In de afgelopen jaren heeft de wereldwijde industrie voor medische hulpmiddelen een snelle en stabiele groei doorgemaakt, met een gemiddeld groeipercentage van ongeveer 4%, wat hoger is dan het nationale economische groeipercentage in dezelfde periode. De Verenigde Staten, Europa en Japan bezetten gezamenlijk de belangrijkste marktpositie op de wereldwijde markt voor medische hulpmiddelen. De Verenigde Staten zijn 's werelds grootste producent en consument van medische hulpmiddelen, en de consumptie ervan heeft een stevige leidende positie in de industrie. Van 's werelds grootste giganten op het gebied van medische hulpmiddelen hebben de Verenigde Staten het grootste aantal bedrijven op het gebied van medische hulpmiddelen en het grootste aandeel.
Dit artikel introduceert voornamelijk veelgebruikte medische kunststoffen, die zijn samengesteld uit materialen met gemakkelijk te verwerken vormen. Deze kunststoffen zijn meestal relatief duur in verhouding tot het gewicht, omdat de meeste materialen verloren gaan als gevolg van afval tijdens de verwerking.
Inleiding tot gangbare technische kunststoffen op medisch gebied
Acrylonitril-butadieen-styreen (ABS)
Het terpolymeer is gemaakt van SAN (styreen-acrylonitril) en butadieen synthetisch rubber. Vanuit zijn structuur kan de hoofdketen van ABS BS, AB, AS zijn en de overeenkomstige aftakketen kan AS, S, AB en andere componenten zijn.
ABS is een polymeer waarin de rubberfase is gedispergeerd in de continue fase van de hars. Daarom is het niet alleen een copolymeer of een mengsel van deze drie monomeren, SAN (styreen-acrylonitril), dat ABS-hardheid en oppervlakteafwerking geeft, butadieen geeft. Vanwege zijn taaiheid kan de verhouding van deze drie componenten naar behoefte worden aangepast. Kunststoffen worden meestal gebruikt om platen van 4 inch dik en staven met een diameter van 6 inch te maken, die gemakkelijk kunnen worden gelijmd en gelamineerd om dikkere platen en componenten te vormen. Vanwege de redelijke kosten en eenvoudige verwerking is het een populair materiaal voor prototypen voor het vervaardigen van computer numerieke besturing (CNC).
ABS wordt vaak gebruikt om grootschalige schalen van medische apparatuur te blaren. De afgelopen jaren is op meer plaatsen ABS gevuld met glasvezel toegepast.
Acrylhars (PMMA)
Acrylhars is eigenlijk een van de vroegste kunststoffen voor medische hulpmiddelen en wordt nog steeds veel gebruikt bij het vormen van anaplastische restauraties. * Acryl is in feite polymethylmethacrylaat (PMMA).
Acrylhars is sterk, helder, verwerkbaar en hechtbaar. Een veelgebruikte methode om acryl te verlijmen, is door middel van oplosmiddelbinding met methylchloride. Acryl heeft bijna onbeperkte soorten staven, plaat- en plaatvormen en verschillende kleuren. Acrylharsen zijn bijzonder geschikt voor lichtpijpen en optische toepassingen.
Acrylhars voor bewegwijzering en display kan worden gebruikt voor benchmarktests en prototypes; er moet echter voor worden gezorgd dat de versie van medische kwaliteit wordt bepaald voordat deze in klinische onderzoeken wordt gebruikt. Commerciële acrylharsen kunnen UV-bestendigheid, vlamvertragers, slagvastheidsmodificatoren en andere chemicaliën bevatten, waardoor ze ongeschikt zijn voor klinisch gebruik.
Polyvinylchloride (PVC)
PVC heeft twee vormen, stijf en flexibel, afhankelijk van het al dan niet toevoegen van weekmakers. PVC wordt meestal gebruikt voor waterleidingen. De belangrijkste nadelen van PVC zijn de slechte weersbestendigheid, de relatief lage slagvastheid en het gewicht van de thermoplastische plaat is vrij hoog (soortelijk gewicht 1,35). Het is gemakkelijk bekrast of beschadigd, en heeft een relatief laag thermisch vervormingspunt (160).
ongeplasticeerd PVC wordt geproduceerd in twee hoofdformuleringen: Type I (corrosiebestendigheid) en Type II (hoge impact). Type I PVC is het meest gebruikte PVC, maar in toepassingen die een hogere slagvastheid vereisen dan Type I, heeft Type II een betere slagvastheid en enigszins verminderde corrosiebestendigheid. In toepassingen die formuleringen op hoge temperatuur vereisen, kan polyvinylideenfluoride (PVDF) voor zeer zuivere toepassingen worden gebruikt bij ongeveer 280 ° F.
