Hochleistungskunststoffe für biowissenschaftliche, medizinische und analytische Anwendungen

Hochleistungsthermoplaste bieten eine Reihe von Vorteilen für Komponenten und Geräte, die in den verschiedenen Bereichen der Biowissenschaften, der Medizin und der analytischen Laborausrüstung eingesetzt werden. Für diese sehr unterschiedlichen Anwendungen gibt es verschiedene Kategorien von Thermoplasten. Eine Kategorie von Werkstoffen umfasst Kunststoffe, die spezifische funktionelle Eigenschaften für Komponenten aufweisen, die in Geräten oder Anlagen enthalten sind und keinen direkten menschlichen Kontakt haben. Drake Plastics bietet ein beeindruckendes Portfolio an Ultra-Hochleistungsthermoplasten für diese Anwendungen. Dazu gehören verschiedene Typen von Victrex® PEEK (Polyetheretherketon), KetaSpire® PEEK von Solvay, Torlon® PAI (Polyamidimid), AvaSpire® PAEK (Polyaryletherketon) und Ryton® PPS (Polyphenylensulfid) sowie UltemTM PEI (Polyetherimid) von Sabic. Diese Werkstoffe bieten verschiedene Kombinationen aus hoher Festigkeit bei extremen Temperaturen, langfristiger Verschleißfestigkeit bei dynamischer Belastung – in vielen Fällen ohne externe Schmierung -, der Fähigkeit, aggressiven Chemikalien zu widerstehen, und hervorragenden elektrischen Eigenschaften. Victrex PEEK und KetaSpire PEEK, AvaSpire PAEK und Ultem PEI weisen auch eine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit gegenüber einer längeren Einwirkung von Dampf und heißem Wasser auf.

Eine weitere Gruppe von Thermoplasten, die in medizinischen und biowissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt werden, fällt unter den Begriff biokompatible Materialien. Sie erfüllen strenge Anforderungen sowohl für implantierbare als auch für nicht-implantierbare Geräte und Komponenten, die in direktem Kontakt mit dem menschlichen Körper stehen. Diese Materialien müssen strenge Konformitätsmaßnahmen und Zertifizierungen für ihren Verwendungszweck einhalten. Dementsprechend beschränkt Drake seine Aktivitäten im Bereich der biokompatiblen und humanen Implantatmaterialien, einschließlich Zeniva PEEK von Solvay und anderen, auf einen speziellen Betrieb, der über die nötige Branchenerfahrung, das Wissen, die Qualitätssysteme und die auf diese speziellen Thermoplaste zugeschnittenen Verfahren verfügt.

Standard-Hochleistungsthermoplaste in berührungslosen Anwendungen

Zu den funktionellen Vorteilen der Standard-Hochleistungspolymere von Drake Plastics gehören die Beständigkeit gegen eine Vielzahl von Chemikalien, die hohe Festigkeit und Zähigkeit auch bei extremen Temperaturen sowie die elektrischen und thermischen Isolierungs- und Isolationseigenschaften. Diese Thermoplaste weisen auch eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit für tragende und bewegliche Teile wie Zahnräder, Rollen, Lager und Buchsen auf. Sie werden intern in vielen medizinischen und analytischen Geräten verwendet, wo sie keinem Körperkontakt ausgesetzt sind. Drake Plastics verarbeitet beispielsweise sein Torlon 4203 PAI (Polyamid-Imid) Seamless Tube® zu hoch verschleißfesten Walzen, die eine lange Lebensdauer in peristaltischen Pumpen gewährleisten. Torlon 4275 PAI bietet auch langfristige Verschleißfestigkeit, hohe Festigkeit und die Fähigkeit, präzise Abmessungen unter Temperaturschwankungen in internen Buchsen für die Prothetik beizubehalten.

