PEEK的注塑成型工艺及其性能研究

兰允祥

（上海新世纪齿科材料有限公司，上海 201816）

聚醚醚酮（polyether ether ketone，简称PEEK）是一种力学强度高、耐磨损、抗腐蚀、可透X线、密度小，且具有良好的生物相容性和潜在抑菌性的特种高分子材料[1]。近年来，在口腔修复领域，PEEK备受青睐，如可以用于制备牙种植体[2-4]、 固定式口腔修复体（FDP）[5-6]以及活动式修复体（RDP）[7-10]。经过临床测试，PEEK材料具有良好的生物相容性[11-12]。

在牙科领域，PEEK主要通过CAD/CAM数字化加工[8-10]、3D打印以及注塑成型等方式，目前较为常用的成型方法为CAD/CAM，该加工方法损耗较大，同时加工过程可能产生较多的粉尘。而由于PEEK的熔点较高，对3D打印机喷嘴等部件的耐温等性能要求较高。市场对注塑法制备PEEK的工件研究较少。庄靖东等[13]通过不同温度和应变率下的单轴拉伸实验所获得的实验数据，建立了 PEEK 材料的 Johnson-Cook 模型，为研究PEEK 材料的热成型模拟提供了一种新的思路。

张甲敏等[14]通过注塑方法制备了带有嵌件活门制件。注塑过程主要控制参数：注塑前处理，将材料在150～160℃烘干处理 6～8h；采用嵌件背面中心进料的方式设计模具；通过 150℃ 热处理 3～4h消除应力；筒温度为 360～400℃，模具温度控制在 175℃左右，注射压力为 9.5MPa，保压压力为 7.5MPa，背压为 0.5～1.5MPa。该条件下，成型工艺顺畅，制品表面光滑，有光泽。

PEEK材料可以通过目前技工所或口腔修复加工中心普遍使用的注塑设备，将颗粒状或粉体的PEEK注塑制备牙科修复体的研究极少。本实验使用两种口腔修复加工中心较为常用的注塑设备，研究市场上使用较为普遍的PEEK颗粒产品的注塑条件，按照义齿基托材料国际标准ISO 20795.1：2013[15]规定的方法，测试两种颗粒产品注塑制备修复体的力学性能，并且，将上述性能和牙科修复体的主要技术要求标准（义齿基托树脂材料标准ISO 20795.1：2013和外科植入用PEEK材料ASTM F 2026—17[16]）进行对比，初步确定选用的两个型号的原料颗粒物，是否可以用于口腔修复领域，为PEEK在口腔材料的应用作为参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

PEEK树脂粒状物（威格斯90G、长春吉大085G）

1.2 主要实验设备和器具

注塑机（长沙奥伦公司，型号：YX-IVA）。

铝管若干，模具四个，分别是注塑条件验证确认模型、挠曲强度模具，冲击强度模具以及挠曲韧性模具。

万能实验机（型号：AGS-J 10KN）。

显微镜（OLYMPUS，型号为：SZX10）

简支梁冲击实验机（型号：MZ-2050）

水浴锅，内六角扳手，烘箱，游标卡尺等实验室用品等。

1.3 实验过程

1.3.1 注塑条件的确认

本次实验使用两种不同的注塑方法进行注塑，首先，通过注塑具有梯度厚度的样品（主要是样品的尺寸），具体如图1所示。

根据注塑的样品的基本要求，注塑制备样品的长度应不低于5cm，同时温度越低越可以节省加热能源物质，从而确定注塑的最佳条件。

1.3.2 挠曲强度与挠曲模量测试

注塑制样条件如表3所示。根据ISO20795.1—2013标准中挠曲强度与模量的试样条的尺寸要求（长：64mm±2mm，宽：10.0mm±0.2mm，高：3.3mm±0.2mm），对各试样的长宽高进行修整，并记录相应的尺寸，每种型号的材料制样5～6个，然后放入37℃±1℃的恒温水浴锅内，2d±2h，接着在23℃±3℃水浴锅内60min±15min，最后取出测量。

1.3.3 耐冲击强度测试

注塑条件如表3所示，并根据ISO20795.1—2013的尺寸要求（长、宽、高分别为：50mm±2mm、4.8mm±0.2mm、4mm±0.2mm）进行修整各尺寸，每种型号的材料制样6个。然后放入37℃±1℃的恒温水浴锅内7d±2h，接着在23℃±3℃水浴锅内60min±15min，最后取出测量。

1.3.4 挠曲韧性测试

注塑条件如表3所示，并根据ISO20795.1—2013的尺寸要求（长、宽、高分别为：39mm±2mm、8mm±0.2mm、3mm± 0.2mm）进行修整各尺寸，每种型号的材料制样6个。将制备好的试样条，用美工刀在预制样缺口的底部，做一切口，尺寸为 0.1mm～0.4mm。然后放入37℃±1℃的恒温水浴锅内7d±2h，接着在23℃±3℃水浴锅内60min±15min，最后取出测量。

计算公式与结果表述

尺 寸：宽ht=（8.0±0.2）mm；高bt=（4.0±0.2）mm；预制缺口a′=（3.0±0.2）mm；缺口长度a（比a′长0.1～0.4mm）；跨距lt=（32.0±0.1）mm。

计算最大应力强度因子Kmax：

2 结果与讨论

2.1 注塑条件的确定

根据1.3.1的注塑条件确定方法，测试使用YX-IVA型气动注塑机制备的样品尺寸统计结果，见表1～表2。

表1 长春吉大085GPEEK注塑样品长度测试结果

表2 威格斯90G注塑样品长度测试结果

由表1和表2可知，能够满足长度达到5cm，085G的最佳注塑温度为365℃，而90G的最佳注塑温度为360℃，因此，可以确定注塑参数，具体如表3所示：

表3 YX-IVA注塑条件

2.2 挠曲强度与挠曲模量

测试样品的挠曲强度与挠曲模量如表4所示。

表4 试样挠曲性能测试数据

由表4可知，085G试样与90G试样在挠曲性能方面较为接近，区别为前者的挠曲强度与挠曲模量均小于后者。这与90G的分子量分布比085G较为集中有关。两家产品挠曲性能均达到了ISO 20795.1—2013和ASTM F 2026—17标准的相关要求。

2.3 耐冲击强度

J0为摆式冲击实验机归零，且摆锤不带样品摆起来的值。记录能量值J0，给出系统摩擦力的一个指示。在本气动注塑样品的测试中J0为定值0.02J。测试样品的耐冲击强度如表5所示。

表5 试样耐冲击性能测试数据

由表5可知，两种产品的注塑件耐冲击强度均达到了ISO 20795.1-2013和ASTM F 2026-17标准的相关要求。长春吉大085G的耐冲击强度都比相应温度下的威格斯90G的要大。可能是因为085G产品中含有较少的填料，而90G产品中含有较多的无机填料所致。

2.4 挠曲韧性性能

本实验测出的试样挠曲韧性性能如表6所示。

表6 试样挠曲韧性性能测试数据

由表6可知，两种产品的注塑件耐冲击强度均达到了ISO 20795.1—2013标准的相关要求。两种型号的PEEK产品的最大应力强度因子相差不大，其中085G数值稍大。

3 结论

选用的两种注塑颗粒原料，在合适的注塑条件下，制备注塑件的挠曲性能，耐冲击性能以及挠曲韧性等性能，均符合义齿基托和外科植入PEEK的国际标准。从颜色上而言，两种样品的颜色都不理想，需要改进，两者之间比较，90G的颜色较浅，改色较方便。

综上所述，两公司的产品颗粒可以用注塑的方法制备牙科修复体。