DE69713051T2

DE69713051T2 - Verfahren zum einschweissen eines rohrförmigen einsatzes in einen behälter

Info

Publication number: DE69713051T2
Application number: DE69713051T
Authority: DE
Inventors: Bradley Buchanan; A. Rosenbaum; T. Smith
Original assignee: Baxter International Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: CA2229846A1; CA2229846C; AU730240B2; WO1998000286A1; EP0858391B1; DE69713051D1; AU3591297A; ATE218433T1; EP0858391A1; US5976300A; ES2177991T3

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines gerundeten Elements zwischen ebenen Elementen. Die Erfindung betrifft auch einen coextrudierten Anschlußschlauch mit medizinischer Güte für die Verwendung mit Behältern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden, um einen coextrudierten Anschlußschlauch an einem Behälter mit medizinischer Güte, wie einen IV-Beutel, anzubringen.

Allgemeiner Stand der Technik

Auf dem Gebiet der medizinischen Versorgung werden nützliche Mittel in flexiblen Behältern, wie IV-Beuteln, verpackt und den Patienten schließlich durch einen Schlauch, wie eine Ausrüstung für die Verabreichung, zugeführt, um therapeutische Effekte zu erzielen. Ein Anschlußschlauch stellt ein wesentliches Merkmal des Behälters dar und ermöglicht den Zugriff auf den Inhalt des Behälters.
IV-Beutel werden am häufigsten aus Polymeren, wie Polyvinylchlorid, Ethylen-Vinylacetat oder Polyolefinlegierungen, wie z. B. denen hergestellt, die im gleichzeitig anhängigen und gemeinsam abgetretenen US-Patent Serien-Nr. 08/153,823 offenbart sind. Diese IV-Behälter haben gewöhnlich zwei gegenüberliegende Wände oder Flächen, die entlang der Umfangskante miteinander verbunden sind, so daß ein fluiddichter Zwischenraum entsteht.
Bei herkömmlichen Behältern werden Gestaltungen des Anschlusses aus einer oder zwei allgemeinen Kategorien verwendet: Flächenanschlüsse und Randanschlüsse. Flächenanschlüsse werden an der Behälterwand angebracht und befinden sich oft in der Mitte. Der Flächenanschluß ist zur Wand senkrecht. Randanschlüsse werden zwischen zwei Wänden entlang der Umfangskante des Behälters befestigt und erstrecken sich parallel zu diesen Wänden.
Flächenanschlüsse werden leicht installiert, haben jedoch eine Anzahl von Nachteilen. Erstens erfordern Flächenanschlüsse aufgrund ihrer Gestaltung die Verwendung von einem oder mehreren Spritzgußteilen. Diese Spritzgußteile sind besonders bei einem geringen Herstellungsumfang teuer. Behälter mit Flächenanschlüssen zeigen auch die unerwünschte Tendenz, daß aufgrund des unvollständigen Auslaufens ein Rest des Fluidvolumens zurückbleibt.
Randanschlüsse haben eine andere Gestaltungsform. Randanschlüsse sind für den Defekt anfällig, der als "Kanalaustritt" bekannt ist. Der Kanalaustritt erfolgt entlang des Anschlußschlauchs und entsteht durch eine unvollständige Schweißstelle zwischen den ebenen Oberflächen der Wände und der gerundeten Oberfläche des Anschlußschlauchs.
Es ist wahrscheinlicher, daß es dann zu einem Kanalaustritt kommt, wenn der Behälter aus einem Material mit einem hohen Modul hergestellt ist und wenn insbesondere dünne Schichten eines so steifen Materials verwendet werden, daß das Material beim Falten zum Kräuseln neigt.
Bisherige Versuche, die Probleme des Kanalaustritts zu lösen, führten zur Verwendung von Spritzgußteilen. Diese Teile werden gewöhnlich bei Behältern verwendet, die aus biaxial orientiertem Nylon, Folie, TEFLON®, Polyester und mehrschichtigen Strukturen, die diese Polymere oder nichtelastische Materialien enthalten, aufgebaut sind. Die Spritzgußteile werden zwischen den Wänden eingesetzt, und in den meisten Fällen ist ihr äußeres Profil konisch. Der Zweck des Konus besteht darin, für den Bereich, in dem wahrscheinlich ein Kanalaustritt auftritt, ein Zusatzmaterial bereitzustellen. Diese Spritzgußteile sind besonders bei einem geringen Fertigungsvolumen wiederum ziemlich teuer.
Das US-Patent Nr. 4,023,607 offenbart einen Urinbeutel aus Polyethylen, in den ein Polyethylenschlauch eingesetzt ist, damit der Zutritt zum Inneren des Beutels möglich ist. Der Schlauch ist zwischen zwei Folienflächenkörpern aus Polyethylen befestigt, die die Seitenwände des Beutels bilden. Es wird ein Schweißverfahren angewendet, um den Schlauch mit den Seitenwänden zu verschweißen. Bei diesem Schweißschritt werden geformte Werkzeuge, wie sie in Fig. 2 des Patentes '607 gezeigt sind, verwendet.
Der Schlauch wird dort während des Schweißverfahrens in der Bewegungsrichtung der Schweißwerkzeuge "etwas zusammengedrückt". Beim Patent '607 wird der Schlauch nicht vollständig in einen flachgelegten Zustand zusammengedrückt, und deshalb müssen die Seitenwände des Behälters mit dem gerundeten Teil verbunden werden. Dieses Verfahren kann zu einem Kanalaustritt führen, da es schwierig ist, zwischen ebenen Elementen und gerundeten Elementen eine gute Schweißstelle zu erzeugen.
Die AU-A-63709/90 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Beutels mit einer flachen, dehnbaren Buchse. Die Buchse hat eine innere Schicht mit einem höheren Schmelzpunkt als der Beutel und eine äußere Schicht mit einem Schmelzpunkt, der etwa gleich dem des Beutels ist.
Die US-A-4023607 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Beutels, der einen zylindrischen Schlauch aufweist, bei dem der Schlauch und der Beutel unter Wärme zwischen zwei Schweißbacken verschweißt werden.
Die US-A-2816596 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verschweißen von Folien- und Schlauchkomponenten.
Die DE-B-1411850 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von mit einem Ventil versehenen Beuteln, in denen unter der Deckschicht des Beutels ein Plastikventilschlauch verschweißt ist.
Die EP-A-0539800 beschreibt ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Beuteln aus einer Kunststoffschlauchfolie. Das Verfahren weist einen Schritt auf, bei dem mit jedem Beutel ein zylindrischer Anschluß verschweißt wird.
Die EP-A-0589575 beschreibt ein Verfahren zum Befestigen von Anschlußschläuchen an flexiblen Folien in Form von Beuteln. Das Verfahren weist den Schritt des Verschweißens der flexiblen Folienschichten und der Paßschläuche auf, wobei eine Schweißvorrichtung in Form eines heißen Stabs verwendet wird.
Die WO-A-9609233 beschreibt einen Behälter mit einem Grundkörper und mindestens einem versteiften Einsatz. Der Einsatz hat eine Außenseite, die mit dem Grundkörper verschweißt wird, und eine Innenseite, die bei einer vorgegebenen Temperatur nicht damit verschweißt wird.
Die US-A-3558397 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden eines Schlauchs mit einem Beutel, das einen Schritt aufweist, bei dem ein Schweißstrom angewendet wird, um den Schlauch mit einem im Beutel angeordneten Nippel zu verschweißen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden eines gerundeten Elements zwischen ebenen Elementen anzugeben, das die vorstehend erläuterten Probleme löst.
Die vorliegende Erfindung gibt auch einen coextrudierten Schlauch mit medizinischer Güte an.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zum Verbinden von gerundeten Elementen, wie Anschlußschläuchen, zwischen ebenen Elementen, wie den Wänden von IV-Beuteln, an. Das Verfahren weist verschiedene Schritte auf. Der erste Schritt ist das Bereitstellen eines gerundeten Elements mit einer ersten oder äußeren Schicht mit einem ersten Schmelztemperaturbereich und einer zweiten oder inneren Schicht, die konzentrisch innerhalb der äußeren Schicht angeordnet ist und einen zweiten Schmelztemperaturbereich hat, wobei der zweite Schmelztemperaturbereich höher als der erste Schmelztemperaturbereich ist.
Der zweite Schritt besteht im Bereitstellen von einem Paar von ebenen Elementen mit einem Schmelztemperaturbereich innerhalb des ersten Schmelztemperaturbereichs. Beim dritten Schritt wird ein Endbereich des abgerundeten Elements zwischen den Umfangsrändern des Paars von ebenen Elementen angeordnet, so daß ein Grenzflächenbereich gebildet wird.
Auf diesen Grenzflächenbereich wird Druck aufgebracht, damit der Endbereich des abgerundeten Elements zu einer im wesentlichen flachgelegten Position kollabiert. Auf den Grenzflächenbereich wird Schweißenergie, wie Wärmeenergie, aufgebracht, so daß der Schlauch auf eine Temperatur innerhalb des ersten Schmelztemperaturbereichs jedoch unterhalb des zweiten Schmelztemperaturbereichs erwärmt wird, so daß im Grenzflächenbereich eine Schweißstelle gebildet wird.
Der Druck auf den Grenzflächenbereich wird dann aufgehoben, womit der Endbereich des gerundeten Elements in eine im allgemeinen gerundete Form oder eine annähernd offene Form zurückkehrt. Bei diesem Verfahren kann ohne die Verwendung eines Dorns eine Schweißstelle gebildet werden.
Da der Schlauch zum Zeitpunkt des Verschweißens mit den ebenen Elementen kollabiert, wird die Belastung in den ebenen Elementen minimiert, da sowohl der kollabierte Schlauch als auch die ebenen Elemente flach oder nahezu flach sind, wenn sie miteinander verbunden werden. Das Auftreten des Kanalaustritts wird vermindert, da die ebenen Elemente auf eine flache oder nahezu flache Oberfläche verschweißt werden, statt daß sie entlang einer gerundeten Oberfläche geformt werden müssen.
Das Zusammendrücken des Schlauchs zu einer flachgelegten Position bietet außerdem den zusätzlichen Vorteil, daß die Seitenwände des Schlauchs miteinander in Kontakt kommen, so daß das Werkzeug den Schlauch zusammendrücken kann und dafür sorgen kann, daß die erste Schicht des Schlauchs nach außen in Richtung der gerundeten Endsegmente des Schlauchs fließt, so daß ein Zusatzmaterial für die Schweißstelle im Endsegmentbereich vorgesehen wird. Das Material der ersten Schicht wird im wesentlichen in den Bereich gequetscht, in dem das Schweißmaterial am nötigsten ist. Das trägt dazu bei, das Auftreten des Kanalaustritts zu verringern.
Das Abflachen des Schlauchs während des Schweißschritts bietet bei der Herstellung von Behältern auch gegenüber den Verfahren Vorteile, bei denen entlang eines gerundeten Schlauchs verschweißt wird. Beim Verschweißen ebener Seitenwände entlang eines gerundeten Schlauchs paßt sich ein Teil des ebenen Materials in der Seite, in der der Schlauch eingesetzt wird, der gekrümmten Oberfläche des Schlauchs an.
Das führt dazu, daß diese seitliche Abmessung in linearer Richtung in einem Ausmaß verkürzt wird, das dem Durchmesser des Schlauch proportional ist. Bei Behältern, die den Anschlußschlauch nur an einem Ende des Behälters aufweisen, ist die lineare Abmessung des Endes des Behälters mit dem Anschlußschlauch kürzer als die des Endes ohne Schlauch.
Diese Diskrepanz der Abmessungen auf den entgegengesetzten Enden der ebenen Elemente kann dazu führen, daß in der Folie auf der Seite mit der größeren Abmessung Wellen entstehen, und eine Faltenbildung im Rand verursachen, die wiederum zum Kanalaustritt führen kann. Diese Diskrepanz der Abmessungen kann auch dazu führen, daß die maschinelle Ausrüstung zur Verarbeitung der Behälter klemmt, oder kann zu einer anderen Beschädigung der Behälter bei der Bearbeitung führen.
Die Unterschiede der Abmessungen im ebenen Material, die für einen einzigen Behälter gering sein können, können sich bei den Herstellungsverfahren multiplizieren, mit denen aus gegenüberliegenden Bahnen eines ebenen Materials gleichzeitig mehrere Behälter hergestellt werden.
Wenn ein Schlauchmaterial mit mehreren Schichten vorgesehen wird, ergeben sich weitere Vorteile. Man kann zum Beispiel auf der Außenseite des Schlauchs ein Material wählen, das mit den ebenen Elementen kompatibel ist und eine innere Schicht hat, die unter Anwendung von Verbindungsverfahren mittels Lösungsmitteln mit anderen Materialien verbunden werden kann. Es ist auch erwünscht, für den Schlauch Polyolefine zu verwenden, da diese viele erwünschte Eigenschaften haben.
Polyolefine können jedoch aufgrund ihrer inerten Natur typischerweise nicht mit üblichen Verbindungsverfahren mittels Lösungsmitteln verbunden werden. Andererseits verbinden sich Materialien, wie PVC, unter Anwendung von Verbindungsverfahren mittels Lösungsmitteln gut.
Folglich kann es bei einem mehrschichtigen Schlauch erwünscht sein, daß eine äußere Schicht aus einem Polyolefin, die sich gut mit dem Folienmaterial verbindet, und eine innere Materialschicht vorliegt, die für das Verbinden mittels Lösungsmitteln mit den Anschlußöffnungen, den Schlauchhalterungen und anderen Besonderheiten des Zugangs zu einem Behälter geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung sorgt auch für das Verschweißen gerundeter Elemente mit ebenen Elementen, wie es vorstehend beschrieben ist, das jedoch die Verwendung eines Dorns einschließt. In diesem Fall muß kein Temperaturunterschied zwischen der inneren und der äußeren Schicht des Schlauchs bestehen.
Die vorliegende Erfindung gibt auch einen Schlauch an, der eine äußere Schicht, die thermisch verschweißt werden kann, und eine innere Schicht aufweist, die mit Hochfrequenzenergie verschweißt werden kann. Die innere und die äußere Schicht haben den vorstehend aufgeführten Unterschied der Schmelztemperatur und können unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens im Inneren eines Behälters verschweißt werden. An den Anschlußschlauch können unter Anwendung von HF-Schweißverfahren weitere Komponenten angebracht werden.
Die vorliegende Erfindung gibt außerdem einen Schlauch an, der mehr als zwei Schichten hat.

Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Behälters mit einem Paar von Anschlußschläuchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung am Umfangsrand des Behälters verschweißt sind;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt eines zweischichtigen coextrudierten Schlauchs, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Fig. 2a einen Querschnitt eines dreischichtigen coextrudierten Schlauchs, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Anschlußschlauchs, der in die flachgelegte Position kollabiert ist;
Fig. 4 einen Querschnitt, der den Anschlußschlauch in einem Umfangsrand des Behälters zwischen den ebenen Schweißwerkzeugen zeigt;
Fig. 5 einen Querschnitt, der den Anschlußschlauch im Behälter zwischen einem ersten Satz von geformten Schweißwerkzeugen zeigt, wobei die Werkzeuge teilweise geöffnet sind;
Fig. 6 einen Querschnitt, der den Anschlußschlauch und den Behälter von Fig. 5 zeigt, wobei die Werkzeuge geschlossen sind;
Fig. 7 einen Querschnitt, der den Anschlußschlauch und den Behälter der Fig. 5 und 6 zwischen einem zweiten Satz von geformten Werkzeugen zeigt, wobei die Werkzeuge geschlossen sind;
Fig. 8 einen Querschnitt, der ein Paar von Anschlußschläuchen zeigt, die gleichzeitig in einem Umfangsrand des Behälters verschweißt werden; und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Ausrüstung für die Verabreichung von Fluiden.

