DE69519071T2

DE69519071T2 - Verfahren zum herstellen von expandiertem polytetrafluorethylen

Info

Publication number: DE69519071T2
Application number: DE69519071T
Authority: DE
Inventors: J. Dormier; J. Lentz; Nicholas Popadiuk; J. Zdrahala
Original assignee: Meadox Medicals Inc
Current assignee: Boston Scientific Scimed Inc
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2015-03-10
Also published as: FI955388A0; EP0992335A3; CA2161449C; EP0992335B1; US5874032A; US5505887A; DE69530876T2; AU698139B2; AU1995095A; EP0702620B1; EP0702620A1; DE69530876D1; DE69519071D1; CA2161449A1; JPH09500843A; EP0702620A4; FI955388A; JP4065319B2; EP0992335A2; WO1995024304A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf extrudierte PTFE- Produkte. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf durch einen Extrusionsvorgang gebildete verstreckte PTFE-Produkte, wobei derartige Produkte bei Implantaten, Gefäßersatz, Röhren-/Schlauchleitungen und dergleichen, speziell bei medizinischen Anwendungen, nützlich sind.
Der Gebrauch von aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildeten Produkten bei medizinischen Anwendungen ist allgemein bekannt. Produkte wie implantierbare Implantate, implantierbarer Gefäßersatz, Katheter- Schlauchleitungen und dergleichen können aus extrudierten Schläuchen/Röhren aus PTFE gewonnen werden.
PTFE-Schläuche und -Röhren [Anm. d. Übers.: vereinfachend nachfolgend als Schläuche bezeichnet] werden normalerweise in einem Pasten- Extrusionsverfahren hergestellt. Schneckeneinspritz-Extrusion, typisch für die meisten Thermoplaste, kann nicht effektiv bei PTFE eingesetzt werden, da PTFE-Harz selbst bei Beheizung keine ausreichende Fluidität aufweist. Bei dem Pasten-Extrusionsvorgang wird ein Schlauch-"Rohling" gebildet. Ein Schlauch-Rohling ist ein Schlauch aus PTFE, welcher weitergehenden Arbeitsgängen unterzogen werden muß, bevor daraus ein gebrauchsfertiges medizinisches Produkt entsteht. Derartige weitergehende Arbeitsgänge können Dehnen und Verstrecken des Schlauches unter verschiedenen Bedingungen in bezug auf Dauer, Druck und Temperatur beinhalten. Der Pasten-Extrusionsvorgang erzeugt gewöhnlich einen Schlauch mit einem Fasergefüge, bei dem seine Fasern im wesentlichen längs in Richtung der Extrusion ausgerichtet sind. Diese Ausbildung des Fasergefüges wird besonders ausgeprägt, wenn die PTFE-Masse oder -Paste ein Gleitmittel zur Unterstützung der Extrusion enthält. Extrudierte Schläuche mit auf diese Art längs ausgerichteten Fasern weisen eine geringe radiale oder Umfangsfestigkeit auf. Ein derartiger Schlauch ist höchst reiß- oder bruchempfindlich.
Es wurde versucht, die Struktur extrudierter PTFE-Schläuche zu verändern. Derartige Versuche zielen auf die Herstellung extrudierter PTFE-Schläuche mit nicht längs ausgerichteten Fasern ab, bei denen die Ausbildung des Fasergefüges quer zur Extrusionsrichtung ausgerichtete Fasern umfaßt. Ein Versuch auf dem Gebiet der Gefäß-Implantate wird in U.S.-Patent Nr. 4,743,480 gezeigt. Diese Technik verwendet eine Schraubenspitze auf der Extrusionsform zur Neuausrichtung der Fasern während des Pasten- Extrusionsvorgangs. Die Steigung der Schraubenspitze verdreht gewöhnlich die Fasern während der Extrusion.