PEEK, das für seine Kombination aus Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien bekannt ist, wird auch für zahlreiche funktionelle Anwendungen in medizinischen, analytischen und biowissenschaftlichen Geräten eingesetzt. Drake Plastics liefert verschiedene Typen von Victrex® PEEK und KetaSpire® PEEK von Solvay als extrudierte, zerspanbare Halbzeuge sowie maschinell bearbeitete und spritzgegossene Komponenten für diese Anwendungen. Präzisionsgefertigte Lager aus Drakes 450FC30 PEEK-Stab kombinieren hohe Steifigkeit und schmierungsfreie Verschleißfestigkeit für langfristige Zuverlässigkeit in Hochgeschwindigkeits-Elektromotoren, die mikrochirurgische Instrumente antreiben. Die Anwendung dient auch dazu, die elektrischen Eigenschaften hervorzuheben, die für viele Drake-Hochleistungsthermoplaste typisch sind, ein Vorteil, der für ihren Einsatz in Anwendungen, bei denen elektrische Isolierung und Wärmeisolierung wichtig sind, spricht.

Drake extrudiert das Hochtemperatur-PEEK KetaSpire KT820 NT von Solvay zu Stäben und bearbeitet dann Abstandshalter mit Präzisionstoleranz, die elektrische Komponenten in Elektromotoren in chirurgischen Geräten isolieren und abdichten.

KetaSpire PEEK für hohe Temperaturen erweitert die inhärente Verschleißfestigkeit, chemische Inertheit und hohe Festigkeit dieser Hochleistungspolymerfamilie auf Anwendungen, die eine Steigerung der thermischen Eigenschaften erfordern, die über das hinausgehen, was Standard-PEEK-Typen wie KetaSpire KT-820 und Victrex 450G leisten können. Hochtemperatur-PEEK ist bei Drake Plastics als Lagerformate sowie als präzisionsgefertigte und spritzgegossene Komponenten erhältlich. Im Vergleich zu Standard-PEEK-Formulierungen weist es außerdem eine höhere Festigkeit auf.

Aufgrund ihrer außergewöhnlichen chemischen Beständigkeit und Dimensionsstabilität bei Temperaturschwankungen werden Torlon PAI, PEEK, High Temp PEEK, Ultem PEI, Ryton R-4 PPS und AvaSpire PAEK auch für interne Komponenten in Analysegeräten im Bereich der Biowissenschaften eingesetzt. Drake Plastics bietet eine Reihe von Materialien in Form von Lagerformen und präzisen CNC-gefertigten und spritzgegossenen Teilen an, um die unterschiedlichen Leistungsanforderungen dieser Anwendungen effektiv und effizient zu erfüllen.

Drake Plastics ist ein anerkannter Spezialist für Ultra-Hochleistungspolymere. Unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Zusammenarbeit hat den Ingenieuren geholfen, Lösungen für die Materialauswahl und die Produktion von Bauteilen für zahlreiche Flugzeuganwendungen wie diese zu entwickeln.

Typische Anwendungen: Hochleistungsthermoplaste für nicht-körperberührte Bauteile

  • Die Rollen in Schlauchpumpen bestehen aus hochfestem Torlon 4203 PAI, das eine hohe Verschleißfestigkeit und lange Lebensdauer gewährleistet.
  • Lager, die in Motoren für mikrochirurgische Instrumente verwendet werden, werden aus dem zu 30 % kohlenstofffaserverstärkten PEEK 450FC30 Stab von Drake gefertigt, um einen schmierungsfreien Betrieb in diesen Hochgeschwindigkeitswerkzeugen zu gewährleisten.
  • Rotoren und Statoren für HPLC-Geräte (Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie) werden im Spritzgussverfahren aus Kohlefaser-PEEK hergestellt, das sich durch chemische Inertheit und Festigkeit auszeichnet.
  • Elektrische Abstandshalter in Motoren für chirurgische Werkzeuge werden aus Victrex KT820 NT PEEK-Stäben von Drake gefertigt. Sie bieten Isolier- und Dichtungseigenschaften für die internen Komponenten.
  • Prothesenbuchsen aus Torlon 4301 PAI Seamless Tube® von Drake bieten Präzisionstoleranzen und Verschleißfestigkeit für interne Komponenten unter dynamischer Belastung. Nahtlose Rohre reduzieren außerdem die Bearbeitungszeit und den Materialverlust im Vergleich zu massiven Stangen.
  • Lagerkäfige, die in Hochgeschwindigkeits-Dentalbohrmotoren verwendet werden, verlassen sich auf Torlon 4301 PAI und Torlon 4275 PAI für eine lange Lebensdauer.
  • Vakuumbarriereschäfte für die pharmazeutische Flaschenabfüllung profitieren von der chemischen Inertheit von PEEK, der Beständigkeit gegen Dampf und Heißwasser und der Einhaltung von Vorschriften für die Handhabung von Nahrungsmitteln.
  • Komponenten für Analysegeräte wie Fittings, Ventile, Verteiler, Dichtungen und Klemmringe werden aus PEEK, Ryton PPS und AvaSpire PAEK hergestellt, die sich durch hohe Festigkeit und chemische Beständigkeit auszeichnen.
  • Präzisionsgefertigte Buchsen für chirurgische Hochgeschwindigkeitsroboter aus 30 % kohlefaserverstärktem PEEK 450FC30 bieten die für eine zuverlässige Langzeitleistung erforderliche Festigkeit und Verschleißfestigkeit.

