CN114474654A - 复合中空纤维管及其制备方法和挤出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合中空纤维管及其制备方法和挤出系统，所述挤出系统包括依次放置的放卷机、预热装置、光照装置和挤出机；所述放卷机设置有放卷卷盘，用于连续放卷所述编织内层；所述预热装置，用于对所述编织内层进行加热软化，形成编织层被内层包埋的结构；所述光照装置，用于对所述编织内层通过光照射进行表面改性；所述挤出机，用于在所述编织内层上包覆挤出所述外层，形成所述复合中空纤维管。可有效改善复合中空纤维管的界面强度，保障编织网格的结构稳定性及临床应用时产品具有良好的扭控性能、推送性能、力学强度等性能特征。

Description

复合中空纤维管及其制备方法和挤出系统
技术领域
本发明涉及医用管材技术领域，尤其涉及一种复合中空纤维管及其制造方法和挤出系统。
背景技术
微创伤介入领域的编织增强复合中空纤维管，由内层高分子中空纤维管、中间层编织增强网格层、外层高分子中空纤维管及它们的界面组成，这类产品可广泛且不限应用于血管造影、电生理射频消融等用途。由于产品的尺寸微小(外径1.8-4mm)、精度较高(公差±0.01mm),比较通用的加工方法包括连续包覆挤出成型工艺、多层嵌套焊接成型工艺、连续浸渍涂覆成型工艺等。通常我们会首选连续包覆挤出成型工艺，因为其生产效率最高(挤出速度为5-20米/分钟，而焊接速度为1-4米/分钟、浸渍涂覆速度为0.5-6米/分钟)、产品在挤出过程中有轴向拉伸取向因而拉伸强度最好，具有低成本、高产出、高性能、加工范围广的优势。
但当内层材料与外层材料的极性差异较大或熔点差异较大时，连续包覆挤出工艺会出现界面强度较低、甚至分层现象，但在连续挤出过程中无法加入检测手段进行识别与监控质量异常，导致产品性能下降、波动或不合格，最严重的是临床应用时发生医疗事故。
目前主要采用化学表面改性方法和等离子体表面改性方法来提高层之间的界面强度，但存在以下缺点：
1)化学表面改性方法提高界面强度会引入新的化学成分，无法保障管材的生物相容性；
2)等离子体表面改性方法的缺点：等离子体设备产生-OH键容易脱落，而准分子设备产生的-C键不会脱落；等离子体处理有粉尘掉入管材表面的风险。
因此，有必要提供一种新的复合中空纤维管及其制造方法和挤出系统，提高复合中空纤维管中层与层之间的界面强度，且不引入新的化学物质，不影响生物安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合中空纤维管及其制造方法和挤出系统，可有效改善复合中空纤维管的界面强度，保障编织网格的结构稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种复合中空纤维管的制备方法，所述复合中空纤维管依次包括内层、编织层和外层，包括如下步骤：S1：在所述内层上缠绕编织丝，形成编织层，两者共同形成编织内层，所述编织层编织时对编织丝施加编织张力；S2：对所述编织内层进行加热软化，使所述编织层部分嵌入所述内层，形成编织层被内层包埋的结构；S3：对包埋后的编织内层进行光照，对所述编织内层的表面进行改性；S4：表面改性后的编织内层和外层材料通过挤出机一并挤出，使外层包覆在所述编织内层外，制取所述复合中空纤维管。
优选地，所述步骤S2中，加热温度高于所述内层的软化温度，比所述内层的熔融温度低30℃以上。
优选地，所述步骤S3中采用紫外线进行光照，紫外线的光波波长范围在172nm～222nm。
优选地，所述步骤S1中，所述编织张力为0.6～6.5N。
优选地，所述步骤S3中光照后，对所述编织内层的表面进行清洁，通过吹扫气去除所述编织内层表面的杂质。
