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            醫療領域中常用的工程塑料有哪些?

            作者: tianfeng 日期: 2022-06-30 16:18:11 人氣: - 評論: 0
            近年來,全球醫療器械行業保持著快速穩定的增長,平均增幅達4%左右,高于同期國民經濟增長速度。美國、歐洲、日本共同占據全球醫療器械市場的主要市場地位,其中美國是世界上最大的醫療器械生產國和消費國,其消費量穩居行業龍頭地位,世界排名靠前的醫療器械巨頭公司中,美國醫療器械企業數量最多,占比最大。

            本文主要介紹常用的醫用工程塑料,這類塑料由易于加工形狀的材料組成。這些塑料相對于重量往往成本較高,因為大多數材料在加工過程中會因碎屑而損失。

            01

            醫療領域常見工程塑料介紹

            丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)

            三元共聚物由SAN(苯乙烯-丙烯腈)和丁二烯合成橡膠制成。從其結構上來看,ABS的主鏈可以為BS、AB,AS、而相應的枝鏈可以為AS、S、AB等組分。
            ABS是在樹脂的連續相中,分散著橡膠相的聚合物,因此不單純是這三種單體的共聚物或混合物SAN(苯乙烯-丙烯腈)賦予ABS硬度和表面光潔度,丁二烯賦予其韌性,這三種組分的比例可按需要任意調整。通常可用塑料制成4英寸厚的板材和直徑達6英寸的棒材,它可以很容易地粘合和層壓,形成較厚的板材和組件。由于其合理的成本和易于加工,它是計算機數控(CNC)制造原型的流行材料。
            ABS常用于大型醫療器械外殼吸塑,其中近年玻璃纖維填充的ABS被運用到更多地方。

            丙烯酸樹脂(PMMA)

            丙烯酸樹脂實際上是最早的醫療器械塑料之一,并且仍然常用于間變修復體的成型。*丙烯酸基本上是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
            丙烯酸樹脂堅固,清晰,可加工,可粘接。粘合丙烯酸的一種常用方法是與氯甲烷的溶劑粘合。丙烯酸有幾乎無限種類的棒,片和板形狀,以及各種顏色。丙烯酸樹脂特別適用于光管和光學應用。
            標牌和展示用丙烯酸樹脂可以用于基準試驗和原型 ; 但是,在任何臨床試驗中使用之前,必須注意確定醫療級版本。商業級丙烯酸樹脂可能含有抗紫外線,阻燃劑,抗沖改性劑和其他化學品,使他們不適合臨床使用。

            聚氯乙烯(PVC)

            PVC有剛性和柔性兩種形式,具體取決于是否添加增塑劑。PVC通常用于水管。PVC的主要缺點是耐候性差,沖擊強度相對較低,并且熱塑性片材的重量相當高(比重為1.35)。它容易劃傷或損壞,并且具有相對低的熱變形點(160)。
            未增塑PVC以兩種主要配方生產:I型(耐腐蝕性)和II型(高沖擊力)。I型PVC是最常用的PVC,但在要求比I型提供的沖擊強度更高的應用中,II型具有更好的抗沖擊性能,并且耐腐蝕性略有下降。在需要高溫配方的應用中,用于高純度應用的聚偏二氟乙烯(PVDF)可用于約280°F。
            使用增塑聚氯乙烯(plasticizedpvc)所制成的醫療產品最初是用來替代天然橡膠和玻璃在醫療設備中的使用。替代的原因在于:增塑聚氯乙烯類材料具有更易殺菌、更加透明的特點,并且具有更好的化學穩定性和經濟有效性。增塑聚氯乙烯類產品使用方便,并且由于其自身具有柔軟性和彈性,因而可以避免對病人敏感的組織造成損傷并避免使病人產生不舒適感。

            聚碳酸酯(PC)

            聚碳酸酯(PC)是最堅韌的透明塑料,對原型醫療設備非常有用,特別是如果要使用UV固化粘合。PC有棒,板和片材幾種形態,它很容易結合。
            雖然可單獨或組合使用PC的十幾種性能特征,但最常依賴七種。PC具有高沖擊強度,透明水透明性,良好的抗蠕變性,寬廣的使用溫度范圍,尺寸穩定性,耐磨性,硬度和剛性,盡管具有延展性。
            PC通過輻射滅菌容易變色,但有輻射穩定等級可用。

