其中生物醫(yī)用材料及制品的整體市場份額為40%,達到1910億美元,且占比持續(xù)增長,是朝陽產(chǎn)業(yè)中的朝陽領域。聚醚醚酮(PEEK)是英國帝國化學工業(yè)集團(ICI)于20世紀80年代初實現(xiàn)工業(yè)化的特種工程塑料。PEEK復合材料具有良好的生物相容性及生物惰性,不具有致敏性,也不會引起染體畸變,在生物醫(yī)用領域應用前景廣闊。PEEK在醫(yī)療領域應用 圖源:南京首塑作為大的PEEK材料制造商,1989年威格斯公司的KEMMISHDAVIDJOHN團隊已開始進行PEEK醫(yī)用植入材料的研發(fā)(相關專利DE69032928D1)。國內(nèi)外眾多公司紛紛投入PEEK生物醫(yī)用材料的研究,經(jīng)過多年發(fā)展,現(xiàn)已有多種PEEK生物醫(yī)用材料投入市場應用當中,例如:Victrex公司的子公司Invibio生產(chǎn)的PEEK-OPTIMA?系列材料,下文將會分類詳細介紹。索爾維同樣對PEEK具有較為深入的研究,并推出了一種名為Solviva的系列生物材料,提供一種與人體中的體液和組織永久接觸的產(chǎn)品,其中Zeniva具有高強度、剛度、韌度、耐疲勞性及生物穩(wěn)定性,滿足ASTMF2026-07標準的對用于外科植入物的PEEK的要求;贏創(chuàng)公司的VESTEEP?植入級PEEK,在國內(nèi)外測試結(jié)果表明具有的生物相容性,且沒有副作用。PEEK本身是生物惰性材料,PEEK植入體與骨組織之間的整合能力不強,這限制了PEEK在硬組織修復與替換領域的應用。尋求改性是本領域的常規(guī)手段,而常規(guī)的生物活性陶瓷雖然能夠改善PEEK的生物活性,但降低了力學性能,如何在保持PEEK力學性能的同時提高其生物活性是目前的研究熱點。PEEK醫(yī)療應用 圖源:首塑本文重點關注以下3種改性的PEEK復合材料,包括碳纖維、磷灰石和玻璃纖維,這3種方法是目前應用廣泛的改性手段。筆者在INCOPAT數(shù)據(jù)庫中對涉及這3種PEEK復合材料、且應用于醫(yī)療領域的專利進行了檢索,并通過對2000年后至2021年12月31日的專利進行了篩查,篩選后結(jié)果如圖1所示。通過對3種復合材料的申請量進行橫向的比較可知,涉及碳纖維和磷灰石改性的PEEK復合材料的申請量基本相當,分別有593和587項專利,遠超于使用玻璃纖維改性的PEEK復合材料的214項專利,從這一對比中可以看出碳纖維和磷灰石改性的PEEK復合材料的使用量更多,關注度和重視程度也更高。圖2所示為3種PEEK復合材料申請趨勢的橫向?qū)Ρ取km然碳纖維和磷灰石改性的PEEK復合材料的申請量相當,但是從圖2可以看出,在2014年之前,碳纖維改性PEEK的申請量均高于磷灰石改性PEEK復合材料,而從2015年開始,磷灰石改性的手段明顯更受重視,申請量出現(xiàn)高漲幅,顯示出強勁的發(fā)展態(tài)勢,在2016年,磷灰石改性PEEK申請量達到高值,約有58項專利,而碳纖維改性PEEK的發(fā)展出現(xiàn)疲軟的態(tài)勢,在2019年申請量達到高值,約有46項專利,發(fā)展情況不如磷灰石改性PEEK。而玻璃纖維改性PEEK復合材料的申請量一直低于另外2種改性手段,發(fā)展整體較為平緩。