Auf dem Gebiet der mechanischen Technik offenbart das U.S.-Patent Nr. 4,225,547 ein Verfahren zur Extrusion eines Schlauchmaterials aus einem Gemisch aus Polytetrafluorethylen und einem Gleitmittel unter Verwendung einer Stößel-Extrusionsvorrichtung mit einem glatten mittleren Dorn von konstantem Durchmesser, welcher annähernd mit dem Innendurchmesser des extrudierten Schlauchmaterials übereinstimmt, und mit einer Düse, die mit einem Zylinder verbunden ist, entlang und innerhalb dessen ein Stößel zum Eindrücken des Gemisches in die Düse verschiebbar ist, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Verwendung der genannten Düse mit einem in ein Düsen-Vorderteil mündenden Düseneinsatz, wobei der Öffnungsdurchmesser des genannten Düsen-Vorderteils kleiner ist als der Öffnungsdurchmesser des genannten Düseneinsatzes, welcher in das genannte Düsen-Vorderteil mündet, Drehen mindestens eines Endabschnittes der Düse in einer Richtung während der Extrusion des Gemisches zu einem Schlauchmaterial und Wärmestrecken des genannten Schlauchmaterials in der Düse durch Erhitzen wenigstens eines Abschnittes der Düse auf eine Temperatur, welche höher ist als die Temperatur des Gemisches in dem Zylinder, wodurch die Ausbildung eines Fasergefüges in der rechtwinklig zu der Extrusionsrichtung verlaufenden Richtung beschleunigt wird. Dieses Verfahren verwendet die gegenläufige Drehung zur Herstellung von Röhren und Draht-Ummantelungen. Bei diesem Beispiel werden der Dorn und der äußere Teil der Extrusionsdüse relativ zueinander gegenläufig gedreht. Obwohl hierdurch die Fasern gewöhnlich sowohl in Längs- als auch in Querrichtung ausgerichtet werden, wird, wie in Patent Nr. 4,225,547 ausgeführt, ein geeignetes Produkt nur dadurch erhalten, daß während der Extrusion ein Temperaturgefälle geschaffen wird, bei dem die Temperatur der Düse wesentlich höher ist als die Anfangstemperatur des Pasten- Vorformlings, der in die Düsen-Vorrichtung eintritt. Bei diesem Vorgang wird die Düse hierfür auf eine bedeutend höhere Temperatur als die Anfangstemperatur der Masse oder Paste erhitzt. Wie in Patent Nr. 4,225,547 ausgeführt, unterzieht eine Erhöhung der Temperatur der Düse auf ein Niveau über der Temperatur der eintretenden Masse während der gegenläufigen Drehung der Düsen-Bestandteile das Produkt einer Wärmestreckung und vermehrt die Ausbildung eines Fasergefüges in der zu der Extrusionsrichtung rechtwinkligen Richtung.
Jedoch hat das in Patent Nr. 4,225,547 beschriebene Verfahren mehrere Nachteile. Erstens ist es schwierig, vorhersagbare Betriebsparameter beizubehalten, wenn man hierbei auf ein Temperaturgefälle angewiesen ist. Ferner ist es schwierig, eine Umgebung beizubehalten, in der ein Temperaturgefälle geschaffen und beibehalten werden muß. Zudem wird durch die Erwärmung durch Reibung der Masse aufgrund des Kontaktes mit drehenden Elementen die Schaffung eines wiederherstellbaren stationären Extrusionszustandes ausgeschlossen, bei dem das festgesetzte Temperaturgefälle beibehalten werden muß. Schließlich wird aufgrund der kompressiblen Beschaffenheit von PTFE-Massen in Verbindung mit ihrem hohen Ausdehnungskoeffizienten der Betrieb bei einem festgelegten Temperaturgefälle höchst unerwünscht.
Daher ist es wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines PTFE- Schlauches zu schaffen, bei dem die Ausbildung eines Fasergefüges verbessert ist, was zu einem Schlauch mit größerer radialer Festigkeit führt, ohne daß die Beibehaltung eines präzisen Temperaturgefälles während der Bearbeitung notwendig ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines PTFE-Schlauches bestehend aus folgenden Schritten geschaffen:
Bereitstellen einer Extrusionsvorrichtung mit einer länglichen Düse, welche einen Düsenhohlraum definiert, und einem im wesentlichen konzentrisch innerhalb des Düsenhohlraums angeordneten länglichen Dorn,
Drehen wenigstens eines der genannten Bestandteile Düse und Dorn relativ zu dem anderen;
Leiten einer PTFE-Masse durch einen zwischen der Düse und dem Dorn definierten länglichen ringförmigen Durchlaß;
Regelung der Temperatur der Extrusionsvorrichtung, um die den ringförmigen Durchlaß durchlaufende PTFE-Masse auf einer im wesentlichen einheitlichen konstanten Temperatur zu halten; und
Extrudieren der PTFE-Masse durch eine an einem Ende des länglichen Durchlasses angeordnete Extrusionsdüse.
Die vorliegende Erfindung schafft somit ein verbessertes Verfahren zur Bildung eines schlauch-/röhrenförmigen PTFE-Produktes in einem Pasten- Extrusionsvorgang, wobei das durch ein verbessertes Verfahren gebildete verstreckte PTFE-Produkt eine hohe radiale Reißfestigkeit und eine radiale Zugfestigkeit vorzugsweise über 5,393 MPa (0,55 kg/mm²) aufweist.
