RU2816160C1 - Method of producing polymer container for blood and its components - Google Patents
Method of producing polymer container for blood and its components Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816160C1 RU2816160C1 RU2023118977A RU2023118977A RU2816160C1 RU 2816160 C1 RU2816160 C1 RU 2816160C1 RU 2023118977 A RU2023118977 A RU 2023118977A RU 2023118977 A RU2023118977 A RU 2023118977A RU 2816160 C1 RU2816160 C1 RU 2816160C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- polymer
- outlet elements
- blood
- carried out
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 30
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 35
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000010241 blood sampling Methods 0.000 claims description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000003978 infusion fluid Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к способам производства полимерного контейнера, предназначенного для сбора, хранения, транспортировки в широком диапазоне температур крови и ее заменителей, которые также могут быть использованы для переливания крови, ее компонентов и других инфузионных растворов.The invention relates to the field of medical technology, namely to methods for the production of a polymer container intended for collection, storage, transportation in a wide range of temperatures of blood and its substitutes, which can also be used for transfusion of blood, its components and other infusion solutions.
Контейнер для крови и ее компонентов содержит основной резервуар, который снабжен выпускными элементами - штуцерами с защитным приспособлением, соединительными и кровезаборными трубками (донорской, технологическими).The container for blood and its components contains a main reservoir, which is equipped with outlet elements - fittings with a protective device, connecting and blood collection tubes (donor, technological).
Емкость основного резервуара герметична. Герметичность контейнера обеспечивается при производстве путем выполнения прямолинейных и скругленных швов с двух противоположных сторон и герметичным креплении выпускных элементов штуцеров и трубок. Таким образом, способ производства контейнера должен обеспечивать создание из мягкого поливинилхлорида, пластифицированного диоктилфталатом замкнутой эластичной, герметичной и стерильной системы из основной емкости для крови, дополнительных емкостей для компонентов (при необходимости) и соединительных трубок. Размеры контейнеров должны соответствовать требованиям ГОСТ 31597-2012. [ГОСТ 31597-2012 (ISO 3826:1993) КОНТЕЙНЕРЫ ПОЛИМЕРНЫЕ ДЛЯ КРОВИ И ЕЕ КОМПОНЕНТОВ ОДНОКРАТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ. Технические требования].The main tank capacity is sealed. The tightness of the container is ensured during production by making straight and rounded seams on two opposite sides and hermetically sealing the outlet elements of fittings and tubes. Thus, the container production method must ensure the creation of a closed elastic, sealed and sterile system from a soft polyvinyl chloride plasticized with dioctyl phthalate from a main blood container, additional containers for components (if necessary) and connecting tubes. The dimensions of containers must comply with the requirements of GOST 31597-2012. [GOST 31597-2012 (ISO 3826:1993) POLYMER CONTAINERS FOR BLOOD AND ITS COMPONENTS, SINGLE USE. Technical requirements].
Способ изготовления контейнера не должны оказывать вредного влияния на сохранность крови и ее компонентов.The container manufacturing method should not have a harmful effect on the safety of blood and its components.
Известны способы производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов, основанные на создании энергетического воздействия на составляющие контейнера (соединяющиеся листы полимерного материала и размещаемые между ними штуцера и трубки) для перевода материалов полимерных пленок за счет их нагревания в вязкопластичное состояние и формирования сварных швов по контуру формируемого пакета и в местах контакта полимерных листов со штуцерами, соединительными и кровезаборными трубками.There are known methods for producing a polymer container for blood and its components, based on creating an energy impact on the components of the container (connecting sheets of polymer material and fittings and tubes placed between them) to transfer polymer film materials by heating them into a viscoplastic state and forming welds along the contour the package being formed and at the points of contact of polymer sheets with fittings, connecting and blood-sampling tubes.