圖3所示為3種PEEK復合材料專利布的橫向?qū)Ρ惹闆r,可以看出,3種復合材料的專利申請中,在美國和中國公開的專利數(shù)量都是遙遙領先的,其中碳纖維和玻璃纖維改性PEEK領域,美國市場是重點關注對象,而磷灰石改性PEEK復合材料,中國呈現(xiàn)出反超的態(tài)勢。除美國和中國外,歐洲等國、韓國、日本市場同樣很受重視。1 碳纖維增強PEEK復合材料PEEK是佳的骨關節(jié)材料,其生物相容性和光滑性是其他材料無法替代的。但PEEK力學強度不足,不能為骨骼生長提供一個穩(wěn)定的環(huán)境。碳纖維(CF)具備熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)小、等優(yōu)點,目前碳纖維增強PEEK(CFR-PEEK)的國內(nèi)外研究焦點是摩擦腐蝕耦合性能及影響因素(如表面粗糙度)、磨屑的生物相容性等方面。王克軍等研究了一種短碳纖維增強聚醚醚酮,實驗表明,改性后的聚醚醚酮與血液相容性較好,毒性,組織相容性好。應力測試顯示短碳纖維增強聚醚醚酮材料能夠滿足復合全髖假體材料對生物相容性及力學性能的需求。由于CF與PEEK基體結(jié)合時,二者之間的結(jié)合強度較弱,進而對復合材料的耐摩擦性能不利,對CF進行表面改性處理是該領域的有效手段。Sharma等研究了經(jīng)氮氧等離子體處理的CF(質(zhì)量分數(shù)為67%~68%)增強PEEK復合材料的生物摩擦學性能。結(jié)果表明,摩擦系數(shù)改性處理前的0.32,下降至處理后的0.21,磨損率則從1.4×10-15m3/(N·m)降到1×10-15m3/(N·m)。處理后的摩擦磨損性能提高了60%。主要原因在于臭氧處理增加了CF表面的羧基含量,增加了界面結(jié)合力,從而提高了復合材料的耐磨損性。2006年Invibio公司在PEEK-OPTIMA生物材料的基礎上研發(fā)成功其碳纖維增強材料CRF/PEEK-OPTIMA(相關專利WO2007099307A1),由PEEK-OPTIMA聚合物材料和分布于其中的短切碳纖維復合而成。該CRF/PEEK-OPTIMA聚合物用作關節(jié)材料時,顯示出了的耐磨性能,與金屬-UHMWPE關節(jié)相比,相同條件下其磨損因子降低了60%以上,與金屬-金屬關節(jié)相比,其磨損因子降低了40%以上。CFR/PEEK-OPTIMA的撓曲剛度與人體骨骼更接近,因此由其制備的關節(jié)材料允許的負荷分擔,減少了應力遮擋的影響。2012年Invibio公司開發(fā)的碳纖維增強材料被用于德國Aesculap公司生產(chǎn)的EnduRo膝關節(jié)修復系統(tǒng),大大增強了植入材料的使用壽命并降低了后續(xù)修復手術的必要性。筆者對CFR-PEEK復合材料的應用方向進行了統(tǒng)計,結(jié)果如圖4所示,可以看出,目前CFR-PEEK復合材料主要應用在脊骨相關領域,例如脊椎骨、脊椎盤,關節(jié)、脊柱定位器或穩(wěn)定器、骨骼、植入血管、外板、銷釘或螺釘?shù)确矫?,其中脊骨相關方面的應用是多的。圖5所示為CFR-PEEK復合材料的主要申請人,圖6所示為CFR-PEEK復合材料專利的主要申請國家/地區(qū)布??梢钥闯觯琶?0的申請人中,國外申請人占9位,中國申請人僅上海交通大學榜上有名,而在布中,美國、中國以較大優(yōu)勢領先其他國家/地區(qū)??梢?,目前在該領域,專利技術更多地掌握在國外大公司手中,而國內(nèi)申請人申請數(shù)量多但分布分散,缺少深度研發(fā)該領域的實力強勁的申請人。