3D打印工艺参数对聚醚醚酮(PEEK)介电性能的影响

为研究3D打印工艺对聚醚醚酮(PEEK)介电性能的影响,基于熔融沉积成型技术,选择多种工艺参数进行单因素实验,针对喷头温度、基板温度、打印速度、层厚、腔室温度等工艺进行研究。实验结果表明:在喷头温度400℃、基板温度140℃、打印速度30 mm/s、层厚0.1 mm、腔室温度120℃时PEEK样件介电常数最低;1~100 MHz频段内频率对介电常数无影响;1~40 MHz频率内,各工艺参数测试得到的PEEK介电损耗角正切均大幅波动;在40~100 MHz频率内,PEEK介电损耗角正切均呈现波动上升的趋势。该研究结果将为天线PEEK介质层的结构设计和制造提供依据。

碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料,采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征,并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明:随着CF添加量的增加,复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高,当CF添加量(质量分数)为20%时,摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低,分别为0.247、5.6×10^(-6)mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主,并且伴随着轻微的磨粒磨损。

聚醚醚酮棒半刚性椎弓根钉内固定在腰椎非融合术中的应用

目的:探讨聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)棒半刚性椎弓根钉内固定系统在腰椎非融合手术中的疗效。方法:将2017年3月至2019年12月接受手术治疗的双节段腰椎退行性疾病74例患者按手术方式分为PEEK棒组和钛棒组。其中PEEK棒组34例,男13例,女21例,年龄51~79(62.4±6.8)岁;L1-L3节段1例,L2-L4节段7例,L3-L5节段20例,L4-S1节段6例。钛棒组40例,男17例,女23例,年龄52~81(65.2±7.3)岁;L1-L3节段3例,L2-L4节段11例,L3-L5节段19例,L4-S1节段7例。分别记录两组手术时间、术中出血量、术后引流量;比较两组术前及术后3、12个月及末次随访时视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)和Oswestry功能障碍指数(Oswestry disability index,ODI);通过腰椎过伸过屈X线观察椎间活动度(range of motion,ROM)变化情况。结果:所有患者顺利完成手术,随访时间22~34(26.8±5.6)个月。PEEK棒组手术时间(142.2±44.7)min和术中出血量(166.5±67.4)ml,低于钛棒组的(160.7±57.3)min和(212.8±85.4)ml(P<0.05),两组术后引流量差异无统计学意义(P>0.05)。末次随访时,PEEK棒组和钛棒组患者腰痛VAS[(0.8±0.4)分vs(1.0±0.5)分]、腿痛VAS[(0.7±0.4)分vs(0.8±0.5)分]和ODI[(9.8±1.6)%vs(12.1±1.5)%],与术前[(5.8±1.1)分vs(6.0±1.1)分]、[(7.2±1.7)分vs(7.0±1.6)分]、[(68.5±8.9)%vs(66.3±8.2)%]比较,差异有统计学意义(P<0.05),两组术后各时间点VAS评分比较差异无统计学意义(P>0.05)。术后3个月,两组ODI比较差异无统计学意义(P>0.05);PEEK棒组和钛棒组术后12个月ODI[(15.5±2.1)%vs(18.4±2.4)%]及末次随访[(9.8±1.6)%vs(12.1±1.5)%]比较,差异有统计学意义(P<0.05)。两组腰椎整体活动度术后均有下降,术后12个月及末次随访时PEEK棒组腰椎整体活动度与同时期钛棒组相比,差异有统计学意义(P<0.05)。两组术后固定节段活动度均有下降,PEEK棒组固定节段活动度由术前(9.5±4.6)°降至末次随访时的(4.1±1.9)°,钛棒组固定节段活动度由术前(9.8±4.3)°降至末次随访时的(0.9±0.5)°,差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术后上位椎间活动度均有增加,术后12个月及末次随访时,两组上位椎间活动度比较,差异无统计学意义(P>0.05)。随访周期内两组均无螺钉松动断裂。结论:PEEK棒半刚性椎弓根钉内固定用于腰椎非融合手术,可保留固定节段部分活动度,近期临床疗效不劣于同期钛棒融合,是治疗腰椎退行性疾病的可行选择,长期疗效有待进一步随访观察。

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论:添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。