В настоящее время сварка полимерных материалов является наиболее распространенным способом получения прочных соединений, в частности, при производстве контейнеров для крови. Сварка полимеров - процесс образования неразрывного соединения, в основе которого лежит химическое взаимодействие (химическая сварка) или взаимная диффузия (диффузионная сварка) макромолекул полимерных материалов. В результате взаимодействия исчезает граница раздела между свариваемыми материалами и образуется структурный переход от поверхности одного полимера к поверхности другого. Важными характеристиками полимерных материалов являются высокая теплоемкость и низкая теплопроводность. По этой причине сварка полимеров возможно только в температурном интервале, при котором материал находится в вязкотекучем состоянии.Currently, welding of polymer materials is the most common method for obtaining strong joints, particularly in the production of blood containers. Welding of polymers is the process of forming an inextricable joint, which is based on chemical interaction (chemical welding) or mutual diffusion (diffusion welding) of macromolecules of polymer materials. As a result of the interaction, the interface between the materials being welded disappears and a structural transition is formed from the surface of one polymer to the surface of another. Important characteristics of polymer materials are high heat capacity and low thermal conductivity. For this reason, welding of polymers is possible only in the temperature range in which the material is in a viscous-flow state.
Качество соединений, полученных в процессе сварки полимерной пленки, напрямую зависит от условий реализации процесса, совместимости полимерных материалов и строения полимерной фазы. Из множества методов сварки полимерных материалов широкое распространение получили следующие: сварка нагретым газом, контактно-тепловая и высокочастотная.The quality of the joints obtained during the welding of polymer film directly depends on the conditions of the process, the compatibility of polymer materials and the structure of the polymer phase. Of the many methods of welding polymer materials, the following are widely used: heated gas welding, thermal contact welding and high-frequency welding.
Для производства полимерных контейнеров для крови и ее компонентов наибольшее практическое распространение получили способы, основанные на использовании энергетического воздействия путем нагрева контактирующих с полимерными пленками и трубками металлических элементов, внутри которых размещается электронагреватель [Сварка полимерных материалов. Под ред. К.И.Зайцева., М., Машиностроение, 1988, с.153]. В качестве сжимающих и формирующих шов элементов в известных способах уже многие годы применяются ролики и нагревательные элементы [А.с. СССР № 159973, МПК В29С, опубл. 14.01.1964 г., Бюл. № 2], а способ реализуется путем нагрева контейнера с одной стороны (от одной контактной поверхности) и расплавления, последовательно, одной из пленок до перевода ее в вязкотекучее состояние, а затем, контактирующей с ней второй пленки. Аналогично осуществляется расплавление пленок до соединения с материалом штуцеров и трубок.For the production of polymer containers for blood and its components, the most widely used methods are those based on the use of energy by heating metal elements in contact with polymer films and tubes, inside which an electric heater is placed [Welding of polymer materials. Ed. K.I.Zaitseva., M., Mechanical Engineering, 1988, p.153]. Rollers and heating elements have been used for many years as compressing and seam-forming elements in known methods [A.S. USSR No. 159973, IPC V29S, publ. 01/14/1964, Bull. No. 2], and the method is implemented by heating the container on one side (from one contact surface) and melting, sequentially, one of the films until it is transferred to a viscous-flow state, and then the second film in contact with it. The films are melted in the same way until they are connected to the material of the fittings and tubes.
Основные недостатки известных способов заключаются в малой производительности процесса из-за длительного времени расправления материалов со стороны одной из поверхностей и последующего охлаждения для стабилизации шва, низкого качества формируемого термического соединения, существенной зависимости от используемых материалов (температуры их плавления, толщины). The main disadvantages of the known methods are the low productivity of the process due to the long time of straightening the materials from one of the surfaces and subsequent cooling to stabilize the seam, the low quality of the formed thermal connection, and the significant dependence on the materials used (their melting point, thickness).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов по патенту РФ № 2175227 [МПК A61J 1/05, опубл. 27.10.2001 г., Бюл. № 30] , принятый за прототип.The closest in technical essence to the proposed one is the method for producing a polymer container for blood and its components according to RF patent No. 2175227 [IPC A61J 1/05, publ. October 27, 2001, Bulletin. No. 30], adopted as a prototype.
