PEEK คืออะไร?

โพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตน (เรียกสั้นๆ ว่า โพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตน หรือ PEEK) เป็นวัสดุพอลิเมอร์ชนิดพิเศษที่ประกอบด้วยหน่วยซ้ำๆ ที่มีพันธะอีเทอร์สองพันธะและพันธะคีโตนหนึ่งพันธะในโครงสร้างสายโซ่หลัก เป็นวัสดุในกลุ่มโพลีอีเทอร์คีโตน มีคุณสมบัติเด่น เช่น สถานะผลึกกึ่งปม ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อนทางเคมี เป็นต้น

คุณลักษณะของ PEEK

ปัจจุบัน โพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตน (PEEK) เป็นวัสดุโพลีอะริลอีเทอร์คีโตน (PAEK) เพียงชนิดเดียวที่สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก PEEK เป็นพลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษที่มีคุณสมบัติโดยรวมยอดเยี่ยม
คุณลักษณะทั่วไปของ PEEK:
(1) ความสามารถในการใช้งาน: เรซิน PEEK มีข้อดีคือมีความเหลวที่อุณหภูมิสูงและมีอุณหภูมิการสลายตัวทางความร้อนสูง สามารถแปรรูปได้ด้วยวิธีการฉีดขึ้นรูป การอัดรีด การขึ้นรูป การเป่าขึ้นรูป การปั่นหลอม การขึ้นรูปหมุน และการพ่นผง เป็นต้น

(2) ความต้านทานต่อรังสี: ด้วยความต้านทานต่อรังสีสูง คุณสมบัติทางกลยังคงรักษาไว้ได้อย่างสมบูรณ์มากขึ้นภายใต้รังสีแกมมาปริมาณสูง มากกว่าโพลีสไตรีนที่มีความต้านทานต่อรังสีดีที่สุดในเรซินทั่วไป สามารถใช้เป็นชิ้นส่วนที่ทนต่อรังสีในอุปกรณ์นิวเคลียร์ได้

(3) สารหน่วงไฟ: PEEK มีคุณสมบัติดับไฟได้เอง แม้ไม่มีสารหน่วงไฟใดๆ ก็ตาม ตามมาตรฐาน UL เกรด 94V-0

(4) ความต้านทานต่อการคืบ: ภายใต้การกระทำของความเค้นคงที่ วัสดุจะเสียรูปถาวรจนเกิดการคืบในระยะเวลาหนึ่ง PEEK เป็นวัสดุเรซินเทอร์โมพลาสติกที่มีความต้านทานต่อการคืบดีที่สุด

(5) ความเหนียวและความแข็งแกร่ง: มีความแข็งแรงดึงสูง ความแข็งแรงต่อการแตกร้าวจากความเค้นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานต่อความล้าจากความเค้นสลับนั้นโดดเด่นมาก เทียบได้กับวัสดุโลหะผสม

(6) การหล่อลื่นตัวเอง (ความต้านทานการสึกหรอ) : PEEK มีคุณสมบัติการเลื่อนที่ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับความต้องการที่เข้มงวดของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและความต้านทานการสึกหรอ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง PEEK ที่ดัดแปลงด้วยเส้นใยคาร์บอน กราไฟต์ และ PTFE มีความต้านทานการสึกหรอที่ดีเยี่ยม

(7) ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง: PEEK มีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว (Tg=143℃) และจุดหลอมเหลว (Tm=334℃) สูง อุณหภูมิการเสียรูปเนื่องจากความร้อนสูงถึง 316℃ อุณหภูมิใช้งานในระยะยาวคือ 260℃ อุณหภูมิใช้งานในทันทีสามารถสูงถึง 300℃ สามารถใช้งานได้นานภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูงโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติทางกายภาพใดๆ

(8) ความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิส: ผลิตภัณฑ์ PEEK สามารถใช้งานได้ต่อเนื่องหลายพันชั่วโมงโดยไม่มีการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพที่เห็นได้ชัดในไอน้ำ 260℃ หรือการแช่ในน้ำแรงดันสูง PEEK มีความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสและไอน้ำได้ดีที่สุดในบรรดาพลาสติกวิศวกรรมทั้งหมด