Der gebildete Schlauch-Rohling kann Weiterverarbeitungsprozessen wie Dehnen und Strecken unterzogen werden, um einen für medizinische Anwendungen geeigneten verstreckten PTFE-Schlauch zu bilden. Der verstreckte PTFE-Schlauch weist eine mikroporöse Struktur auf, welche durch mit länglichen Fasern miteinander verbundene Knoten definiert ist. Die Knoten in einer derartigen mikroporösen Struktur sind so ausgerichtet, daß ihre Hauptachsen nicht allgemein rechtwinklig zu der Längsachse des Schlauchkörpers sind.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese ausgeführt werden kann, wird nun als Beispiel bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 in einem schematischen Querschnitt die zum Extrudieren eines PTFE-Schlauches verwendete Düsen-Vorrichtung zeigt;
Fig. 2 in einem schematischen Querschnitt eine weitere Ausführungsform der zum Extrudieren eines PTFE-Schlauches verwendeten Düsen- Vorrichtung zeigt;
Fig. 3 eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten PTFE-Schlauches ist, welche schematisch die Ausbildung des Fasergefüges des extrudierten Schlauches zeigt;
Fig. 4 ist ein Elektronenmikroskopbild eines Teils der Außenfläche eines verstreckten PTFE-Schlauches gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 5 ist ein Elektronenmikroskopbild eines Teils der Außenfläche eines verstreckten PTFE-Schlauches nach der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung sieht die Schaffung eines Schlauch-"Rohlings" vor, welcher eine wünschenswerte Ausbildung des Fasergefüges aufweist, d. h. eine Ausbildung des Fasergefüges, welche im allgemeinen mehr rechtwinklig zu der Extrusionsrichtung ist, als dies herkömmlicherweise erreicht wird, ohne daß die Schaffung und Beibehaltung eines Temperaturdifferentials zwischen dem eintretenden Pasten-Vorformling und der Extrusionsdüse notwendig ist, wie dies in den Verfahren aus dem Stand der Technik erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung sieht die Herstellung eines PTFE-Schlauch-Rohlings in einer Umgebung vor, in welcher die Düsen-Vorrichtung auf einer im wesentlichen einheitlichen, konstanten Temperatur gehalten wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, eine derartige einheitliche Temperatur entweder bei Umgebungstemperatur oder oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur zu schaffen, wie aus der folgenden Beschreibung deutlich wird.
Eine zur Bildung eines extrudierten PTFE-Schlauches 12 (Fig. 3) verwendete Extrusionsvorrichtung 10 wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 gezeigt. Die Extrusionsvorrichtung 10 beinhaltet einen herkömmlichen Extruder 11, welcher PTFE-Masse oder -Paste aufnimmt. Wie oben erwähnt, verwendet das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen Pasten-Extrusionsvorgang, bei dem PTFE-Harz mit einem flüssigen Gleitmittel vermischt wird. Wie auf dem Gebiet der PTFE-Extrusion allgemein bekannt, wird ein Gleitmittel benutzt, damit die PTFE-Masse flüssiger und leichter zu extrudieren und nach der Bildung eines Schlauches aus ihr leichter zu handhaben wird. Aus einer PTFE-Masse aus Harz und Gleitmittel wird in einer Vorform-Presse (nicht dargestellt) ein als röhrenförmiger Strang 18 bezeichnetes vorgeformtes Produkt gebildet. Der röhrenförmige Strang 18 wird in den Extruder 11 in eine Position eingeführt, wo er einer Düsen-Vorrichtung 16 auf eine auf dem Gebiet der Extrusion ebenfalls allgemein bekannte Art und Weise zugeführt werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Düsen-Vorrichtung 16 ein Apparat mit mehreren Bestandteilen, welcher einen feststehenden Düsenkörper 20, ein drehendes Düsenelement 22, eine Stützplatte 24, die das Düsenelement 22 gegen den Düsenkörper 20 abstützt, einen Dorn 26, einen Düseneinsatz 28 und ein Einsatz-Abstandsstück 29 umfaßt. Jeder der Bestandteile der Düsen-Vorrichtung ist typischerweise aus Metall gebildet, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl.
Der Düsenkörper 20 ist im allgemeinen ein längliches hohles zylindrisches Element mit einem ersten Ende 30 zur Aufnahme des Strangs 18, einem zweiten Ende 32 zum drehenden Abstützen des Düsenelementes 22 und einer dieses durchlaufenden Mittelbohrung 34. Die Düsenkörper 20 wird von dem Extruder 11 in einer festen unbeweglichen Position relativ zu diesem gehalten.
