Plastiques à haute performance pour les applications dans les sciences de la vie, la médecine et les équipements d'analyse
Les matériaux thermoplastiques haute performance apportent un certain nombre d’avantages aux composants et dispositifs utilisés dans le domaine des sciences de la vie, de l’équipement médical et des laboratoires d’analyse. Différentes catégories de thermoplastiques répondent à ces applications très variées. Une catégorie de matériaux comprend les plastiques qui offrent des qualités fonctionnelles spécifiques pour les composants contenus dans les équipements ou les dispositifs et qui ne sont pas en contact direct avec l’homme. Drake Plastics propose un portefeuille impressionnant de thermoplastiques à très hautes performances pour ces utilisations. Il s’agit notamment de plusieurs qualités de Victrex® PEEK (polyétheréthercétone), de KetaSpire®PEEK de Solvay, de Torlon® PAI (polyamide-imide), de AvaSpire® PAEK (polyaryléthercétone) et de Ryton® PPS (sulfure de polyphénylène),ainsi que d’Ultem™ PEI (polyéther-imide) de Sabic. Ces matériaux offrent diverses combinaisons de résistance élevée aux températures extrêmes, de résistance à l’usure à long terme sous charge dynamique – dans de nombreux cas sans lubrification externe -, de capacité à résister aux produits chimiques agressifs et d’excellentes propriétés électriques. Victrex PEEK et KetaSpire PEEK, AvaSpire PAEK et Ultem PEI présentent également une résistance remarquable à une exposition prolongée à la vapeur et à l’eau chaude.
Un autre groupe de thermoplastiques utilisés dans les applications médicales et les sciences de la vie est regroupé sous le terme de matériaux biocompatibles. Ils répondent à des exigences strictes pour les dispositifs et composants implantables et non implantables qui sont en contact direct avec le corps humain. Ces matériaux doivent respecter des mesures de conformité et des certifications rigoureuses pour les usages auxquels ils sont destinés. En conséquence, Drake limite ses activités dans le domaine des matériaux biocompatibles et des implants humains, y compris le Zeniva PEEK de Solvay et d’autres matériaux, à une entreprise spécialisée qui possède l’expérience, les connaissances, les systèmes de qualité et les procédures adaptés à ces thermoplastiques spécialisés.
Thermoplastiques standard à haute performance dans les applications sans contact
Les avantages fonctionnels des matériaux polymères haute performance standard de Drake Plastics comprennent la résistance à une large gamme de produits chimiques, une résistance et une ténacité élevées, même à des températures extrêmes, ainsi que des propriétés d’isolation et d’isolation électrique et thermique. Ces thermoplastiques présentent également une résistance exceptionnelle à l’usure pour les composants porteurs et les pièces mobiles tels que les engrenages, les rouleaux, les roulements et les coussinets. Ils sont utilisés en interne dans de nombreuses applications médicales et analytiques où ils ne sont pas exposés à un contact corporel. Par exemple, Drake Plastics commercialise son produit Torlon 4203 PAI (polyamide-imide). Seamless Tube® dans des rouleaux très résistants à l’usure qui assurent une longue durée de vie aux pompes péristaltiques. Le PAI Torlon 4275 offre également une résistance à l’usure à long terme, une grande solidité et la capacité de maintenir des dimensions précises en cas de fluctuations de température dans les bagues internes utilisées dans les prothèses.
Le PEEK, reconnu pour sa combinaison de solidité, de résistance à l’usure et d’inertie dans un grand nombre de produits chimiques, a également de nombreuses applications fonctionnelles dans les équipements médicaux, analytiques et des sciences de la vie. Drake Plastics fournit diverses qualités de Victrex® PEEK et de KetaSpire® PEEK de Solvay sous forme de pièces extrudées usinables et de composants usinés et moulés par injection pour ces utilisations. Les roulements usinés avec précision en barre PEEK 450FC30 de Drake combinent une grande rigidité et une résistance à l’usure sans lubrification pour une fiabilité à long terme dans les moteurs électriques à grande vitesse qui alimentent les instruments de microchirurgie. L’application permet également de mettre en évidence les propriétés électriques typiques de nombreux thermoplastiques haute performance Drake, un avantage qui justifie leur utilisation dans des applications où l’isolation électrique et l’isolation thermique sont importantes.
Drake extrude le PEEK haute température KetaSpire KT820 NT de Solvay en barres, puis usine des entretoises à tolérance de précision qui isolent et joignent les composants électriques des moteurs électriques contenus dans les appareils chirurgicaux.
Le KetaSpire PEEK haute température étend la résistance à l’usure, l’inertie chimique et la haute résistance de cette famille de polymères haute performance aux applications nécessitant une amélioration des propriétés thermiques au-delà de ce que les grades PEEK standard tels que KetaSpire KT-820 et Victrex 450G peuvent supporter. Le PEEK haute température est disponible chez Drake Plastics sous forme de semi-produits et de composants usinés avec précision et moulés par injection. Il se caractérise également par une plus grande résistance que les formulations PEEK standard.