(9) ปลอดสารพิษ: สามารถใช้ในสุขอนามัยอาหาร อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ ได้

(10) ความต้านทานการกัดกร่อน: ยกเว้นกรดซัลฟิวริกเข้มข้น PEEK จะไม่ละลายในตัวทำละลายใดๆ และกรดและด่างเข้มข้น มีความเสถียรทางเคมีสูง

(11) ความต้านทานต่อความล้า: PEEK มีความต้านทานต่อความล้าดีที่สุดในบรรดาวัสดุเรซินเทอร์โมพลาสติกทั้งหมด

การประยุกต์ใช้ PEEK

เรซินโพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตน (PEEK) เป็นพลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษที่มีประสิทธิภาพสูง มีข้อดีมากมายเมื่อเทียบกับพลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษอื่นๆ เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี หล่อลื่นตัวเอง ทนต่อการกัดกร่อนทางเคมี ทนไฟ ทนต่อการลอก ทนต่อรังสี มีเสถียรภาพทางฉนวน ทนต่อการไฮโดรไลซิส และแปรรูปได้ง่าย เป็นต้น จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์

เรซิน PEEK สามารถทนต่อการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนสูงถึง 3000 รอบที่อุณหภูมิ 134 องศาเซลเซียส ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์ผ่าตัดและทันตกรรมที่ต้องการการฆ่าเชื้อสูงและใช้งานซ้ำได้ PEEK ไม่เพียงแต่มีข้อดีในด้านน้ำหนักเบา ปลอดสารพิษ และทนต่อการกัดกร่อนเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติของโมดูลัสความยืดหยุ่นของกระดูกชั้นนอกของมนุษย์ ซึ่งสามารถรวมเข้ากับร่างกายได้อย่างลงตัว ดังนั้น การใช้เรซิน PEEK แทนโลหะในการผลิตโครงกระดูกมนุษย์จึงเป็นอีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่สำคัญในวงการแพทย์

PEEK ถูกนำมาใช้ในคลินิกครั้งแรกในปี 1999 นับตั้งแต่นั้นมา มีการใช้งานไปแล้วกว่าห้าล้านชิ้นผลิตภัณฑ์พีคมีการฝังวัสดุ PEEK ในมนุษย์ ทำให้วัสดุนี้กลายเป็นมาตรฐานทองคำในการผ่าตัดเชื่อมกระดูกสันหลัง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา PEEK ได้รับการยกย่องว่าเป็น "วัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ฝังในร่างกายรุ่นต่อไป"

วัสดุ PEEK ถูกนำมาใช้ทำอุปกรณ์ฝังในร่างกายประเภทใดบ้าง?
(1) วัสดุทดแทนกระดูก การปลูกถ่ายกระดูกขากรรไกรและใบหน้า
(2) การผ่าตัดกระดูกสันหลัง การเชื่อมกระดูกสันหลัง
(3) และวัสดุทดแทนกระดูกสะโพก ข้อต่อเทียม
(4) อุปกรณ์ศัลยกรรมกระดูก: แผ่นยึดและสกรู
(5) วัสดุทดแทนฟัน CFR – PEEK – ทำจากรากฟันเทียม ฟันปลอม และการรักษารากฟัน
(6) ในการผ่าตัดหัวใจ หัวใจสูบฉีดและลิ้นหัวใจ

บริษัทใดบ้างในโลกที่สามารถผลิต PEEK สำหรับฝังในร่างกายได้ในระยะยาว? Peek-optima ผลิตโดย Invibio ซึ่งเป็นแผนกวัสดุชีวภาพของ Victrex ในสหราชอาณาจักร