Das Düsenelement 22 ist im allgemeinen ein längliches hohles zylindrisches Element mit einem ersten Ende 36, welches an das erste Ende 30 der Düsenkörper 20 anliegend gehalten wird. Das Düsenelement 22 umfaßt ebenfalls ein gegenüberliegendes zweites Ende 38, welches sich nach außen über das zweite Ende 32 des Düsenkörpers 20 hinaus erstreckt. Eine Mittelbohrung 39 ist zwischen dem ersten Ende 36 und dem zweiten Ende 38 des Düsenelementes 22 definiert. Die Bohrung 39 des Düsenelementes 22 steht in Verbindung mit der Bohrung 34 des Düsenkörpers 20 und definiert zusammen mit dem Dorn 26 eine sich allgemein verengende ringförmige Extrusionsbohrung 40 für den Durchlaß des röhrenförmigen Strangs 18 auf eine Art und Weise, welche unten detaillierter beschrieben wird.
Die Stützplatte 24 befestigt das Düsenelement 22 an dem Düsenkörper 20. Verschiedene Befestigungsverfahren können angewandt werden, um die Stützplatte 24 gegen den Düsenkörper 20 zur Befestigung des Düsenelementes 22 an diesem abzustützen.
Die Düsen-Vorrichtung 16 umfaßt ferner einen länglichen hohlen im wesentlichen zylindrischen Düseneinsatz 28, welcher innerhalb der Bohrung 39 des Düsenelementes 22 nahe dessen zweitem Ende 38 angeordnet ist. Der Düseneinsatz 28 wird von einer Mittelbohrung 27 durchlaufen. Wie unten detaillierter beschrieben wird, wird der Düseneinsatz 28 zum Formen und Einstellen der Außenabmessung (O. D.) des durch die Düsen-Vorrichtung 16 extrudierten Schlauches 12 verwendet. Der Düseneinsatz 28 kann durch Düseneinsätze verschiedener Größe ersetzt werden, um die O. D. des von ihm geformten Schlauches 12 zu variieren.
Ein Düsen-Abstandsstück 29 wird zum Halten und Anordnen des Düseneinsatzes 28 innerhalb der Bohrung 39 des Düsenelementes 22 verwendet.
Die Bohrung 34 des Düsenkörpers 20, die Bohrung 39 des Düsenelementes 22 sowie die Bohrung 27 des Düseneinsatzes 38 sind jeweils längs zueinander in aufeinanderfolgenden miteinander verbundenen Positionen ausgerichtet und bilden zusammen mit dem Dorn 26 einen mit der länglichen Extrusions-Bohrung 40 koextensiven Düsenhohlraum für den Durchlaß des röhrenförmigen Strangs 18. Die Extrusions-Bohrung 40 ist im wesentlichen kegelförmig mit einem größeren Ende 42 zur Aufnahme des Strangs 18 und einem engen zylindrischen Ende 44 zum Formen des Schlauches 12.
Der Dorn 26 der Düsen-Vorrichtung 16 ist ein längliches im wesentlichen zylindrisches, mitten innerhalb der Bohrung 40 angeordnetes Element. Ein nahe dem ersten Ende 30 des Düsenkörpers 20 liegendes zylindrisches Ende 46 des Dorns 26 ist größer als das gegenüberliegende, nahe dem Düseneinsatz 28 liegende zylindrische Ende 48. Ein mittlerer, kegelförmig zulaufender Abschnitt 49 des Dorn 26 schafft einen Übergang zwischen dem größeren Ende 46 und dem kleineren, gegenüberliegenden Ende 48. Das zylindrische Ende 48 des Dorns 26 ist mitten innerhalb der Bohrung 27 des Düseneinsatzes 28 angeordnet und bildet den Innendurchmesser (I. D.) des Schlauches 12.
Wie oben beschrieben, wird das Düsenelement 22 innerhalb des Düsenkörpers 20 zum Zweck einer zu dieser relativen Drehbewegung gehalten. Da das Düsenelement 22 für eine Drehung relativ zum Düsenkörper 20 ausgelegt ist, kann ein elastisches Dichtungselement (nicht dargestellt) zwischen den Grenzflächen 21 der beiden Bestandteile angeordnet werden, um dort eine Dichtung zu bilden.