圖7所示為CFR-PEEK復合材料的技術功效分布情況,從該圖中可以看出,專利技術重點關注的改進方向,例如,降低成本、提高穩(wěn)定性、降低復雜性是改進多的技術功效,這與其申請人多為企業(yè)有關,企業(yè)申請人對控制成本是放在首位的;而提高強度、性、耐磨性及便利性是第2梯隊,這一方面,無論是從企業(yè)角度還是研發(fā)角度,都是重要的改進點,是本領域一直追求的改進方向。2004年,BENOISTGIRARDSAS公司研發(fā)了一種假體髖臼杯(GB0422666D0),包括由復合材料制成的軸承表面層,該復合材料包括PEEK樹脂和至少20%至40%的短碳纖維,以及一個或多個背襯層以提供屏障孔隙率、粗糙度。背襯層可以涂覆有生物活性材料。同年,上海交通大學研發(fā)了一種全髖股骨頭假體(CN1593356A),假體由內(nèi)層及外層構成,內(nèi)層為連續(xù)碳纖維增強PEEK層,外層為短切碳纖維增強PEEK層,通過芯棒模具和假體模具把兩種復合材料層熱壓合模。該材料能與股骨緊密結(jié)合、增加股骨近端應力傳遞。2010年,HaiHTrieu研發(fā)了一種用于插入椎間盤空間以穩(wěn)定椎間盤的脊柱植入物(US13010569),該植入物包括與不透射線和骨傳導性骨固定部件耦合的射線可透聚合物基底,該聚合物基底為植入物提供相鄰椎骨之間的牢固固定。植入物包括植入物基底和耦合到植入物基底的固定部件。植入物優(yōu)選包括:與不透射線的鈦(Ti)或鈦(Ti)合金固定部件耦合的碳纖維增強的PEEK基底。該專利已于2011年轉(zhuǎn)讓給華沙整形外科公司。2 磷灰石增強PEEK復合材料羥基磷灰石(HA)是人體硬組織(如骨、牙齒等)的主要礦物相,具有良好的骨傳導性,能夠與人體骨組織形成牢固的化學鍵性結(jié)合,且能刺激新骨骼生長,不引起毒性、炎癥或異物反應,其對PEEK基體的生物活性改善有顯著提高。21世紀初期,AbuBar等采用熔融共混、擠出造粒、注塑成型的方法將微米球形HA加到PEEK基體中,制備了PEEK/μ-HA復合材料。經(jīng)測試,含30%(體積分數(shù))HA的PEEK復合材料的斷裂應變、彈性模量和拉伸強度與皮質(zhì)骨相近,且具有較高的疲勞強度。與微米球形HA相比,納米HA具有更高的比表面積和更高的生物活性。Ma等采用相同的加工方式制備了一系列不同HA含量的復合材料,測試結(jié)果表明,材料的拉伸強度隨納米HA含量增加而降低,但彈性模量和壓縮強度呈先增加再降低的趨勢。納米HA增加了材料的表面潤濕性和粗糙度,納米HA-PEEK復合材料組成骨細胞的黏附、鋪展、增殖、堿性磷酸酶(ALP)活性、鈣結(jié)節(jié)形成和成骨相關基因的表達均優(yōu)于純PEEK組及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)組。Invibio公司于2013年開發(fā)出了PEEK-OPTIMA?和羥基磷灰石的復合物“H強化型PEEK-OPTIM?聚合物”,該植入型生物材料地整合了2種已經(jīng)得到臨床驗的生物材料,HA覆蓋植入物的表面,相比于PEEK-OPTIMA?,HA強化型PEEK-OPTIM?聚合物能夠使得新骨骼在6周內(nèi)形成,并在6~12周內(nèi)為新生骨骼高質(zhì)量的附著于材料上提供一個更為適宜的環(huán)境。HA強化型PEEK-OPTIM?