En raison de leur résistance chimique exceptionnelle et de leur stabilité dimensionnelle sous l’effet des variations de température, Torlon PAI, PEEK, High Temp PEEK, Ultem PEI, Ryton R-4 PPS et AvaSpire PAEK sont également spécifiés pour les composants internes des équipements analytiques utilisés dans le domaine des sciences de la vie. Drake Plastics propose sa gamme de matériaux sous forme de formes en stock et de pièces usinées et moulées par injection de précision afin de répondre de manière efficace aux diverses exigences de performance de ces applications.
Drake Plastics est un spécialiste reconnu des polymères à ultra haute performance. Nos décennies d’expérience en matière de collaboration ont aidé les ingénieurs à développer des solutions de sélection de matériaux et de production de pièces pour de nombreux défis d’applications aéronautiques tels que ceux-ci.
Applications typiques : Thermoplastiques haute performance pour les composants sans contact avec le corps
- Les rouleaux des pompes péristaltiques reposent sur le Torlon 4203 PAI à haute résistance pour une résistance à l’usure accrue et une longue durée de vie.
- Les roulements utilisés dans les moteurs d’instruments de microchirurgie sont usinés à partir de la barre PEEK 450FC30 de Drake, renforcée à 30 % par des fibres de carbone, pour un fonctionnement sans lubrification dans ces outils à grande vitesse.
- Les rotors et stators des équipements HPLC (chromatographie liquide à haute pression) sont moulés par injection en fibre de carbone PEEK pour sa résistance et son inertie chimique.
- Les entretoises électriques des moteurs d’outils chirurgicaux sont usinées à partir de la barre PEEK Victrex KT820 NT de Drake. Ils assurent l’isolation et les joints des composants internes.
- Les bagues de prothèses fabriquées en Torlon 4301 PAI Seamless Tube® de Drake offrent des tolérances de précision et une résistance à l’usure pour les composants internes soumis à une charge dynamique. Le Tube sans soudure réduit également le temps d’usinage et la perte de matière par rapport aux barres rondes solides.
- Les cages de roulements utilisées dans les moteurs de forets dentaires à grande vitesse reposent sur le Torlon 4301 PAI et le Torlon 4275 PAI pour une longue durée de vie .
- Les tiges à barrière de vide pour le remplissage de flacons pharmaceutiques tirent parti de l’inertie chimique du PEEK, de sa résistance à la vapeur et à l’eau chaude et de sa conformité réglementaire pour la manipulation d’aliments ingérables.
- Les composants des équipements analytiques, notamment les raccords, les vannes, les collecteurs, les joints et les bagues, sont fabriqués en PEEK, Ryton PPS et AvaSpire PAEK pour leur grande résistance et leur inertie chimique.
- Les bagues pour outils chirurgicaux robotisés à grande vitesse, usinées avec précision en PEEK 450FC30 renforcé de 30 % de fibres de carbone, offrent la solidité et la résistance à l’usure indispensables à des performances fiables à long terme.
Matériaux biocompatibles pour les applications médicales et les sciences de la vie
Les thermoplastiques biocompatibles à hautes performances utilisés dans des applications en contact avec le corps humain appartiennent à des catégories généralement désignées comme matériaux non implantables et matériaux implantables.
Certaines des familles de polymères que Drake Plastics extrude, moule et injecte couramment comprennent des polymères désignés par les fabricants comme des qualités médicales et biocompatibles pour servir ces applications. Les plus remarquables sont les qualités spécifiques de KetaSpire PEEK de Victrex et Solvay, Ultem PEI de Sabic et AvaSpire PAEK de Solvay. Cependant, pour être utilisés dans des applications de contact corporel, ces grades médicaux doivent respecter des normes de conformité et des procédures de qualité très strictes, ce qui est justifié. Pour garantir le niveau de conformité requis, Drake Plastics confie ces applications à des services entièrement dédiés aux matériaux et applications biocompatibles.
Le PEEK (polyétheréthercétone) est la famille de matériaux biocompatibles la plus importante parmi les thermoplastiques à haute performance. Il se distingue des autres matériaux biocompatibles par son utilisation pour des applications médicales implantables, ainsi que pour des dispositifs médicaux généraux et des composants d’équipement.
En raison de son poids moléculaire élevé et de sa résistance à la fusion, le PEEK se prête à l’extrusion de formes en stock, même dans des sections transversales importantes. Les qualités de PEEK biocompatible destinées aux applications médicales générales et à l’implantation humaine sont généralement extrudées en pièces semi-produites sous forme de barres, de plaques et de tubes, puis usinées avec précision en composants destinés à être utilisés dans de nombreux types de dispositifs et d’équipements.