碳纤维增强聚醚醚酮材料动态冲击数值模拟

为探究不同含量碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料在动态冲击载荷下的力学性能,采用了有限元软件ABAQUS基于VUMAT子程序开发一个渐进损伤模型,并结合Johnson-Cook材料模型用以模拟材料高应变率响应。通过Matlab编程,构建了四种不同CF体积分数(0%,10%,20%,30%)复合材料模型,并对其进行动态冲击加载模拟。模拟结果表明,随着CF含量的增加,复合材料在冲击载荷下的应力-应变分布得到了显著改善。具体来说,CF有效限制了冲击区域的应力集中,降低了材料的损伤程度。此外,含CF的复合材料展现出更高的等效塑性应变和极限载荷,这表明材料的强度和刚度得到了增强,从而提高了其抵抗冲击的能力。分析表明,CF增强PEEK降低了复合材料在冲击过程中的刚度退化,这有助于提高材料的能量吸收效率,减少冲击失效的可能性。证实了CF对于改善PEEK基复合材料冲击性能的积极作用,并且随着CF含量的增加,材料冲击失效风险得到了有效降低。

骨形成肽1和聚多巴胺复合涂层修饰提高聚醚醚酮表面活性

背景:聚醚醚酮具有与人体皮质骨相近的弹性模量及良好的射线透射性、化学稳定性和生物相容性等优点,有望应用于口腔种植领域,然而其具有生物惰性,难以与周围组织形成骨结合,因此如何提高聚醚醚酮的表面活性是目前的主要问题。目的:分析聚醚醚酮表面骨形成肽1和聚多巴胺复合涂层的促成骨和成血管作用。方法:将聚醚醚酮片浸泡于多巴胺溶液中24 h,制备聚醚醚酮-聚多巴胺材料;将聚醚醚酮-聚多巴胺材料浸泡于骨形成肽1溶液中24 h,制备聚醚醚酮-聚多巴胺-骨形成肽1材料,表征材料的微观形貌、亲水性与元素组成。将骨髓间充质干细胞分别接种于聚醚醚酮、聚醚醚酮-聚多巴胺、聚醚醚酮-聚多巴胺-骨形成肽1材料表面,通过活死细胞染色和细胞骨架染色评估细胞活性与黏附状态,茜素红和骨钙素免疫荧光染色检测细胞成骨分化能力。将人脐静脉内皮细胞分别接种于3组材料表面,通过活死细胞染色和细胞骨架/血管内皮生长因子免疫荧光染色评估细胞活性及成血管水平。结果与结论:①扫描电镜下可见聚醚醚酮材料表面光滑,聚醚醚酮-聚多巴胺材料表面出现凹凸不平的沉积物,聚醚醚酮-聚多巴胺-骨形成肽1材料表面有小颗粒突起;接触角测试结果显示,聚醚醚酮-聚多巴胺-骨形成肽1材料的亲水性优于其他两种材料;X射线光电子能谱测试结果显示,骨形成肽1成功修饰于聚醚醚酮材料表面;②活死细胞染色和细胞骨架染色显示,相较于其他两种材料,聚醚醚酮-聚多巴胺-骨形成肽1材料可提高骨髓间充质干细胞的活性与黏附;茜素红和骨钙素免疫荧光染色显示,相较于其他两种材料,聚醚醚酮-聚多巴胺-骨形成肽1材料可促进骨髓间充质干细胞的成骨分化;③活死细胞染色和免疫荧光染色显示,相较于其他两种材料,聚醚醚酮-聚多巴胺-骨形成肽1材料可提高人脐静脉内皮细胞的活性与黏附及血管内皮生长因子蛋白的表达;④结果表明,骨形成肽1和聚多巴胺复合涂层可提高聚醚醚酮表面的促成骨和成血管活性。

医用聚醚醚酮抗菌改性的研究进展

聚醚醚酮(Polyetheretherketone, PEEK)是一种新兴的有机高分子材料,在口腔修复和骨科植入物领域颇有前景。本文主要综述了改善聚醚醚酮抗菌性的几种方法,如化学改性、表面涂层负载改性、物理改性,并提出了其在抗菌改性方面仍存在的问题及挑战。

