PEEK y tubos médicos: esto es lo que necesita saber

Jan 27, 2024

26 de abril de 2019 Por Nancy Crotti

Extrusiones de múltiples lúmenes Apollo realizadas por el ingeniero senior de extrusión y experto en altas temperaturas de Spectrum Plastics Group, Jonathan Jurgaitis. (Imagen cortesía de Spectrum Plastics Group)

Para lograr la extrusión de mayor rendimiento, tanto el diseñador del componente como el extrusor deben comprender los numerosos aspectos de un material de tubo médico como la polieteretercetona (PEEK).

Jonathan Jurgaitis, Apollo Medical Extrusion de Spectrum Plastics Group

PEEK ofrece propiedades mejoradas que lo convierten en un material atractivo para aplicaciones de tubos para diseñadores e ingenieros de dispositivos médicos. Su alta resistencia a los productos químicos más extremos y su estabilidad dimensional a altas temperaturas funcionan bien en dispositivos diseñados para procedimientos neurovasculares y ortopédicos de última generación, así como para componentes mecánicos de dispositivos médicos y de acceso.

Los diseñadores, ingenieros e incluso procesadores de dispositivos necesitan saber varias cosas sobre PEEK para incorporarlo con éxito en un dispositivo o catéter.

Los expertos consideran que el PEEK es un polímero resistente a altas temperaturas debido a su elevada temperatura de procesamiento de alrededor de 700 °F. Esto significa que los fabricantes de tubos no pueden procesar PEEK en extrusoras termoplásticas estándar, sino que deben equipar las extrusoras con calentadores de mayor potencia. Los metales de construcción deben ser aleaciones de baja expansión térmica.

El aspecto de alto calor del PEEK entra en juego en la fabricación de dispositivos que utilizan múltiples componentes, especialmente en procesos de fabricación que requieren procesamiento térmico, como sobremoldeado, procesos de reflujo y soldadura térmica. PEEK permanece dimensionalmente estable a temperaturas de 465 °F a 500 °F y tiene un punto de fusión de 644 °F.

Estas temperaturas PEEK "normales" son de 200 °F a 300 °F y son más altas que las de los termoplásticos médicos típicos de "bajo calor". Esto significa que los procesos térmicos para unir PEEK a otros termoplásticos, como la soldadura térmica y el reflujo, en el mejor de los casos solo tendrán una unión mecánica a una pieza de PEEK.

Es posible que se necesiten características de diseño adicionales para garantizar uniones fuertes entre estos materiales térmicamente diferentes. Las máquinas para realizar este procesamiento térmico secundario también deben ser capaces de alcanzar temperaturas de procesamiento elevadas para PEEK.

PEEK tiene un bajo coeficiente de fricción, una propiedad beneficiosa para muchas aplicaciones de catéteres, como procedimientos neurovasculares u otros procedimientos que utilizan tubos de microperforación. El coeficiente de PEEK puede estar en el rango de 0,35, en comparación con los fluoropolímeros, que se sitúan en el rango de 0,1 a 0,2.

Para aplicaciones de microperforación, PEEK permite un movimiento suave a través de la vasculatura y el acceso a dispositivos sin recubrimientos ni revestimientos lubricantes. Estos procedimientos también pueden beneficiarse de la rigidez, la capacidad de empuje y la respuesta de torsión del PEEK en diámetros muy inferiores a 2 French. Para lograr un rendimiento similar, otros materiales no sólo necesitarían estar trenzados, sino también tener paredes más gruesas, y terminarían costando mucho más. Muchas otras aplicaciones, como casquillos, componentes de desgaste para hilado o herramientas deslizantes y dispositivos de acceso a herramientas, pueden beneficiarse de la lubricidad del PEEK.

PEEK es un polímero semicristalino, lo que significa que una parte de sus moléculas se alinean y forman estructuras cristalinas. Los enlaces entre las moléculas en las regiones cristalinas son bastante fuertes y requieren mucha energía o fuerza para aflojarlos o romperlos. Estas fuertes uniones también le dan al PEEK su extrema resistencia química, su estabilidad térmica a altas temperaturas y su rigidez.

Algunos materiales semicristalinos, como el acetal, el HDPE y el polipropileno, cristalizarán completamente independientemente del método de procesamiento, pero es posible congelar el PEEK en un estado amorfo antes de que pueda alcanzar su estado semicristalino. En estado amorfo, todas las propiedades del PEEK disminuyen. Esto puede dañar los componentes médicos en situaciones como la esterilización, la exposición a productos químicos extremos y ciclos de flexión repetidos, lo que hace que los componentes de PEEK cambien de forma y tamaño, se agrieten por tensión y tengan un rendimiento inferior.

Los fabricantes de materiales normalmente no indican esto, pero los valores de prueba proporcionados para PEEK en las hojas de datos técnicos se basan en muestras de prueba completamente cristalizadas, por lo que los tubos que no estén completamente cristalizados no funcionarán al nivel que el ingeniero del dispositivo podría haber esperado para su su solicitud.

El estado estándar para los productos PEEK debe considerarse completamente cristalizado y solo en algunas situaciones únicas el cliente especificará PEEK amorfo. El rendimiento del PEEK en su estado amorfo es menos conocido porque puede haber distintos grados de cristalinidad que complican la caracterización de los productos de PEEK amorfos. Lograr piezas completamente cristalizadas puede ser un gran desafío y puede requerir un proceso de recocido secundario, pero esto tiene sus propios desafíos ya que las piezas de PEEK pueden sufrir cambios dramáticos mientras se recocen, por lo que la cristalización en línea de tubos extruidos es el método ideal.

Un fabricante de tubos puede extruir PEEK en prácticamente cualquier configuración que se pueda lograr con materiales de bajo calor, incluidos tubos de microperforación, tubos de múltiples lúmenes, tubos de pared delgada, filamentos y formas de perfiles. Algunos aspectos de la fabricación de estas formas en PEEK serán diferentes a los de sus contrapartes de bajo calor, pero se puede hacer.

PEEK también puede ofrecer opciones de diseño que no son posibles con el metal y lograr un rendimiento que ningún otro material de baja temperatura puede alcanzar. Trabajar con un extrusor que tenga experiencia con PEEK y sus matices de extrusión y requisitos especiales ayudará a los diseñadores a utilizar las extrusiones de PEEK al máximo en sus aplicaciones médicas.

Jonathan Jurgaitis es ingeniero senior de extrusión en Apollo Medical Extrusion de Spectrum Plastics Group. Ha estado en la industria de extrusión médica personalizada desde 2006, fabricando componentes de catéteres y dispositivos médicos, y ha sido parte de la industria de la extrusión, en una variedad de posiciones, desde 1993. El enfoque de extrusión de Jonathan durante los últimos 10 años ha sido alto -materiales calientes, como PEEK, y otros materiales exóticos y difíciles de extruir.

Las opiniones expresadas en esta publicación de blog son exclusivas del autor y no reflejan necesariamente las de Medical Design and Outsourcing o sus empleados.