In l'ultimi anni, l'industria globale di dispositivi medici hà mantenutu una crescita rapida è stabile, cun un tasso di crescita mediu di circa 4%, chì hè superiore à u tasso di crescita economica naziunale in u listessu periodu. I Stati Uniti, l'Europa è u Giappone occupanu inseme a pusizione principale di u mercatu in u mercatu mundiale di dispositivi medichi. I Stati Uniti sò u più grande produttore è cunsumatore di dispositivi medichi in u mondu, è u so cunsumu hè fermu in a pusizione di punta in l'industria. Trà i più grandi giganti di dispositivi medichi in u mondu, i Stati Uniti anu u più grande numeru di cumpagnie di dispositivi medici è contanu a più grande proporzione.
Questu articulu introduce principalmente plastiche di ingegneria medica cumunemente aduprate, chì sò cumposte da materiali cù forme facili da processà. Queste plastiche tendenu à esse relativamente costose in quantu à u pesu, perchè a maiò parte di i materiali sò persi per via di i detriti durante a trasfurmazione.
Introduzione à a plastica cumuna di ingegneria in u campu medicu
Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)
U terpolimeru hè fattu di SAN (stirene-acrilonitrile) è gomma sintetica butadiene. Da a so struttura, a catena principale di ABS pò esse BS, AB, AS, è a catena di ramu currispundente pò esse AS, S, AB è altri cumpunenti.
L'ABS hè un polimeru induve a fase di gomma hè spargugliata in a fase cuntinua di a resina. Dunque, ùn hè micca solu un copolimeru o un mischju di sti trè monomeri, SAN (stirene-acrilonitrile), chì dà durezza ABS è finitura superficiale, butadiene dà Per a so durezza, u rapportu di sti trè cumpunenti pò esse adattatu in quantu hè necessariu. I Plastichi sò abitualmente aduprati per fà piatti spessi di 4 pollici è aste di diametru di 6 pollici, chì ponu esse facilmente incollati è laminati per formà piatti è cumpunenti più spessi. Per via di u so costu ragiunevule è di facilità di trasfurmazione, hè un materiale pupulare per u prototipu di fabricazione di cuntrollu numericu urdinatore (CNC).
L'ABS hè spessu usatu per sbulicà cunchiglie di apparecchiature mediche à grande scala. In l'ultimi anni, l'ABS pienu di fibra di vetru hè statu adupratu in più posti.
Resina acrilica (PMMA)
A resina acrilica hè in realtà una di e prime materie plastiche di dispositivi medici, è hè comunemente usata in a mudificazione di ristorazioni anaplastiche. * L'acrilicu hè in fondu polimetilmetacrilatu (PMMA).
A resina acrilica hè forte, chjara, trasformabile è legabile. Un metudu cumunu di incollà l'acrilicu hè di incollà solvente cù cloruru di metilu. L'acrilicu hà tippi quasi illimitati di verghe, forme di fogli è di piastre, è varii culori. E resine acriliche sò particularmente adatte per tubi di luce è applicazioni ottiche.
A resina acrilica per a segnaletica è a visualizazione pò esse aduprata per test di benchmark è prototipi; tuttavia, ci vole à fà casu à determinà a versione di qualità medica prima di usalla in ogni prova clinica. E resine acriliche di qualità cummerciale ponu cuntene resistenza UV, ritardanti di fiamma, modificatori d'impatti è altri chimichi, rendenduli inadatti per l'usu clinicu.
Clorur di polivinilo (PVC)
U PVC hà duie forme, rigidu è flessibile, secondu s'ellu si aghjunghjenu plastificanti o micca. U PVC hè generalmente adupratu per i tubi d'acqua. I principali svantaghji di u PVC sò poca resistenza à u clima, forza d'impattu relativamente bassa, è u pesu di u fogliu termoplasticu hè abbastanza altu (gravità specifica 1,35). Hè facilmente graffiatu o dannighjatu, è hà un puntu di deformazione termica relativamente bassu (160).
U PVC micca plastificatu hè pruduttu in duie formulazioni principali: Tipu I (resistenza à a corrosione) è Tipu II (altu impattu). U PVC di Tipu I hè u PVC più comunemente adupratu, ma in applicazioni chì necessitanu una forza d'impattu superiore à u Tipu I, u Tipu II hà una migliore resistenza à l'impattu è una resistenza à a corrosione leggermente ridotta. In applicazioni chì richiedenu formulazioni ad alta temperatura, u fluoruru di polivinilidene (PVDF) per applicazioni di alta purezza pò esse adupratu à circa 280 ° F.