优选地，所述步骤S4中所述外层材料为两种以上，通过不同的加料口加入，制备具有不同材质的外层的复合中空纤维管；或者，不同的外层材料在不同时段先后加入，得到的复合中空纤维管的外层包括不同材质的多段结构。
优选地，所述步骤S4之后，还包括冷却步骤，在所述冷却步骤中，通过调节收卷速度，调节挤出的复合中空纤维管的外径，制备具有不同外径尺寸的复合中空纤维管。
为实现上述目的，本发明还提供一种复合中空纤维管，由上述的制备方法制取。
优选地，所述外层包括多段结构，任意相邻两段的材料不同；或者，所述外层在延伸方向具有不同外径尺寸。
为实现上述目的，本发明采用的还提供一种复合中空纤维管的挤出系统，所述复合中空纤维管依次包括内层、编织层和外层，所述内层上缠绕编织丝形成所述编织层，两者共同形成编织内层；其特征在于，所述挤出系统包括依次放置的放卷机、预热装置、光照装置和挤出机；所述放卷机设置有放卷卷盘，用于连续放卷所述编织内层；所述预热装置，用于对所述编织内层进行加热软化，形成编织层被内层包埋的结构；所述光照装置，用于对所述编织内层通过光照射进行表面改性；所述挤出机，用于在所述编织内层上包覆挤出所述外层，形成所述复合中空纤维管。
优选地，包括同心度调节装置，所述同心度调节装置设置在所述光照装置和挤出机之间，用于对所述编织内层的位置进行调节，使所述编织内层和所述外层同轴。
优选地，所述同心度调节装置包括第一调节滚轮和第二调节滚轮，所述第一调节滚轮用于调节所述编织内层在第一方向上的位置，所述第二调节滚轮用于调节所述编织内层在第二方向上的位置，所述第一方向和第二方向垂直。
优选地，所述预热装置为热风预热装置，热风流速为5-30ml/min。
优选地，所述光照装置，包括紫外线准分子灯，采用氮化镓铝紫外线传感器；激发的紫外线波长范围为172nm～222nm。
优选地，所述光照装置还包括通气装置，所述紫外线准分子灯和所述通气装置之间由栅栏隔开。
优选地，所述光照装置内设置缠绕装置，所述缠绕装置包括多个组合排列的被动辊轮。
优选地，所述缠绕装置包括m个第一被动辊轮，或者，所述缠绕装置包括n个第一被动辊轮和一个第二被动辊轮，其中，m、n为正整数，m＞n，所述第二被动辊轮的直径大于所述第一被动辊轮的直径。
优选地，所述挤出机包括螺杆和多个加料口，所述多个加料口设置在所述螺杆上。
优选地，所述多个加料口中，第一、第二加料口分开设置在所述螺杆的一侧，第三、第四加料口设置所述螺杆的另一侧，分别与所述第一、第二加料口的位置相对。
优选地，所述挤出机的机头外，设置有冷却水槽；和/或，所述挤出系统包括收卷机和收卷速度控制器，所述收卷机设置有收卷卷盘，用于连续收卷所述复合中空纤维管；所述收卷速度控制器，用于控制收卷速度，调节所述复合中空纤维管的外径尺寸。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的复合中空纤维管及其制造方法和挤出系统，在进行外层挤出之前，增加预热和表面改性处理工艺，形成编织内层的包埋结构和编织内层表面浸润性的改善，有以下优点：1)可有效改善复合中空纤维管的界面强度，保障编织网格的结构稳定性及临床应用时产品具有良好的扭控性能、推送性能、力学强度等性能特征；2)不引入新的化学物质，不会影响生物安全性；3)可匹配连续包覆挤出的生产速度，快速实现界面改性与增强；4)可制备多硬度变化的中空纤维管；5)可制备不同外径尺寸的变径中空纤维管。
附图说明
图1为本发明实施例中的复合中空纤维管的挤出系统框架示意图；
图2a和图2b为本发明实施例中紫外准分子照射装置的内部结构示意图。
图中：