Ein herkömmlicher Mechanismus (nicht dargestellt) kann an dem Düsenelement 22 befestigt werden, um dessen Drehbewegung zu ermöglichen. Ferner kann ein ähnlicher herkömmlicher Mechanismus (ebenfalls nicht dargestellt) an dem Dorn 26 befestigt werden, um seine Drehbewegung zu ermöglichen. Es ist vorgesehen, daß das Düsenelement 22 und der Dorn 26 entweder in derselben Drehrichtung (gleichläufige Drehung) oder entgegengesetzte relative Drehrichtungen (gegenläufige Drehung) gedreht werden. Es ist auch vorgesehen, daß nur einer der Bestandteile Düsenelement 22 oder Dorn 26 gedreht werden kann.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann bei einer bevorzugten Ausführungsform das Düsenelement 22 in der durch Pfeil A dargestellten Drehrichtung gedreht werden, während der Dorn 26 in der durch Pfeil B - dem Pfeil A entgegengesetzt - dargestellten Drehrichtung gedreht werden kann. Wie detaillierter unten beschrieben, können die zum Drehen des Düsenelementes 22 und des Dorns 26 verwendeten herkömmlichen Mechanismen auch die Drehgeschwindigkeit jedes der Bestandteile Düsenelement 22 und Dorn 26 variieren.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner vor, die Länge des drehenden äußeren Teils der Düsen-Vorrichtung 16 durch Variation der Länge des drehenden Düsenelementes 22 zu variieren. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die zwischen dem ersten Ende 30 des Düsenkörpers 20 und dem zweiten Ende 38 des Düsenelementes 22 entlang der Mittellinie C definierte Bohrung 40 die Gesamtlänge d&sub1;. Ein Abschnitt d&sub2; dieser Länge, nur definiert durch das drehende Düsenelement 22, ist drehbar. In dem vorliegenden veranschaulichenden Beispiel kann d&sub2; zwischen ungefähr 10% und 100% von d1 liegen. Es hat sich herausgestellt, daß Ergebnisse wie die unten beschriebenen variiert werden können durch Variation der Länge des drehenden Teils der Düsen-Vorrichtung 16.
Wie oben erwähnt, sieht die vorliegende Erfindung die Möglichkeit vor, die Extrusionsvorrichtung 10 auf einer einheitlichen, konstanten Temperatur zu halten, so daß keine Temperaturabweichung in der PTFE-Masse zwischen dem Stadium des röhrenförmigen Strangs und dem Endstadium des Schlauch- Rohlings auftritt. Auch wenn eine derart geregelte Temperatur identisch mit der Umgebungstemperatur, eine erhöhte oder eine abgekühlte Temperatur sein kann, so verändert sie sich nicht wesentlich im Verlauf des Extrusionsvorgangs. In diesem Zusammenhang umfaßt der Düsenkörper 20 ferner darin eingebrachte Temperaturregelungs-Verbindungsöffnungen 50. Die Verbindungsöffnungen 50 verbinden Flüssigkeitsschläuche 52 mit dem Düsenkörper 20. Dies ermöglicht die Zirkulation einer Flüssigkeit mit geregelter Temperatur um den Düsenkörper 20 zur Regelung der Temperatur der Düsen- Vorrichtung 16 während des Extrusionsvorgangs. Die Drehbewegung des Dorns 26 und des Düsenelementes 22 erzeugt Reibungswärme, welche normalerweise auf den zwischen diesen Bestandteilen extrudierten Schlauch 12 übertragen würde. Durch Zirkulation eines Mediums mit geregelter Temperatur in der gesamten Düsen-Vorrichtung 16 wird die Beibehaltung der Temperatur erreicht.
Wenn eine geregelte Temperatur identisch mit oder unterhalb der Umgebungstemperatur angestrebt wird, zirkuliert typischerweise ein Kühlmittel durch die Öffnungen 50. Dieses Kühlmittel ist ausreichend, um die Düsenbestandteile auf einer Temperatur zu halten, welche niedriger wäre als die normalerweise durch den Betrieb der Bestandteile erreichte. Wenn die angestrebte geregelte Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, kann die erhöhte Temperatur durch Hindurchleiten einer warmen Lösung durch die Öffnungen 50 erreicht werden, oder sie kann dadurch erreicht werden, daß die Erhöhung (aufgrund der Reibung der beweglichen Teile) der Temperatur der Düsenbestandteile während des Gebrauchs auf kontrollierte Art und Weise zugelassen wird. In beiden Fällen kann die Temperatur des Extruders 11 auch durch eine beliebige herkömmliche Heizquelle erhöht werden, so daß eine konstante Temperatur während des gesamten Verarbeitungsvorgangs gehalten wird.