聚醚醚酮、氧化锆及钴铬合金制作的套筒冠内冠耐磨损性及固位力比较

目的:比较使用聚醚醚酮(PEEK)、氧化锆及钴铬合金制作的套筒冠内冠的耐磨损性及固位力。方法:制作24个圆锥状金属基牙代型,分别使用钴铬合金、氧化锆和PEEK制作其上内冠各9个,使用钴铬合金制作外冠24个,对所有外冠外及内冠内表面进行喷砂处理后待用。根据内冠制作材料的不同,将所有试件分为A、B、C三组,每组9个内冠及8个外冠。A组:内冠为钴铬合金材料;B组:内冠为氧化锆材料;C组:内冠为PEEK材料。每组随机选取一个内冠使用扫描电镜观察外表面,并称重其余所有内外冠。将内冠粘接于基牙代型上,对基牙金属代型和外冠进行包埋。在万能拉力试验机上模拟摘戴循环10000次,观察并记录未循环、循环1000次、循环5000次与循环10000次时的固位力。去除包埋及粘接材料后再次进行称重,记录重量变化。电镜下观察内冠表面磨损情况。结果:3组固位力差异有统计学意义(P<0.001),并随着摘戴次数的增加,A组固位力逐渐下降,B、C组先升高后降低;未循环时,A组固位力>B组>C组,循环10000次后,A组和C组固位力>B组。C组内冠相对质量损耗大于A、B组,外冠相对质量损耗小于A、B组(P<0.017)。循环10000次后,A、B、C组表面粗糙度较实验前均有所增加,C组表面磨损更严重。结论:PEEK作为内冠材料可提供不低于钴铬合金和氧化锆内冠的固位力,耐磨损性能较钴铬合金和氧化锆内冠差,但对外冠的磨损较小。

聚醚醚酮的性能及其在口腔修复中的应用

聚醚醚酮(PEEK)作为一种新型生物材料近年来在口腔修复领域有较多的性能研究和临床应用报道,该文从PEEK材料机械性能、加工性能、粘接性能和美学性能四个方面对对其材料研究进行了综述,然后分别从可摘式与固定式PEEK口腔修复体两个方面对其临床应用现状进行了介绍。

多壁碳纳米管/聚醚醚酮(MWCNT/PEEK)复合材料的制备及其性能研究

采用热压烧结法制备了纯聚醚醚酮(PEEK)及MWCNT/PEEK复合材料.通过表征发现:导热系数、密度、硬度及热稳定性随多壁碳纳米管(MWCNT)含量的增加而增大.系统研究了载荷、速度及不同MWCNT含量对复合材料摩擦学性能和磨损机理的影响.结果表明,MWCNT可显著降低复合材料的摩擦系数和磨损率.在固定转速200 r/min,载荷为40和80 N,MWCNT质量分数为1%条件下,摩擦系数和磨损率最低,摩擦系数分别为0.241和0.235,磨损率分别较纯PEEK降低了60%和56%.当载荷增加到100 N,MWCNT质量分数为2%时,摩擦系数最低,磨损率较纯PEEK降低89%.固定载荷40 N,转速为400 r/min时,1%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率最低,较纯PEEK降低了89%.当转速增大至600 r/min,2%MWCNT/PEEK复合材料的磨损率较纯PEEK降低了85%.固定转速200 r/min、载荷为40 N,MWCNT的质量分数较低时(<2%),MWCNT/PEEK复合材料的磨损机理主要是黏着磨损,MWCNT的质量分数(≥2%)较高时,磨损机理发生黏着磨损和塑性变形;载荷增加到80 N,低MWCNT含量复合材料主要发生黏着磨损和磨粒磨损;载荷增加到100 N时,高MWCNT含量复合材料磨损机理为黏着磨损、磨粒磨损和塑性变形共存.固定载荷40 N,转速为400 r/min时,低MWCNT含量复合材料也发生黏着磨损和磨粒磨损;转速为600 r/min时,高MWCNT含量复合材料磨损机理也为黏着磨损、磨粒磨损和塑性变形共存.

喷油润滑聚醚醚酮的接触疲劳性能

聚醚醚酮(PEEK)是一种高强度、耐热的工程塑料,但其接触疲劳基础数据的缺失制约了它在重载场合下的高可靠、长寿命服役。开展了喷油润滑下的PEEK滚子滚动接触疲劳试验与PEEK齿轮接触疲劳试验,绘制了接触疲劳S-N曲线。对比发现,PEEK滚子滚动接触疲劳极限比齿轮接触疲劳极限高14%,接触压力135 MPa下的滚子滚动接触疲劳寿命比齿轮接触疲劳寿命长58%,进而提出PEEK的滚子-齿轮接触疲劳寿命转换公式。

甲基双酚类单体共聚-溴化-羧化法制备羧基化聚醚醚酮

针对2,5-二羟基甲苯、对苯二酚和4,4’-二氟二苯甲酮共聚反应进行研究。结果表明,随着固含量、反应温度以及碱金属碳酸盐中碳酸钾比例的增加,产物含甲基的聚醚醚酮(PEEK-CH_(3))的分子量分布先降低后增加,其最佳反应条件:固含量为25%,缩聚温度为200℃,碱金属碳酸盐与双酚单体物质的量比为1.05:1,碱金属碳酸盐中碳酸钠与碳酸钾的物质的量比为19:1,反应时间为3.5 h。PEEK-CH_(3)溴化反应中二溴取代产物(PEEK-CHBr_(2))最为重要,在液溴用量为—CH_(3)摩尔当量的20倍、反应温度为160℃、365 nm长波紫外线光照下反应2 h后,PEEK-CHBr_(2)占比达到95.8%。最后,通过次氯酸钠氧化PEEK-CHBr_(2),成功制备了数均分子量为4.6×10^(4)、特性黏度为1.5 dL/g的羧基化聚醚醚酮,其水接触角从未改性的PEEK的133.9°降至29.9°。