聚合物在脊柱融合術中顯示出巨大潛力,該材料于2015年底在中國成功通過生物兼容性測試,并通過骨移植26周測試,已在中國成功授權應用。氟磷灰石(F-HA)比磷灰石更為穩(wěn)定,氟磷灰石擁有較高的成骨活性,能夠促進骨,具有的骨整合能力。且F-HA釋放的氟離子可以作為抗菌劑,抑制細菌,從而造成的植入失敗。圖8所示為HA-PEEK復合材料的主要應用領域,包括應用于脊骨、關節(jié)、骨骼和多孔/微孔材料。圖9所示為涉及HA-PEEK復合材料的主要申請人。圖中可見,在申請人方面,申請量高的為日本的陶業(yè)株式會社,相較于CFR-PEEK復合材料的申請人排名情況,HA-PEEK復合材料的主要申請人中,中國申請人更多,包括南寧越洋科技有限公司、上海交通大學、江蘇奧康尼醫(yī)療科技發(fā)展有限公司、清華大學和吉林大學,占據(jù)5席。圖10所示為HA-PEEK復合材料專利的主要申請國家/地區(qū)布。在申請國家方面,中國以較大優(yōu)勢領先美國,而中美兩國仍然是國家,相對其他國家/地區(qū)占有較大優(yōu)勢。圖11所示為HA-PEEK復合材料的技術功效分布,其反映了HA-PEEK復合材料改性的重點方向。從HA-PEEK復合材料總體改進趨勢可以看出高穩(wěn)定性、低復雜性、高強度、高相容性是本領域主要的改進方向。2007年,日本陶業(yè)株式會社研發(fā)了一種生物-植入物(JP2009061104A),其力學性能接近于骨骼或牙齒的機械性能,并具有植入體內(nèi)后與骨骼結(jié)合的功能,在表面具有多孔層的基材(PEEK)和通過聚集分布在基材的部分或表面上的生物活性物質(zhì)(β-羥基磷灰石)的晶體形成的多個晶體聚集體。2017年,南寧越洋科技有限公司研發(fā)了一種具有PLLA/nHA表面活性涂層的仿人工骨人工牙的制備方法(CN106178105A)。該仿人工骨人工牙可充分發(fā)揮PEEK復合材料和PLLA/nHA復合材料的優(yōu)秀特性,楊氏彈性模量與人體骨相近,可以避免遮擋現(xiàn)象,涂層穩(wěn)定性好,降解時間與骨的生長周期相符,可長期使用。3 玻璃纖維增強PEEK復合材料圖12所示為玻璃纖維增強PEEK復合材料的主要應用領域,包括用于脊骨、植牙、骨骼、植入血管中的濾器、假體、支架等、關節(jié)以及多孔或微孔材料等。圖13所示為涉及玻璃纖維增強PEEK復合材料的主要申請人,與前2種復合材料不同的是,涉及玻璃纖維增強PEEK復合材料的申請人中,申請量高的為南寧越洋科技有限公司,但排名前10的申請人中,也2個申請人為國內(nèi)申請人,即南寧越洋科技有限公司和上海交通大學??梢钥闯錾虾=煌ù髮W在針對PEEK改性的領域具有很強的研發(fā)實力。而涉及玻璃纖維增強PEEK復合材料的申請人中,排名前10的仍以國外申請人為主,其中包括A.M.surgical、柯惠有限合伙公司、賀利氏醫(yī)療有限公司、索爾維聚合物美國有限責任公司。圖14所示為玻璃纖維增強PEEK復合材料的技術功效分布。3種材料增強PEEK的總體趨勢可以看出高穩(wěn)定性、低成本、高性是本領域的普遍追求,而對于玻璃纖維增強PEEK復合材料,降低復雜性并提高強度是該領域重點改進方向。2009年,英威寶(Invibio)公司開發(fā)了一種制PEEK-活性玻璃多孔植入材料的方法(相關專利EP2300516A,US20110230590A1)。該方法首次實現(xiàn)了PEEK與活性玻璃通過傳統(tǒng)的擠出機進行熔融共混,而在此之前的廣泛認知是PEEK無法與活性玻璃一起熔融處理,活性玻璃會與PEEK在熔化處理溫度下發(fā)生反應。