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Kunststoffummantelung – so divers die Anwendungen, so divers die Methoden

| Autor/ Redakteur: Markus Stier / Kathrin Schäfer

Es gibt mehrere Wege, Drähte, Litzen und Fasern mit Kunststoff zu ummanteln. Doch nicht jedes Verfahren ist für Medizinprodukte geeignet. Die Mikro- extrusion als Single-Step-Verfahren ist flexibel, schnell und vor allem – sicher.

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Ob als Elektroden für die Schmerztherapie, zur Nervenstimulation bei Kontinenzstörungen oder auch als Lichtleiter – ummantelte Drähte, Litzen und Fasern werden in der Medizin vielseitig eingesetzt.
Ob als Elektroden für die Schmerztherapie, zur Nervenstimulation bei Kontinenzstörungen oder auch als Lichtleiter – ummantelte Drähte, Litzen und Fasern werden in der Medizin vielseitig eingesetzt.
( Bild: Raumedic )
  • Kunststoffummantelte Drähte, Litzen und Fasern als Führungshilfe bei minimal-invasiven Eingriffen oder als Elektroden zur Signalübermittlung
  • Übertragung elektrischer Signale, Isolierung oder Korrosionsschutz für innenliegendes Trägermaterial
  • Thermoplastischer Extrusionsprozess für Polyamide (PA),PTFE, FEP, amorphes PEEK und PUR

Die medizinischen Anwendungen für kunststoffummantelte Drähte, Litzen und Fasern sind vielfältig. So können sie als Führungshilfe bei minimal-invasiven Eingriffen oder als Elektroden zur Signalübermittlung, beispielsweise auf dem Gebiet der Neurostimulation, genutzt werden. Auch für medizintechnische Zwecke ist die Drahtummantelung ein gefragtes Verfahren. Beispielsweise dann, wenn es darum geht, kleindimensionierte Kathetersysteme mit besonders dünnwandigen und gleitfähigen Innenschichten auszustatten. Der innenliegende Draht wird in diesem Fall als Konfektionshilfe zur Fertigung sogenannter PTFE-Liner benötigt.

Kurzum: Kunststoffummantelte Drähte, Litzen und Fasern können im medizinischen und medizintechnischen Einsatz ganz unterschiedliche Funktionen erfüllen. Sie können zur Übertragung elektrischer Signale, als Isolierung oder Korrosionsschutz für das innenliegende Trägermaterial, sowie zur Herstellung einer besonders dünnen, gleitfähigen Polymerschicht dienen. So divers wie die Anwendungsfelder sind beinahe auch die Methoden, mit denen metallische und synthetische Trägermaterialien ummantelt werden können. Häufig wird die Polymerbeschichtung in mehreren Verarbeitungsschritten aufgebracht und unter hohen Temperaturen mit Draht, Litze oder Faser verbunden. Denn am Ende muss die Ummantelung die benötigte Stabilität und auch Verbundfestigkeit aufweisen. Mehrere Trocknungs- und Aushärtezyklen sind hierfür notwendig, wodurch sich die Fertigungszeit verlängert. Neben dem größeren Zeitfaktor bergen mehrstufige Prozesse außerdem die Gefahr, dass sich nach jedem Schritt Partikel auf der Ummantelung ablagern.

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„Oft zeigt sich erst bei mechanischer Beanspruchung, also im späteren praktischen Einsatz, wie es um die Beschichtungsqualität bestellt ist“, sagt Daniel Riechelmann, Anwendungstechniker beim Medizintechnikhersteller Raumedic, und verdeutlicht: „Wird der Draht beispielsweise gebogen, kann sich die Beschichtung vom Trägermaterial ablösen, wenn diese nicht optimal aufgebracht wurde.“ Ebenso könnten mikroskopisch kleine Partikel von der Polymerschicht abplatzen. „In diesem Fall spricht man von Material-Flaking“, erklärt Riechelmann den unerwünschten Effekt.

Partikelablösungen sind unter allen Umständen zu vermeiden

Für den medizinischen Einsatz müssen solche Folgen unbedingt ausgeschlossen werden. Denn zum Teil verbleiben die beschichteten Drähte auch als Langzeitimplantate im Körper. Auf der anderen Seite könnten bei intrakorporalen Behandlungen Flüssigkeiten in poröse Beschichtungen eindringen und somit Kunststoffpartikel in den Blutkreislauf des Patienten schwemmen.

Deshalb setzt das Unternehmen aus Helmbrechts auf die Mikroextrusion. „Mit Vari-Coat haben wir ein Single-Step-Verfahren entwickelt, das eine robuste und gleichmäßige Ummantelung mit einer Vielzahl an Hochtemperatur-Polymeren, technischen Polymeren und Standardpolymeren erlaubt“, beschreibt Daniel Riechelmann den thermoplastischen Extrusionsprozess. Statt Schicht für Schicht aufzutragen, werden Polyamide (PA) und Werkstoffe wie PTFE, FEP, amorphes PEEK oder PUR in einem einzigen Verarbeitungsschritt direkt auf das Trägermaterial extrudiert. Schon während der Extrusion prüfen Inline-Messsysteme die Beschichtung auf Fehlstellen und messen Exzentrizität und Außendurchmesser.

Heute sind bereits Schichtdicken von 0,01 bis 1,0 mm realisierbar

„Wir können Schichtdicken von 0,01 bis 1,0 mm realisieren und verarbeiten ausschließlich biokompatible ‚Medical-grade‘-Kunststoffe. Unsere Fluorpolymere sind zu 100 Prozent PFOA-frei und zeichnen sich durch eine homogene, geschlossene Oberflächenstruktur aus“, erläutert Riechelmann. Diese guten Gleiteigenschaften machten eine zusätzliche Beschichtung obsolet.

Auch in puncto Trägermaterialien sind den Möglichkeiten kaum Grenzen gesetzt. Mit Hilfe des Vari-Coat-Verfahrens werden Drähte und Litzen aus leitfähigen Materialien wie Edelstahl, Kupfer und Platinlegierungen, aber auch Glasfasern und synthetisches Kevlar mit einer Polymerschicht versehen. Der zu ummantelnde Kern kann dabei einen Durchmesser von 0,025 mm bis 1,5 mm aufweisen. Viele variable Parameter also, auf die der Kunde Einfluss nehmen kann. „Bei uns gibt es kein Standardportfolio“, fasst Daniel Riechelmann zusammen und führt weiter aus: „Ob Schichtdicken, Ummantelung, Trägermaterial oder auch der Grad der Verbundfestigkeit beider Komponenten – Vari-Coat ermöglicht kundenspezifische Lösungen.“

Raumedic fertigt die beschichteten Drähte und Fasern ausschließlich im Reinraum der ISO-Klasse 7. Die Belastung durch Keime und Partikel bleibt somit schon von Haus aus äußerst gering. Darüber hinaus können die Produkte gleich weiterverarbeitet werden, da keine anschließende Reinigung erforderlich ist.

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* Der Autor: Markus Stier ist Produktmanager in der Business Unit Tubing der Raumedic AG.

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