Una guía del ingeniero para diseñar y especificar tuberías personalizadas

por Robert La Duca

27 septiembre 2019

09:00

La importancia de la relación entre la relación de reducción y las propiedades mecánicas de la tubería es un factor que puede afectar en gran medida las propiedades mecánicas de la tubería. Las mismas dimensiones y materiales exactos pueden producir resultados de rendimiento dramáticamente diferentes dependiendo de este importante factor de procesamiento. En general, un estiramiento más alto impartirá una mayor alineación de la cadena molecular dentro del polímero produciendo un producto de módulo de tracción más alto en la dirección axial con mayor resistencia a la tracción última que un tubo producido con una relación de estiramiento más baja. Los productos que tienen grados más altos de alineación molecular axialmente debido a relaciones de reducción más altas también tendrán un mayor grado de tensión resultante en la pared de la tubería que puede requerir recocido para aliviar a fin de evitar que ocurran cambios dimensionales, no solo durante los pasos de procesamiento térmico adicionales. como la unión y la laminación por reflujo, pero también durante el tránsito donde pueden ocurrir temperaturas elevadas.

Otro factor importante es el efecto de la temperatura de la matriz en el acabado de la superficie. Una temperatura de matriz más fría puede impartir un acabado "escarchado" en las superficies del tubo que reduce la pegajosidad a costa de una claridad reducida y una textura superficial impartida. De manera similar, una temperatura de matriz caliente puede mejorar la claridad del material y tendrá un impacto en las operaciones posteriores de unión térmica y laminación. Al realizar validaciones del proceso de extrusión, el rango de parámetros debe ser lo suficientemente amplio para comprender el impacto en los procesos posteriores, así como el impacto que la variación en el peso molecular de la materia prima que ingresa al proceso de extrusión puede causar tanto en el proceso de extrusión como en los procesos aguas abajo.

Una amplia variedad de materiales se extruyen en productos de tubería, por lo tanto, es importante saber qué considerar cuando se trata de especificar materiales para extrusión para garantizar que un material sea una opción adecuada para una aplicación específica. El punto de partida es definir completamente las necesidades del usuario y proceder iterativamente a una especificación calificada.

Siguiendo los controles de diseño que cumplen con ISO, una vez que los resultados del diseño se miden y cumplen con las entradas del diseño, el diseño verificado se valida utilizando evidencia objetiva para demostrar que el diseño funciona para el usuario según lo previsto. El diseñador del producto es responsable de identificar un conjunto completo de necesidades del usuario durante la duración del uso previsto del producto, así como de garantizar que el proceso de fabricación requerido para producir el diseño sea adecuado.

Para aplicaciones médicas, Foster Corporation lanzó su marca HLS de Heat, un paquete estabilizador de luz que se puede agregar a una amplia variedad de resinas como nailon, poliuretano, polietileno, etc. curar, luego agregar un estabilizador UV ayudará a prevenir la degradación del polímero durante el procesamiento posterior. De manera similar, si la tubería extruida se va a someter a un proceso de reflujo de laminación posterior utilizando termorretráctil removible para agregar refuerzos en la pared de la tubería, como trenzas o bobinas, el uso de estabilizador de calor en el paquete de aditivos puede reducir las variaciones de procesamiento encontradas durante la extrusión y pasos de reflujo posteriores al proceso. Esto permite una mayor precisión en el producto final y se traduce en tolerancias más estrictas, mejor capacidad de fabricación e incluso permite nuevas tecnologías de catéteres cuando los nuevos diseños requieren superar los límites existentes.

Otras propiedades físicas cambiarán con la adición de aditivos radiopacos para brindar visibilidad durante el uso bajo imágenes de fluoroscopia o ultrasonido. Estos cambios incluyen mayor dureza de la superficie, menor resistencia a la tracción y presión de estallido, y menor pegajosidad de la superficie. Este es particularmente el caso con materiales más blandos como 40A Chronoprene de AdvanSource Biomaterials, uretanos blandos como NEUsoft UR842A de PolyOne y SEBS de baja dureza como SEBS G1642 de Kraton. El porcentaje de carga variará según el grado de visibilidad requerido, así como el grosor de la pared, donde una pared más gruesa puede usar menos radiopacificador. La carga típica para espesores de pared de 0,005" a 0,050" puede ser de 20 a 25 % de sulfato de bario en peso, mientras que se pueden agregar microesferas de vidrio en porcentajes de carga de 50 % o más en peso para mejorar la ecogenicidad de los polímeros.