Beste Art und Weise der Durchführung der Erfindung

Obwohl für die Erfindung verschiedene Ausführungsbeispiele möglich sind, ist diese Beschreibung nur als ein Beispiel der Prinzipien der Erfindung anzusehen, die den breiten Aspekt der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele begrenzen soll, wobei in den Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und hier ausführlich beschrieben sind.
Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen; Fig. 1 zeigt eine Behälteranordnung, wie einen IV-Beutel, der allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Anordnung 10 weist einen Behälter 12 mit Anschlußleitungen 14 auf, die in einen Umfangsrand des Behälters 12 verschweißt sind. Der Behälter 12 weist ein Paar von gegenüberliegenden, ebenen Elementen 16 auf, die an ihren Umfangsrändern 18 und 22 verbunden sind (Fig. 4), so daß dazwischen ein Zwischenraum 23 für das Fluid gebildet wird.
Die ebenen Elemente 16 können aus einer Anzahl unterschiedlicher Materialien, einschließlich Polyvinylchlorid, Polyolefinen, Polyolefincopolymeren, Polyolefinlegierungen und anderen Materialien hergestellt sein, wie es später ausführlicher beschrieben wird.
Fig. 2 zeigt einen Anschlußschlauch 14, der eine erste oder äußere Schicht 20 und eine zweite oder innere Schicht 22 und eine Fluidpassage 25 aufweist. Die äußere Schicht 20 hat einen ersten Schmelztemperaturbereich (T1) von etwa 60ºC bis 180ºC, stärker bevorzugt etwa 70ºC bis 125ºC und besonders bevorzugt etwa 70ºC bis 100ºC und irgendeine Kombination oder Teilkombination innerhalb dieser Bereiche.
Die innere Schicht hat einen zweiten Schmelztemperaturbereich (T2) von etwa 70ºC bis 260ºC, stärker bevorzugt etwa 70ºC bis 150ºC und besonders bevorzugt etwa 120ºC bis 125ºC und irgendeine Kombination oder Teilkombination innerhalb dieser Bereiche. Der zweite Schmelztemperaturbereich T2 ist wärmer als der erste Schmelztemperaturbereich, wobei der Unterschied zwischen T2 und T1 im Bereich von 1ºC bis 200ºC liegt. Wenn ein Dorn verwendet wird, ist es jedoch nicht erforderlich, daß ein Temperaturunterschied vorliegt.
Wie nachstehend ausführlich erläutert, kann der Anschlußschlauch 14 mit irgendeiner Energiequelle an die ebenen Elemente 16 geschweißt werden, die zum Schmelzen der verschweißenden Schichten führt, so daß zwischen dem Anschlußschlauch 14 und den ebenen Elementen 16 eine Schweißstelle gebildet wird. Diese Energiequellen umfassen Impulsschweißverfahren, eine Ausrüstung mit konstanter Temperatur oder Induktionsschweißverfahren, wie Hochfrequenz, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Diese jeweilige Schweißenergie, ob sie nun durch Induktion oder Leitung zum Erwärmen führt, soll insgesamt als Schweißenergie bezeichnet werden.
Die innere Schicht 22 sollte eine Dicke im Bereich von 2,54 · 10-3 bis bis 0,254 mm (0,0001 bis 0,010 inch) haben, und die äußere Schicht 20 sollte eine Dicke im Bereich von 0,127 bis 0,381 mm (0,005 bis 0,015 inch) aufweisen. Der Schlauch 14 sollte insgesamt eine Wanddicke im Bereich von 0,127 bis 0,635 mm (0,005 bis 0,025 inch) haben.
Für medizinische Zwecke ist die Wanddicke des Schlauchs im Vergleich mit dem Innendurchmesser des Schlauchs vorzugsweise vernachlässigbar. Folglich besteht ein geringer Unterschied zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser des Schlauchs. Aus diesem Grund werden wir uns allgemein auf den Schlauchdurchmesser beziehen, ohne zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser des Schlauchs zu unterscheiden.
Demgemäß hat der Anschlußschlauch 14 einen Durchmesser von 2,54 bis 25,4 mm (0,10 bis 1,0 inch). Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Anschlußschlauch 14 im Inneren eines Behälters 12 verschweißt werden kann, ohne daß ein Dorn verwendet wird, da das Schweißverfahren unter Wärme so gesteuert wird, daß die äußere Schicht 20 schmilzt, ohne daß die innere Schicht 22 schmilzt.
Bei der Verwendung eines Dorns ist die Länge des Anschlußschlauchs begrenzt, da der Dorn durch das entfernte Ende des Schlauchs 14 in die Fluidpassage 25 und in den Bereich eingeführt werden muß, in dem der Schlauch 14 mit den ebenen Elementen 16 verschweißt wird. Es ist unpraktisch, einen Dorn durch einen langen Schlauch einzuführen.
Da der Dorn nicht mehr notwendig ist, kann der Anschlußschlauch 14 somit eine Standardlänge von 9,525 bis 25,4 mm (0,375 bis 1,0 inch) haben, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, oder sich vom Behälter 12 bis zum Patienten erstrecken und als Ausrüstung 26 für die Verabreichung von Fluiden dienen, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.
Die innere Schicht 22 sollte aus Polyolefinen, Polyolefincopolymeren, Polyolefinlegierungen, Polyamiden, Polyestern und Polyvinylchlorid (PVC) und Blockcopolymeren, wie Polyester- Polyether-Blockcopolymeren, wie die unter der Handelsbezeichnung HYTREL® gehandelten, bestehen. Die innere Schicht 22 besteht besonders bevorzugt aus Polyvinylchlorid, da PVC mit Verbindungsverfahren mittels Lösungsmitteln verbunden werden kann. Das PVC sollte einen Schmelztemperaturbereich von etwa 70ºC bis 140ºC haben.
Die äußere Schicht 20 des Anschlußschlauchs 14 besteht vorzugsweise aus einem Polyolefin, Polyolefincopolymeren oder einer Polyolefinlegierung. Die Polyolefincopolymere erhält man durch die Reaktion eines Olefinmonomers, das mit Comonomeren copolymerisiert wird, die aus aliphatischen Olefinen, Alpha-Olefinen, Acrylsäure, Methacrylsäure, Esterderivaten von Acrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Esterderivaten von Methacrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Vinylacetat, Vinylchlorid und Vinylalkohol ausgewählt sind.
Stärker bevorzugt ist die äußere Schicht ein auf Ethylen basierendes Copolymer, das aus Ethylen besteht, das mit einem Comonomer copolymerisiert wurde, das aus der Gruppe von Alpha-Olefinen, Methylacrylat und Vinylacetat ausgewählt ist. Besonders bevorzugt ist das Ethylencopolymer ein Copolymer von etwa 85 bis 95 Mol-% Ethylen und etwa 15 bis etwa 5 Mol-% Buten-1. Dieses Copolymer wird als Polyethylen ultraniedriger Dichte (ULDPE) bezeichnet und unter der Handelsbezeichnung TAFMER® gehandelt.
Geeignete Polyolefinlegierungen umfassen jene, die in der gemeinsam abgetretenen US- Patentanmeldung Nr. 08/153,823 offenbart sind. Es kann zum Beispiel erwünscht sein, Polymerlegierungen aus mehreren Komponenten, wie Polymerlegierungen aus 3 bis 5 Komponenten, zu verwenden, die auf HF reagieren oder HF-empfindlich sind.
HF-empfindlich heißt, daß das Material, wenn es mit einem Signal mit einer Frequenz zwischen 1 und 60 MHz und in einem Temperaturbereich von 25ºC bis 250ºC angeregt wird, einen Dielektrizitätsverlust von mehr als oder gleich 0,05 und stärker bevorzugt mehr als oder gleich 0,1 hat.
In einem ersten Ausführungsbeispiel einer akzeptablen Polymerlegierung aus drei Komponenten, die HF-empfindlich ist, verleiht die erste Komponente der Zusammensetzung Wärmebeständigkeit und Flexibilität. Diese Komponente kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus amorphen Poly(alpha-olefinen)besteht, und ist vorzugsweise ein flexibles Polyolefin. Diese Polyolefine sollten Verformungen durch hohe Temperaturen bis zu 121ºC widerstehen, wobei sie einen Schmelzpunkt-Peak von mehr als 130ºC haben und sehr flexibel sind und einen Modul von nicht mehr als 1,38 · 108 Pa (20000 psi) haben.
Ein solches flexibles Polyolefin wird unter der Produktbezeichnung Rexene FPO 90007 gehandelt, das einen Schmelzpunkt-Peak von 145ºC und einen Modul von 7,58 · 107 Pa (11000 psi) aufweist. Außerdem besitzen bestimmte, stark syndiotaktische Polypropylene auch die Eigenschaften eines hohen Schmelzpunktes und eines geringen Moduls. Die erste Komponente sollte 40 bis 90 Gew.-% der Zusammensetzung ausmachen.
Die zweite Komponente der Zusammensetzung aus drei Komponenten ist ein HF-empfindliches Polymer, so daß die Zusammensetzung mit HF verschweißt werden kann, und kann aus jeder der beiden Gruppen von polaren Polymeren ausgewählt sein. Die erste Gruppe besteht aus Ethylencopolymeren, die einen Ethylenanteil von 50 bis 85% haben, mit mindestens einem Comonomer, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Esterderivaten von Acrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Esterderivaten von Methacrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Vinylacetat und Vinylalkohol besteht.
Das HF-empfindliche Polymer kann auch aus einer zweiten Gruppe ausgewählt werden, die aus Copolymeren besteht, die Segmente von Polyurethan, Polyester, Polyharnstoff, Polyamid, Polysulfonen und Polyamiden enthalten. Diese Funktionalitäten können zwischen 5 und 100% des HF-empfindlichen Polymers ausmachen.