电针联合聚醚醚酮棒半刚性固定治疗腰椎管狭窄症的疗效及安全性分析

目的分析电针联合聚醚醚酮(PEEK)棒半刚性固定治疗腰椎管狭窄症(DLSS)病人的疗效及安全性。方法选取2020年7月至2021年7月在保定市第二中心医院初诊DLSS病人90例,采用随机数字表法分为对照组45例,联合组45例。对照组给予PEEK棒半刚性固定治疗,联合组给予电针联合PEEK棒半刚性固定治疗。经8周治疗后,比较两组影像学指标[手术节段活动范围(ROM)、椎体前缘高度丢失率、Cobb角],血清学指标[皮质醇(COR)、乳酸脱氢酶(LDH)、肌红蛋白(MYO)],功能指标[Oswestry功能障碍指数(ODI)、日本骨科协会评估治疗分数(JOA评分)],疼痛程度[视觉模拟评分法(VAS)],评价两组临床疗效及安全性。结果治疗后,联合组和对照组ROM[(1.7±0.2)°、(2.1±0.3)°]、椎体前缘高度丢失率[(11.5±1.3)%、(15.8±1.6)%]、Cobb角[(11.3±1.3)°、(14.9±1.5)°]、ODI评分[(15.8±1.6)分、(20.4±2.1)分]、疼痛VAS评分[(1.74±0.21)分、(2.12±0.26)分]均低于治疗前[(4.4±0.5)°、(4.3±0.4)°;(32.8±3.3)%、(32.3±3.2)%;(23.7±2.4)°、(22.9±2.3)°;(62.1±6.4)分、(61.7±6.2)分;(5.40±0.57)分、(5.36±0.54)分,均P<0.05],且联合组低于对照组(P<0.05)。治疗后,联合组和对照组血清COR、MYO、LDH水平、JOA评分均高于治疗前(P<0.05),且联合组高于对照组(P<0.05)。联合组总有效率98%高于对照组82%(P<0.05)。随访12个月后,联合组并发症发生率4%低于对照组22%(P<0.05)。结论电针联合PEEK棒半刚性固定治疗DLSS疗效确切,能明显改善腰椎功能,减轻疼痛,且安全性高。

碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展

碳纤维-聚醚醚酮(carbon fiber-polyetheretherketone,CF-PEEK)因生物安全性、射线可穿透性、与皮质骨弹性模量的高匹配度等诸多优异性能,而被认为是骨科及牙科领域极具潜力的植入材料。如何增强CF-PEEK的生物活性和抗菌性,提高其与骨组织的结合能力,是CF-PEEK表面改性中的研究热问题。本文就碳纤维-聚醚醚酮改性促进材料成骨活性和抗菌性能的研究进展及应用前景进行综述。

FDM 3D打印聚醚醚酮零件摩擦磨损特性研究

为研究3D打印各向异性对摩擦性能的影响,通过熔融沉积成型(FDM)制备了0°、45°、90°3种打印角度的聚醚醚酮(PEEK)试样,研究3种不同打印角度及载荷变化对PEEK试样摩擦学性能及磨损机制的影响。利用MFT-5000摩擦磨损试验机对PEEK材料进行室温水润滑下的往复滑动摩擦试验,用超景深显微镜观察磨损后表面形貌。试验结果表明:不同载荷下3种打印角度试样的摩擦因数由大到小依次为0°试样、90°试样、45°试样,磨损率由大到小依次为90°试样、45°试样、0°试样;随着载荷的增大,3种不同打印角度试样的摩擦因数均呈现下降趋势,磨损率则呈现上升趋势;PEEK磨损机制是黏着磨损以及疲劳磨损引起的表层脱落。

聚醚醚酮纤维负载氧化铋的压电效应对成骨细胞分化的刺激作用

采用超声剥离法制备压电性能优良的氧空位氧化铋(BiO_(2-x)),利用绿原酸将BiO_(2-x)负载在聚醚醚酮(PEEK)纤维表面,制备了一种具有压电效应的肩袖补片材料,研究了该材料对巨噬细胞极化和成骨细胞分化行为的影响.结果表明,负载BiO_(2-x)后,PEEK纤维不仅表面性能(粗糙度、亲水性和表面能等)明显改善,而且压电性能也显著提高(压电系数为3.8pC/N,开路电压为0.97V,短路电流为575.6μA).该材料不仅促进巨噬细胞向抗炎型M2极化,而且促进成骨细胞黏附、增殖和成骨分化,在修复肩袖撕裂方面具有潜在的应用前景.