            聚丙烯(PP)

            PP是一種重量輕,價格低廉的聚烯烴塑料,熔點低,因此非常適合熱成型和食品包裝。PP易燃,因此,如果需要耐火性,請尋找阻燃(FR)等級。PP耐彎折,俗稱“百折膠”,需要彎折的應用,可以選用PP。

            聚乙烯(PE)

            聚乙烯(PE)是食品包裝和加工中常用的材料。超高高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有高耐磨性,低摩擦系數,自潤滑性,表面不粘附性和優異的耐化學疲勞性。它還在極低溫度下(例如,液氮,-259℃),也保持較高的性能。UHMWPE在185°F左右開始軟化并失去其耐磨性。
            由于UHMWPE在溫度變化時具有相對較高的膨脹和收縮率,因此不建議在這些環境中進行精密公差應用。
            由于其高表面能,非粘附表面,PE可能難以粘合。組件最容易與緊固件,干涉或卡扣配合在一起。樂泰公司生產氰基丙烯酸酯粘合劑(CYA)(LoctitePrism 表面不敏感的CYA和底漆),用于粘合這些類型的塑料。
            UHMWP用于骨科植入物,取得了巨大成功。它是全髖關節置換術中髖臼杯中最常用的材料,也是全膝關節置換術中脛骨平臺組件中最常見的材料,適用于高度拋光的鈷鉻合金。*請注意,適合骨科植入物使用的材料是特種材料,而不是工業版本。醫用級UHMWPE由Westlake Plastics(Lenni,PA)以商品名Lennite銷售。

            聚甲醛(POM)

            杜邦的Delrin是最知名的POM之一,大多數設計師都用這個名稱來稱呼這種塑料。POM由甲醛合成。POM最初是在20世紀50年代初開發的一種堅韌,耐熱的有色金屬替代品,俗稱“賽鋼”。它是一種堅韌的塑料,具有低摩擦系數和高強度。
            Delrin和類似的POM很難粘合,最好是機械組裝。Delrin通常用于機加工醫療設備原型和閉式夾具。它具有高度可加工性,因此非常適用于需要強度,耐化學性和符合FDA標準的材料的機加工設備原型。
            Delrin的一個缺點是它對輻射滅菌的敏感性,這往往會使POM變脆。如果輻射消毒,卡扣配合,塑料彈簧機構和負載下的薄切片可能會破裂。如果要對乙POM部件進行滅菌,請考慮使用EtO,Steris或高壓滅菌器,具體取決于設備是否包含任何敏感組件,如電子設備。

            尼龍(聚酰胺,PA)

            尼龍有6/6和6/12配方可供選擇。尼龍堅韌耐熱。標識符6/6和6/12是指聚合物鏈中的碳原子數,6/12是一種具有更高耐熱性的長鏈尼龍。尼龍不像ABS或Delrin(POM)那樣可加工,因為它往往會在可能需要去毛刺的部件邊緣留下粘性切屑。
            尼龍6,最常見的是鑄造尼龍,二戰前由杜邦公司開發的。然而,直到1956年,隨著化合物(助催化劑和促進劑)的發現,鑄造尼龍才具有商業可行性。采用這種新技術,聚合速度大大提高,實現聚合所需的步驟減少。
            由于加工限制較少,鑄造尼龍6提供了最大陣列尺寸和任何熱塑性塑料定制形狀之一。鑄件有棒材,管材,管材和板材。它們的尺寸范圍從1磅到400磅不等。
            尼龍材料擁有普通材料沒有的機械強度和親膚手感,而醫療器材足下垂矯正器、康復輪椅、醫用護理床通常需要一定承重能力的部件,所以一般都會選擇PA66+15%GF。

            氟化乙烯丙烯(FEP)