Das HF-empfindliche Polymer sollte 5 bis 50 Gew.-% der Zusammensetzung ausmachen. Die HF-Komponente ist vorzugsweise Copolymere von Ethylenmethylacrylat mit Methylacrylat im Bereich von 15 bis 25 Gew.-% des Polymers.
Die letzte Komponente des Gemischs aus drei Komponenten sichert die Kompatibilität zwischen den ersten beiden Komponenten und ist aus einem Styrol-Kohlenwasserstoff-Blockcopolymer und stärker bevorzugt einem Styrol-Ethylen-Buten-Styrol-Blockcopolymer (SEBS-Blockcopolymer), Styrol-Blockcopolymeren und besonders bevorzugt einem SEBS- Blockcopolymer ausgewählt, das mit Maleinsäureanhydrid funktionalisiert worden ist. Die dritte Komponente sollte 5 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung ausmachen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel einer aus drei Komponenten bestehenden Polymerlegierung verleiht die erste Komponente HF-Verschweißbarkeit und Flexibilität innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs. Die erste Komponente verleiht die Hochtemperaturbeständigkeit ("temperaturbeständiges Polymer") und ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyamiden, Polyimiden, Polyurethanen, Polypropylen und Polymethylpenten besteht. Die erste Komponente liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60 Gew.-% der Zusammensetzung und ist vorzugsweise Polypropylen.
Die zweite Komponente verleiht HF-Verschweißbarkeit und Flexibilität innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs. Das HF-Polymer wird aus der ersten und der zweiten Gruppe ausgewählt, die vorstehend aufgeführt sind, wobei Ethylen-Vinylalkohol ausgenommen ist. Die zweite Komponente sollte im Bereich von 30 bis 60 Gew.-% der Zusammensetzung liegen.
Die dritte Komponente sichert die Kompatibilität zwischen den ersten beiden Komponenten und ist aus SEBS-Blockcopolymeren ausgewählt und vorzugsweise mit Maleinsäureanhydrid funktionalisiert. Die dritte Komponente sollte im Bereich von 5 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung liegen.
Bei Polymerlegierungen aus vier und fünf Komponenten, die auf HF reagieren, verleiht die erste Komponente Wärmebeständigkeit. Diese Komponente kann aus Polyolefinen, besonders bevorzugt Polypropylenen und insbesondere statistischen Copolymeren von Propylen und Alpha-Olefin (PPE) ausgewählt sein. PPE haben vorzugsweise einen engen Bereich des Molekulargewichts.
PPE sind an sich jedoch zu starr, um die Forderungen bezüglich der Flexibilität zu erfüllen. Wenn sie durch Legieren mit bestimmten Polymeren mit einem geringen Modul kombiniert werden, kann eine gute Flexibilität erzielt werden. Beispiele akzeptabler PPE schließen jene ein, die unter den Produktbezeichnungen Soltex 4208 und Exxon Escorene PD9272 gehandelt werden.
Diese Copolymere mit einem geringen Modul können auf Ethylen basierende Copolymere, wie Ethylen-Vinylacetat-Copolymere ("EVA"), Copolymere von Ethylen und Alpha-Olefinen oder die sogenannten Polyethylene ultraniedriger Dichte ("ULDPE") (typischerweise weniger als 0,90 kg/l,) einschließen. Diese ULDPE umfassen jene kommerziell erhältlichen Produkte, die unter den Handelsbezeichnungen TAFMER® (Mitsui Petrochemical Co.), unter den Produktbezeichnungen A485, EXACT® (Exxon Chemical Company), unter den Produktbezeichnungen 4023-4024 und als technische Polymere INSITE® (Dow Chemical Co.) gehandelt werden.
Außerdem haben sich die folgenden als akzeptable Copolymere gezeigt: Polybuten-1 ("PB"), wie die von Shell Chemical Company unter den Produktbezeichnungen PB-8010, PB-8310 gehandelten, thermoplastische Elastomere auf der Basis von SEBS-Blockcopolymeren (Shell Chemical Company), Polyisobuten ("PIB") mit den Produktbezeichnungen Vistanex L-80, L-100, L-120 und L-140 (Exxon Chemical Company), Ethylenalkylacrylat, MethyVacrylatcopolymere ("EMA"), wie die unter den Produktbezeichnungen EMAC 2707 und DS-1130 gehandelten (Chevron) und n-Butylacrylate ("ENBA") (Quantum Chemical).
Ethylencopolymere, wie Acryl- und Methacrylsäurecopolymere und deren teilweise neutralisierte Salze und Ionomere, wie PRIMACOR® (Dow Chemical Company) und SURYLN® (E.I. DuPont de Nemours & Company) waren ebenfalls zufriedenstellend.
Die erste Komponente wird vorzugsweise aus der Gruppe von Homopolymeren von Polypropylen und statistischen Copolymeren davon mit Alpha-Olefinen, die etwa 30 bis 60 Gew.-%, stärker bevorzugt 35 bis 45 Gew.-% und besonders bevorzugt 45 Gew.-% der Zusammensetzung und irgendeine Kombination oder Teilkombination dieser Bereiche ausmachen, ausgewählt. Statistische Copolymere von Propylen mit Ethylen, bei denen der Ethylengehalt im Bereich von 1 bis 6 Gew.-% und stärker bevorzugt 2 bis 4 Gew.-% des Polymers liegt, sind zum Beispiel als erste Komponente bevorzugt.
Die zweite Komponente einer Polymerlegierung aus vier Komponenten verleiht Flexibilität und Geschmeidigkeit bei geringen Temperaturen und ist ein zweites Polyolefin, das sich von dem der ersten Komponente unterscheidet, indem es keine sich wiederholenden Propyleneinheiten enthält ("nicht auf Propylen basierendes Polyolefin").
Vorzugsweise sind es Ethylencopolymere, die ULDPE, Polybuten, Buten-Ethylen-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat, Copolymere mit einem Anteil von Vinylacetat zwischen etwa 18 und 50%, Ethylen-Methylacrylat-Copolymere mit einem Anteil von Methylacrylat zwischen etwa 20 und 40%, Copolymere von Ethylen und n-Butylacrylat mit einem Anteil von n- Butylacrylat zwischen 20 und 40% und Ethylen-Acrylsäure-Copolymere mit einem Acrylsäureanteil von mehr als etwa 15%.
Ein Beispiel dieser Produkte wird unter den Produktbezeichnungen TAFMER® A-4085 (Mitsui), EMAC DS-1130 (Chevron), Exact 4023, 4024 und 4028 (Exxon) gehandelt. Stärker bevorzugt ist die zweite Komponente entweder ULDPE, das von Mitsui Petrochemical Company unter der Bezeichnung TAFMER® A-4085 gehandelt wird, oder Polybuten-1, PB8010 und PB8310 (Shell Chemical Co.), und sie sollte etwa 25 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 35 bis 45 Gew.-% und besonders bevorzugt 45 Gew.-% der Zusammensetzung und irgendeine Kombination oder Teilkombination dieser Bereiche ausmachen.
Um der Zusammensetzung aus vier Komponenten einen HF-Dielektrizitätsverlust zu verleihen, werden in der Zusammensetzung bestimmte Bestandteile mit einem bekannten hohen Dielektrizitätsverlust ("HF-empfindliche Polymere") eingebaut. Diese Polymere können aus der Gruppe von HF-Polymeren der vorstehend aufgeführten ersten und zweiten Gruppe ausgewählt werden.
Weitere HF-aktive Materialien schließen PVC, Vinylidinchloride und -fluoride, Copolymere von Bisphenol A und Epichlorhydrinen, die als PHENOXYS® (Union Carbide) bekannt sind, ein. Durch einen deutlichen Anteil dieser Chlor und Fluor enthaltenden Polymere wird die Zusammensetzung jedoch umweltschädlich, da das Verbrennen eines solchen Materials anorganische Säuren erzeugen würde.
Die Polyamide des HF-empfindlichen Polymers werden vorzugsweise aus aliphatischen Polyamiden, die durch eine Kondensationsreaktion von Diaminen mit einer Kohlenstoffzahl im Bereich von 2 bis 13 entstehen, aliphatischen Polyamiden, die durch eine Kondensationsreaktion von Disäuren mit einer Kohlenstoffzahl im Bereich von 2 bis 13 entstehen, Polyamiden, die durch eine Kondensationsreaktion von Dimerfettsäuren entstehen, und Amiden, die Copolymere (statistische, Block- und Pfropfcopolymere) enthalten, ausgewählt.
Polyamide kommen in der Schicht selten vor, die mit medizinischen Lösungen in Kontakt kommt, da sie die Lösung typischerweise verunreinigen, indem sie in die Lösung ausgewaschen werden. Die Anmelder der vorliegenden Erfindung haben jedoch festgestellt, daß die besonders bevorzugten HF-empfindlichen Polymere eine Vielzahl von Dimerfettsäurepolyamiden sind, die von Henkel Corporation unter den Produktbezeichnungen MACROMELT und VERSAMID gehandelt werden, die nicht zu einer solchen Verunreinigung führen.
Das HF-empfindliche Polymer sollte vorzugsweise etwa 5 bis 30 Gew.-%, stärker bevorzugt zwischen 7 und 13 Gew.-% und besonders bevorzugt 10 Gew.-% der Zusammensetzung und irgendeine Kombination oder Teilkombination dieser Bereich ausmachen.
Die vierte Komponente der Zusammensetzung verleiht die Kompatibilität zwischen den polaren und nichtpolaren Komponenten der Zusammensetzung (gelegentlich als "kompatibel machendes Polymer" bezeichnet), und ist vorzugsweise Styrol-Blockcopolymere mit weichen Kohlenwasserstoffsegmenten. Stärker bevorzugt wird die vierte Komponente aus SEBS-Blockcopolymeren ausgewählt, die mit Maleinsäureanhydrid-, Epoxy- oder Carboxylat-Funktionalitäten modifiziert sind, und ist vorzugsweise ein SEBS-Blockcopolymer, das funktionelle Maleinsäureanhydridgruppen enthält ("funktionalisiert ist").