Способ производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов, принятый за прототип заключается в размещении на нижней металлической опоре листа из гибкой плоской полимерной пленки, наложении противоположно ему второго листа, размещении между ними, вдоль общих периферийных переднего и заднего края, выпускных элементов - штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок, сжатии листов с размещенными между ними выпускными элементами при помощи верхней металлической опоры, создание между опорами энергетического воздействия для перевода материала полимерных пленок в вязкопластичное состояние, формировании сварных швов по контуру формируемого пакета и в местах контакта с полимерными листами штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок.The method for producing a polymer container for blood and its components, adopted as a prototype, consists of placing a sheet of flexible flat polymer film on the bottom metal support, applying a second sheet opposite it, placing between them, along the common peripheral front and rear edges, outlet elements - fittings with protective device, connecting and blood-sampling tubes, compression of sheets with outlet elements placed between them using an upper metal support, creation of an energy effect between the supports to transfer the material of polymer films into a viscoplastic state, formation of welds along the contour of the package being formed and at points of contact with polymer sheets fittings with protective devices, connecting and blood-sampling tubes.
В качестве энергетического воздействия в прототипе используется высокочастотная (ВЧ) сварка (иначе называемая радиочастотной - РЧ).The prototype uses high-frequency (HF) welding (otherwise known as radio frequency - RF) as the energy input.
Основной принцип высокочастотной сварки базируется на диэлектрическом нагреве свариваемых материалов. Листы материала помещают между двумя металлическими пластинами (электродами), после чего на пластины подается высокочастотное напряжение. Фактически заготовки для сварки помещают между электродами, являющимися пластинами конденсатора, соединенного с источником тока высокой частоты.The basic principle of high-frequency welding is based on dielectric heating of the materials being welded. Sheets of material are placed between two metal plates (electrodes), after which high-frequency voltage is applied to the plates. In fact, the workpieces for welding are placed between electrodes, which are the plates of a capacitor connected to a high-frequency current source.
В результате молекулы в материале начинают вибрировать, что приводит к нагреванию материала до температуры плавления. В результате слои расплавляются, осуществляется одновременное помещение двух слоев материала в ВЧ-поле и их прижимание друг к другу. Таким образом, образуется сварное соединение.As a result, the molecules in the material begin to vibrate, which leads to heating of the material to the melting point. As a result, the layers are melted, and two layers of material are simultaneously placed in the RF field and pressed against each other. Thus, a welded joint is formed.
Выделяемое при таком способе тепло пропорционально диэлектрической постоянной свариваемого материала. Очевидно, что высокое качество шва высокочастотной сварки обеспечивается только при равномерном прогреве и расплавлении материалов в зоне формирования шва.The heat generated by this method is proportional to the dielectric constant of the material being welded. It is obvious that high quality of a high-frequency welding seam is ensured only with uniform heating and melting of materials in the weld formation zone.
К недостаткам способа, принятого за прототип следует отнести:The disadvantages of the method adopted as a prototype include:
1. Невозможность реализации способа с помощью токов высокой частоты при производстве контейнеров из широко класса полимерных материалов, поскольку такой способ применим только для ограниченного числа полимерных материалов, в частности только тех, материалов, диэлектрическая проницаемость которых выше трех.1. The impossibility of implementing the method using high-frequency currents in the production of containers from a wide range of polymer materials, since this method is applicable only for a limited number of polymer materials, in particular only those materials whose dielectric constant is higher than three.
2. Невозможность обеспечения при реализации способа высокого качества шва (прочности и герметичности) из-за невозможности обеспечения равномерного прогрева материалов при наличии локальных изменений свойств материалов (например, при изменениях толщины пленки более 10…15 % по длине пакета).2. The impossibility of ensuring high quality seams (strength and tightness) when implementing the method due to the impossibility of ensuring uniform heating of materials in the presence of local changes in the properties of materials (for example, when the film thickness changes by more than 10...15% along the length of the package).