Medische producten gemaakt van geplastificeerd polyvinylchloride (geplastificeerd pvc) werden oorspronkelijk gebruikt ter vervanging van natuurlijk rubber en glas in medische apparatuur. De reden voor de vervanging is: geplastificeerde polyvinylchloridematerialen zijn gemakkelijker te steriliseren, transparanter en hebben een betere chemische stabiliteit en economische effectiviteit. Geplastificeerde polyvinylchlorideproducten zijn gemakkelijk te gebruiken en vanwege hun eigen zachtheid en elasticiteit kunnen ze de gevoelige weefsels van de patiënt niet beschadigen en voorkomen dat de patiënt zich ongemakkelijk voelt.
Polycarbonaat (pc)
Polycarbonaat (PC) is het sterkste doorzichtige plastic en is erg handig voor prototypen van medische hulpmiddelen, vooral als er UV-uithardende verbindingen moeten worden gebruikt. PC heeft verschillende vormen van staaf, plaat en blad, het is gemakkelijk te combineren.
Hoewel meer dan een dozijn prestatiekenmerken van een pc alleen of in combinatie kunnen worden gebruikt, wordt er meestal op zeven vertrouwd. PC heeft een hoge slagvastheid, transparante watertransparantie, goede kruipweerstand, breed temperatuurbereik, maatvastheid, slijtvastheid, hardheid en stijfheid, ondanks zijn taaiheid.
PC verkleurt gemakkelijk door stralingssterilisatie, maar stralingsstabiliteitsgraden zijn beschikbaar.
Polypropyleen (PP)
PP is een lichtgewicht, goedkope polyolefine kunststof met een laag smeltpunt, waardoor het zeer geschikt is voor thermovormen en voedselverpakkingen. PP is ontvlambaar, dus als u brandwerendheid nodig heeft, zoek dan naar vlamvertragende (FR) kwaliteiten. PP is bestand tegen buigen, algemeen bekend als "100-voudige lijm". Voor toepassingen waarbij buiging vereist is, kan PP worden gebruikt.
Polyethyleen (PE)
Polyethyleen (PE) is een veelgebruikt materiaal bij het verpakken en verwerken van voedingsmiddelen. Polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht (UHMWPE) heeft een hoge slijtvastheid, lage wrijvingscoëfficiënt, zelfsmerend vermogen, niet-adhesie aan het oppervlak en een uitstekende weerstand tegen chemische vermoeidheid. Het behoudt ook hoge prestaties bij extreem lage temperaturen (bijvoorbeeld vloeibare stikstof, -259 ° C). UHMWPE begint zachter te worden rond 185 ° F en verliest zijn slijtvastheid.
Aangezien UHMWPE een relatief hoge uitzet- en krimpsnelheid heeft bij temperatuurveranderingen, wordt het niet aanbevolen voor toepassingen met nauwe toleranties in deze omgevingen.
Vanwege de hoge oppervlakte-energie, niet-klevend oppervlak, kan PE moeilijk te verlijmen zijn. onderdelen zijn het gemakkelijkst in elkaar te passen met bevestigingsmiddelen, interferentie of drukknopen. Loctite produceert cyanoacrylaatlijmen (CYA) (LoctitePrism oppervlakte-ongevoelige CYA en primer) voor het verlijmen van dit soort kunststoffen.
UHMWPE wordt ook met groot succes toegepast bij orthopedische implantaten. Het is het meest gebruikte materiaal in de heupkom tijdens totale heupartroplastiek en het meest gebruikte materiaal in het tibiaplateau tijdens een totale knieartroplastiek. Het is geschikt voor hoogglans gepolijste kobalt-chroomlegeringen. * Houd er rekening mee dat de materialen die geschikt zijn voor orthopedische implantaten speciale materialen zijn, geen industriële versies. UHMWPE van medische kwaliteit wordt verkocht onder de handelsnaam Lennite door Westlake Plastics (Lenni, PA).