Nachdem der Aufbau der Düsen-Vorrichtung 16 beschrieben ist, kann nun ihre Funktionsweise beschrieben werden.
Der vorgeformte röhrenförmige Strang 18 wird in den Extruder 11 eingeführt. Der Dorn 26 wird zum Drehen in Richtung des Pfeils B gebracht, und das Düsenelement 22 wird zum Drehen in Richtung des Pfeils A gebracht. Während eine derartige gleichzeitige gegenläufige Drehung des Dorns 26 und des Düsenelementes 22 geschaffen wird, wird der röhrenförmige Strang 18 durch die Bohrung 40 extrudiert. Die extrudierte PTFE-Masse durchläuft den Düseneinsatz 28, um die in Fig. 3 gezeigte Röhrenform anzunehmen. Das austretende röhrenförmige Extrudat kann auf eine beliebige gewünschte Länge zugeschnitten werden.
Wie oben beschrieben, neigen herkömmliche Extrusionsvorgänge dazu, die Fasern des extrudierten Produktes entlang der Extrusionsrichtung auszurichten. Auf diese Weise ausgerichtete Fasern führen zu einem Schlauch mit einer geringen radialen Festigkeit. Durch Drehung des Dorns und der Düse (insbesondere durch gegenläufige Drehung) wird eine Schlauchstruktur 12 mit im wesentlichen nicht ausgerichteten Fasern (Fig. 3) gebildet, welche die radiale Reißfestigkeit des Schlauches erhöhen. Die Drehung des Düsenelementes 22 verleiht der Außenfläche des Schlauches 12 ein spiralförmiges Fasermuster. Auf ähnliche Weise verleiht die Drehung des Dorns 26 der Innenfläche des Schlauches 12 ein spiralförmiges Fasermuster. Wenn eine derartige Drehung gegenläufig ist, ist das spiralförmige Muster auf der Innenfläche des Schlauches 12 entgegengesetzt zu dem spiralförmigen Muster der Außenfläche des Schlauches gerichtet.
Jedoch wird in den Verfahren nach dem Stand der Technik zur Drehung der Düsen-Bestandteile die gewünschte nicht ausgerichtete Faserstruktur in einer Umgebung gebildet, in der ein hohes Temperaturgefälle geschaffen wird. Ein derartiges hohes Temperaturgefälle könnte von außen herbeigeführt werden, oder es könnte durch die normale Reibung zwischen den drehenden Teilen verursacht werden. Die vorliegende Erfindung schafft einen extrudierten Schlauch 12 mit einer gewünschten nicht ausgerichteten Faserstruktur, ohne die Düsen-Bestandteile einem Temperaturgefälle auszusetzen. Während die PTFE-Masse durch die Düsen-Vorrichtung 16 extrudiert wird, wird sie auf einer einheitlichen Temperatur gehalten. Indem eine Flüssigkeit mit geregelter Temperatur durch den Schlauch 52 und die Anschlüsse 50 während der Extrusion, wie oben beschrieben, geleitet wird, kann die Düsen-Vorrichtung 16 geregelt und auf einer im wesentlichen einheitlichen Temperatur gehalten werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist die Faserstruktur des Schlauches 12 der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete Schlauch 12 zeigt das Ergebnis der bevorzugten gegenläufigen Drehung des Düsenelementes 22 relativ zu dem Dorn 26 während der Extrusion. Die Außenfläche 13 des Schlauches 12 weist eine Ausrichtung der Fasern 14 im wesentlichen in einem spiralförmigen Muster auf. Die Richtung der spiralförmigen Ausrichtung der Fasern 14 entspricht der Drehrichtung A des Düsenelementes 22, was sich daraus ergibt, daß die Außenfläche 13 des Schlauches 12 sich mit dem drehenden zweiten Düsenelement 22 während der Extrusion in Kontakt befindet. Ebenso weist die Innenfläche 15 des Schlauches 12 eine Ausrichtung der Fasern 19 in einem spiralförmigen Muster auf, welches dem der Ausrichtung der Fasern 14 auf der Außenfläche 13 des Schlauches 12 entgegengesetzt ist. Das spiralförmige Muster auf der Innenfläche 15 entspricht der Drehrichtung B des Dorns 26, was sich daraus ergibt, daß die Innenfläche 15 des Schlauches 12 sich während der Extrusion in Kontakt mit dem drehenden Dorn 26 befindet. Da die Drehrichtung A der Drehrichtung B entgegengesetzt ist, sind die spiralförmigen Ausrichtungen der Fasern 14 und 19 ebenfalls einander entgegengesetzt. Sowohl in bezug auf die Außenfläche 13 als auch die Innenfläche 15 des Schlauches 12 ist die Auswirkung der gegenläufigen Drehung auf die Ausrichtung der Fasern zu sehen. Es wird eine erhebliche Ausrichtung der Fasern in einer nicht längs ausgerichteten Lage erreicht.