3. Невозможность обеспечения, при реализации прототипа, высокого качества одновременного соединения листовых материалов по контуру и соединения с листовыми материалами выпускных элементов - штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок из-за наличия незначительных различий в свойствах листовых материалов и выпускных элементов.3. The impossibility of ensuring, when implementing a prototype, high quality simultaneous connection of sheet materials along the contour and connection with sheet materials of outlet elements - fittings with a protective device, connecting and blood-sampling tubes due to the presence of minor differences in the properties of sheet materials and outlet elements.
4. Длительное время реализации способа (до нескольких десятков секунд), обусловленное необходимость прогрева двух слоев материала до их расправления (перевода всего материала в вязкотекучее состояние) для последующего соединения (взаимопроникновения) при сжатии.4. The method takes a long time to implement (up to several tens of seconds), due to the need to heat two layers of material until they straighten (transfer the entire material into a viscous-flow state) for subsequent connection (interpenetration) during compression.
5. Высокое энергопотребление на реализацию способа, поскольку, при использовании ВЧ колебаний, чаще всего с частотой 43 МГц, мощность высокочастотного генератора при выполнении шва шириной 3…5 мм, составляет не менее 10000 Вт при формировании одного контейнера для крови.5. High energy consumption for the implementation of the method, since, when using HF vibrations, most often with a frequency of 43 MHz, the power of the high-frequency generator when making a seam 3...5 mm wide is at least 10,000 W when forming one container for blood.
5. Использование ВЧ колебаний такой мощности обуславливает высокий уровень высокочастотных электромагнитных помех, опасных для операторов, требующих специальных мер защиты и экранирования, т.е. увеличения стоимости реализации способа, принятого за прототип.5. The use of HF oscillations of such power causes a high level of high-frequency electromagnetic interference, which is dangerous for operators and requires special protection and shielding measures, i.e. increasing the cost of implementing the method adopted as a prototype.
Таким образом, способ производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов, принятый за прототип не обеспечивает высокого качества (прочности, герметичности) и высокой производительности процесса при соединении листовых материалов по контуру и соединения с листовыми материалами выпускных элементов - штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок, а также требует высоких энергозатрат на реализацию и может быть опасен для окружающей среды.Thus, the method for producing a polymer container for blood and its components, adopted as a prototype, does not provide high quality (strength, tightness) and high productivity of the process when connecting sheet materials along the contour and connecting outlet elements with sheet materials - fittings with a protective device, connecting and blood collection tubes, and also requires high energy costs for implementation and can be hazardous to the environment.
В предлагаемом способе решается задача по устранению недостатков существующего способа, предназначенного для производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов, и созданию способа, обеспечивающего надежную герметизацию при производстве контейнеров из любых термопластичных материалов, с существенно увеличенными допусками по разнотолщинности и однородности материалов, при одновременном снижении энергозатрат и времени на реализацию способа.The proposed method solves the problem of eliminating the shortcomings of the existing method intended for the production of a polymer container for blood and its components, and creating a method that ensures reliable sealing in the production of containers from any thermoplastic materials, with significantly increased tolerances for variations in thickness and uniformity of materials, while simultaneously reducing energy consumption and time to implement the method.
Технический результат изобретения выражается в повышении надежности герметизации и увеличении производительности при производстве всех типов контейнеров для крови из любых термопластичных материалов.The technical result of the invention is expressed in increasing the reliability of sealing and increasing productivity in the production of all types of blood containers from any thermoplastic materials.
Задача решается за счет использования энергетического воздействия, безопасными для человека и окружающей среды, механическим колебаниями на частоте не менее 22 кГц с амплитудой не менее 40 мкм, обеспечивающими перевод материалов в вязкопластичное состояние на границе герметизации (контакта двух материалов) и их взаимное проникновение за счет очень значительного (до миллиона раз) увеличения скорости диффузии под влиянием УЗ колебаний, что позволяет исключить необходимость расплавления всего материала в зоне формирования шва до температуры плавления.The problem is solved through the use of energy impact, safe for humans and the environment, mechanical vibrations at a frequency of at least 22 kHz with an amplitude of at least 40 microns, ensuring the transfer of materials into a viscoplastic state at the sealing boundary (contact of two materials) and their mutual penetration due to a very significant (up to a million times) increase in the diffusion rate under the influence of ultrasonic vibrations, which eliminates the need to melt all the material in the weld formation zone to the melting temperature.