Ein solches Produkt wird von Shell Chemical Company unter der Bezeichnung KRATON® RP-6509 gehandelt. Das kompatibel machende Polymer sollte etwa 5 bis 40 Gew.-%, stärker bevorzugt 7 bis 13 Gew.-% und besonders bevorzugt 10 Gew.-% der Zusammensetzung und irgendeine Kombination oder Teilkombination dieser Bereiche ausmachen.
Es kann auch erwünscht sein, eine fünfte Komponente aus einem nicht funktionalisierten SEBS-Blockcopolymer hinzuzufügen, wie die von Shell Chemical Company unter der Produktbezeichnung KRATON G-1652 und G-1657 gehandelten. Die fünfte Komponente sollte etwa 5 bis 40 Gew.-% und stärker bevorzugt 7 bis 13 Gew.-% und irgendeine Kombination oder Teilkombination dieser Bereiche ausmachen.
Eine weitere akzeptable Polymerlegierung ist ein Gemisch eines Blockcopolymers von Styrol-Ethylen-Buten-Styrol ("SEBS") (40 bis 85 Gew.-%), Ethylen-Vinylacetat (0 bis 40 Gew.-%) und Polypropylen (10 bis 40 Gew.-%).
Die ebenen Elemente 16 können aus PVC, Polyolefinen, Polyolefincopolymeren (wie vorstehend beschrieben), Polyolefinlegierungen (wie vorstehend beschrieben), Polyestern und Polyamiden bestehen. Besonders bevorzugt bestehen die ebenen Elemente 16 aus einem polymeren Material, das mit der ersten Schicht 20 kompatibel ist, und sie sind stärker bevorzugt ein Polyolefin oder PVC.
Der Schlauch 14 wird vorzugsweise hergestellt, indem die erste und die zweite Schicht 20 und 22 durch eine herkömmliche Coextruderdüse coextrudiert werden, so daß ein Schlauch 14 mit zwei verschiedenen Schichten hergestellt wird. Es können auch andere Herstellungsverfahren angewendet werden, um einen in der vorliegenden Erfindung vorteilhaften Schlauch herzustellen, obwohl die Coextrusion bevorzugt ist.
Falls erwünscht kann der Anschlußschlauch 14 auch weitere Schichten aufweisen. Es kann zum Beispiel erwünscht sein, daß zwischen der inneren Schicht 22 und der äußeren Schicht 20 eine Verbindungsschicht 24 vorliegt (Fig. 2a). Die Verbindungsschicht 24 kann aus modifizierten Polyolefinen und modifizierten Ethylen-Propylen-Copolymeren, wie denen, die unter den Produktbezeichnungen Admer (Mitsui), das ein mit Maleinsäureanhydrid modifiziertes Polypropylen ist, Prexar (Quantum Chemical Co.) und Bynel (Dupont) gehandelt werden, ausgewählt sein.
Die Verbindungsschicht 24 sollte so dünn sein, wie es praktisch möglich ist, und eine Dicke von 7,62 · 10-3 bis 0,01778 mm (0,0003 inch bis 0,0007 inch) haben. Wenn weitere Schichten verwendet werden, ist es weiterhin wichtig, daß der Schmelztemperaturbereich T2 der inneren Schicht 22 höher als der Schmelztemperaturbereich T1 der äußeren Schicht 20 ist.
Obwohl in Fig. 2 ein kreisförmiger Anschlußschlauch 14 gezeigt ist, können andere Schläuche mit anderen Querschnittsformen, einschließlich ovalen oder polygonalen Querschnitten, verwendet werden.
Um ein gerundetes Element, wie den Anschlußschlauch 14, zwischen ebenen Elementen 16 des Behälters 12 zu verschweißen, wird der Anschlußschlauch 14 mit einem Werkzeug zum Kollabieren gebracht, wobei durch das Werkzeug Schweißenergie zugeführt wird. Das Schweißverfahren kann mit ebenen oder geformten Schweißwerkzeugen durchgeführt werden. Die Werkzeuge sind typischerweise die in der Industrie vorhandenen. Das Verfahren wird zuerst mit ebenen Schweißwerkzeugen (Fig. 4) und dann mit geformten Schweißwerkzeugen (Fig. 5 bis 8) beschrieben.
Fig. 4 zeigt ein Paar von herkömmlichen ebenen, zusammenpassenden Schweißwerkzeugen 32, 34, die beim Schweißverfahren verwendet werden. Ein Endbereich 14a des Anschlußschlauchs 14 wird zwischen den Umfangsrändern 18 des Paars von ebenen Elementen 16 angeordnet, so daß ein Grenzflächenbereich 26 gebildet wird. Der Grenzflächenbereich 26, der mit den Pfeilen angegeben ist, umfaßt den Bereich, in dem die ebenen Elemente 16 mit dem Schlauch 14 verbunden sind.
Ein Bereich 28 jedes ebenen Elements 16 erstreckt sich aus dem Grenzflächenbereich 26 nach außen. Es ist natürlich möglich, Schweißenergie durch ein einziges Werkzeug zuzuführen, ohne daß vom Grundgedanken dieser Erfindung abgewichen wird.
Falls erwünscht, kann ein flacher Keil oder Dorn im Grenzflächenbereich 26 in die Fluidpassage 25 des Schlauchs 14 eingeführt werden, um zu sichern, daß die innere Schicht 22 des Schlauchs 14 während des Schweißverfahrens nicht mit sich selbst verschweißt wird, und um für das Positionieren des Schlauchs 14 in der gewünschten Orientierung zu sorgen.
Die Verwendung eines Dorns ist wahlfrei, da dessen Verwendung durch sorgfältige Steuerung der Energie oder der Wärme, die im erfindungsgemäßen Verfahren angewendet wird, vermieden werden kann. Wenn jedoch ein Dorn verwendet wird, muß zwischen der inneren und der äußeren Schicht 20, 22 des Schlauchs kein Temperaturunterschied vorliegen.
Wie es weiterhin in Fig. 4 gezeigt ist, wird der Grenzflächenbereich 26 dann zwischen dem Paar von ebenen Schweißwerkzeugen 32, 34 positioniert. Die Schweißwerkzeuge 32, 34 werden geschlossen, so daß auf den Grenzflächenbereich 26 ein Druck aufgebracht wird. Die Schweißwerkzeuge 32, 34 bringen auch Schweißenergie, wie Wärme, innerhalb des Schmelztemperaturbereichs T1 auf.
Wenn der Schlauch 14 zum Kollabieren in den flachgelegten Zustand gebracht wird, bewirkt das Zusammendrücken des Werkzeugs 32, 34, daß das Material der äußeren Schicht 20 zu den gekrümmten Endsegmenten 36 des Schlauchs 14 fließt, so daß der Schweißstelle weiteres Material oder ein Zusatzmaterial zugeführt wird. Das verbessert die Schweißstelle zwischen den gekrümmten Segmenten 36 und den Umfangsrändern 18 und verringert außerdem die Wahrscheinlichkeit eines Kanalaustritts.
Fig. 4 zeigt den Endbereich 14a, der in eine im wesentlichen vollständig flachgelegte Position kollabiert ist, wobei die innere Schicht 22 des Anschlußschlauchs 14 mit sich selbst in Kontakt steht. Durch die Schweißwerkzeuge 32, 34 wird für den Grenzflächenbereich 26 Schweißenergie aufgebracht, so daß im Anschlußschlauch 14 eine Temperatur innerhalb des ersten Schmelztemperaturbereichs T1 jedoch unterhalb des zweiten Schmelztemperaturbereichs T2 erreicht wird. Dadurch wird im Grenzflächenbereich 26 eine Schweißstelle zwischen dem Schlauch 14 und den Umfangsrändern 18 erzeugt.
Insbesondere werden die äußere Schicht 20 des Anschlußschlauchs 14 und die Umfangsränder 18 der ebenen Elemente 16 im Grenzflächenbereich weich und verschmelzen miteinander. Somit werden die ebenen Elemente 16 entlang des gesamten Umfangs des Endbereichs 14a des Anschlußschlauchs 14 verschweißt. Es werden kontinuierlich Kompressionskräfte angewendet, bis die Werkzeuge die ebenen Elemente berühren, die sich linear über den Grenzflächenbereich 26 hinaus erstrecken und ebenfalls miteinander verschweißt werden.
Nachdem das Schweißverfahren abgeschlossen ist, werden die Schweißwerkzeuge 32, 34 geöffnet, so daß der Druck auf den Grenzflächenbereich 26 aufgehoben wird. Da die Schweißenergie bei einer Temperatur unterhalb des Schmelztemperaturbereichs T2 der inneren Schicht 22 aufgebracht wird, schmilzt die innere Schicht 22 nicht und wird nicht mit sich selbst verschweißt. Deshalb kehrt der kollabierte Endbereich 14a des Anschlußschlauchs 14 dann in eine gerundete oder offene Position zurück, so daß eine Bahn für den im Behälter aufbewahrten Inhalt zur Verfügung gestellt wird.
Durch das Kollabieren des Anschlußschlauchs 14 zwischen den ebenen Elementen 16 zum Zeitpunkt des Verschweißens wird eine bessere Schweißstelle bereitgestellt. Die Belastung in den ebenen Elementen 16, die an die Schweißstelle angrenzen, wird minimiert, da sowohl der kollabierte Anschlußschlauch 14 als auch die ebenen Elemente 16 flachgelegt sind, wenn sie miteinander verbunden werden.
Beim Verschweißen in dieser flachgelegten Position wird der Druck senkrecht zu den ebenen Elementen 16 aufgebracht, so daß die Adhäsion zwischen der äußeren Schicht 20 und den ebenen Elementen 16 im Grenzflächenbereich 26 verbessert wird. Die ebenen Elemente 16 müssen auch nicht um den Umfang des starren Anschlußschlauchs 14 gedehnt werden.
Folglich wird die Belastung in den ebenen Elementen 16, die an die Schweißstelle angrenzen, minimiert, womit die Neigung der ebenen Elemente 16 sich vom Anschlußschlauch 14 zu trennen und einen Kanalaustritt zu verursachen, deutlich geringer wird. Wie vorstehend erläutert, gibt es außerdem eine minimale Verringerung der Abmessung der ebenen Elemente 16, was zur Vermeidung von Schwierigkeiten bei der Bearbeitung beiträgt.