1-放卷机，2-预热装置，3-光照装置，4-同心度调节装置，5-挤出机，6-收卷机，7-放卷卷盘，8-编织内层，9-第一调节滚轮，10-第二调节滚轮，11-冷却水槽，12-加料口，13-收卷卷盘，14-第一被动辊轮，15-第二被动辊轮，41-支撑轴，51-螺杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本发明所述“内层”是指“内层中空纤维管”，所述“外层”是指“外层中空纤维管”。
本发明提供一种复合中空纤维管，依次包括内层、编织层和外层，其中所述编织层部分嵌入所述内层，形成编织内层，所述外层与所述编织内层之间通过化学键或者表面张力连接。
在一个实施例中，所述外层包括多段结构，各段结构的材料不同。
在另一个实施例中，所述外层在延伸方向上的外径相同或者不同。
本发明还提供上述复合中空纤维管的制备方法，以提高连续包覆挤出工艺制备编织增强复合中空纤维管的界面强度，包括如下步骤：
S1：在内层上缠绕编织层，形成编织内层；编织层优选为编织网格，由金属丝或纤维丝编织形成，所述编织层编织时对编织丝施加编织张力；编织时放线张力优选为0.6～6.5N，合适的放线张力会给编织网增加内应力，保证编织网密度稳定，包裹密实。
S2：对所述编织内层进行加热软化，使所述编织层部分嵌入所述内层，形成编织层被内层包埋的结构。较佳地，加热温度高于所述内层的软化温度，比所述内层的熔融温度低30℃以上(包含30℃)，优选热风加热，热风流速为5-30ml/min。
S3：对包埋后的编织内层进行光照，对所述编织内层的表面进行改性。优选紫外线照射，紫外线的光波波长范围在172nm～222nm。
S4：表面改性后的编织内层和外层材料通过挤出机一并挤出，使外层包覆在所述编织内层外，制取所述复合中空纤维管。
在一个实施例中，在S3步骤中，光照之后，还对编织内层的表面进行清洁，即通过吹扫气清洁编织内层表面的杂质。
在S3步骤中，所述外层材料为两种以上，通过不同的加料口加入，制备具有不同材质的复合中空纤维管的外层。进一步地，不同的外层材料在不同时段先后加入，得到的复合中空纤维管的外层包括不同材质的多段结构。
在一个实施例中，在S4步骤之后，还包括冷却步骤，在冷却步骤中，通过调节收卷速度，调节挤出的中空纤维管的外层的直径尺寸，制备具有变径尺寸的中空纤维管。
为实现上述工艺，请参见图1，本发明还提供了一种复合中空纤维管的挤出系统，包括依次放置的放卷机1、预热装置2、光照装置3和挤出机5；进一步地，光照装置3和挤出机5之间还设置有同心度调节装置4。
在一个实施例中，所述挤出机5具有不同的加料口12。
在另一个实施例中，所述挤出系统还包括收卷机6，用于连续收卷所述复合中空纤维管和调节收卷的速度。
具体地，所述放卷机1设置有放卷卷盘7，用于连续放卷所述编织内层8，保证复合中空纤维管的连续包覆挤出生产。从放卷机1出来的编织内层8进入预热装置2。
所述预热装置2，用于对所述编织内层8进行加热软化，形成编织层被内层包埋的结构；预热装置2优选热风预热，作用是：第一、吹扫干净编织内层8，提高界面强度；因为编织层在编织过程中会因为编织丝受编织张力以及与辊轮或定位装置的摩擦产生的大量粉屑，这些粉屑会影响界面强度；第二、将内层软化、编织层的网格在储存的编织张力作用下向内层收缩，部分嵌入内层，形成编织层被内层包埋的结构，从而固定编织丝的网格结构，预防编织内层8在外层包覆挤出时因较大的熔体压力作用下发生编织网格变形导致产品的性能不稳定，甚至出现退网而无法继续连续包覆挤出生产。优选地，将加热温度控制在高于内层材料的软化温度，比内层材料的熔融温度低30℃以上，热风流速优选为5-30ml/min。经预热装置2加热处理形成包埋结构的编织内层8出来后进入光照装置3。所谓软化温度，即玻璃化温度。