Поставленная задача решается тем, что в способе производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов, заключающемся в размещении на нижней металлической опоре листа из гибкой плоской полимерной пленки, наложении противоположно ему второго листа, размещении между ними, вдоль общих периферийных переднего и заднего края, выпускных элементов - штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок, сжатии листов с размещенными между ними выпускными элементами при помощи верхней металлической опоры, создании между опорами энергетического воздействия для перевода материала полимерных пленок в вязкопластичное состояние, формировании сварных швов по контуру формируемого пакета и в местах контакта с полимерными листами штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок, создание между опорами энергетического воздействия для перевода материала полимерных пленок в вязкопластичное состояние осуществляют за счет формирования ультразвуковых колебаний элементами поверхностей перемещающихся металлических опор, выполненных в виде рабочих инструментов, соединенных с пьезоэлектрическими колебательными системами, совершающих колебания на частоте не менее 22 кГц с амплитудой не менее 40 мкм, причем сжатие пленок вокруг выпускных элементов и введение в них УЗ колебаний осуществляется по всему периметру выпускных элементов колеблющимися инструментами с длиной колеблющейся поверхности не менее периметра выпускного элемента, имеющими на колеблющейся поверхности выемки, по размерам соответствующие диаметрам выпускных элементов, формирование сварных соединений между пленками и выпускными элементами осуществляется при введении внутрь выпускных элементов металлических стержней, диаметром не менее внутреннего диаметра выпускного элемента, сжатие и введение УЗ колебаний для соединения пленок при формировании периферийных переднего и заднего краевых соединений осуществляется между неподвижной опорой и колеблющимися инструментами, имеющими выемки, совпадающие с местами вваривания выпускных элементов, сжатие и введение УЗ колебаний между двумя полимерными листами по краю пакета между периферийными передним или задним краевыми соединениями осуществляется рабочим инструментом, выполненным в виде плоской верхней металлической опоры и нижней опорой с выступающими по контуру формируемого контейнера двумя параллельными выступами.The problem is solved by the fact that in the method of producing a polymer container for blood and its components, which consists of placing a sheet of flexible flat polymer film on the lower metal support, applying a second sheet opposite it, placing between them, along the common peripheral front and rear edges, outlets elements - fittings with a protective device, connecting and blood-sampling tubes, compressing sheets with outlet elements placed between them using an upper metal support, creating an energy effect between the supports to transfer the material of polymer films into a viscoplastic state, forming welds along the contour of the package being formed and in places contact with polymer sheets of fittings with a protective device, connecting and blood-sampling tubes, the creation of an energy effect between the supports to transfer the polymer film material into a viscoplastic state is carried out due to the formation of ultrasonic vibrations by the elements of the surfaces of moving metal supports, made in the form of working tools connected to piezoelectric oscillatory systems oscillating at a frequency of at least 22 kHz with an amplitude of at least 40 μm, and the compression of the films around the outlet elements and the introduction of ultrasonic vibrations into them is carried out along the entire perimeter of the outlet elements by oscillating tools with a length of the oscillating surface not less than the perimeter of the outlet element, having on the oscillating surface recesses corresponding in size to the diameters of the outlet elements, the formation of welded joints between films and outlet elements is carried out by introducing metal rods into the outlet elements with a diameter not less than the internal diameter of the outlet element, compression and introduction of ultrasonic vibrations to connect the films when forming peripheral front and rear edge connections is carried out between a fixed support and oscillating tools having recesses that coincide with the places where the outlet elements are welded, compression and introduction of ultrasonic vibrations between two polymer sheets along the edge of the package between the peripheral front or rear edge connections is carried out by a working tool made in the form of a flat upper metal support and a lower a support with two parallel protrusions protruding along the contour of the container being formed.