(1) วัสดุ PEEK ที่สามารถฝังในร่างกายซึ่งวางจำหน่ายในตลาดปัจจุบันมีข้อได้เปรียบผูกขาดอย่างสมบูรณ์ในตลาดโลก
(2) บริษัท Solvay ของเบลเยียมได้เปิดตัววัสดุ PEEK เกรดสำหรับการปลูกถ่าย zenIVa-PEEK ในปี 2009
(3) Evonik จากประเทศเยอรมนีเข้าสู่ตลาดจีนในช่วงต้นปี 2014 โดยใช้ชื่อผลิตภัณฑ์ว่า VESTAKEEP PEEK
(4) Guangzhou Jusheng Medical Technology Co., LTD. ซึ่งเป็นผู้ผลิตวัสดุ PEEK ระดับการปลูกถ่ายเพียงรายเดียวในประเทศจีน ได้เปิดตัว PEEK JS-S1 ระดับการปลูกถ่ายภายใต้ชื่อแบรนด์ NATUREGEN และเกรดแบรนด์ JS-S1

ประวัติของ PEEK

ระยะฟักตัวเริ่มต้น (1978-1992):

PEEK เป็นพลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษประสิทธิภาพสูงมาก พัฒนาโดย ICI ในปี 1978 ICI ได้ยื่นขอสิทธิบัตรและเริ่มการผลิตในเชิงอุตสาหกรรม โดยมีกำลังการผลิต 1000 ตันต่อปี ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมป้องกันประเทศ

การพัฒนาและการล่มสลายของระบบผูกขาด (พ.ศ. 1993-2004):

บริษัท Victrex เข้าซื้อกิจการ PEEK จาก ICI แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการพัฒนาแบบผูกขาด และขยายขนาดการผลิตอย่างต่อเนื่อง ในปี 2003 กำลังการผลิตต่อปีเพิ่มขึ้นเป็น 2800 ตัน ต่อมา บริษัท DuPont, BASF, Mitsui Tosei Chemical Company ของญี่ปุ่น และ Telep ของสหรัฐอเมริกา ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันตามมา PEEK ได้ขยายขอบเขตการใช้งานจากเดิมที่ใช้ในด้านการทหาร ไปสู่การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมและการแพทย์

เป็นเวลานานแล้วที่ PEEK ถูกจัดอยู่ในรายชื่อวัสดุเชิงยุทธศาสตร์ที่อยู่ภายใต้การปิดล้อมและการคว่ำบาตรของจีนโดยคณะกรรมการประสานงานปารีส เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการป้องกันประเทศและการพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงของพลเรือน รัฐบาลได้รวม PEEK เข้าไว้ในโครงการวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญระดับชาติ ตั้งแต่แผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 7 ถึงฉบับที่ 10 และแผน 863 เพื่อการวิจัย ภายใต้การสนับสนุนอย่างแข็งแกร่งจากนโยบายของจีน ทีมของศาสตราจารย์อู๋ จงเหวิน จากมหาวิทยาลัยจีหลิน ได้พัฒนาเทคโนโลยีสิทธิบัตร PEEK ด้วยตนเอง โดยมีสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาเป็นของตนเอง และก่อตั้งบริษัท จีดา ไฮเทค แมททีเรียลส์ จำกัด ซึ่งได้เริ่มดำเนินการผลิตแล้ว

ขั้นตอนการพัฒนาอย่างครอบคลุม (ปี 2005-ปัจจุบัน):

ในปี 2548 Evonik ได้เข้าซื้อกิจการ PEEK ของ Garda จากประเทศอินเดีย ขณะที่ Solvay เข้าซื้อกิจการ PEEK เช่นกัน ในปี 2552 บริษัท Jinfa Technology Co., LTD. ของจีน บริษัท Panjin Zhongrun Special Plastic Co., Ltd. และบริษัทอื่นๆ ได้เข้ามาในตลาดนี้ ทำให้ PEEK เข้าสู่ช่วงของการพัฒนาอย่างรอบด้าน นอกจากนี้ การปรับปรุงเทคโนโลยีการผลิตและการแปรรูปวัสดุคอมโพสิต PEEK ก็ค่อยๆ พัฒนาขึ้น และขอบเขตการใช้งานก็ขยายตัวมากขึ้น เนื่องจากมีผู้ผลิต PEEK จำนวนมากทั่วโลก การแข่งขันในตลาดจึงยิ่งทวีความรุนแรงขึ้น ปัจจุบัน Wiggs, Solvay และ Evonik เป็นผู้ผลิต PEEK รายใหญ่ที่สุด 3 รายของโลก