擠出共混的方式使得PEEK與活性玻璃的復合更為簡便,而且更具有通用性,擠出形成的粒料可以方便的熔融加工成各種植入部件。2016年,南寧越洋科技有限公司研發(fā)了一種用于修復骨缺損的高韌性超耐磨人工骨(CN105816917A),所述人工骨采用內(nèi)外2層結(jié)構。由于生物活性玻璃陶瓷與骨的結(jié)合比羥基磷灰石強度高,PEEK樹脂與生物活性玻璃陶瓷的結(jié)合性也比碳纖維與羥基磷灰石之間的結(jié)合要好,人工骨既有的力學性能,又有很好的生物相容性,其力學性能、生物相容性和骨結(jié)合強度均優(yōu)于常規(guī)人工骨產(chǎn)品??梢钥闯?,國外公司對于PEEK醫(yī)用材料領域?qū)@暾堃约凹夹g研發(fā)的重視,而國內(nèi)在這一領域中的研究仍停留在實驗研究階段,缺少能夠?qū)嶋H投入應用的產(chǎn)品牌號以及醫(yī)用產(chǎn)品。在技術發(fā)展方向方面,一方面,針對PEEK生物相容性、力學性能等方面的改性是今后的研究重點,另一方面,隨著CAD/CAM數(shù)字加工和3D打印技術的飛速發(fā)展,在不久的將來,勢必會使產(chǎn)品的制備更加的和便捷,這種發(fā)展趨勢將促進PEEK醫(yī)用材料的廣泛應用。參考資料:PEEK復合材料在醫(yī)用材料領域的研究進展,國家知識產(chǎn)權專利專利審查協(xié)作北京中心等
peek材料具有很高的抗溶解性能;4、peek材料具有高溫高頻高壓電性能的條件;5、peek材料具有很強的柔韌性能和剛性;6、peek材料比較耐磨,并且有很強的的防腐性能;7、原材料有植入級和介入級。(帶生物相容性報告)公司秉承"一絲不茍、精益求精、用戶、拼搏發(fā)展"的宗旨竭誠為廣大用戶提供的產(chǎn)品,更熱情的服務,熱誠希望成為各界人士的合作伙伴!PEEK主要應用于航空航天、裝備所需的結(jié)構件的混編復合材料、航空航天高性能電線電纜的編織護套以及民用領域的制紙機械的干燥帆布,耐熱濾布,耐熱耐腐蝕紡織帶,復合材料(與玻璃纖維、碳纖維混編),能源工業(yè)的耐高溫材料等。PEEK聚醚醚酮不僅具有質(zhì)量輕、、耐腐蝕等優(yōu)點,還是目前與人體骨骼接近的材料,可與肌體有機結(jié)合,所以用PEEK聚醚醚酮樹脂代替金屬制造人體骨骼是其在領域的又一重要應用。PEEK的特點如下:1、耐高低溫性能佳,允許長期使用溫度260度;2、peek材料可以耐腐蝕并且抵抗老化;3、peek材料具有很高的抗溶解性能;
首先,它擁有高的耐高溫性能,其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高達 143℃,熔點在 334℃左右,可在 250℃長期使用,短期使用溫度甚至可達 300℃以上。PEEK 表現(xiàn)出高強度、高模量的特點。其拉伸強度可達 100MPa 以上,彎曲強度和模量也相當出。同時,它還具備良好的韌性和抗沖擊性能,這種剛?cè)岵奶匦允沟?PEEK 材料在承受復雜應力時不易發(fā)生斷裂,能夠滿足多種苛刻工況下的使用要求。PEEK 對大多數(shù)化學試劑具有的耐受性,包括有機溶劑、酸堿等。無論是在強腐蝕性的化學環(huán)境還是在復雜的工業(yè)介質(zhì)中,PEEK 材料保持自身的性能不受影響。它的低摩擦系數(shù)和耐磨性使得它在制造軸承、齒輪等運動部件時能夠有效減少磨損,延長使用壽命;阻燃性使其在電子電器等對防火要求較高的領域中具有的優(yōu)勢;而電緣性能則滿足了電子元件對緣材料的嚴格要求。
