Plastové kosti implantované do lidského těla! Lékařská „slitina života“: PEEK

Když se plast v roce 2025 stane superhrdinou

V hmotném světě, polyetheretherketon (PEEK) V žádném případě se nejedná o obyčejný plast. Je to vrchol mezi speciálními technickými plasty, který v sobě spojuje vynikající výkon a je navržen tak, aby splňoval i ta nejnáročnější prostředí. Představte si kus plastu, který odolá teplotě roztaveného kovu, odolá erozi silnými kyselinami a zásadami, je pevný jako kov a dokonce se dá implantovat do lidského těla jako náhrada kostí – to je realita, kterou vytváří PEEK.

Špičkový výkon v tepelné odolnosti

● Lze jej používat dlouhodobě při teplotě až 240 ℃ a teplota působení zatížení může dosáhnout přes 300 ℃. Bod tání je až 343 ℃. I při vysokých teplotách si zachovává vynikající mechanické vlastnosti a rozměrovou stabilitu.

● Běžné plasty (jako například nylon 66, ABS) mají obvykle dlouhodobou teplotu používání nižší než 100 °C. Při překročení této teploty rychle změknou a deformují se.

● Všeobecné technické plasty (jako POM, PET) mají dlouhodobý teplotní rozsah použití 100–150 ℃.

● Jiné vysoce výkonné plasty (jako PPS, PEI) mají dlouhodobou teplotní odolnost přibližně 200–240 ℃ pro PPS a asi 170–180 ℃ pro PEI. PEEK je mezi termoplasty nejlepší z hlediska teplotní odolnosti.

Mechanická pevnost a tuhost, která zastíní ostatní.

● Pevnost v tahu, pevnost v ohybu a modul pružnosti jsou extrémně vysoké a i při vysokých teplotách vykazují velmi malý útlum. Odolnost proti opotřebení je vynikající s nízkým a stabilním koeficientem tření.

● Běžné plasty: Obecně mají nízkou pevnost a tuhost a při vysokých teplotách trpí výrazným zhoršením jejich vlastností.
Kovy (například hliníkové slitiny): Pevnost a hustota PEEK jsou mnohem vyšší než u mnoha jiných materiálů. 

● Hliníkové slitiny, a dokonce se blíží některým speciálním slitinám. Jsou lehčí a lze dosáhnout lehké konstrukce.

● Ostatní technické plasty: PEEK má obvykle lepší pevnost a tuhost při pokojové teplotě než PPS a PEI. Navíc v prostředí s vysokými teplotami nad 200 °C si zachovává mnohem lepší výkon.

Nerozbitná chemická odolnost proti korozi

● Pára o teplotě 260 °C odolá 60% kyselině sírové nebo 40% hydroxidu sodnému při vysokých teplotách. Zůstává stabilní v širokém rozsahu teplot a tlaků. Pouze koncentrovaná kyselina sírová, kyselina fluorovodíková a další velmi málo silných oxidačních kyselin ji mohou rozpustit nebo poškodit.

● Nylon, PBT atd.: Snadno absorbují vlhkost, což vede ke změnám rozměrů a výkonu; špatná hydrolytická odolnost.

● Většina plastů: Pro dosažení úrovně V-0 je nutné přidat zpomalovače hoření, což může zhoršit další vlastnosti. PEEK je ze své podstaty zpomalovač hoření a šetrný k životnímu prostředí.

Vynikající odolnost proti záření a elektrické vlastnosti

● Dokáže odolat extrémně vysokým dávkám γ-záření a ozařování elektronovým paprskem a zároveň si zachovává stabilní výkon. Má vysokou dielektrickou pevnost a jeho dielektrická konstanta a ztrátový činitel zůstávají stabilní a nízké v širokém rozsahu teplot a frekvencí, což z něj činí vynikající izolační materiál.

● Má mnohem vyšší odolnost vůči záření než běžné plasty a většina technických plastů. Jeho elektrická stabilita je obzvláště pozoruhodná v prostředí s vysokými teplotami a vysokou vlhkostí.

Biokompatibilita a zpracovatelnost

● V souladu s normami biokompatibility ISO 10993, široce používané v lékařských prostředcích, které jsou dlouhodobě implantovány do lidského těla (jako jsou zařízení pro spinální fúzi, zařízení pro fixaci traumatu). Přestože má vysoký bod tání, lze jej zpracovávat a tvarovat metodami, jako je vstřikování plastů, extruze a 3D tisk.

● Jeho biokompatibilita je lepší než u většiny kovů (s ohledem na uvolňování kovových iontů) a dalších technických plastů. Zpracovatelnost je sice náročnější než u běžných plastů (vyžaduje vysokou teplotu a vysoký tlak), ale mezi vysoce výkonnými speciálními plasty patří mezi plasty s lepší zpracovatelností.

Oblasti, kde PEEK jasně září

● Letectví a kosmonautika: Lehké konstrukční komponenty, spoje palivových a ropovodných potrubí odolné vůči vysokým teplotám, izolace kabelů, ložiska, těsnění.

● Automobilový průmysl: Vysokoteplotně odolné periferní součásti motoru (senzory, konektory), součásti převodovky, těsnění odolná proti opotřebení, izolační součásti pro baterie elektromobilů.

● Lékařské implantáty: Ortopedické fixační pomůcky (kostní dlahy, kostní šrouby), pomůcky pro spinální fúzi, komponenty umělých kloubů, zubní nástroje.

● Výroba polovodičů: Nosiče destiček, součástky zařízení pro mokré procesy (odolné vůči vysoce čistým chemikáliím a vysokým teplotám).

● Ropa a plyn: Těsnění pro hlubinný průzkum, sedla ventilů, otěruvzdorné komponenty čerpadel (odolné vůči vysokým teplotám, vysokému tlaku a korozivním médiím).

● Průmyslový sektor: Vysoce výkonná těsnění, desky ventilů kompresorů, klece ložisek, korozivzdorné skříně čerpadel, vysokoteplotní filtrační materiály.

PEEK Představuje vrchol plastových vlastností. Kombinuje pevnost kovů, tepelnou odolnost keramiky, inertnost skla a tvárnost plastů, což vykazuje bezkonkurenční spolehlivost v extrémních podmínkách. Přestože je jeho cena vyšší než u konvenčních materiálů, v aplikacích, které vyžadují maximální výkon, dlouhou životnost, bezpečnost a spolehlivost nebo snížení hmotnosti, hodnota, kterou PEEK přináší, daleko převyšuje počáteční investici. Když tradiční materiály selžou vlivem vysokých teplot, koroze, opotřebení nebo přísných předpisů, PEEK je často „materiálovým superhrdinou“, který poskytuje dokonalé řešení.

Klíčová poznámka: Specifické vlastnosti PEEK se mohou lišit v závislosti na různých výrobcích, jakostech produktu (například čistá pryskyřice, vyztužený skleněnými vlákny, vyztužený uhlíkovými vlákny, modifikovaný materiál odolný proti opotřebení atd.) a následných metodách zpracování. V praktických aplikacích by měl být nejvhodnější druh produktu vybrán na základě specifických požadavků.