I prudutti medichi fatti di clorur di polivinil plastificatu (plasticizedpvc) sò stati originariamente usati per rimpiazzà a gomma naturale è u vetru in l'attrezzatura medica. U mutivu di a sostituzione hè: i materiali plastificati in clorur di polivinile sò più facilmente sterilizzati, più trasparenti, è anu una stabilità chimica è una efficacia economica megliu. I prudutti plastificati di clorur di vinilu sò faciuli da usà, è per via di a so dulcezza è elasticità, ponu evità di dannà i tessuti sensibili di u paziente è evità di fà chì u paziente si senti scomudu.
Policarbonatu (PC)
U Policarbonatu (PC) hè u plasticu trasparente u più duru è hè assai utile per i prototipi di apparecchi medichi, soprattuttu s'ellu deve esse adupratu u ligame di curatura UV. U PC hà parechje forme di asta, piastra è fogliu, hè faciule da cunghjunghje.
Ancu se più di una dozzina di caratteristiche di prestazione di un PC ponu esse aduprate solu o in cumbinazione, sette sò più spessu invitati. U PC hà una forte forza d'impattu, trasparenza trasparente di l'acqua, una bona resistenza à u creep, una larga gamma di temperatura operativa, stabilità dimensionale, resistenza à l'usura, durezza è rigidità, malgradu a so duttilità.
U PC hè facilmente decoloratu da a sterilizazione à a radiazione, ma i gradi di stabilità à a radiazione sò dispunibili.
Polipropilene (PP)
U PP hè un plasticu di poliolefina à pocu pressu à pocu pressu cù un puntu di fusione bassu, dunque hè assai adattu per a termoformatura è l'imballu alimentariu. U PP hè infiammabile, allora se avete bisognu di resistenza à u focu, cercate e qualità ignifughe (FR). U PP hè resistente à a curvatura, comunemente cunnisciutu cum'è "colla 100 volte". Per l'applicazioni chì richiedenu curvatura, PP pò esse adupratu.
Polietilene (PE)
U Polietilene (PE) hè un materiale comunemente adupratu in l'imballu è a trasfurmazione di l'alimenti. U polietilene di pesu moleculare ultra-elevatu (UHMWPE) hà alta resistenza à l'usura, bassu coefficiente di attritu, autolubricità, non aderenza superficiale è eccellente resistenza à a fatica chimica. Mantene ancu alte prestazioni à temperature estremamente basse (per esempiu, azotu liquidu, -259 ° C). UHMWPE cumencia à addolcisce intornu à 185 ° F è perde a so resistenza à l'abrasione.
Siccomu UHMWPE hà una espansione è una percentuale di cuntrazione relativamente alta quandu a temperatura cambia, ùn hè micca cunsigliatu per applicazioni di tolleranza stretta in questi ambienti.
A causa di a so alta energia superficiale, a superficie non adesiva, u PE pò esse difficiule da legà. I cumpunenti sò i più faciuli per adattassi cun fermi, interferenze o snaps. Loctite produce adesivi cianoacrilati (CYA) (LoctitePrism CYA insensibile à a superficia è primer) per incollà sti tippi di plastiche.
UHMWPE hè ancu adupratu in impianti ortopedici cun grande successu. Hè u materiale più cumunemente adupratu in a cuppa acetabulare durante l'artroplastia totale di l'anca è u materiale più cumunu in a cumpunente di l'altupianu tibiale durante l'artroplastia totale di u ghjinochju. Hè adatta per lega di cobalt-cromu altamente lucidata. * Per piacè nutate chì i materiali adatti per impianti ortopedici sò materiali speciali, micca versioni industriali. UHMWPE di qualità medica hè vindutu sottu u nome cummerciale Lennite da Westlake Plastics (Lenni, PA).
Poliossimetilene (POM)
DelPont's Delrin hè unu di i POM più noti, è a maiò parte di i cuncettori utilizanu stu nome per riferisce à questu plasticu. U POM hè sintetizatu da u formaldeide. U POM hè statu uriginale sviluppatu à l'iniziu di l'anni cinquanta cum'è un sustitutu di metalli non ferrosi duri è resistenti à u calore, cumunimenti cunnisciutu cum'è "Saigang". Hè un plasticu duru cù un bassu coefficiente di attritu è alta forza.
