PEEK e tubi medicali: ecco cosa devi sapere

Jan 27, 2024

26 aprile 2019 Di Nancy Crotti

Estrusioni multi-lume Apollo di Jonathan Jurgaitis, ingegnere senior di estrusione ed esperto di alte temperature di Spectrum Plastics Group. (Immagine per gentile concessione di Spectrum Plastics Group)

Per ottenere l'estrusione con le massime prestazioni, sia il progettista del componente che l'estrusore devono comprendere i molteplici aspetti di un materiale per tubi medicali come il polietereterchetone (PEEK).

Jonathan Jurgaitis, Apollo Medical Extrusion di Spectrum Plastics Group

Il PEEK offre proprietà migliorate che lo rendono un materiale interessante per le applicazioni di tubi per progettisti e ingegneri di dispositivi medici. La sua elevata robustezza, resistenza agli agenti chimici più estremi e stabilità dimensionale alle alte temperature funzionano bene in dispositivi progettati per procedure neurovascolari e ortopediche all'avanguardia, nonché per componenti meccanici di dispositivi medici e di accesso.

I progettisti, gli ingegneri e persino gli addetti alla lavorazione dei dispositivi devono conoscere diversi aspetti del PEEK per incorporarlo con successo in un dispositivo o catetere.

Gli esperti considerano il PEEK un polimero ad alta temperatura a causa della sua elevata temperatura di lavorazione di circa 700 °F. Ciò significa che i produttori di tubi non possono lavorare il PEEK su estrusori termoplastici standard ma devono invece dotare gli estrusori di riscaldatori più potenti. I metalli da costruzione devono essere leghe a minore espansione termica.

L'aspetto ad alto calore del PEEK entra in gioco nei dispositivi di produzione che utilizzano più componenti, in particolare nei processi di fabbricazione che richiedono trattamenti termici, come sovrastampaggio, processi di rifusione e saldatura termica. Il PEEK rimane dimensionalmente stabile a temperature comprese tra 465 °F e 500 °F e ha un punto di fusione di 644 °F.

Queste temperature "normali" del PEEK, comprese tra 200 °F e 300 °F, sono più elevate rispetto ai tipici materiali termoplastici medicali "a bassa temperatura". Ciò significa che i processi termici per legare il PEEK ad altri materiali termoplastici, come la saldatura termica e la rifusione, nella migliore delle ipotesi avranno solo un legame meccanico con una parte in PEEK.

Potrebbero essere necessarie ulteriori caratteristiche di progettazione per garantire forti legami tra questi materiali termicamente diversi. Le macchine per eseguire questo trattamento termico secondario devono anche essere in grado di raggiungere temperature di lavorazione elevate per il PEEK.

Il PEEK ha un basso coefficiente di attrito, una proprietà vantaggiosa per molte applicazioni di cateteri, come le procedure neurovascolari o altre procedure che utilizzano tubi microbore. Il coefficiente di PEEK può essere compreso tra 0,35, rispetto ai fluoropolimeri, che sono compresi tra 0,1 e 0,2.

Per le applicazioni microbore, il PEEK consente un movimento fluido attraverso il sistema vascolare e l'accesso per dispositivi senza rivestimenti o rivestimenti lubrificanti. Queste procedure possono anche trarre vantaggio dalla rigidità, dalla capacità di spinta e dalla risposta alla coppia del PEEK a diametri molto inferiori a 2 French. Per ottenere prestazioni simili, altri materiali dovrebbero non solo essere intrecciati ma anche avere pareti più spesse e finire per costare molto di più. Molte altre applicazioni, come boccole, componenti soggetti ad usura per la filatura o utensili scorrevoli e dispositivi di accesso agli utensili, possono trarre vantaggio dal potere lubrificante del PEEK.

Il PEEK è un polimero semicristallino, il che significa che una parte delle sue molecole si allinea e forma strutture cristalline. I legami tra le molecole nelle regioni cristalline sono piuttosto forti e richiedono molta energia o forza per allentarli o romperli. Questi forti legami conferiscono inoltre al PEEK la sua estrema resistenza chimica, la sua stabilità termica alle alte temperature e la sua rigidità.

Alcuni materiali semicristallini, come acetale, HDPE e polipropilene, cristallizzeranno completamente indipendentemente dal metodo di lavorazione, ma è possibile congelare il PEEK in uno stato amorfo prima che possa raggiungere il suo stato semicristallino. In uno stato amorfo, tutte le proprietà del PEEK diminuiscono. Ciò può danneggiare i componenti medici in situazioni come la sterilizzazione, l'esposizione a sostanze chimiche estreme e ripetuti cicli di flessione, causando la modifica di forma e dimensione dei componenti in PEEK, la rottura da stress e prestazioni inferiori.