Les propriétés physiques du PEEK en font un excellent choix pour de nombreuses applications qui requièrent également une biocompatibilité. Ses caractéristiques inhérentes comprennent la résistance à l’usure, la ténacité, la rigidité et l’inertie à une vaste gamme de produits chimiques ainsi qu’à l’eau chaude et à la vapeur. Avec une Tg (température de transition vitreuse) de 143°C et une température de déformation thermique de 152°C, il conserve sa résistance aux températures extrêmes. Le PEEK conserve également des dimensions précises sur de grandes variations de température.
Les applications du PEEK dans les sciences de la vie vont des dispositifs médicaux et des instruments réutilisables qui subissent des cycles répétés en autoclave aux nombreux composants implantables utilisés dans des domaines tels que la médecine rachidienne, coronarienne et orthopédique.
Grâce à son excellente résistance à l’eau chaude et à la vapeur, le PEI Ultem peut supporter des cycles répétés d’autoclavage à la vapeur et conserver sa résistance dans des environnements à haute température jusqu’à 340°F (170°C). Il présente également une excellente résistance aux produits chimiques. Ces caractéristiques font qu’il est utilisé pour les dispositifs médicaux réutilisables et les instruments chirurgicaux qui nécessitent une stérilisation à la vapeur répétée. Ses solides propriétés électriques en font également un bon choix pour les composants isolants des équipements de laboratoire.
Le PAEK AvaSpire® de Solvay est souvent considéré comme une alternative au PEEK dans les composants non implantables où les niveaux de résistance chimique et thermique de ce dernier ne sont pas essentiels. Comme le PEEK et le PEI Ultem, le PAEK d’AvaSpire présente une ténacité et une résistance aux produits chimiques, à la vapeur et à l’eau chaude qui en font un candidat pour les instruments chirurgicaux à usage multiple soumis à des cycles de stérilisation répétés. Les applications typiques sont les poignées, les boutons, les pinces, les rétracteurs et les plateaux d’instruments.
Additifs de performance
L’un des principaux avantages des thermoplastiques à ultra-hautes performances par rapport à d’autres formes de matériaux est leur capacité à incorporer uniformément des additifs améliorant les performances au fur et à mesure de leur transformation par les fabricants de polymères. Parmi les exemples, on peut citer les formulations offrant une meilleure résistance à l’usure pour les pièces mobiles internes. Le renforcement de la fibre de carbone permet également d’atteindre des niveaux de résistance plus élevés, un avantage pour les poignées d’outils chirurgicaux, les sondes et les extracteurs. Le renforcement des fibres dans les grades médicaux n’a pas non plus d’effet négatif sur la résistance inhérente des matériaux aux produits chimiques et à la stérilisation répétée à la vapeur.
Avec leur liste croissante d’applications réussies, Torlon PAI, PEEK, Ryton R-4 PPS, PEEK HT haute température et Ultem PEI prouvent leur valeur en tant que matériaux haute performance légers et fiables pour les composants des engins spatiaux. La gamme complète de matériaux polymères légers de Drake Plastics permet aux ingénieurs de choisir la combinaison optimale de résistance, de stabilité, de propriétés de roulement et d’usure et de résistance chimique et thermique la mieux adaptée aux exigences de leur application. En particulier, la ténacité des polymères PAI et PEEK de Torlon à des températures cryogéniques, associée à leurs faibles qualités de dégazage et à leur résistance à la dégradation des propriétés due à l’exposition à des niveaux élevés de radiation, en a déjà fait les matériaux préférés pour une grande variété de composants aérospatiaux.
Applications typiques : Thermoplastiques biocompatibles à haute performance
- Applications médicales générales
- Les instruments chirurgicaux à usage répété fabriqués en Ultem PEI, Victrex et Solvay KetaSpire PEEK et AvaSpire PAEK présentent une longue durée de vie après de multiples cycles de stérilisation à la vapeur.
- Les sondes et les extracteurs sont fabriqués à partir de PEEK et de PAEK renforcés par des fibres de carbone, ce qui leur confère une grande rigidité, une grande stabilité et une grande longévité au cours des multiples cycles de stérilisation.
- PEEK implantable tel que Zeniva ZA-500 et Invibio de Victrex :
- Implants rachidiens
- Dispositifs de chirurgie cardiovasculaire
- Composants de remplacement des articulations
- Ancres de suture implantables
- Composants de fixation pour traumatismes en PEEK renforcé de fibres de carbone
Usinage de précision de matériaux biocompatibles pour les clients de l'industrie médicale et des sciences de la vie
Grâce à ses procédures rigoureuses de gestion de la qualité reconnues, y compris la traçabilité et la documentation de conformité, Drake Plastics est fréquemment sollicité comme source de composants utilisés dans de nombreuses applications médicales nécessitant une biocompatibilité. Dans ces cas, les clients fournissent leurs semi-produits biocompatibles à usiner ou leurs polymères polymères à mouler par injection pour obtenir des pièces finies. Un exemple notable concerne l’usinage de précision par Drake Plastics d’ancres de suture implantables pour un client qui fournit ses propres formes en stock fabriquées en Invibioâ PEEK biocompatible de Victrex LLC.