所述光照装置3，用于对所述编织内层8通过光照射进行表面改性和清洁；在一实施方式中，所述光照装置3包括紫外准分子灯和通气装置，所述紫外线准分子灯和所述通气装置之间由金属栅栏隔开，也就是说，所述光照装置3的前半部分是紫外光照改性设备，后半部分为通气吹扫，中间通过金属栅栏隔开。紫外线准分子灯的原理是，利用在紫外线灯管外的高压、高频对灯管内的稀有气体进行轰击发出单一的紫外线，光子能量达696KJ/mol，尤其是波长为172nm的准分子真空紫外光子能量高达7.2eV，高于绝大多数有机分子键能，足以打开大多数分子键。利用其单一的高强紫外线，可实现很好的光改性，达到对编织内层8表面的刻蚀和改性效果，对编织内层8表面处理效果好，速度快。另外紫外线照射编织内层8表面后，表面的有机分子结合和杂质会被强的光能切断、氧化，而后分解成氧气、氢气、二氧化碳等易挥发性物质，再通过通气装置，通过吹扫气将紫外光照后产生的杂质吹扫掉，达到光清洁效果，被清洗后的表面清洁度极高，进一步提高复合中空纤维管的界面强度和性能。较佳地，光照装置3采用以氮化镓铝为基础的材料制成的紫外线传感器；激发的光波波长范围在172nm～222nm，优选172nm。所述通气装置包括通气管道，在通气管道内通入空气，氮气等气体，吹扫紫外光照后产生的杂质。通入的气体优选采用氮气，不引入杂质且有良好的吹扫功能。
进一步地，光照装置3内部设置缠绕装置，确保编织内层8在有限的空间里面进行足够长时间的界面改性。通常外层包覆挤出速度为5-10m/min，而紫外线准分子灯对热塑性材料的表面改性时间尽量保证＞20s以上，因此，为了匹配作用时间，所述缠绕装置包括多个组合排列的被动辊轮，在一实施方式中，如图2a所示，包括m个第一被动辊轮14，从入口处和出口处均设置一个第一被动辊轮14，在入口处和出口处之间的上下侧排列多个第一被动辊轮14，对编织内层8进行上下来回缠绕，以增加紫外线对编织内层8的照射时间，以确保作用时间充足，从而进行足够长时间的界面改性。第一被动辊轮14的数量m，上下第一被动辊轮14之间的距离，本领域技术人员可以根据需要进行设置，本实施例对此不做特别限制。在另一实施方式中，如图2b所示，包括n个第一被动辊轮14及一个第二被动辊轮15，在入口处和出口处各设置一个第一被动辊轮14，编织内层8缠绕第一被动辊轮14后缠绕第二被动辊轮15一圈再通过第一被动辊轮14从出口出去进入同心度调节装置4。其中，m、n为正整数，m＞n，所述第二被动辊轮15的直径远大于所述第一被动辊轮14的直径。该实施方案中第一被动辊轮14的数量n比图2a所示的实施方案可以大幅减少；如图2a中设置14个第一被动辊轮14，图2b中设置4个第一被动辊轮14和一个第二被动辊轮15。本领域技术人员可以根据需要选择不同尺寸、不同数量的被动辊轮，以及设置在不同位置，本发明对此不做特别限制。
同心度调节装置4是为了在使表面改性后的编织内层8进入挤出机5的机头之前进行位置进行调节，使所述编织内层8和所述外层同轴。在一具体实施方式中，所述同心度调节装置4包括第一调节滚轮9和第二调节滚轮10，所述第一调节滚轮9用于调节所述编织内层8在第一方向上的位置，所述第二调节滚轮10用于调节所述编织内层8在第二方向上的位置，所述第一方向和第二方向垂直，以图1所示为例，第一方向为水平方向，第二方向为竖直方向，同心度调节装置4包括竖直设置的支撑轴41，支撑轴41上设置可竖直方向移动调整的两个第一调节滚轮9和一个可水平方向移动调整的第二调节滚轮10，编织内层8穿过两个第一调节滚轮9之间的空隙后穿过第二调节滚轮10，通过移动第一调节滚轮9来调整编织内层8在竖直方向上的位置，通过移动第二调节滚轮10来调整编织内层8在水平方向上的位置。同心度调节装置4对编织内层8进行水平和垂直角度的校准，提高编织内层8与外层的同心度，以进一步增强界面强度。外层包覆挤出时，如果同心度不好，外层材料的熔体压力(高达500psi-3000psi)不均匀，外层壁厚偏厚一侧压力较大，容易产生退网，外层壁厚偏薄一侧容易导致编织丝透丝或漏丝，从而影响界面强度。