烧结温度对石墨烯填充聚醚醚酮/聚四氟乙烯摩擦磨损性能的影响

为探究石墨烯填充聚醚醚酮/聚四氟乙烯(PEEK/PTFE)复合材料制备过程中烧结温度对复合材料摩擦磨损性能的影响,基于分子动力学模拟研究方法,分别构建10%PEEK/PTFE和1%石墨烯/10%PEEK/PTFE体系模型,通过模拟复合材料制备过程中不同的烧结温度,得到复合材料对应的力学和摩擦学性能相关参数。在不同烧结温度制得10%PEEK/PTFE和1%石墨烯/10%PEEK/PTFE样品,进行了摩擦磨损试验及磨损形貌分析。结果表明,采用石墨烯填充PEEK/PTFE复合材料可以有效改善复合材料的摩擦磨损特性,不同烧结温度对复合材料分子间作用力、材料力学特性和摩擦特性表现出不同程度的影响,当烧结温度为360℃时,复合材料分子间作用力、材料力学特性和摩擦特性均达到峰值。

聚醚醚酮骨植入材料表面润湿性能研究进展

聚醚醚酮(PEEK)是一种出色的金属种植体替代材料。然而,PEEK的表面能较低,呈现出生物惰性,这限制了它作为植入物时细胞的粘附。因此,研究人员探索了多种改善PEEK润湿性的方法以达到增强细胞粘附性的目的。本文简单介绍了材料表面润湿性与细胞粘附的关系。详细综述了近七年来PEEK润湿性的改性方法,包括表面改性和共混改性,其中表面改性又分为化学、物理和表面复合改性。最后,对PEEK骨植入材料在实际应用中可能存在的问题进行了展望。

数字化聚醚醚酮囊肿塞在开窗减压术中的应用研究

目的:评价数字化聚醚醚酮囊肿塞在颌骨囊肿开窗减压术中的治疗效果及其优缺点。方法:选取2021—2022年于同济大学附属口腔医院收治的颌骨囊肿患者13例,均采用开窗减压术配合术后使用数字化聚醚醚酮囊肿塞治疗,通过临床检查及影像学资料,评估佩戴数字化聚醚醚酮囊肿塞对开窗减压术治疗颌骨囊肿的疗效。术后定期随访,观察囊腔缩小、新骨形成、并发症发生情况及囊肿塞佩戴满意度等。结果:开窗手术同期拔除囊腔内埋伏牙者存在轻度张口受限、颊部肿胀等情况。问卷调查显示,除1例患者对囊肿塞外观不满意,其余各项指标均达到可接受或满意。术后3、6、9、12个月测得的新骨沉积率分别为71.03%(59.37%,82.84%)、82.75%(77.25%,88.66%)、89.93%(86.41%,95.08%)和94.21%(90.21%,95.09%);术后3、6、9、12个月测得的囊腔缩小率分别为96.91%(92.47%,98.65%)、100%(98.36%,100%)、100%(99.79%,100%)和100%(100%,100%)。结论:数字化聚醚醚酮囊肿塞凭借其独特的材料优势和设计优势,在开窗减压术的应用中取得了良好的治疗效果,患者佩戴满意度高,值得进一步推广。

聚醚醚酮的黏度特性及其复合材料加工工艺窗口研究

为了探究聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,PEEK)的黏度特性,为PEEK基复合材料制备工艺的设计提供参考,采用旋转流变仪考察在一定剪切速率下温度和时间对PEEK黏度的影响,创建PEEK熔体的黏度模型,模拟在有氧条件下PEEK熔体的黏度与时间和温度的关系。结果表明:在653.15~673.15 K温度范围内,随着测试时间的增加,PEEK熔体的黏度先降低后升高,表明PEEK熔体存在由下降到增大的临界黏度,到达临界黏度的时间与温度成反比例关系。构建的模型能预测在有氧条件下PEEK熔体的黏度随温度时间的变化趋势,由此可确立加工工艺窗口,从而为PEEK基复合材料生产中的加工工艺设计提供依据。