Энергетическое воздействие за счет формирования ультразвуковых колебаний на частоте не менее 22 кГц с амплитудой не менее 40 мкм обеспечивает введение этих колебаний в свариваемые материалы, распространение в материалах и поглощение. Максимальное поглощение происходит на границе раздела двух материалов, поскольку амплитуда колебаний становится сравнимой с воздушным зазором между материалами, а возникающее трение контактирующих и колеблющихся материалов приводит к их разогреву в области контакта. По этой причине происходит увеличение температуры и переход материала в вязкопластичное состояние. Под действием распространяемых через контактирующие поверхности УЗ колебания существенно ускоряются диффузионные проникновения одного материала в другой еще при температурах, не достигающих температура плавления материала. Проникновения одного материала в другой происходят на глубину не менее амплитуды колебаний. Таким образом формируется прочное сварное соединение. Использование УЗ колебаний с частотой не менее 22 кГц обусловлено безопасностью колебаний с такой частотой для человека и окружающей среды. Использование колебаний с большей частотой приводит к увеличению эффективности поглощения колебаний, т.е. к ускорению процесса сварки. Однако, увеличение рабочей частоты с одновременным обеспечением необходимой амплитуды колебаний (более 40 мкм) требует пропорционального увеличения мощностных затрат на формирование таких колебаний. По этой причине для реализации способа наиболее приемлемы УЗ колебания в диапазоне 22…44 кГц.The energy impact due to the formation of ultrasonic vibrations at a frequency of at least 22 kHz with an amplitude of at least 40 microns ensures the introduction of these vibrations into the materials being welded, propagation in the materials and absorption. Maximum absorption occurs at the interface between two materials, since the amplitude of vibrations becomes comparable to the air gap between the materials, and the resulting friction of contacting and vibrating materials leads to their heating in the contact area. For this reason, the temperature increases and the material transitions to a viscoplastic state. Under the influence of ultrasonic vibrations propagated through contacting surfaces, the diffusion penetration of one material into another is significantly accelerated even at temperatures that do not reach the melting point of the material. Penetration of one material into another occurs to a depth not less than the amplitude of vibrations. This creates a strong welded joint. The use of ultrasonic vibrations with a frequency of at least 22 kHz is due to the safety of vibrations at this frequency for humans and the environment. The use of vibrations with a higher frequency leads to an increase in the efficiency of vibration absorption, i.e. to speed up the welding process. However, increasing the operating frequency while simultaneously ensuring the required oscillation amplitude (more than 40 μm) requires a proportional increase in power costs for the formation of such oscillations. For this reason, ultrasonic vibrations in the range of 22...44 kHz are most suitable for implementing the method.
Введение колебаний в свариваемые материалы осуществляется через сварочные окончания рабочих инструментов, которые выполняются в виде элементов поверхностей перемещающихся металлических опор, соединенных с пьезоэлектрическими преобразователями колебательных систем, формирующими колебания на заданной частоте. Обеспечение требуемой для реализации способа амплитуды механических колебаний осуществляется применением между инструментами и преобразователями специальных концентраторов - усилителей механических колебаний.The introduction of vibrations into the materials being welded is carried out through the welding ends of working tools, which are made in the form of elements of the surfaces of moving metal supports connected to piezoelectric transducers of oscillatory systems that form vibrations at a given frequency. Ensuring the amplitude of mechanical vibrations required for the implementation of the method is carried out by using special concentrators - amplifiers of mechanical vibrations - between the tools and converters.
Для формирования сварных соединений между пленками и выпускными элементами (трубчатой формы) по периметру трубчатого элемента внутрь выпускных элементов, в качестве опоры и отражателя УЗ колебаний вводятся металлические стержни, диаметром не менее внутреннего диаметра выпускного элементов. Для формирования равномерного шва по всему периметру сжатие пленок вокруг выпускных элементов и введение в них УЗ колебаний осуществляется по всему периметру выпускных элементов колеблющимися инструментами с длиной колеблющейся поверхности не менее периметра выпускного элемента, имеющими на колеблющейся поверхности выемки, по размерам соответствующие диаметрам выпускных элементов. Таким образом, происходит герметичное соединение пленок, формирующих контейнер с внешними поверхностями штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок и происходит соединение двух пленок на участках, окружающих места вваривания.To form welded joints between films and outlet elements (tubular) along the perimeter of the tubular element, metal rods with a diameter not less than the internal diameter of the outlet elements are inserted into the outlet elements as a support and reflector of ultrasonic vibrations. To form a uniform seam along the entire perimeter, compression of the films around the outlet elements and the introduction of ultrasonic vibrations into them is carried out along the entire perimeter of the outlet elements using oscillating tools with a length of the oscillating surface not less than the perimeter of the outlet element, having recesses on the oscillating surface, in size corresponding to the diameters of the outlet elements. Thus, there is a hermetically sealed connection of the films that form the container with the outer surfaces of the fittings with a protective device, connecting and blood-sampling tubes, and the two films are connected in the areas surrounding the welding sites.
