李滌塵教授解析PEEK材料以

去年底，西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李滌塵教授所領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“定制化功能仿生PEEK骨植入物增材制造技術(shù)及醫(yī)療應(yīng)用”成為“廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃”入選項(xiàng)目之一。

作為國內(nèi)研究PEEK材料的專家代表，李滌塵教簡單分析了國產(chǎn)材料的未來。

一、PEEK材料的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用

但PEEK材料也有它的不足之處：因?yàn)槿埸c(diǎn)過高（343°C），必須在非常高的溫度下進(jìn)行處理；雖然有良好的耐腐蝕性，但也仍會(huì)受到鹵素和鈉的侵蝕，這限制了它在某些工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，它對(duì)紫外線抵抗力低（這可通過碳填充來獲取更好的紫外線穩(wěn)定性）。

PEEK材料的不親水性，這一特性對(duì)于生物醫(yī)療應(yīng)用來說不太友好——水無法粘附意味著細(xì)胞沒法在PEEK材料上貼附生長。如果要將它應(yīng)用到生物醫(yī)療領(lǐng)域，需要對(duì)PEEK材料進(jìn)行改性或表面改性，比如添加羥基磷灰石等有利于細(xì)胞生長的材料，使這些材料與PEEK材料很好地混合應(yīng)用；也可以對(duì)PEEK材料的表面進(jìn)行改性，使之親水性更好，便于細(xì)胞的貼附生長。李教授的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在一些動(dòng)物身上進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用效果得到顯著的改善。但是，PEEK的不親水性對(duì)于某些不沾水的應(yīng)用又好處多多，比如用于航空航天領(lǐng)域，不用擔(dān)心出現(xiàn)結(jié)冰的問題……

航空航天領(lǐng)域需要安全可靠的材料，PEEK材料即使是暴露在高溫和腐蝕性燃料中，也可以保持其出色的材料性能。因此，PEEK材料制備的零件在航空航天領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用——外部零件可抗雨水粘附侵蝕；內(nèi)部使用可降低火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，有著出色的阻燃性及低煙無毒的優(yōu)點(diǎn)。此外，還可降低整體重量及燃料成本等等。

在汽車領(lǐng)域，PEEK材料的抗疲勞性和耐化學(xué)性使之可用于汽車燃料管理系統(tǒng)，而它的輕量性與強(qiáng)度又使之能取代傳動(dòng)、制動(dòng)、空調(diào)系統(tǒng)中的金屬或鋁合金組件……既可降低汽車重量又可降低噪音，還是3D打印定制汽車零部件的首選材料——對(duì)于已經(jīng)停產(chǎn)的汽車零部件來說，用PEEK材料來3D打印可節(jié)省原始部件90%的成本。

而在醫(yī)療領(lǐng)域，PEEK則提供了具有優(yōu)異耐磨性、耐熱性、耐電性和耐化學(xué)性的經(jīng)濟(jì)型創(chuàng)新部件。它在醫(yī)療保健領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括牙科器械、內(nèi)窺鏡、透析器等，主要用于骨科。例如，在牙科醫(yī)學(xué)中，PEEK用于替換牙科注射器上的金屬手柄或用于根管銼的無菌盒。PEEK之所以適用于此，是因?yàn)樵摼酆衔锟沙惺芨哌_(dá)3000次高壓釜滅菌循環(huán)，并在熱水、蒸汽、溶劑或化學(xué)品中保持優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和水解穩(wěn)定性……

為了擴(kuò)大PEEK材料的應(yīng)用范圍，還可以通過共混改性、共聚改性、復(fù)合增強(qiáng)改性、填實(shí)改性、納米改性及表面改性等手段，增強(qiáng)PEEK材料某些方面的性能。

談國產(chǎn)材料的未來

在李滌塵教授看來，我國工業(yè)應(yīng)用上使用到的國產(chǎn)材料的性能、工藝越來越好，包括鋪粉的精度、空心率、成本控制等等優(yōu)勢都在不斷提升。不過，由于我們現(xiàn)在所使用的材料體系，還是傳統(tǒng)的鑄造鍛壓的那一套材料體系，而這材料體系并不完全適合3D打印的要求，很多新材料仍然需要深入地去研發(fā)，尤其是結(jié)合工藝進(jìn)行材料研究，不能與工藝與裝備脫鉤，解決好3D打印過程中的相變、收縮、致密度等相關(guān)問題，結(jié)合材料與工藝，從材料配方層面去重新認(rèn)識(shí)、設(shè)計(jì)、研發(fā)，使我們的國產(chǎn)材料大幅度提升，這任重道遠(yuǎn)，需要我國的科研人員的共同努力。

他指出，作為高校的研究團(tuán)隊(duì)，所做的研究跟企業(yè)的不一樣，構(gòu)不成競爭關(guān)系，研究團(tuán)隊(duì)更多是做企業(yè)沒有力量或者說沒有心思去做的那些研究，然后給企業(yè)提供新的技術(shù)引領(lǐng)。而企業(yè)也需要跟研究機(jī)構(gòu)充分配合，使得基礎(chǔ)研究盡快轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用，這才是科研單位與企業(yè)未來的共同方向。