Gemäß einem weiteren Merkmal des Verfahrens schmilzt die äußere Schicht 20 des Anschlußschlauchs 14 weiter, da die Schweißenergie für den Grenzflächenbereich 26 kontinuierlich aufgebracht und der Druck auf den flachgelegten Schlauch 14 aufgebracht wird, womit ein Teil der äußeren Schicht 20 zur Schweißstelle im Grenzflächenbereich 26 fließen und ein Zusatzmaterial für diese bereitstellen kann.
Das verbessert die Schweißstelle zwischen der äußeren Schicht 20 und den ebenen Elementen 16 weiter, da das Material fließen kann, um irgendwelche Hohlräume oder Lücken zu füllen, die zwischen der äußeren Schicht 20 und den ebenen Elementen 16 vorhanden sind.
Fig. 5 bis 7 zeigen das erfindungsgemäße Verfahren mit geformten Schweißwerkzeugen 32', 34'. Im allgemeinen werden zwei unterschiedliche Paare von geformten Schweißwerkzeugen verwendet. Es kann erwünscht sein, geformte Schweißwerkzeuge 32', 34' zu verwenden, wenn zwischen den Schmelztemperaturbereichen T1 und T2 ein geringer Unterschied, wie zum Beispiel weniger als 20ºC, besteht. In diesen Fällen ist die Gefahr größer, daß die innere Schicht 22 beim Schweißverfahren versehentlich mit sich selbst verschmilzt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, hat jedes erste Paar von geformten Werkzeugen 32', 34' einen trapezförmigen Bereich 40. Fig. 5 zeigt die Werkzeuge 32', 34' im teilweise geöffneten Zustand. Wenn die Werkzeuge geschlossen sind (Fig. 6), stehen die trapezförmigen Bereiche 40 einander spiegelbildlich gegenüber, so daß eine erste Form 42 gebildet wird, die so dimensioniert ist, daß sie den Grenzflächenbereich 26 aufnimmt, wenn der Endbereich 14a des Anschlußschlauchs 14 zwischen den ebenen Elementen 16 in eine flachgelegte Position kollabiert ist.
Die erste Form 42 hat die Höhe H&sub1; und die Breite W1, die jeweils kleiner als die Höhe H und Breite W des Anschlußschlauchs 14 sind, wenn dieser in der nicht eingezwängten, flachgelegten Position ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Wie in Fig. 5 bis 6 außerdem gezeigt, hat jeder erste Satz von Werkzeugen 32', 34' auch ebene Bereiche 44, die sich auf jeder Seite der ersten Form 42 erstrecken, und zusätzliche schräge Abschnitte 46, die sich von den ebenen Bereichen 44 der Werkzeuge 32', 34' erstrecken.
Wie in Fig. 7 gezeigt, hat jedes zweite Paar von geformten Werkzeugen 32", 34" einen rechtwinklig geformten Bereich 48. Wenn die Werkzeuge 32", 34" geschlossen sind, stehen sich die rechtwinkligen Bereiche 48 so gegenüber, daß eine zweite Form 50 gebildet wird. Diese zweite Form 50 ist so dimensioniert, daß sie den Grenzflächenbereich 26 aufnimmt, wenn der Endbereich 14a des Anschlußschlauchs 14 in eine gerundete Position zurückgekehrt ist. Diese zweite Form 50 hat eine Höhe H2, die größer als H1 ist, jedoch eine Breite W2, die kleiner als W1 ist. Somit wird der Grenzflächenbereich 26 in der zweiten Form 50 nicht zusammengedrückt.
Um den Anschlußschlauch 14 im Behälter 12 zu verschweißen, wird der Endbereich 14a des Anschlußschlauchs 14 zwischen den ebenen Elementen 16 des Behälters 12 angeordnet, so daß ein Grenzflächenbereich 26 gebildet wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Grenzflächenbereich 26 dann zwischen dem ersten Paar von Werkzeugen 32', 34' in der ersten Form 42 positioniert. Fig. 5 zeigt die Werkzeuge 32', 34' in einer teilweise geöffneten Stellung.
Fig. 6 zeigt die Werkzeuge 32', 34' vollständig geschlossen, so daß der Endbereich 14a des Anschlußschlauchs in eine im wesentlichen flachgelegte Position kollabiert. Da die Höhe H1 und die Breite W1 der ersten Form 42 kleiner als die Höhe H und die Breite W des flachgelegten Anschlußschlauchs 14 in der nicht eingezwängten Position sind, werden die ebenen Elemente 16 und der Endbereich 14a des Anschlußschlauchs entlang des gesamten Umfangs des Grenzflächenbereichs 26 zusammengedrückt, wenn die Werkzeuge 32', 34' geschlossen werden.
Durch die Werkzeuge wird Schweißenergie aufgebracht, so daß im Grenzflächenbereich 26 eine Schweißstelle erzeugt wird. Die ebenen Elemente 16 werden entlang des gesamten Umfangs des Endbereichs 14a des Anschlußschlauchs verschweißt. Die ebenen Bereiche 44 des ersten Satzes von Werkzeugen 32', 34' verschweißen die Bereiche 28 der ebenen Elemente 16, so daß der Behälter 12 verschweißt wird. Es ist auch möglich, die Schweißenergie nach dem Kollabieren des Grenzflächenbereichs 26 aufzubringen.
Wenn der Anschlußschlauch 14 kollabiert ist, hat der Anschlußschlauch 14 gekrümmte Endsegmente 36 (Fig. 5). Ein Kanalaustritt tritt sehr wahrscheinlich im Bereich der gekrümmten Endsegmente 36 auf, da die Schweißstelle zwischen dem ebenen Element 16 und dem gekrümmten Segment erzeugt werden muß. Es sind schräge Oberflächen 46 der Werkzeuge 32', 34' vorgesehen, um den Druck und Schweißenergie für die gekrümmten Endsegmente 36 aufzubringen, so daß die Schweißstelle zwischen dem Anschlußschlauch 14 und den ebenen Elementen 16 verbessert wird.
Nach dem Verschweißen wird der erste Satz von geformten Werkzeugen 32', 34' geöffnet, so daß der Druck auf den Grenzflächenbereich 26 aufgehoben wird. Der Endbereich 14a des Anschlußschlauch 14 kehrt dann in eine gerundete oder offene Position zurück. Der Schlauch 14 und die ebenen Elemente 16 werden aus den Werkzeugen 32', 34' entnommen und dann, wie in Fig. 7 gezeigt, zwischen dem zweiten Paar von geformten Werkzeugen 32", 34" angeordnet.
Der zweite Satz von Werkzeugen 32", 34" verschweißt ein Ende des Behälters 12, so daß die untere Wand des Behälters 12 gebildet wird. Wenn die Werkzeuge 32", 34" geschlossen sind, nimmt die zweite Form 50 die gerundete Form des Anschlußschlauchs 14 auf. Durch das zweite Paar von Werkzeugen 32", 34" wird Schweißenergie aufgebracht, so daß der Bereich 28 der ebenen Elemente 16 ein zweites Mal miteinander verschweißt wird.
Da die Breite W2 der zweiten Form 50 kleiner als die Breite W1 der ersten Form 42 ist, werden die dem Grenzflächenbereich 26 am nächsten liegenden Bereiche der ebenen Elemente 16 erneut verschweißt, womit zusätzlich gesichert ist, daß es um den Anschlußschlauch 14 keinen Kanalaustritt gibt. Wenn das zweite Paar von Werkzeugen 32", 34" die ebenen Elemente 16 ein zweites Mal verschweißt hat, wird der Grenzflächenbereich 26 aus den Werkzeugen 32", 34" entfernt, und das Schweißverfahren ist abgeschlossen.
Fig. 8 zeigt einen weiteren Satz von geformten Werkzeugen 52, 54, die den Werkzeugen 32', 34' in Fig. 6 ähnlich sind und die dazu dienen, zwei Anschlußschläuche 14 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichzeitig in einem Behälter zu verschweißen.
Es sollte selbstverständlich sein, daß es möglich ist, die Schweißenergie vor dem Kollabieren des Anschlußschlauchs 14 oder danach auf ein Werkzeug aufzubringen, wobei dies von den angewendeten Schweißverfahren abhängt.
Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung als Beispiel und nicht als Einschränkung aufgeführt, die Anschlußschläuche erläutern, die zwischen ebenen Elementen verschweißt werden, so daß Fluidbehälter hergestellt werden. Die Materialien jedes dieser Behälter sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Die Schlauchkomponenten wurden in einem Trommelmischer gemischt und außer in Beispiel 2 in einem 1,25 inch Davis Standard Extruder und mit einer Genca-Kreuzkopfdüse zu einem Schlauch geformt. Der Schlauch hatte einen Innendurchmesser von 2,62 mm (0,103 inch) und einen Außendurchmesser von 3,56 mm (0,140 inch). Die Schlauchkomponenten von Beispiel 2 wurden mit einem Extruder mit einem größeren Durchmesser und einem Düsenkopf zu einem Schlauch verarbeitet, so daß ein Schlauch mit einem Außendurchmesser von 10,16 mm (0,4 inch) hergestellt wurde.
Jeder Schlauch aus dem in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Material wurde zwischen ebenen Elementen unter Wärme verschweißt, wobei ein Satz von ebenen Werkzeugen verwendet wurde, so daß ein Fluidbehälter hergestellt wurde.
Die Behälter wurden mit Luft aufgeblasen, und es wurde festgestellt, daß sie luftdicht waren. Deshalb zeigten diese Behälter keinen Kanalaustritt. Außerdem wurde der Behälter von Beispiel 6 mit Wasser gefüllt und drei Stunden mit 1800 g zentrifugiert, ohne daß die Schweißstelle undicht wurde oder versagte.
1) Polyolefinlegierung aus Polypropylen/ULDPE/Dimerfettsäurepolyamid/SEBS
2) Polymergemisch aus einem Blockcopolymer von Styrol-Ethylen-Buten-Styrol ("SEBS") (40-85 Gew.-%), Ethylenvinylacetat (0-40 Gew.-%) und Polypropylen (10-40 Gew.-%)
Obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele erläutert und beschrieben worden sind, sind verschiedene Veränderungen möglich, ohne daß vom Umfang der zugehörigen Ansprüche abgewichen wird.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden eines gerundeten Elements (14) zwischen ebenen Elementen (16), das die folgenden Schritte aufweist:

- Bereitstellen eines gerundeten Elements, das eine äußere Schicht (20) mit einem ersten Schmelztemperaturbereich und eine innere Schicht (22) hat, die konzentrisch innerhalb der äußeren Schicht (20) angeordnet ist und einen zweiten Schmelztemperaturbereich hat, wobei der zweite Schmelztemperaturbereich wärmer als der erste Schmelztemperaturbereich ist;

- Bereitstellen eines Paars von gegenüberliegenden ebenen Elementen (16), wobei die ebenen Elemente (16) jeweils eine Schmelztemperatur innerhalb des ersten Schmelztemperaturbereichs haben;

- Positionieren eines Endbereichs des gerundeten Elements (14) zwischen Umfangsrändern des Paars von ebenen Elementen (16), um einen Grenzflächenbereich (26) zu bilden;

- Aufbringen von Druck auf den Grenzflächenbereich (26), um den Endbereich des gerundeten Elements (16) zu einer im wesentlichen flachgelegten Position kollabieren zu lassen;

- Aufbringen von Schweißenergie auf den Grenzflächenbereich, um das gerundete Element (14) auf eine Temperatur innerhalb des ersten Schmelztemperaturbereichs, aber unterhalb des zweiten Schmelztemperaturbereichs zu erwärmen, so daß dadurch eine Schweißstelle zwischen den ebenen Elementen (16) und dem gerundeten Element (14) in dem Grenzflächenbereich (26) gebildet wird; und