Dado que el sulfato de bario es de color blanquecino, se pueden agregar pigmentos adicionales como TiO2 para llevar el color a un blanco brillante o se pueden combinar colores alternativos con los colores Pantone. Cabe señalar que los rellenos tienen una distribución de tamaños de partículas que conduce a la posibilidad de defectos en la tubería, ya que los aglomerados pueden crear rugosidad en la superficie en el DI o el OD, crear marcas de arrastre, orificios, bultos, cuellos y abolladuras. Por lo tanto, si se especifican los materiales constituyentes en la fase de preparación de compuestos, es importante identificar el grosor de la pared del tubo que se va a extruir para que pueda compararse con la distribución del tamaño de las partículas del relleno. Esto permite seleccionar un polvo lo suficientemente fino que evitaría o reduciría la prevalencia de este tipo de defectos.

No obstante, e independientemente del efecto que los aditivos puedan tener sobre la calidad de la tubería producida, los geles pueden estar presentes en grados naturales de materiales como los que se encuentran en amidas, HDPE y uretanos. Cuando se especifican tubos fabricados con materiales en los que los geles son inaceptables, como los tubos de globo, las especificaciones pueden incluir el requisito de que el procesador utilice un filtro de vela en la salida del extrusor de un solo tornillo, lo que ayudará a descomponer los geles en tamaños más pequeños y reducir la cantidad de geles que terminar en la tubería. Este filtrado de un solo tornillo en línea es preferible a ejecutar un proceso de fusión separado en una línea de compuestos de doble tornillo con un filtro de vela en línea, ya que el historial de calor adicional y el corte mecánico del paso adicional reducirán la longitud de la cadena de polímero molecular y la tubería resultante tendrá un rendimiento degradado. en la resistencia a la tracción y al estallido que son fundamentales en las aplicaciones de catéteres con balón.

Además de los aspectos estéticos, la adición de pigmentos también puede ayudar a mejorar la pegajosidad de materiales muy blandos y puede marcar la diferencia al poder realizar pasos de ensamblaje posteriores, como la inserción de mandriles utilizados en la construcción de catéteres. Un peligro potencial a tener en cuenta es la posibilidad de una descomposición incompleta de los constituyentes del color durante el proceso de extrusión de un solo tornillo. Esto se ve típicamente cuando se usan concentrados de color que se mezclan con gránulos de grado natural en la garganta de alimentación de la extrusora. Estos concentrados de color sin descomponer pueden parecer materias extrañas incrustadas y pueden provocar incumplimientos de los requisitos de los criterios visuales. Se puede observar un defecto similar al extruir material de paredes delgadas de menos de 0,005" donde se pueden ver rayas de color junto a áreas más claras donde el colorante no se dispersó bien por el corte del material en el tornillo y el cilindro. Estos problemas pueden evitarse con el uso de material coloreado precompuesto producido en masterbatches.

Un problema relacionado es la especificación del empaque para que el producto de tubería no quede inutilizable por el envío y la manipulación. Esto es particularmente importante con respecto a los materiales blandos y pegajosos que pueden tener tendencia a soldarse cuando se comprimen durante el envío. Para evitar pérdidas debido a daños, se pueden suministrar tubos blandos inflados para evitar que la ID se colapse.

El uso de configuraciones de empaque especializadas, como cámaras individuales, también puede evitar que los tubos entren en contacto con otros tubos. Los diseños de empaque alternativos incluyen proporcionar el tubo en un mandril para permitir que se realicen operaciones posteriores sin necesidad de insertar un mandril de reflujo en lúmenes pegajosos y ajustados, lo que puede ser problemático y llevar mucho tiempo.

En conclusión, estos son algunos de los aspectos importantes que los ingenieros de diseño deben tener en cuenta al especificar materiales y procesos para optimizar los resultados del desarrollo de productos. Trabajar en estrecha colaboración con expertos en procesamiento de extrusión que colaboran en su enfoque para proporcionar soluciones de aplicaciones específicas para los clientes puede ser muy beneficioso para lograr los objetivos de diseño en el desarrollo de nuevas aplicaciones de tubos médicos.

por Robert La Duca

27 septiembre 2019

09:00