            氟化乙烯丙烯(FEP)具有四氟乙烯(TFE)(聚四氟乙烯[PTFE])的所有理想特性,但具有較低的存活溫度200℃(392℉)。與PTFE不同,FEP可以通過常規方法注塑成型并擠出成棒材,管材和特殊型材。這成為優于PTFE的設計和處理優勢。可提供高達4.5英寸的棒材和高達2英寸的板材,FEP在輻射滅菌下的性能略優于PTFE。

            02

            高性能工程塑料

            聚醚酰亞胺(PEI)

            Ultem 1000是一種熱塑性聚醚酰亞胺高熱聚合物,由通用電氣公司設計,用于注塑加工。通過開發新的擠出技術,A. L. Hyde,Gehr和Ensinger等制造商生產各種型號和尺寸的Ultem 1000。Ultem 1000結合了卓越的可加工性,與高熱應用中的PES,PEEK和Kapton相比具有成本節約優勢(連續使用至340°F)。Ultem耐高壓滅菌

            聚醚醚酮(PEEK )

            Polyetheretherketone(PEEK)是Victrex plc(英國)的商標,是一種結晶高溫熱塑性塑料,具有出色的耐熱性和耐化學性以及出色的耐磨性和動態疲勞性。建議用于需要高連續工作溫度(480°F),暴露在火焰中的煙霧和有毒煙霧排放極低的電氣元件。
            PEEK符合Underwriters Laboratories(UL)94 V-0要求,0.080英寸。該產品對γ輻射具有極強的抵抗力,甚至超過了聚苯乙烯的耐受性。唯一可以攻擊PEEK的常用溶劑是濃硫酸。PEEK的耐水解性非常出色,可在高達500°F的蒸汽中運行。

            聚四氟乙烯(PTFE)

            TFE或PTFE(聚四氟乙烯),通常稱為Teflon,是氟碳類中的三種氟碳樹脂之一,完全由氟和碳組成。該組中的其他樹脂,也稱為Teflon,是全氟烷氧基碳氟化合物(PFA)和FEP。
            結合氟和碳的力一起提供了緊密對稱排列的原子中最強的已知化學鍵之一。這種粘合強度加上鏈構型的結果是相對致密的,化學惰性的,熱穩定的聚合物。
            TFE抵抗熱量和幾乎所有化學物質的攻擊。除少數外來物種外,它不溶于所有有機物。它的電氣性能非常好。雖然它具有高沖擊強度,但與其他工程型熱塑性塑料相比,其耐磨性,抗拉強度和抗蠕變性低。
            TFE具有所有固體材料的最低介電常數和最低耗散因數。由于其強大的化學連接,TFE對不同分子幾乎沒有吸引力。這導致摩擦系數低至0.05。雖然PTFE具有低摩擦系數,但由于其低抗蠕變性和低磨損性,因此不適合用于承重骨科應用。John Charnley爵士在20世紀50年代后期的全髖關節置換術的開創性工作中發現了這個問題。*

            聚砜

            聚砜最初由BP Amoco開發,目前由Solvay以商品名Udel制造,聚苯砜以商品名Radel出售。
            聚砜是一種堅韌,剛性,高強度的透明(淺琥珀色)熱塑性塑料,可在-150°F至300°F的寬溫度范圍內保持其性能。設計用于FDA認可的設備,它也通過了USP VI級(生物)的所有測試。它符合國家衛生基金會的飲用水標準,最高可達180°F。聚砜具有非常高的尺寸穩定性,在300°F下暴露于沸水或空氣后,線性尺寸的變化通常為1%或更小的十分之一。聚砜對無機酸,堿和鹽溶液具有很高的耐受性;即使在中等應力水平下的高溫下,對洗滌劑和烴油的耐受性也是良好的。聚砜不耐極性有機溶劑,如酮,氯代烴和芳烴。
            Radel用于需要高耐熱性和高沖擊強度的儀器托盤,用于醫院高壓滅菌器托盤應用。聚砜工程樹脂結合了高強度和長期耐重復蒸汽滅菌。這些聚合物已被證明是不銹鋼和玻璃的替代品。醫用級聚砜具有生物惰性,在滅菌過程中具有獨特的長壽命,可以是透明或不透明的,并且對大多數常見的醫院化學品具有耐受性。


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