熔融沉积制备聚醚醚酮的生物摩擦学性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.003

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (6): 10-13.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.003

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熔融沉积制备聚醚醚酮的生物摩擦学性能研究

辛骅(), 张泰, 陈棋棋, 杨乐, 刘瑞娟

陕西科技大学机电工程学院，西安 710016

收稿日期:2024-08-01 出版日期:2025-06-26 发布日期:2025-06-20
作者简介:辛骅，博士，副教授，主要研究方向为生物摩擦学、聚醚醚酮医用聚合物的应用，xinhuajd@sust.edu.cn
基金资助:
陕西省教育厅专项科研计划项目(23JK0348);西安市科技计划高校院所科技人员服务企业项目(2023JH?GXRC?0160)

Biotribological properties of polyether ether ketone prepared by melt deposition

XIN Hua(), ZHANG Tai, CHEN Qiqi, YANG Le, LIU Ruijuan

College of Mechanical and Electrical Engineering，Shanxi University of Science & Technology，Xi’an 710016，China

Received:2024-08-01 Online:2025-06-26 Published:2025-06-20

摘要/Abstract

摘要：

探讨了熔融沉积制备聚醚醚酮（FDM⁃PEEK）材料生理润滑环境下的摩擦磨损行为，并揭示了打印角度对其磨损量与磨损机理的影响。结果表明，200万次磨损循环周期，XY⁃0（打印角度0 °）、XY⁃30和XY⁃45的平均磨损因子分别为（5.929±1.047）×10^-6、（4.702±0.989）×10^-6、（4.575±0.655）×10^-6 mm³/（N·m）；XY水平打印的30 °和45 °样件表现出较好的耐磨性能；就磨损机理而言，不同打印角度的FDM⁃PEEK的磨损形貌基本相似；宏观上呈现表层开裂分层并伴随着弧形划痕，微观上磨损表面出现鱼鳞状磨痕，这些形貌主要与黏着磨损相关。

关键词: 熔融沉积, 聚醚醚酮, 生物摩擦学性能

Abstract:

This study investigates the friction and wear behavior of fused deposition modeling （FDM）⁃fabricated polyetheretherketone （PEEK） under physiologically simulated lubrication conditions， with a focus on the influence of printing angles on wear volume and mechanisms. After 2 million wear cycles， the average wear factors for samples printed at XY⁃0 ° （0°）， XY⁃30 °， and XY⁃45 ° are （5.929±1.047）×10⁻⁶，（4.702±0.989）×10⁻⁶， and （4.575±0.655）×10⁻⁶ mm³/（N·m）， respectively. Specimens printed at horizontal angles of 30 ° and 45 ° demonstrate superior wear resistance. Regarding wear mechanisms， the surface morphology of FDM⁃PEEK remains broadly consistent across printing angles. Morphological observations revealed arc⁃shaped scratches and fracture⁃induced delamination， while morphological analysis identifies fish⁃scale⁃like wear patterns. These features correlate with abrasive， fatigue， and adhesive wear mechanisms. The findings aim to advance the application of FDM⁃PEEK technology in prosthetics design and manufacturing， offering novel strategies to support the development of personalized medical solutions.

Key words: molten deposition, polyether ether ketone, biological attrition property

中图分类号:

TQ322.3

辛骅, 张泰, 陈棋棋, 杨乐, 刘瑞娟. 熔融沉积制备聚醚醚酮的生物摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 10-13.

XIN Hua, ZHANG Tai, CHEN Qiqi, YANG Le, LIU Ruijuan. Biotribological properties of polyether ether ketone prepared by melt deposition[J]. China Plastics, 2025, 39(6): 10-13.

图/表 8

图1 实验销盘示意图

Fig.1 Schematic diagram of the pin⁃on⁃disc

打印参数名称	打印参数数据
打印速度/mm·s^-1	30
喷嘴直径/mm	0.4
打印温度/℃	485
床层温度/℃	100
层厚度/mm	0.1
填充率/%	100

表1 熔融沉积加工参数

Tab.1 FDM processing parameters

组别	销	盘
1	XY⁃0	XY⁃0
2	XY⁃30	XY⁃30
3	XY⁃45	XY⁃45

表2 实验分组

Tab.2 Experimental group

图2 销盘质量损失

Fig.2 Pin disc quality loss

循环次数（MC）	磨损因子/×10⁶ mm³·N^-1·m^-1
循环次数（MC）	XY⁃0	XY⁃30	XY⁃45
0~1	2.967±0.824	3.126±0.495	2.715±0.796
1~2	8.892±1.270	7.913±2.475	6.204±2.106
0~2	5.929±1.047	4.702±0.611	4.575±0.655

表3 磨损因子

Tab.3 Wear factor

图3 （a）XY⁃0圆盘（×69）和（b）圆盘磨损表面（×693）

Fig.3 （a） XY⁃0 disc （×69） and （b） disc wear surface （×693）

图4 磨损颗粒和鱼鳞状形貌的EDS结果

Fig.4 EDS results of wear particles and fish scale morphology

图5 在BSA环境下的光镜图（×693）

Fig.5 Picture of the scene in the BSA environment （×693）

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Biotribological properties of polyether ether ketone prepared by melt deposition

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