CN111231383A - 一种医用薄壁管连续成型设备及聚乳酸薄壁管成型方法 - Google Patents

一种医用薄壁管连续成型设备及聚乳酸薄壁管成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种医用薄壁管连续成型设备及聚乳酸薄壁管连续成型方法，挤出机有氮气保护通道，母料加料口，母料经过挤出机加工成管坯，缩口模具内安装缩口芯棒，两者之间有可调节的缝隙，管坯被缩口模具缩径拉伸；缩径后的管坯通过牵引机送入到加热池中预热；加热池的后侧是扩口模具，扩口模具内有扩口芯棒，两者之间有缝隙，缩径后的管坯进入到扩口模具和扩口芯棒之间的缝隙，进行扩径拉伸；在牵引机二的拉伸下得到成品。首次将模具拉伸方法引入到对温度和湿度敏感医用聚乳酸微管中，并结合挤出拉伸对聚乳酸薄壁管进行2次双向拉伸，拉伸强度得到极大提高，聚乳酸薄壁管的拉伸强度提升2~3倍。

Description

一种医用薄壁管连续成型设备及聚乳酸薄壁管成型方法
技术领域
本发明涉及一种薄壁管加工设备和方法，尤其涉及一种医用薄壁管的成型设备和聚乳酸薄壁管的成型方法。
背景技术
聚乳酸薄壁管在医疗器械领域的使用有着特殊的优势，但是聚乳酸薄壁管的材料特性使得管材很难成型，聚乳酸拉伸强度低，径向支撑力小，目前使用二次拉伸的方法克服聚乳酸的材料缺陷是比较好的方法，使聚合物管二次在轴向和径向得到定向拉伸，拉伸强度提升。但是目前使用的方案大部分采用二次加工的方法，容易产生性能损失，而且采用吹塑法作为拉伸的动力，很难保证均匀性。
模具拉伸是一种双向拉伸的方法，目前生产中广泛应用于大型管材如聚氯乙烯，聚乙烯的管材生产，工业上目前主要使用二步法即管材挤出和管材再加工分开生产，此方法虽然装置简单，但是生产效率较低、劳动强度高，同时存在着二次加热能源浪费的问题。一步连续生产法工业上也有运用，优点是效率较高、能耗低且劳力需求低，缺点是在于装置复杂、适用的材料范围较窄。
目前国内还没有模具拉伸法应用于聚乳酸薄壁管材的生产，因为聚乳酸材料对温度和湿度敏感，在加工过程中很容易降解。此外聚乳酸体积、表面积和传热速率的差异限制了模具拉伸在聚乳酸微管的加工生产。通常情况下血管支架是由聚乳酸薄壁管通过激光切割管壁来制造支架所需的网状支架结构由于激光切割对管壁厚度的波动敏感。因此，要使切割过程成功，管子必须具有均匀的形状和沿其长度方向一致的壁厚虽然吹塑可以达到所需的尺寸但均匀性很难达到与模具拉伸同样的技术，因此开发一种连续生产聚乳酸型装置与方法实现管壁厚薄，强度高，管材均匀是十分有必要的。
发明内容
本发明解决了聚乳酸薄壁管在医疗器械领域拉伸强度低，径向支撑力小的问题，提供一种一步连续生产医用薄壁管的装置和生产方法，避免了二步生产过程中效率低，能耗浪费的问题。
本发明的技术方案是：一种医用薄壁管连续成型设备，挤出机有氮气保护通道，所述挤出机上有母料加料口，所述母料经过所述挤出机加工成管坯，所述挤出机后侧安装缩口模具，所述缩口模具内安装缩口芯棒，两者之间有可调节的缝隙，牵引机一拉动所述管坯，所述管坯被缩口模具缩径拉伸；所述牵引机一的后侧是加热池，缩径后的管坯通过牵引机一送入到加热池中预热；所述加热池的后侧是扩口模具，所述扩口模具内有扩口芯棒，两者之间有缝隙，在牵引机一的拉动下，所述缩径后的管坯进入到扩口模具和扩口芯棒之间的缝隙，进行扩径拉伸；牵引机二位于扩口模具的后方，当牵引机一停止，牵引机二工作时对管坯进行扩径后的进行模具拉伸。