Polyoxymethyleen (POM)
DuPont's Delrin is een van de meest bekende POM's en de meeste ontwerpers gebruiken deze naam om naar dit plastic te verwijzen. POM wordt gesynthetiseerd uit formaldehyde. POM werd oorspronkelijk ontwikkeld in de vroege jaren 1950 als een taaie, hittebestendige non-ferro metalen vervanger, algemeen bekend als "Saigang". Het is een taaie kunststof met een lage wrijvingscoëfficiënt en een hoge sterkte.
Delrin en soortgelijke POM zijn moeilijk te verlijmen en mechanische montage is het beste. Delrin wordt vaak gebruikt voor prototypes van machinaal bewerkte medische hulpmiddelen en gesloten armaturen. Het is zeer verwerkbaar, dus het is zeer geschikt voor prototypes van bewerkingsapparatuur die sterkte, chemische bestendigheid en materialen die voldoen aan de FDA-normen vereisen.
Een nadeel van Delrin is de gevoeligheid voor stralingssterilisatie, waardoor POM bros wordt. Als stralingssterilisatie, snap-fit, plastic veermechanisme en dunne sectie onder belasting kunnen breken. Als u B-POM-onderdelen wilt steriliseren, overweeg dan om EtO, Steris of autoclaven te gebruiken, afhankelijk van of het apparaat gevoelige componenten bevat, zoals elektronische apparaten.
Nylon (PA)
Nylon is verkrijgbaar in 6/6 en 6/12 formuleringen. Nylon is sterk en hittebestendig. Identificatoren 6/6 en 6/12 verwijzen naar het aantal koolstofatomen in de polymeerketen, en 6/12 is een nylon met lange keten met hogere hittebestendigheid. Nylon is niet zo verwerkbaar als ABS of Delrin (POM) omdat het de neiging heeft om plakkerige spanen achter te laten op de randen van onderdelen die mogelijk moeten worden ontbraamd.
Nylon 6, de meest voorkomende is gegoten nylon, dat vóór de Tweede Wereldoorlog door DuPont is ontwikkeld. Pas in 1956, met de ontdekking van verbindingen (co-katalysatoren en versnellers), werd gegoten nylon commercieel levensvatbaar. Met deze nieuwe technologie wordt de polymerisatiesnelheid aanzienlijk verhoogd en worden de stappen die nodig zijn om polymerisatie te bereiken, verminderd.
Vanwege minder verwerkingsbeperkingen biedt gegoten nylon 6 een van de grootste reeksafmetingen en aangepaste vormen van elke thermoplast. Gietstukken zijn onder meer staven, buizen, buizen en platen. Hun grootte varieert van 1 pond tot 400 pond.
Nylon materialen hebben mechanische sterkte en voelen huidvriendelijk aan die gewone materialen niet hebben. Echter, medische apparatuur voor klaporthesen, revalidatierolstoelen en medische verpleegbedden hebben meestal onderdelen nodig met een bepaald draagvermogen, dus PA66 + 15% GF wordt over het algemeen gekozen.
Gefluoreerd ethyleenpropyleen (FEP)
Gefluoreerd ethyleenpropyleen (FEP) heeft alle gewenste eigenschappen van tetrafluorethyleen (TFE) (polytetrafluorethyleen [PTFE]), maar heeft een lagere overlevingstemperatuur van 200 ° C (392 ° F). In tegenstelling tot PTFE kan FEP met conventionele methoden worden spuitgegoten en geëxtrudeerd tot staven, buizen en speciale profielen. Dit wordt een ontwerp- en verwerkingsvoordeel ten opzichte van PTFE. Er zijn staven tot 4,5 inch en platen tot 2 inch verkrijgbaar. De prestatie van FEP onder stralingssterilisatie is iets beter dan die van PTFE.
Hoogwaardige technische kunststoffen
Polyetherimide (PEI)
Ultem 1000 is een thermoplastisch polyetherimide hoog-warmtepolymeer, ontworpen door General Electric Company voor spuitgieten. Door de ontwikkeling van nieuwe extrusietechnologie produceren fabrikanten zoals AL Hyde, Gehr en Ensinger verschillende modellen en maten Ultem 1000. Ultem 1000 combineert uitstekende verwerkbaarheid en heeft kostenbesparende voordelen in vergelijking met PES, PEEK en Kapton in toepassingen met hoge temperaturen (continu gebruik tot 340 ° F). Ultem is autoclaveerbaar.
