医用导管精密挤出,涉及到挤出机控制系统、螺杆设计、模头等多方面的挑战,综合考虑各种影响因素的系统解决方案才能实现高品质、高稳定导管产品的高效生产。
随着介入诊疗技术的普及,精密医疗导管的需求越来越大。
和普通PVC导管不同,精密医用导管尺寸更小,截面更复杂,通常要求多腔、变径、异型腔、多层(多层共挤),材料选择多样(TPU, FEP, PTFE),尺寸精度要求更高,公差通常在1/1000英寸,即0.025mm。
目前医用导管精密挤出的生产量和消耗使用量以美国为最大。美国FDA的QSR规定不仅对生产环境(洁净室)有要求,对设备和工艺也有具体要求。米拉克龙是北美主要医疗导管挤出设备供应商之一。本文主要介绍医用导管精密挤出对挤出设备和工艺的要求。
米拉克龙医用导管挤出机
控制系统
普通的挤出机控制系统只是调控挤出机的螺杆转速,加热圈和模头温度等参数,在响应速度、控制精度等方面不能满足医疗导管的精密挤出控制。
医疗导管精密挤出要求控制系统除控制挤出机的参数外,还要连接上下游设备、喂料器、模头、型腔气压以及在线测量设备,集成上下游设备的控制系统,形成闭环控制,快速采集样本数据,同步反馈调节参数,优化工艺数据,实时监控生产加工。同时帮助分析工艺参数,优化指导生产加工。另外兼具远程控制,离线诊断功能。
米拉克龙MOSAIC挤出机控制技术
例如,当在线测量系统测得导管外径接近公差值时,控制系统从在线测量仪获得数据,同步自动调节模头加热区温度和螺杆转速,熔体粘度随温度升高而降低,粘度下降使流动性提高,从而达到对导管外径尺寸补偿的作用。
专用的螺杆设计
医用导管生产要求速度快,线速度可达100米/分,精度高,材料复杂,要求塑化好,对螺杆的材质和外形设计有很高的要求。
对于机筒,除要求耐磨损外,有些加工材料具有腐蚀性,通常需采用双合金机筒,兼具抗腐蚀和耐磨损功能。
螺杆设计宜采用双螺棱的屏障式螺杆设计,加特殊设计的混炼头,以提高塑化效果和输出的稳定性。
米拉克龙螺杆设计
螺杆和机筒是挤出机乃至挤出生产线的核心,螺杆机筒的质量直接关系到产品的精度、挤出产量、生产的稳定性,选用最合适的螺杆机筒是医疗导管精密挤出生产的关键。米拉克龙公司在美国拥有3 家螺杆机筒厂,有多年设计加工螺杆机筒的经验。
伺服电机驱动和电源优化器
和其他挤出应用不同的是,精密医疗挤出通常采用伺服电机驱动,而不是变频电机或直流电机,这样可以提高驱动精度和控制响应时间,最终提高产品的精度。
另外,考虑电力供应实际情况,在实际生产线配置时,配备电源优化器(Line Reactor)是一个必要的选择。此外,根据FDA要求,医用导管挤出生产中,冒料、渗水、漏油等现象绝对不允许,在各部件的连接和密封方面,对挤出机有更高的要求。
挤出模头
挤出模头是精密挤出定型的关键。医用导管精密挤出大多采用直角模头,之所以不用直通模头是因为受洁净室空间的限制,直角模头使整个挤出线的占地面积较小。
医用导管精密挤出模头要求有流道阻力自动调节功能,采用针阀结构能够减少轴向压力波动对制品尺寸造成影响;另外,口模间隙的自动调节可以保证稳定的壁厚公差;自动浮动的芯棒是同心度公差的保证。
米拉克龙五层医用导管共挤系统
与螺杆机筒一样,耐高温、耐磨损、抗腐蚀对模头材料有很高的要求。另外,精密挤出模具热变形要求较高,对材料选择、加工精度,以及结构的补偿设计都要特别考虑。
其他设备
计量喂料、熔体泵、真空定型冷却、在线测量、牵引切割等都是精密挤出的重要环节,关系到最终制品的质量和产量。如熔体泵,有些厂家不愿意装,认为对质量影响不大。笔者强烈建议安装,而且要用高精度熔体泵,高精度熔体泵能改善熔体压力稳定性,提高机头压力,提高挤出机产量,保证导管质量。注意,带或不带熔体泵挤出机的螺杆设计是不同的。
最后需要强调的是,医用导管的精密挤出是一个综合系统工程,原料、设备和工艺等都会对最终制品的质量和产量造成影响。笔者曾遇到过因为冷却水温度偏差和压缩空气压力波动而造成制品不良,所以生产流程中每一个环节都需要精益求精,才能确保最终产品的质量和产量。