进一步的，所述母料是聚乳酸，明胶，纤维素，聚氨基酸，聚L-乳酸，聚D,L-乳酸，聚乙醇酸，聚己内酯，聚三亚甲基碳酸酯，聚磷酸酯，聚D,L-丙交酯，聚乙交酯以及它们的共聚物中的一种或多种。
进一步的，所述缩口模具和缩口芯棒通过螺栓安装在挤出机的挤出口后侧，所述扩口模具通过螺栓安装在加热池的后侧。
进一步的，所述缩口芯棒和扩口芯棒之间用绝热芯棒螺纹连接。扩口芯棒靠与缩口芯棒连接后，在扩口模具的中心悬空。
进一步的，扩口芯棒的上方安装磁力装置向上吸引扩口芯棒，使扩口模具和扩口芯棒的中心线在同一直线上。使得扩口芯棒悬空处得到稳定。
进一步的，所述绝热芯棒的材料是玻璃、云母、陶瓷、聚四氟乙烯的一种。
进一步的，所述缩口模具和扩口模具的半锥角角度大于0度，小于等于50度。
进一步的，所述缩口模具的锥度和缩口芯棒的锥度的比值，扩口模具的锥度和扩口芯棒的锥度的比值，均在1:1到10:1的范围内。
此外，本发明还提供一种医用聚乳酸薄壁管连续成型方法，使用前述任何之一的连续成型设备生产医用聚乳酸薄壁管，挤出机在开机前和开机中通氮气保护，聚L-乳酸母粒从挤出机加料口，通过缩口模具和缩口芯棒之间的缝隙挤出成管坯，管坯被缩径拉伸；将管坯通过牵引机一送入到加热池中预热；将管坯送入到扩口模具和扩口芯棒之间的缝隙，在牵引机二单独拉伸下离开扩口模具自然冷却至室温，经过缩径、扩径、轴向拉伸的管材，得到医用聚乳酸薄壁管。
进一步的，包括以下几个步骤：（1）投母料前通氮气保护10~12h；（2）将聚L-乳酸母粒投入挤出机中，温度加热到200~220℃，在熔融状态下通过外径4~10毫米、厚度2~8毫米的锥形缩口磨具和外径2~8毫米的缩口芯棒之间，缩径挤出后通过牵引机一，牵引机一的速度为500~600毫米/分，挤出过程中通氮气保护；（3）在牵引机一的牵引下，管坯通过加热池，加热温度设定为60~65℃（4）加热扩口模具温度到60~80℃，将管坯通过外径3~7毫米厚度2~9毫米扩口磨具和外径1~6毫米扩口芯棒；（5）管子从模具出来后牵引机一停止工作，牵引机二拉伸牵引扩口后的管材，设置拉伸速度900~1000毫米/分；（6）待管子完全通过扩口芯棒后，冷却得到外径1.5~6.5毫米，壁厚100~2000微米的医用聚乳酸薄壁管材。
有益效果：本发明的一体化设备，通过通过采用挤出拉伸和模具拉伸结合的方法，在第一步中使用缩口模具，对挤出的管进行缩口拉伸，再使用扩口模具对管坯进行扩口拉伸，使聚合物管二次在轴向和径向得到定向拉伸，拉伸强度提升2~3倍，均匀性也比吹塑法要好。该装置为一步连续生产装置，避免了二步生产过程中效率低，能耗浪费的问题。
附图说明
图1是本发明的示意图
图2是本发明的方法生产的聚乳酸薄壁管的性能测试图
图中：1-挤出机，2-氮气保护通道，3-缩口模具，4-缩口芯棒，5-牵引机一，6-绝热芯棒，7-扩口芯棒，8-加热池，9-扩口模具，10-牵引机二，11-成型管。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种医用薄壁管连续成型设备，包括挤出机 1，缩口模具3，缩口芯棒4，挤出机挤出前12h通过氮气保护通道2通氮气排尽挤出机里面的空气。通过加料漏斗加入聚乳酸母粒，设置挤出温度、螺杆挤出速度，继续通氮气保护，聚乳酸薄壁管沿着缩口模具3和缩口芯棒4的间隙挤出冷却后在牵引机一5的带动下送至加热池单元8，设定加热温度在玻璃化转变温度和熔融态转变温度之间，进入扩口模具9拉伸区域，扩口模具9加热至一定的温度，当管子从扩口模具出来后，牵引机二10位于扩口模具的后方，牵引机一5停止运行，拉伸牵引机二10逐步拉伸管坯，最终以恒定的拉伸速度拉伸，当扩口的聚乳酸薄壁管全部通过锥形模具区域后，自然冷却至室温，卸载即可得到力学性能优良的薄壁医用聚乳酸薄壁管材。