Es ist ferner vorgesehen, daß unterschiedliche Maße an spiralförmiger Faserstruktur durch Variation der relativen Drehgeschwindigkeiten von Dorn 26 und Düsenelement 22 (Fig. 1) erreicht werden können. Zudem kann, wie oben erwähnt, die spiralförmige Faserstruktur auch durch Variation der Länge des drehenden Düsenelementes 22 relativ zu dem feststehenden Düsenkörper 20 verändert werden. Außerdem kann auch die Betriebstemperatur die Ausbildung des Fasergefüges beeinflussen. Im allgemeinen kann in dem Maße, wie die Länge des drehenden Bestandteils zunimmt oder wie die relative Drehgeschwindigkeit der gegenläufig drehenden Teile zunimmt, eine Zunahme bei der nicht längs verlaufenden Ausrichtung der faserigen Ausbildung beobachtet werden, wobei in Verbindung damit die radiale Reißfestigkeit zunimmt.
Tabelle I faßt die resultierenden radialen Zugfestigkeitswerte zusammen, welche einem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Fig. 1 gebildeten Schlauch verliehen werden. TABELLE I
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Düsen-Vorrichtung 16' ist im wesentlichen ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Düsen-Vorrichtung 16 (gleiche Bezugszeichennummern beziehen sich auf gleiche Bestandteile). Bei der in Fig. 2 gezeigten Düsen-Vorrichtung 16' ist der Dorn 26' gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten verändert. Ein Ende 46' des Dorns 26 ist so gebildet, daß es insgesamt eine kegelförmige Ausbildung entlang eines längsgerichteten Bereichs 41' aufweist. Das Ende 46' ist so positioniert, daß der Bereich 41' zu einem mittleren Abschnitt der Bohrung 40' ausgerichtet ist. Die kegelförmige Ausbildung des Bereichs 41' entspricht der kegelförmigen Ausbildung der benachbarten Bohrung 40'. Da sich das größere Ende 46' nun verjüngt, um der Verjüngung der benachbarten Bohrung 40' zu entsprechen, wird dazwischen ein sich im wesentlichen gleichförmig verjüngender ringförmiger Hohlraum-Bereich gebildet. Dies stellt einen Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dar, bei der das größere Ende 46 des Dorns 26 im wesentlichen zylindrisch ist, während die benachbarte Bohrung 40 sich verjüngend oder kegelförmig ist.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Extrusion des röhrenförmigen Strangs 18' einfacher ermöglicht werden kann durch eine ringförmige Bohrung, welche im allgemeinen eine einheitliche Bohrweite über einen längsgerichteten Bereich aufweist. Dies verringert die Tendenz, den Strang 18' in eine Kammer zu drücken, welche sich plötzlich verengt. Der Strang 18' kann die Bohrung 40' leichter durchlaufen, wobei weniger Widerstand entsteht, wenn die Masse sich auf die Extrusionsdüse 28' zubewegt. Dieser sich ergebende leichte Durchlauf ermöglicht, daß der Dorn 26' und das Düsenelement 22' sich mit geringeren Drehungsgeschwindigkeiten drehen, d. h. mit langsameren U/min.-Werten, und daß sie trotzdem eine geeignete spiralförmige Ausbildung der Fasern während der Extrusion schaffen.
Tabelle II faßt die resultierenden radialen Zugfestigkeitswerte zusammen, welche einem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Fig. 2 gebildeten Schlauch verliehen werden. TABELLE II
Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird die angestrebte Ausbildung des Fasergefüges dadurch erreicht, daß die Düse relativ zu dem Dorn vorzugsweise gegenläufig gedreht wird. Jedoch ist es, wie gesagt, vorgesehen, daß vorteilhafte Ergebnisse auch erzielt werden können durch gleichläufige Drehung der Düse mit dem Dorn. Durch Extrusion eines PTFE-Schlauches durch eines oder mehrere drehende Elemente kann eine verbesserte Faserausrichtung in einer zu der Extrusionsrichtung im wesentlichen rechtwinkligen Richtung erreicht werden, selbst wenn die Bestandteile gleichläufig gedreht werden.
