醫(yī)療領(lǐng)域常用工程塑料介紹

時(shí)間：2020-08-19 00:00:00 瀏覽次數(shù)：2817 作者：

本文主要介紹常用的醫(yī)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(duì)于重量往往成本較高，因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料在加工過程中會(huì)因碎屑而損失。下面列出了一些適用于加工的更容易獲得的材料，這些材料以符合FDA標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)銷售。這些材料與塑料供應(yīng)商一起列為工程塑料。請(qǐng)咨詢您的供應(yīng)商，以確保您訂購的材料符合FDA的標(biāo)準(zhǔn)，符合您的預(yù)期用途。并非所有這里列出的塑料都有US

本文主要介紹常用的醫(yī)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(duì)于重量往往成本較高，因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料在加工過程中會(huì)因碎屑而損失。

下面列出了一些適用于加工的更容易獲得的材料，這些材料以符合FDA標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)銷售。這些材料與塑料供應(yīng)商一起列為工程塑料。請(qǐng)咨詢您的供應(yīng)商，以確保您訂購的材料符合FDA的標(biāo)準(zhǔn)，符合您的預(yù)期用途。并非所有這里列出的塑料都有USP VI級(jí)等級(jí)。然而，如果該應(yīng)用不涉及患者接觸或用于患者接觸的液體通過，則這不是問題。

我們還列出了一些高性能工程塑料。這些適用于特殊要求的應(yīng)用。與通用塑料相比，這些塑料的成本可能非常高。

1. 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。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。通?？捎盟芰现瞥?英寸厚的板材和直徑達(dá)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(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）制造原型的流行材料。

圖 INEOS ABS材料應(yīng)用于輸液穿刺器

2. 丙烯酸樹脂（PMMA）

丙烯酸樹脂實(shí)際上是最早的醫(yī)療器械塑料之一，并且仍然常用于間變修復(fù)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(jiān)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(xué)應(yīng)用。

標(biāo)牌和展示用丙烯酸樹脂可以用于基準(zhǔn)試驗(yàn)和原型 ; 但是，在任何臨床試驗(yàn)中使用之前，必須注意確定醫(yī)療級(jí)版本。商業(yè)級(jí)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(xué)品，使他們不適合臨床使用。

3. 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(diǎn)是耐候性差，沖擊強(qiáng)度相對(duì)較低，并且熱塑性片材的重量相當(dāng)高（比重為1.35）。它容易劃傷或損壞，并且具有相對(duì)低的熱變形點(diǎn)（160）。

未增塑PVC以兩種主要配方生產(chǎn)：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(qiáng)度更高的應(yīng)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(yīng)用中，用于高純度應(yīng)用的聚偏二氟乙烯（PVDF）可用于約280°F。

4. 聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯（PC）是最堅(jiān)韌的透明塑料，對(duì)原型醫(yī)療設(shè)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(tài)，它很容易結(jié)合。

雖然可單獨(dú)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(qiáng)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(wěn)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(wěn)定等級(jí)可用。

5. 聚丙烯（PP）

PP是一種重量輕，價(jià)格低廉的聚烯烴塑料，熔點(diǎn)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(qǐng)尋找阻燃（FR）等級(jí)。PP耐彎折，俗稱“百折膠”，需要彎折的應(yīng)用，可以選用PP。

圖利安德巴塞爾PP 在皮膚檢測器應(yīng)用

6. 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(shù)，自潤滑性，表面不粘附性和優(yōu)異的耐化學(xué)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(shí)具有相對(duì)較高的膨脹和收縮率，因此不建議在這些環(huán)境中進(jìn)行精密公差應(yīng)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(chǎn)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。

UHMWPE也用于骨科植入物，取得了巨大成功。它是全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中髖臼杯中最常用的材料，也是全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中脛骨平臺(tái)組件中最常見的材料，適用于高度拋光的鈷鉻合金。*請(qǐng)注意，適合骨科植入物使用的材料是特種材料，而不是工業(yè)版本。醫(yī)用級(jí)UHMWPE由Westlake Plastics（Lenni，PA）以商品名Lennite銷售。

7. 聚甲醛（POM）

杜邦的Delrin是最知名的POM之一，大多數(shù)設(shè)計(jì)師都用這個(gè)名稱來稱呼這種塑料。POM由甲醛合成。POM最初是在20世紀(jì)50年代初開發(fā)的一種堅(jiān)韌，耐熱的有色金屬替代品，俗稱“賽鋼”。它是一種堅(jiān)韌的塑料，具有低摩擦系數(shù)和高強(qiáng)度。

Delrin和類似的POM很難粘合，最好是機(jī)械組裝。Delrin通常用于機(jī)加工醫(yī)療設(shè)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(qiáng)度，耐化學(xué)性和符合FDA標(biāo)準(zhǔn)的材料的機(jī)加工設(shè)備原型。