- Aufheben des Drucks auf den Grenzflächenbereich (26), wobei der Endbereich des gerundeten Elements (14) in eine offene Position zurückkehrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das den folgenden Schritt aufweist: Fließenlassen eines Bereichs der ersten Schicht (20) des gerundeten Elements (14), um Zusatzmaterial in einem Bereich des Grenzflächenbereichs (26) vorzusehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kollabierte gerundete Element (14) gekrümmte Endsegmente hat und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Aufbringen von Druck und Schweißenergie auf die gekrümmten Endsegmente.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Aufbringens von Schweißenergie und Druck auf die gerundeten Elemente (14) in dem Grenzflächenbereich (26) die folgenden Schritte aufweisen:

- Vorsehen eines Schweißwerkzeugs (32, 34);

- Zuführen von Wärmeenergie durch das Werkzeug (32, 34); und

- Schließen des Schweißwerkzeugs.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Aufbringens von Wärmeenergie durch das Werkzeug (32, 34) vor dem Schritt des Schließens des Schweißwerkzeugs ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Aufbringens von Wärmeenergie durch das Werkzeug (32, 34) nach dem Schritt des Schließens des Werkzeugs ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei sich ein Bereich der Umfangsränder der ebenen Elemente (16) über den Grenzflächenbereich (26) hinaus erstreckt, das Werkzeug (32, 34) ein geformtes Schweißwerkzeug ist und das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

- Vorsehen eines zweiten geformten Schweißwerkzeugs (32', 34'), das zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position bewegbar ist, wobei das zweite Schweißwerkzeug (32', 34') eine Form (42) bildet, während es in der geschlossenen Position ist, wobei die Form (42) so dimensioniert ist, daß sie das gerundete Element (14) aufnimmt, ohne das gerundete Element (14) zusammenzudrücken; und

- Schließen des zweiten Schweißwerkzeugs (32', 34'), um die Umfangsränder, die sich über den Grenzflächenbereich (26) hinaus erstrecken, zu verschweißen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gerundete Element (14) ein medizinischer Schlauch ist und die ebenen Elemente (16) gegenüberliegende Wände eines medizinischen Behälters sind, wobei die Schritte des Aufbringens von Schweißenergie und Druck auf den Grenzflächenbereich die folgenden aufweisen:

- Vorsehen einer Schweißvorrichtung, die ein Werkzeug aufnimmt;

- Einbringen des Grenzflächenbereichs (26) in die Schweißvorrichtung;

- Aktivieren des Werkzeugs (32, 34), um den Endbereich des Schlauchs zwischen den Umfangsrändern zum Kollabieren zu bringen; und

- Aufbringen von Schweißenergie durch das Werkzeug (32, 34) mit einer Temperatur, die innerhalb des ersten Schmelztemperaturbereichs, aber niedriger als der zweite Schmelztemperaturbereich ist, unter Bildung einer Schweißstelle in dem Grenzflächenbereich (26).

9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 8, wobei das Schweißwerkzeug (32, 34) ein flaches Schweißwerkzeug ist.

10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 8, wobei das Schweißwerkzeug (32, 34) ein geformtes Schweißwerkzeug ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Aufbringens von Schweißenergie den folgenden Schritt aufweist: Fließenlassen eines Bereichs der äußeren Schicht (26) des Endbereichs des Schlauchs, um der Schweißstelle Zusatzmaterial zuzuführen.

12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der kollabierte Schlauch gekrümmte Endsegmente hat und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Aufbringen von Druck und Schweißenergie auf die gekrümmten Endsegmente.

13. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Aktivierens des Werkzeugs (32, 34), um den Endbereich des Schlauchs zwischen den Umfangsrändern zum Kollabieren zu bringen, vor dem Schritt des Aufbringens von Schweißenergie durch das Werkzeug ausgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Aktivierens des Werkzeugs (32, 34), um den Endbereich des Schlauchs zwischen den Umfangsrändern zum Kollabieren zu bringen, nach dem Schritt des Aufbringens von Schweißenergie durch das Werkzeug ausgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gerundete Element (14) eine Fluidbahn hat; und wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Einsetzen eines Dorns in die Fluidbahn in dem Grenzflächenbereich (26).

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Aufbringens von Druck, um den Endbereich des gerundeten Elements (14) zwischen den Umfangsrändern zum Kollabieren zu bringen, vor dem Schritt des Aufbringens von Schweißenergie auf den Grenzflächenbereich (26) ausgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Aufbringens von Druck, um den Endbereich des gerundeten Elements (14) zwischen den Umfangsrändern zum Kollabieren zu bringen, vor dem Schritt des Aufbringens von Schweißenergie auf den Grenzflächenbereich (26) ausgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1, 8 oder 15, wobei sich ein Bereich der Umfangsränder der ebenen Elemente (16) über den Grenzflächenbereich (26) hinaus erstreckt, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Aufbringen von Druck und Schweißenergie auf die Umfangsränder jenseits des Grenzflächenbereichs, um die ebenen Elemente (16) miteinander zu verschweißen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Schritte des Aufbringens von Druck und Schweißenergie auf die Umfangsränder jenseits des Grenzflächenbereichs (26) gleichzeitig mit dem Schritt des Bildens einer Schweißstelle in dem Grenzflächenbereich ausgeführt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Schritte des Aufbringens von Druck und Schweißenergie auf die Umfangsränder jenseits des Grenzflächenbereichs (26) nach dem Schritt des Bildens einer Schweißstelle in dem Grenzflächenbereich ausgeführt werden.

21. Coextrudierter Anschlußschlauch (14) medizinischer Güte, der folgendes aufweist:

- eine äußere Schicht, die aus der Gruppe von Polyolefinen, Polyolefincopolymeren und Polyolefinlegierungen ausgewählt ist, wobei die äußere Schicht (20) einen ersten Schmelztemperaturbereich hat; und

- eine innere Schicht (22), die aus der Gruppe von Polyolefinen, Polyolefincopolymeren, Polyolefinlegierungen, Polyamiden, Polyestern, Polyvinylchlorid, Polyester-Polyether-Blockcopolymeren und HF-empfindlichen Verbindungen ausgewählt ist, wobei die innere Schicht (22) einen zweiten Schmelztemperaturbereich hat, wobei der zweite Schmelztemperaturbereich wärmer als der erste Schmelztemperaturbereich ist.

22. Schlauch nach Anspruch 21, der ferner eine Verbindungsschicht aufweist, die zwischen der inneren Schicht und der äußeren Schicht positioniert ist.

23. Schlauch nach Anspruch 21, wobei die äußere Schicht (20) ein Polyolefincopolymer aus der Reaktion eines Olefins ist, das mit einem Comonomer copolymerisiert ist, das ausgewählt ist aus aliphatischen Olefinen, Alpha-Olefinen, Acrylsäure, Methacrylsäure, Esterderivaten von Acrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Esterderivaten von Methacrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Vinylacetat, Vinylchlorid und Vinylalkohol.

24. Schlauch nach Anspruch 23, wobei die äußere Schicht (20) ein Ethylen ist, das mit einem Comonomer copolymerisiert ist, das aus der Gruppe von Alpha-Olefinen, Methylacrylat und Vinylacetat ausgewählt ist.

25. Schlauch nach Anspruch 24, wobei die äußere Schicht (20) ein Polyethylen ultraniedriger Dichte ist.

26. Schlauch nach Anspruch 25, wobei die innere Schicht (22) Polyvinylchlorid ist.

27. Schlauch nach Anspruch 21, wobei die innere Schicht (22) eine Dicke von 2,54 · 10&supmin;³ bis 0,254 mm (0,0001 bis 0,010 inches) hat und die äußere Schicht (20) eine Dicke im Bereich von 0,127 bis 0,381 mm (0,005 bis 0,015 inches) hat.

28. Schlauch nach Anspruch 21, wobei die innere Schicht (22) eine HF-empfindliche Verbindung ist.

29. Schlauch nach Anspruch 28, wobei die HF-empfindliche Verbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus folgenden Materialien besteht:

Ethylencopolymeren, die einen Ethylenanteil von 50 bis 85% haben, mit mindestens einem Comonomer, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus folgenden Substanzen besteht: Acrylsäure, Methacrylsäure, Esterderivaten von Acrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Esterderivaten von Methacrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Vinylacetat und Vinylalkohol.

30. Schlauch nach Anspruch 28, wobei die HF-empfindliche Verbindung aus einer zweiten Gruppe ausgewählt ist, die aus folgenden Substanzen besteht: Copolymeren, die Segmente von Polyurethan, Polyester, Polyharnstoff, Polyamid, Polysulfonen und Polyamiden enthalten.