Biokompatible Materialien für medizinische und biowissenschaftliche Anwendungen

Biokompatible Hochleistungsthermoplaste zur Verwendung in Anwendungen, die mit dem menschlichen Körper in Berührung kommen, fallen in Kategorien, die typischerweise als nicht-implantierbare und implantierbare Materialien bezeichnet werden.

Einige der Polymerfamilien, die Drake Plastics routinemäßig extrudiert, bearbeitet und spritzgießt, umfassen Harze, die von den Herstellern als medizinische und biokompatible Typen für diese Anwendungen bezeichnet werden. Besonders erwähnenswert sind bestimmte Qualitäten von Victrex und Solvay’s KetaSpire PEEK, Sabic’s Ultem PEI und Solvay’s AvaSpire PAEK. Für die Verwendung in Anwendungen mit Körperkontakt müssen diese medizinischen Qualitäten jedoch zu Recht strenge Industrienormen und Qualitätsverfahren einhalten. Um das erforderliche Maß an Konformität zu gewährleisten, überlässt Drake Plastics diese Anwendungen den Betrieben, die sich ausschließlich mit biokompatiblen Materialien und Anwendungen beschäftigen.

PEEK (Polyetheretherketon)

PEEK (Polyetheretherketon) ist die bedeutendste biokompatible Werkstofffamilie unter den Hochleistungsthermoplasten. Es unterscheidet sich von anderen biokompatiblen Materialien durch seine Verwendung für implantierbare medizinische Anwendungen sowie für allgemeine medizinische Geräte und Gerätekomponenten.

Aufgrund seines hohen Molekulargewichts und seiner Schmelzfestigkeit eignet sich PEEK für die Extrusion zu Rohteilen auch mit großen Querschnitten. Biokompatible PEEK-Typen für allgemeine medizinische Anwendungen und für die Implantation beim Menschen werden in der Regel in Form von Stäben, Platten und Rohren extrudiert und dann durch Präzisionsbearbeitung zu Komponenten für die Verwendung in vielen verschiedenen Arten von Geräten und Anlagen verarbeitet.

Die physikalischen Eigenschaften von PEEK machen es zu einer hervorragenden Wahl für viele Anwendungen, die auch Biokompatibilität erfordern. Es zeichnet sich durch Verschleißfestigkeit, Zähigkeit, Steifigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien sowie Heißwasser und Dampf aus. Mit einer Tg (Glasübergangstemperatur) von 143°C und. einer Wärmeformbeständigkeit von 152°C behält es seine Festigkeit auch bei extremen Temperaturen. PEEK ist auch bei großen Temperaturschwankungen maßhaltig.

Die Anwendungen von PEEK in den Biowissenschaften reichen von medizinischen Geräten und wiederverwendbaren Instrumenten, die wiederholt im Autoklaven gelagert werden, bis hin zu zahlreichen implantierbaren Komponenten, die in Bereichen wie der Wirbelsäulen-, Koronar- und orthopädischen Medizin eingesetzt werden.

UltemTM PEI (polyetherimide)

Dank seiner ausgezeichneten Beständigkeit gegenüber heißem Wasser und Dampf kann Ultem PEI wiederholten Dampfautoklavenzyklen standhalten und seine Festigkeit in Umgebungen mit hohen Temperaturen bis zu 170oC) beibehalten. Außerdem weist es eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit auf. Diese Eigenschaften führen zur Verwendung für wiederverwendbare medizinische Geräte und chirurgische Instrumente, die eine wiederholte Dampfsterilisation erfordern. Seine soliden elektrischen Eigenschaften machen es auch zu einer guten Wahl für die Isolierung von Komponenten in Laborgeräten.