無應力屏蔽,周圍骨骼更健康。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。當采用金屬材料植入人體時,由于其彈性模量遠超出骨骼,所以植入金屬材料周圍的骨骼承受負荷就會減小,從而形成應力遮蔽效應。
根據(jù)沃爾夫定律,植入金屬材料可能造成的后果就是降低骨骼的愈合速度,且長此以往,骨骼還可能變得疏松,甚至退化。而PEEK的彈性模量與骨骼非常接近,骨骼所受的應力并不完全由植入體承擔,因此不存在所謂的應力屏蔽現(xiàn)象,從而使植入物周圍的骨骼更健康。
可視性
術后跟蹤觀察更方便。想必大家體檢時應該都做過胸透和X光,進行這些項目的時候,大家都要把衣物中的金屬制品拿出,否則會影響醫(yī)生觀察,這是因為金屬不具有X光穿透性,而PEEK則不同,它具有X射線穿透性。
由于其良好的可視性,致使X光片無偽影,可以實現(xiàn)在CT掃描或核磁共振成像輔助下進行手術,幫助醫(yī)生在手術過程中調(diào)整植入體位置,術后也能輕松跟蹤愈合過程,對骨生長及愈合進行有效監(jiān)控。
加工與改性技術
PEEK作為熱塑性工程塑料的代表,具有易加工的特點,適用于常規(guī)的塑料加工成型方式包括注塑成型、擠出成型、模壓成型和熔融紡絲等。近年來,隨著3D打印技術的不斷發(fā)展,PEEK作為可3D打印的聚合物材料代表,拓展了其在醫(yī)療器械領域的應用,尤其是復雜形態(tài)結(jié)構的醫(yī)用植入物方面。
在加工技術發(fā)展的同時,隨著市場對材料性能要求的提高,近年來對PEEK的改性和復合成為了行業(yè)發(fā)展的熱點。除了在聚合階段通過改變聚合物主鏈的成分或比例,以此進行化學改性外,在工業(yè)上常見的性能提升方法還包括表面改性、共混改性以及復合填充增強等,同時改善PEEK的成型加工性能和使用性能。
未來發(fā)展
經(jīng)過40多年的應用開發(fā),PEEK的產(chǎn)品種類型號、參與企業(yè)和應用領域都在不斷拓展,保持較高的行業(yè)增速。但因其價格較高,在特種工程塑料中占有的市場份額較少。歐美主流企業(yè)多年來通過并購和自主開發(fā)(或合作開發(fā))相結(jié)合的方式,依靠擴大生產(chǎn)規(guī)模以產(chǎn)生規(guī)模效應、積極開發(fā)改性及復合新產(chǎn)品,以及通過下游產(chǎn)業(yè)的合作開發(fā)來不斷拓展應用范圍,尋找出路。
我國目雖然已有PEEK合成的自主研發(fā)技術,并且一定程度上解決了PEEK原料成本過高的問題。但是我國的PEEK產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展較發(fā)達國家還有很大差距,尤其在高附加價值下游應用的拓展方面,受整體工業(yè)制造能力的限制,難以占據(jù)優(yōu)勢。
隨著我國大型飛機、軌道客車、汽車工業(yè)、醫(yī)療和國防軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對于以PEEK為代表的特種工程塑料需求也在不斷提高,尤其在提升高性能產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工能力方面的要求十分迫切。