Polyetheretherketon (PEEK)
Polyetheretherketone (PEEK) is een handelsmerk van Victrex plc (VK), een kristallijn thermoplastisch materiaal op hoge temperatuur met uitstekende hitte- en chemische bestendigheid, evenals uitstekende slijtvastheid en dynamische vermoeidheidsweerstand. Het wordt aanbevolen voor elektrische componenten die een hoge continue bedrijfstemperatuur (480 ° F) vereisen, en een extreem lage uitstoot van rook en giftige dampen die aan vlammen worden blootgesteld.
PEEK voldoet aan de vereisten van Underwriters Laboratories (UL) 94 V-0, 0,080 inch. Het product is extreem goed bestand tegen gammastraling, zelfs beter dan polystyreen. Het enige gebruikelijke oplosmiddel dat PEEK kan aantasten, is geconcentreerd zwavelzuur. PEEK heeft een uitstekende hydrolysebestendigheid en kan in stoom tot 500 ° F werken.
Polytetrafluorethyleen (PTFE)
TFE of PTFE (polytetrafluorethyleen), gewoonlijk Teflon genoemd, is een van de drie fluorkoolstofharsen in de fluorkoolstofgroep, die volledig is samengesteld uit fluor en koolstof. De andere harsen in deze groep, ook wel Teflon genoemd, zijn perfluoralkoxyfluorkoolstof (PFA) en FEP.
De krachten die fluor en koolstof samenbinden, vormen een van de sterkste bekende chemische bindingen tussen nauw symmetrisch gerangschikte atomen. Het resultaat van deze bindingssterkte plus kettingconfiguratie is een relatief dicht, chemisch inert en thermisch stabiel polymeer.
TFE is bestand tegen hitte en bijna alle chemische stoffen. Behalve enkele vreemde soorten, is het onoplosbaar in alle organische stoffen. De elektrische prestaties zijn erg goed. Hoewel het een hoge slagvastheid heeft, in vergelijking met andere technische thermoplasten, zijn de slijtvastheid, treksterkte en kruipweerstand laag.
TFE heeft de laagste diëlektrische constante en laagste dissipatiefactor van alle vaste materialen. Vanwege de sterke chemische verbinding is TFE bijna onaantrekkelijk voor verschillende moleculen. Dit resulteert in een wrijvingscoëfficiënt van slechts 0,05. Hoewel PTFE een lage wrijvingscoëfficiënt heeft, is het niet geschikt voor dragende orthopedische toepassingen vanwege de lage kruipweerstand en lage slijtage-eigenschappen. Sir John Charnley ontdekte dit probleem in zijn baanbrekende werk op het gebied van totale heupprothese eind jaren vijftig.
Polysulfon
Polysulfon werd oorspronkelijk ontwikkeld door BP Amoco en wordt momenteel door Solvay vervaardigd onder de handelsnaam Udel, en polyfenylsulfon wordt verkocht onder de handelsnaam Radel.
Polysulfon is een taaie, stijve, zeer sterke transparante (licht amberkleurige) thermoplast die zijn eigenschappen kan behouden in een breed temperatuurbereik van -150 ° F tot 300 ° F. ontworpen voor FDA-goedgekeurde apparatuur, heeft het ook alle USP Klasse VI (biologische) tests doorstaan. Het voldoet aan de drinkwaternormen van de National Sanitation Foundation, tot 180 ° F. Polysulfon heeft een zeer hoge maatvastheid. Na blootstelling aan kokend water of lucht bij 300 ° F, is de lineaire verandering in afmetingen gewoonlijk een tiende van 1% of minder. Polysulfon heeft een hoge weerstand tegen anorganische zuren, logen en zoutoplossingen; zelfs bij hoge temperaturen onder matige stressniveaus is het goed bestand tegen detergenten en koolwaterstofoliën. Polysulfon is niet bestand tegen polaire organische oplosmiddelen zoals ketonen, gechloreerde koolwaterstoffen en aromatische koolwaterstoffen.
Radel wordt gebruikt voor instrumententrays die een hoge hittebestendigheid en hoge slagvastheid vereisen, en voor autoclaafschaaltoepassingen in ziekenhuizen. Polysulfon-technische hars combineert een hoge sterkte en langdurige weerstand tegen herhaalde stoomsterilisatie. Deze polymeren hebben bewezen alternatieven te zijn voor roestvrij staal en glas. Polysulfon van medische kwaliteit is biologisch inert, heeft een unieke lange levensduur in het sterilisatieproces, kan transparant of ondoorzichtig zijn en is bestand tegen de meest voorkomende ziekenhuischemicaliën.