所述挤出机5，用于在所述编织内层8上包覆挤出所述外层材料，形成所述复合中空纤维管。所述挤出机5包括螺杆51和多个加料口12，所述多个加料口12设置在所述螺杆51上。在一具体实施方式中，如图1所示，挤出机5的螺杆51上方，第一、第二加料口分开设置在所述螺杆51的一侧，第三、第四加料口设置所述螺杆的另一侧，分别与所述第一、第二加料口的位置相对，第一、第二、第三、第四加料口均与螺杆51形成45°倾斜夹角。根据产品需要，进行分段加料挤出，能够制备不同段不同材料，不同硬度的复合中空纤维管。计算中空纤维管在不同段所需的原料，定时打开不同的加料口12，调节螺杆速度，在前一段材料包覆挤出后，通过第二个加料口加料，通过螺杆紧跟着挤出第二段材料，然后第三段等，这样可以连续挤出不同具有不同硬度段的复合中空纤维管，工艺稳定，连续，产品具有良好的重复性和均匀性。本领域技术人员可以根据需要选择不同数量加料口、以及设置在不同位置，本发明对此不做特别限制。
经过预热及光照后，挤出时外层材料在熔融状态下包覆在编织内层8上，在进行外层挤出之前，由于增加了预热和表面改性处理工艺，形成编织内层8的包埋结构和编织内层8表面浸润性的改善，可有效改善复合中空纤维管的界面强度，保障编织网格的结构稳定性及临床应用时产品具有良好的扭控性能、推送性能、力学强度等性能特征；且不引入新的化学物质，不会影响生物安全性；可匹配连续包覆挤出的生产速度，快速实现界面改性与增强。
所述挤出机5的机头外，设置有冷却水槽11。从机头出来后的复合中空纤维管进入冷却水槽11进行冷却定型。
进一步地，所述收卷机6设置有收卷卷盘13和收卷速度控制器，用于连续收卷所述中空纤维管，和调节中空纤维管的外径尺寸。在冷却定型的过程中，通过收卷速度控制器加快收卷机的收卷速度，复合中空纤维管的外层材料在包覆挤出时会薄，产品外径尺寸小；通过减缓收卷速度，挤出时的外层材料厚度变厚，复合中空纤维管外径变大。因此，通过变速收卷方式，能够使得编织内层外部的不同区域有不同的包覆材料熔体量，使得复合中空纤维管不仅具有变化的外径尺寸，还能使得复合中空纤维管外层平滑，均匀。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (19)

1.一种复合中空纤维管的制备方法，所述复合中空纤维管依次包括内层、编织层和外层，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在所述内层上缠绕编织丝，形成编织层，两者共同形成编织内层，所述编织层编织时对编织丝施加编织张力；
S2：对所述编织内层进行加热软化，使所述编织层部分嵌入所述内层，形成编织层被内层包埋的结构；
S3：对包埋后的编织内层进行光照，对所述编织内层的表面进行改性；
S4：表面改性后的编织内层和外层材料通过挤出机一并挤出，使外层包覆在所述编织内层外，制取所述复合中空纤维管。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，加热温度高于所述内层的软化温度，比所述内层的熔融温度低30℃以上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中采用紫外线进行光照，紫外线的波长范围在172nm～222nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述编织张力为0.6～6.5N。