Delrin è POM simili sò difficiuli da ligà, è l'assemblea meccanica hè megliu. Delrin hè comunemente adupratu per prototipi di dispositivi medici machinati è apparecchi chjusi. Hè altamente trasformabile, dunque hè assai adattu per prototipi di attrezzature di lavorazione chì richiedenu forza, resistenza chimica, è materiali chì soddisfanu e norme FDA.
Un svantaghju di Delrin hè a so sensibilità à a sterilizazione à e radiazioni, chì tende à rende u POM fragile. Se a sterilizazione da radiazioni, un attaccu à pressu, un meccanismu di molla di plastica è una sezione sottile sottu carica pò rompersi. Se vulete sterilizà e parti B-POM, per piacè pensate à aduprà EtO, Steris o autoclavi, secondu se u dispositivu cuntene cumpunenti sensibili, cum'è dispositivi elettronichi.
Nylon (PA)
U Nylon hè dispunibule in formulazioni 6/6 è 6/12. U nylon hè resistente è resistente à u calore. L'identificatori 6/6 è 6/12 si riferenu à u numeru di atomi di carbonu in a catena di i polimeri, è 6/12 hè un nylon à catena longa cù una resistenza à u calore superiore. U nylon ùn hè micca trasfurmabile cum'è ABS o Delrin (POM) perchè tende à lascià patatine appiccicose nantu à i bordi di e parti chì ponu esse sbucciate.
Nylon 6, u più cumunu hè u nylon cast, chì hè statu sviluppatu da DuPont prima di a seconda guerra mundiale. Tuttavia, ùn hè micca finu à u 1956, cù a scuperta di cumposti (co-catalizatori è acceleratori) chì u nylon cast hè diventatu cummercialmente fattibile. Cù sta nova tecnulugia, a velocità di polimerizazione hè assai aumentata, è i passi richiesti per uttene a polimerizazione sò ridotti.
A causa di menu restrizioni di trasfurmazione, u nylon cast 6 furnisce una di e più grandi dimensioni di matrici è forme persunalizate di qualsiasi termoplasticu. I Castings includenu bars, tubi, tubi è piatti. A so dimensione varieghja da 1 libbra à 400 libbre.
I materiali in nylon anu una forza meccanica è una pelle amichevule chì i materiali ordinari ùn anu micca. Tuttavia, apparecchiature mediche ortesi di caduta di pedi, sedie à rotelle di riabilitazione, è letti infermieri medichi necessitanu generalmente parti cun una certa capacità portante, dunque PA66 + 15% GF hè generalmente selezionatu.
Etilene Propilene Fluoratu (FEP)
L'etilene propilenu fluoratu (FEP) hà tutte e pruprietà desiderabili di u tetrafluoroetilene (TFE) (politetrafluoroetilene [PTFE]), ma hà una temperatura di sopravvivenza inferiore di 200 ° C (392 ° F). A differenza di PTFE, FEP pò esse stampatu à l'iniezione è estrudutu in barre, tubi è profili speciali cù metudi convenzionali. Questu diventa un vantaghju di cuncepimentu è di trasfurmazione nantu à PTFE. Bars finu à 4,5 pollici è piatti finu à 2 pollici sò dispunibili. A prestazione di FEP sottu sterilizazione per radiazioni hè leggermente megliu di quella di PTFE.
Plastichi di ingegneria ad alte prestazioni
Polieterimide (PEI)
Ultem 1000 hè un polimeru termoplasticu di polieterimide à calore elevatu, cuncepitu da General Electric Company per stampà per iniezione. Attraversu u sviluppu di a nova tecnulugia di estrusione, i pruduttori cum'è AL Hyde, Gehr è Ensinger producenu vari mudelli è dimensioni di Ultem 1000. Ultem 1000 combina una eccellente trasformabilità è hà vantaghji di risparmiu di costi paragunatu à PES, PEEK è Kapton in applicazioni di calore elevatu (usu continuu finu à 340 ° F). Ultem hè autoclavabile.
Polieteretercetone (PEEK)
Polyetheretherketone (PEEK) hè un marcu di Victrex plc (UK), un termoplasticu cristallinu à alta temperatura cun una resistenza eccellente à u calore è chimica, è ancu una resistenza d'usura eccellente è resistenza à a fatigue dinamica. Hè raccomandatu per i componenti elettrichi chì richiedenu alta temperatura di travagliu continuu (480 ° F), è emissioni estremamente basse di fume è fumi tossichi esposti à fiamme.
