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PEEK等离子表面处理提高粘接性原理

Sep. 13, 2023

PEEK是一种来自聚芳醚酮家族的具有芳香分子链和功能酮、醚基团的新型高温热塑性聚合物,在高温下具有良好的尺寸稳定性,良好的生物相容性和接近人骨的低弹性模量,较高的耐磨损和高抗拉强度、抗疲劳和抗弯强度。此外,它还具有辐射性,并与成像技术兼容,不会在计算机断层扫描、磁共振成像和X线摄影图像中产生伪影。与金属相比自然外观类似于天然牙齿,价格低廉;与陶瓷和钛相比,重量轻,使用方便,生物相容性最佳,弹性性能与骨、釉质和牙本质相似,适合用作修复材料。

然而,酮的芳香化学结构和PEEK的其他成分造就了一个具有次优键合能力低表面自由能的惰性疏水表面,这导致PEEK与树脂复合材料之间的粘附性能差,限制了其在临床中的广泛应用,尤其很难与复合树脂材料建立强而持久的粘接。PEEK常见的表面处理方法包括表面粗化、表面改性和两者结合来实现所需的表面性。

近年来,等离子体在生物医学领域引起了越来越多的关注,等离子表面处理工艺可以提高材料表面润湿性、生物相容性,而不影响材料固有性能。一些类型的等离子体已经被实际应用于医学。在牙科中,冷等离子体已被研究用于医疗器械的清洗、消毒,牙种植体的表面修饰,粘接,龋病治疗,根管治疗和牙齿漂白等。等离子体处理是另一种已被用于修饰PEEK表面的方法。

PEEK等离子表面处理原理

等离子体是物质的第四种状态,它是由高激发态的原子、分子、离子和自由基组成的。等离子体处理是指利用氮气、氨气、氩气、氧气等气体等离子体处理材料表面。由于等离子体处理的穿透性弱,其在对材料进行表面改性的同时,能够保持材料本身优异的物理和化学性能。

等离子体处理被广泛用于处理金属、塑料基材和其他薄膜表面,依靠等离子体的反应来改变表面性能,增加粘合力。等离子体与材料表面撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子及原子,因此产生一系列的物理和化学反应过程,不仅能使表面变粗糙,还能引入一些活性自由基团。这是由于等离子体处理在放电气体中会引入反应性气体,在活化的材料表面产生复杂的化学反应。在此过程中材料表面可以引入新的官能团,如羟基、氨基和羧基等,这些新的官能团都是一些活性反应基团,提高了材料表面的活性。在基材表面进行等离子处理后,其表面特性,如表面粗糙度、润湿性和表面张力都会发生改变

PEEK作为一种低表面能的疏水材料(未修饰的PEEK水接触角约为82°~85°),用等离子体法处理PEEK表面可使其表面接触角减少到45°以下,其中氧等离子处理后的PEEK表面接触角接近于6°。PEEK试样经过等离子表面处理后,表面引入羟基、氨基、羧基等极性基团,可以用来增加PEEK与环氧胶之间的粘接性能等。

PEEK等离子表面处理前后水滴角对比

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PEEK性能优异,应用广泛。但由于PEEK本身的生物惰性以及高度的疏水性导致其在生物医学方面的应用受到一定的限制,而通过等离子体表面处理技术可以有效改善了PEEK的黏结性、润湿性以及细胞相容性而不破坏其基体性能。

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