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中光照后，对所述编织内层的表面进行清洁，通过吹扫气去除所述编织内层表面的杂质。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中所述外层材料为两种以上，通过不同的加料口加入，制备具有不同材质的外层的复合中空纤维管；或者，不同的外层材料在不同时段先后加入，得到的复合中空纤维管的外层包括不同材质的多段结构。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4之后，还包括冷却步骤，在所述冷却步骤中，通过调节收卷速度，调节挤出的复合中空纤维管的外径，制备具有不同外径尺寸的复合中空纤维管。
8.一种复合中空纤维管，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制取。
9.根据权利要求8所述的复合中空纤维管，其特征在于，所述外层包括多段结构，任意相邻两段的材料不同；或者，所述外层在延伸方向具有不同外径尺寸。
10.一种复合中空纤维管的挤出系统，所述复合中空纤维管依次包括内层、编织层和外层，所述内层上缠绕编织丝形成所述编织层，两者共同形成编织内层；其特征在于，所述挤出系统包括依次放置的放卷机、预热装置、光照装置和挤出机；
所述放卷机设置有放卷卷盘，用于连续放卷所述编织内层；
所述预热装置，用于对所述编织内层进行加热软化，形成编织层被内层包埋的结构；
所述光照装置，用于对所述编织内层通过光照射进行表面改性；
所述挤出机，用于在所述编织内层上包覆挤出所述外层，形成所述复合中空纤维管。
11.根据权利要求10所述的挤出系统，其特征在于，包括同心度调节装置，所述同心度调节装置设置在所述光照装置和所述挤出机之间，用于对所述编织内层的位置进行调节，使所述编织内层和所述外层同轴。
12.根据权利要求11所述的挤出系统，其特征在于，所述同心度调节装置包括第一调节滚轮和第二调节滚轮，所述第一调节滚轮用于调节所述编织内层在第一方向上的位置，所述第二调节滚轮用于调节所述编织内层在第二方向上的位置，所述第一方向和第二方向垂直。
13.根据权利要求10所述的挤出系统，其特征在于，所述光照装置，包括紫外线准分子灯，采用氮化镓铝紫外线传感器；激发的紫外线波长范围为172nm～222nm。
14.根据权利要求13所述的挤出系统，其特征在于，所述光照装置还包括通气装置，所述紫外线准分子灯和所述通气装置之间由栅栏隔开。
15.根据权利要求10所述的挤出系统，其特征在于，所述光照装置内设置缠绕装置，所述缠绕装置包括多个组合排列的被动辊轮。
16.根据权利要求15所述的挤出系统，其特征在于，所述缠绕装置包括m个第一被动辊轮，或者，所述缠绕装置包括n个第一被动辊轮和一个第二被动辊轮，其中，m、n为正整数，m＞n，所述第二被动辊轮的直径大于所述第一被动辊轮的直径。
17.根据权利要求10所述的挤出系统，其特征在于，所述挤出机包括螺杆和多个加料口，所述多个加料口设置在所述螺杆上。
18.根据权利要求17所述的挤出系统，其特征在于，所述多个加料口中，第一、第二加料口分开设置在所述螺杆的一侧，第三、第四加料口设置所述螺杆的另一侧，分别与所述第一、第二加料口的位置相对。
19.根据权利要求10所述的挤出系统，其特征在于，所述挤出机的机头外，设置有冷却水槽；和/或，所述挤出系统包括收卷机，所述收卷机设置有收卷卷盘和收卷速度控制器，所述收卷卷盘用于连续收卷所述复合中空纤维管；所述收卷速度控制器，用于控制收卷速度，调节所述复合中空纤维管的外径尺寸。
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