AvaSpire® PAEK (polyaryletherketone)

AvaSpire® PAEK von Solvay wird häufig als Alternative zu PEEK für nicht-implantierbare Komponenten betrachtet, bei denen die chemische und thermische Beständigkeit von PEEK nicht unbedingt erforderlich ist. Wie PEEK und Ultem PEI verfügt auch AvaSpire PAEK über die nötige Zähigkeit und Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Dampf und heißem Wasser, um sich für chirurgische Instrumente zu eignen, die mehrfach verwendet und wiederholt sterilisiert werden. Typische Anwendungen sind Griffe, Knöpfe, Griffe, Retraktoren und Instrumentensiebe.

Leistungssteigernde Zusatzstoffe

Ein großer Vorteil der Ultra-Hochleistungsthermoplaste gegenüber anderen Materialformen ist ihre Fähigkeit, leistungssteigernde Additive während der Verarbeitung durch die Harzhersteller gleichmäßig einzubringen. Beispiele hierfür sind Formulierungen mit verbesserter Verschleißfestigkeit für innere bewegliche Teile. Die Kohlefaserverstärkung bietet auch eine höhere Festigkeit, ein Vorteil für chirurgische Werkzeuggriffe, Sonden und Extraktoren. Die Faserverstärkung in medizinischen Qualitäten hat auch keine nachteiligen Auswirkungen auf die inhärente Beständigkeit der Materialien gegen Chemikalien und wiederholte Dampfsterilisation.

Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, Hochtemperatur-PEEK HT und Ultem PEI beweisen mit ihrer wachsenden Zahl von Anwendungserfolgen ihren Wert als leichte und zuverlässige Hochleistungsmaterialien für Raumfahrtkomponenten. Die umfassende Familie der leichten Polymerwerkstoffe von Drake Plastics bietet Ingenieuren die Möglichkeit, die optimale Kombination aus Festigkeit, Stabilität, Lager- und Verschleißeigenschaften sowie Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit zu wählen, die ihren Anwendungsanforderungen am besten entspricht. Insbesondere die Zähigkeit der Torlon PAI- und PEEK-Polymere bei kryogenen Temperaturen in Verbindung mit ihren geringen Ausgasungseigenschaften und ihrer Beständigkeit gegenüber einer Verschlechterung der Eigenschaften durch hohe Strahlung hat sie bereits zu den bevorzugten Materialien für eine Vielzahl von Luft- und Raumfahrtkomponenten gemacht.

Typische Anwendungen: Biokompatible Hochleistungsthermoplaste

  • Allgemeine medizinische Anwendungen
    • Chirurgische Instrumente aus Ultem PEI, Victrex und Solvay KetaSpire PEEK und AvaSpire PAEK, die immer wieder verwendet werden, weisen eine lange Lebensdauer nach mehreren Dampfsterilisationszyklen auf.
    • Die Sonden und Extraktoren bestehen aus kohlenstofffaserverstärktem PEEK und PAEK und zeichnen sich durch hohe Steifigkeit, Stabilität und Langlebigkeit bei mehreren Sterilisationszyklen aus.
  • Implantierbares PEEK wie Zeniva ZA-500 und Invibio von Victrex:
    • Wirbelsäulen-Implantate
    • Kardiovaskuläre chirurgische Geräte
    • Komponenten für Gelenkersatz
    • Implantierbare Nahtanker
    • Trauma-Fixierungskomponenten aus kohlefaserverstärktem PEEK

Präzisionsbearbeitung biokompatibler Materialien für Kunden aus der Medizin- und Life-Science-Branche

Aufgrund unserer anerkannt strengen Qualitätsmanagementverfahren, einschließlich Rückverfolgbarkeit und Konformitätsdokumentation, wird Drake Plastics häufig als Quelle für Komponenten herangezogen, die in vielen medizinischen Anwendungen verwendet werden, die Biokompatibilität erfordern. In diesen Fällen stellen die Kunden ihre biokompatiblen Rohformen für die Bearbeitung oder Harzmischungen für das Spritzgießen zu fertigen Teilen zur Verfügung. A notable example involves Drake Plastics’ precision-machining implantable suture anchors for a client who supplies its own stock shapes made from Victrex LLC’s biocompatible Invibio PEEK.