缩口模具3和缩口芯棒4通过螺栓连接固定在挤出机的出口，扩口模具9通过螺栓连接在加热池8出口侧，有利于对零部件的维护或更换。缩口芯棒4和扩口芯棒7通过螺纹连接到绝热芯棒6，避免缩口芯棒4（熔融温度）和扩口芯棒7（玻璃化温度和熔融温度之间）之间的热传递，扩口芯棒9上方施加磁场使模具和芯棒的中心线在同一直线上。
在某些情况下装置改进可在加热池入口引入干燥的压缩空气，吹气方向和管材拉伸方向相同，减少管壁和芯棒之间的摩擦力利于管材拉伸移动，同时能够辅助管材径向拉伸取向。
在某些情况下装置体系引入水冷却系统，防止局部热量过高对设备造成的损害。
所述缩口模具和扩口模具的半锥角角度大于0度，小于等于50度。所述缩口模具的锥度和缩口芯棒的锥度的比值，扩口模具的锥度和扩口芯棒的锥度的比值，均在1:1到10:1的范围内。
该设备除了聚乳酸，还适用于明胶，纤维素，聚氨基酸，聚L-乳酸，聚D,L-乳酸，聚乙醇酸，聚己内酯，聚三亚甲基碳酸酯，聚磷酸酯，聚D,L-丙交酯，聚乙交酯以及它们的共聚物中的一种或多种。
实施例2
医用聚L-乳酸微管的制备
1.投料前通氮气保护12h。
2.将聚L-乳酸母粒投入微型单螺杆挤出机中，温度加热到220℃，在熔融状态下通过外径4毫米*2毫米的锥形缩口磨具和外径2毫米*1毫米的锥形芯棒，挤出后通过牵引机5，设置牵引机的速度为500毫米/分，得到外径1.3mm、壁厚300微米的管，挤出过程中通氮气保护。
3.在牵引机5的牵引下，管坯通过加热池8，加热温度设定为65℃。
4.加热扩口磨具温度到80℃，将管子通过外径3毫米*2毫米锥形扩口磨具和外径1毫米*2毫米锥形扩口芯棒。
5.牵引机5停止工作，启动牵引机10拉伸牵引扩口后的管材，设置拉伸速度1000毫米/分。
6.待管子完全通过扩口芯棒后，冷却得到内径1.8毫米，壁厚100微米的聚乳酸薄壁管材。
实施例3
医用聚D,L-乳酸微管的制备
1.投料前通氮气保护10h。
2.将聚D,L-乳酸母粒投入微型单螺杆挤出机中，温度加热到200℃，在熔融状态下通过外径10毫米*8毫米的锥形缩口磨具和外径8毫米*6毫米的芯棒，挤出后通过牵引机5，设置牵引机的速度为600毫米/分，得到外径6.3mm、壁厚1500微米的管，挤出过程中通氮气保护。
3.在牵引机5的牵引下，管坯通过加热池8，加热温度设定为60℃。
4.将干燥的压缩空气引入到扩口芯棒上，压力0.5Bar，此芯棒为空心带孔结构。
5.加热扩口模具温度到60℃，将管子通过外径7毫米*9毫米锥形扩口磨具和外径6毫米*8毫米锥形扩口芯棒。
6.牵引机5松开停止工作，启动牵引机10拉伸牵引扩口后的管材，设置拉伸速度900毫米/分。
7.待管子完全通过扩口芯棒后，冷却得到内径6.5毫米，壁厚1000微米的聚D,L-乳酸管材。
实施例4
拉伸对比试验
采用带载荷100N的万能试验机对试样进行了拉伸试验。将实施例2和未双向拉伸的长70毫米的聚乳酸薄壁管分别夹在试验机夹爪之间，用一层砂纸包住管端，以提高夹持力。试验以50 毫米每分钟的拉伸速率进行，握力长度为50 毫米，每次试验中生成应力-应变曲线，并计算出以下参数：极限抗拉强度、弹性模量、屈服强度和断裂延伸率，结果如图2所示，其中A是挤出拉伸和模具拉伸后的聚乳酸薄壁管，B是未双向拉伸的聚乳酸管，壁厚为500微米。

Claims (10)