PEEK soddisfa i requisiti 94 V-0 Underwriters Laboratories (UL), 0,080 pollici. U pruduttu hà una resistenza estremamente forte à a radiazione gamma, ancu supera quella di u polistirenu. L'unicu solvente cumunu chì pò attaccà PEEK hè l'acidu sulfuricu cuncentratu. PEEK hà una ottima resistenza à l'idrolisi è pò operà in vapore finu à 500 ° F.
Politetrafluoroetilene (PTFE)
U TFE o PTFE (politetrafluoroetilene), generalmente chjamatu Teflon, hè una di e trè resine fluorocarboniche in u gruppu fluorocarbonu, chì hè cumposta interamente da fluoru è carbonu. L'altre resine in questu gruppu, cunnisciutu ancu cum'è Teflon, sò perfluoroalcoxy fluorocarbon (PFA) è FEP.
E forze chì liganu u fluoru è u carbone inseme furniscenu unu di i ligami chimichi i più forti cunnisciuti trà atomi strettamente disposti simmetricamente. U risultatu di sta forza di legame più a cunfigurazione di a catena hè un polimeru relativamente densu, chimicamente inerte è termicamente stabile.
U TFE resiste à u calore è guasi tutte e sostanze chimiche. Fora di poche spezie furestere, hè insolubile in tutta a materia urganica. A so prestazione elettrica hè assai bona. Ancu s'ellu hà una forte resistenza à l'impattu, paragunatu cù altri termoplastichi di ingegneria, a so resistenza à l'usura, a resistenza à a trazione è a resistenza à u creep sò basse.
U TFE hà a costante dielettrica u più bassu è u fattore di dissipazione u più bassu di tutti i materiali solidi. Per via di a so forte cunnessione chimica, u TFE hè guasi pocu attrattivu per e diverse molecule. Questu risultatu in un coefficiente di attritu finu à 0,05. Benchè u PTFE abbia un bassu coefficiente di attritu, ùn hè micca adattu per l'applicazioni ortopediche portanti per via di a so bassa resistenza à u creep è di e basse proprietà d'usura. Sir John Charnley hà scupertu questu prublema in u so travagliu pionieru nantu à a sostituzione totale di l'anca à a fine di l'anni cinquanta.
Polisulfone
U polisulfone hè statu uriginale sviluppatu da BP Amoco è hè attualmente fabbricatu da Solvay sottu u nome cummerciale Udel, è u polifenilsulfone hè vendutu sottu u nome cummerciale Radel.
U Polisulfone hè un termoplasticu duru, rigidu, di alta forza trasparente (ambra chjara) chì pò mantene e so proprietà in una larga gamma di temperatura da -150 ° F à 300 ° F. Cuncepitu per l'apparecchiature approvate da FDA, hà ancu passatu tutti i test USP di Classe VI (biologichi). Risponde à e norme di l'acqua potabile di a Fundazione Naziunale per a Sanità, finu à 180 ° F. U polisulfone hà una stabilità dimensionale assai alta. Dopu à esposizione à acqua bollente o aria à 300 ° F, u cambiamentu dimensionale lineare hè di solitu un decimu di 1% o menu. U polisulfone hà una alta resistenza à l'acidi inorganici, alcali è soluzioni di sale; ancu à alte temperature sottu à livelli di stress muderati, hà una bona resistenza à i detergenti è l'olii idrocarburi. U polisulfone ùn hè micca resistente à i solventi organichi polari cum'è chetoni, idrocarburi clorurati è idrocarburi aromatici.
Radel hè adupratu per i vassoi di strumenti chì richiedenu alta resistenza à u calore è alta forza d'impattu, è per l'applicazioni di vassoi in autoclave di l'ospedale. A resina d'ingegneria di Polysulfone combina alta resistenza è resistenza à longu andà à a sterilizazione ripetuta à vapore. Questi polimeri anu dimustratu di esse alternative à l'acciaiu inox è u vetru. U polisulfone di qualità medica hè biologicamente inerte, hà una longa vita unica in u prucessu di sterilizazione, pò esse trasparente o opacu, è hè resistente à i più cumuni chimichi di l'ospedale.