Delrin的一個(gè)缺點(diǎn)是它對(duì)輻射滅菌的敏感性，這往往會(huì)使POM變脆。如果輻射消毒，卡扣配合，塑料彈簧機(jī)構(gòu)和負(fù)載下的薄切片可能會(huì)破裂。如果要對(duì)乙POM部件進(jìn)行滅菌，請(qǐng)考慮使用EtO，Steris或高壓滅菌器，具體取決于設(shè)備是否包含任何敏感組件，如電子設(shè)備。

8. 尼龍（聚酰胺，PA）

尼龍有6/6和6/12配方可供選擇。尼龍堅(jiān)韌耐熱。標(biāo)識(shí)符6/6和6/12是指聚合物鏈中的碳原子數(shù), 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?yàn)樗鶗?huì)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(zhàn)前由杜邦公司開發(fā)的。然而，直到1956年，隨著化合物（助催化劑和促進(jìn)劑）的發(fā)現(xiàn)，鑄造尼龍才具有商業(yè)可行性。采用這種新技術(shù)，聚合速度大大提高，實(shí)現(xiàn)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。

9. 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，F(xiàn)EP可以通過常規(guī)方法注塑成型并擠出成棒材，管材和特殊型材。這成為優(yōu)于PTFE的設(shè)計(jì)和處理優(yōu)勢?？商峁└哌_(dá)4.5英寸的棒材和高達(dá)2英寸的板材，F(xiàn)EP在輻射滅菌下的性能略優(yōu)于PTFE。

高性能工程塑料

注意：這些高性能工程塑料的可用性（特殊訂單）可能更受限制。有些也可能相當(dāng)昂貴。

10. 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(shè)計(jì)，用于注塑加工。通過開發(fā)新的擠出技術(shù)，A. L. Hyde，Gehr和Ensinger等制造商生產(chǎn)各種型號(hào)和尺寸的Ultem 1000。Ultem 1000結(jié)合了卓越的可加工性，與高熱應(yīng)用中的PES，PEEK和Kapton相比具有成本節(jié)約優(yōu)勢（連續(xù)使用至340°F）。Ultem耐高壓滅菌。

11. 聚醚醚酮（PEEK ）

Polyetheretherketone（PEEK）是Victrex plc（英國）的商標(biāo)，是一種結(jié)晶高溫?zé)崴苄运芰?，具有出色的耐熱性和耐化學(xué)性以及出色的耐磨性和動(dòng)態(tài)疲勞性。建議用于需要高連續(xù)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(chǎn)品對(duì)γ輻射具有極強(qiáng)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(dá)500°F的蒸汽中運(yùn)行。

12. 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(jié)合氟和碳的力一起提供了緊密對(duì)稱排列的原子中最強(qiáng)的已知化學(xué)鍵之一。這種粘合強(qiáng)度加上鏈構(gòu)型的結(jié)果是相對(duì)致密的，化學(xué)惰性的，熱穩(wěn)定的聚合物。

TFE抵抗熱量和幾乎所有化學(xué)物質(zhì)的攻擊。除少數(shù)外來物種外，它不溶于所有有機(jī)物。它的電氣性能非常好。雖然它具有高沖擊強(qiáng)度，但與其他工程型熱塑性塑料相比，其耐磨性，抗拉強(qiáng)度和抗蠕變性低。

TFE具有所有固體材料的最低介電常數(shù)和最低耗散因數(shù)。由于其強(qiáng)大的化學(xué)連接，TFE對(duì)不同分子幾乎沒有吸引力。這導(dǎo)致摩擦系數(shù)低至0.05。雖然PTFE具有低摩擦系數(shù)，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(yīng)用。John Charnley爵士在20世紀(jì)50年代后期的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的開創(chuàng)性工作中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題。*

注意：含氟聚合物（TFE和PTFE）對(duì)輻射滅菌敏感。PTFE顯然很難粘合;然而，化學(xué)或等離子體蝕刻可用于產(chǎn)生可粘合表面。

13. 聚砜和聚苯砜（簡稱PSF或PSU）

聚砜最初由BP Amoco開發(fā)，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(jiān)韌，剛性，高強(qiáng)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(nèi)保持其性能。設(shè)計(jì)用于FDA認(rèn)可的設(shè)備，它也通過了USP VI級(jí)（生物）的所有測試。它符合國家衛(wèi)生基金會(huì)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，最高可達(dá)180°F。聚砜具有非常高的尺寸穩(wěn)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(duì)無機(jī)酸，堿和鹽溶液具有很高的耐受性；即使在中等應(yīng)力水平下的高溫下，對(duì)洗滌劑和烴油的耐受性也是良好的。聚砜不耐極性有機(jī)溶劑，如酮，氯代烴和芳烴。

Radel用于需要高耐熱性和高沖擊強(qiáng)度的儀器托盤，用于醫(yī)院高壓滅菌器托盤應(yīng)用。聚砜工程樹脂結(jié)合了高強(qiáng)度和長期耐重復(fù)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(yī)用級(jí)聚砜具有生物惰性，在滅菌過程中具有獨(dú)特的長壽命，可以是透明或不透明的，并且對(duì)大多數(shù)常見的醫(yī)院化學(xué)品具有耐受性。

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