1.一种医用薄壁管连续成型设备，其特征在于，挤出机有氮气保护通道，所述挤出机上有母料加料口，所述母料经过所述挤出机加工成管坯，所述挤出机后侧安装缩口模具，所述缩口模具内安装缩口芯棒，两者之间有可调节的缝隙，牵引机一拉动所述管坯，所述管坯被缩口模具缩径拉伸；所述牵引机一的后侧是加热池，缩径后的管坯通过牵引机一送入到加热池中预热；所述加热池的后侧是扩口模具，所述扩口模具内有扩口芯棒，两者之间有缝隙，所述缩径后的管坯进入到扩口模具和扩口芯棒之间的缝隙，进行扩径拉伸，牵引机二位于扩口模具的后方，在牵引机二的拉伸下得到成品。
2.根据权利要求1所述医用薄壁管连续成型设备，其特征在于，所述母料是聚乳酸，明胶，纤维素，聚氨基酸，聚L-乳酸，聚D,L-乳酸，聚乙醇酸，聚己内酯，聚三亚甲基碳酸酯，聚磷酸酯，聚D,L-丙交酯，聚乙交酯以及它们的共聚物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述医用薄壁管连续成型设备，其特征在于，所述缩口模具和缩口芯棒通过螺栓安装在挤出机的挤出口后侧，所述扩口模具通过螺栓安装在加热池的后侧。
4.根据权利要求1所述医用薄壁管连续成型设备，其特征在于，所述缩口芯棒和扩口芯棒之间用绝热芯棒螺纹连接。
5.根据权利要求1所述医用薄壁管连续成型设备，其特征在于，所述绝热芯棒的材料是玻璃、云母、陶瓷、聚四氟乙烯的一种。
6.根据权利要求1所述医用薄壁管连续成型设备，其特征在于，所述缩口模具和扩口模具的半锥角角度大于0度，小于等于50度。
7.根据权利要求1所述医用薄壁管连续成型设备，其特征在于，所述缩口模具的锥度和缩口芯棒的锥度的比值，扩口模具的锥度和扩口芯棒的锥度的比值，均在1:1到10:1的范围内。
8.一种医用聚乳酸薄壁管连续成型方法，使用权利要求1或权利要求3~7任何之一的连续成型设备生产医用聚乳酸薄壁管，其特征在于，挤出机在开机前和开机中通氮气保护，聚L-乳酸母粒从挤出机加料口，通过缩口模具和缩口芯棒之间的缝隙挤出成管坯，管坯被缩径拉伸；将管坯通过牵引机一送入到加热池中预热；将管坯送入到扩口模具和扩口芯棒之间的缝隙，通过牵引机二进行扩径拉伸，在牵引机二单独拉伸下离开扩口模具自然冷却至室温，经过缩径、扩径、轴向拉伸的管材，得到医用聚乳酸薄壁管。
9.根据权利要求8所述医用聚乳酸薄壁管成型方法，其特征在于，包括以下几个步骤：（1）投母料前通氮气保护10~12h；（2）将聚L-乳酸母粒投入挤出机中，温度加热到200~220℃，在熔融状态下通过外径4~10毫米、厚度2~8毫米的锥形缩口模具和外径2~8毫米的缩口芯棒之间，缩径挤出后通过牵引机一，牵引机一的速度为500~600毫米/分，挤出过程中通氮气保护；（3）在牵引机一的牵引下，管坯通过加热池，加热温度设定为60~65℃（4）加热扩口模具温度到60~80℃，将管坯通过外径3~7毫米厚度2~9毫米扩口磨具和外径1~6毫米扩口芯棒；（5）牵引机一停止工作，牵引机二拉伸牵引扩口后的管材，设置拉伸速度900~1000毫米/分；（6）待管子完全通过扩口芯棒后，冷却得到外径1.5~6.5毫米，壁厚100~2000微米的医用聚乳酸薄壁管。
10.根据权利要求1所述医用薄壁管成型设备，其特征在于，扩口芯棒的上方安装磁力装置向上吸引扩口芯棒，使扩口模具和扩口芯棒的中心线在同一直线上。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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