Der in Fig. 3 gezeigte Schlauch 12, welcher gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet wurde, wird weitergehenden Arbeitsgängen unterzogen, damit daraus ein gebrauchsfertiges medizinisches Produkt entsteht. Es ist allgemein bekannt, einen Schlauch aus PTFE weitergehenden Arbeitsgängen wie Dehnen und Verstrecken zu unterziehen, um einen verstreckten Polytetrafluorethylen- Schlauch (ePTFE) herzustellen. Wie bei medizinischen Anwendungen, insbesondere in bezug auf Implantate, Gefäßersatz und andere implantierbare Gegenstände, allgemein bekannt ist, weisen ePTFE-Produkte gewisse wünschenswerte Eigenschaften wie erhöhte Festigkeit, insbesondere in Extrusionsrichtung, und eine bessere Porosität auf.
Bei der vorliegenden Erfindung können die weitergehenden Arbeitsgänge wie Dehnen und Verstrecken auf eine in der PTFE-Technik allgemein bekannte Art und Weise stattfinden.
Fig. 4 ist ein Elektronenmikroskopbild (900x) der Außenfläche 112 eines gestreckten PTFE-Schlauches, welcher aus einem unter Verwendung herkömmlicher PTFE-Extrusions-Technologie erzeugten Schlauch-Rohling hergestellt wurde. Wie aus diesem Elektronenmikroskopbild deutlich wird, sind alle Knoten 116 derart ausgerichtet, daß ihre Hauptachsen im wesentlichen rechtwinklig zur Dehnungsrichtung verlaufen. Ein derart hoher Grad an struktureller Anisotropie führt zu einer höheren längsgerichteten Festigkeit im Vergleich zur radialen Festigkeit.
Im Gegensatz dazu ist Fig. 5 ein Elektronenmikroskopbild (900x) der Außenfläche 212 eines verstreckten PTFE-Schlauches, welcher aus einem nach dem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren erzeugten Schlauch-Rohling hergestellt wurde. Hier ist eindeutig eine beträchtliche Neigung der Knotenstruktur 216 vorhanden, derart, daß ihre Hauptachsen nicht ausschließlich rechtwinklig zur Dehnungsrichtung verlaufen. Durch diese erhöhte Regellosigkeit in der Faser-/Knotenstruktur und speziell die nichtrechtwinklige Ausrichtung der Knoten 216 werden verbesserte physikalische Eigenschaften erzeugt, insbesondere in bezug auf die radiale Zugfestigkeit des verstreckten PTFE-Schlauches.
Tabelle III faßt die resultierenden Festigkeitswerte verstreckter PTFE- Schläuche zusammen, welche aus einem gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten extrudierten Schlauch hergestellt wurden. TABELLE III
Verschiedene Veränderungen der zuvor beschriebenen und gezeigten Strukturen wären nun für Fachleute offensichtlich. Demgemäß wird der detailliert offenbarte Umfang der Erfindung in den nachstehenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines PTFE-Schlauches oder einer PTFE-Röhre, bestehend aus folgenden Schritten:

Bereitstellen einer Extrusionsvorrichtung mit einer länglichen Düse, welche einen Düsenhohlraum definiert, und einem im wesentlichen konzentrisch innerhalb des Düsenhohlraums angeordneten länglichen Dorn,

Drehen wenigstens eines der genannten Bestandteile Düse und Dorn relativ zu dem anderen;

Leiten einer PTFE-Masse durch einen zwischen der Düse und dem Dorn definierten länglichen ringförmigen Durchlaß;

Regelung der Temperatur der Extrusionsvorrichtung, um die den ringförmigen Durchlaß durchlaufende PTFE-Masse auf einer im wesentlichen einheitlichen konstanten Temperatur zu halten; und

Extrudieren der PTFE-Masse durch eine an einem Ende des länglichen Durchlasses angeordnete Extrusionsdüse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Drehens folgendes beinhaltet:

Drehen sowohl der röhrenförmigen Düse als auch des Dorns relativ zueinander.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Drehens folgendes beinhaltet:

Drehen der röhrenförmigen Düse in einer ersten Drehrichtung; und

Drehen des Dorns in einer zweiten Drehrichtung.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehrichtung gleichläufig mit der zweiten Richtung ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehrichtung gegenläufig zur zweiten Richtung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Regelung die Kühlung der Extrusionsvorrichtung beinhaltet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Regelung das Beheizen der Düsen-Extrusionsvorrichtung beinhaltet.

8. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Streckens des genannten Schlauchs oder der genannten Röhre beinhaltet, um eine(n) Schlauch/Röhre aus verstrecktem PTFE mit einer vergrößerten radialen Reißfestigkeit zu bilden.