Затем осуществляется формирование периферийных переднего и заднего краевых соединений. Оно обеспечивается за счет сжатия и введения УЗ колебаний для соединения пленок между неподвижной опорой и колеблющимися инструментами, имеющими выемки, совпадающие с местами вваривания выпускных элементов. Then the peripheral anterior and posterior edge connections are formed. It is ensured by compression and the introduction of ultrasonic vibrations to connect the films between the fixed support and oscillating tools that have recesses that coincide with the places where the outlet elements are welded.
На конечном этапе реализации предложенного способа осуществляют сжатие и введение УЗ колебаний между двумя полимерными листами по краю пакета между периферийными передним или задним краевыми соединениями. Особенность заключается в том, что это осуществляют рабочим инструментом, выполненным в виде плоской верхней металлической опоры и нижней опорой с выступающими по контуру формируемого контейнера двумя параллельными выступами. При этом формируется двойной герметизирующий шов, обеспечивающий удвоенную гарантию качества выполняемого сварного соединения.At the final stage of implementation of the proposed method, compression and introduction of ultrasonic vibrations are carried out between two polymer sheets along the edge of the package between the peripheral front or rear edge connections. The peculiarity is that this is carried out by a working tool made in the form of a flat upper metal support and a lower support with two parallel protrusions protruding along the contour of the container being formed. In this case, a double sealing seam is formed, providing a double guarantee of the quality of the welded joint.
Сущность предлагаемого способа производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов, поясняют Фиг. 1, на которой схематично показан один из вариантов практической реализации предлагаемого способа. На Фиг 1 приняты следующие обозначения: 1 - модуль загрузки заготовки пакета; 2 - модуль сварки верхних портов; 3 - модуль сварки нижнего порта; 4 - модуль сварки поперечных швов; 5 - модуль сварки продольных швов; 6 - модуль выгрузки пакета; 7 - система перемещения заготовки пакета от модуля к модулю; 8 - заготовка пакета; 9 - система выполнения центрирующих отверстий в заготовке; 10 - ультразвуковые колебательные системы для сварки верхних портов в сборе с пневматическим механизмом их вертикального перемещения (10 шт.); 11 - система обжатия заготовок вокруг портов и перемещения заготовки пакета в пределах модуля; 12 - система подъема верхней заготовки пакета; 13 - система позиционирования верхних портов (сварочные опоры верхних портов); 14 - порты; 15 - система перемещения заготовки в пределах модуля; 16 - система обжатия заготовок вокруг порта; 17 - ультразвуковые колебательные системы для сварки нижнего порта в сборе с пневматическим механизмом их вертикального перемещения (2 шт.); 18 - система позиционирования нижнего порта (сварочная опора нижнего порта); 19 - ультразвуковые колебательные системы для сварки поперечных швов в сборе с пневматическим механизмом их вертикального перемещения (2 шт.); 20 - сварочные опоры поперечных швов; 21 - ультразвуковые колебательные системы для сварки продольных швов в сборе с пневматическим механизмом их вертикального перемещения (2 шт.); 22 - сварочные опоры продольных швовThe essence of the proposed method for producing a polymer container for blood and its components is explained in Fig. 1, which schematically shows one of the options for the practical implementation of the proposed method. In Fig. 1 the following designations are adopted: 1 - package blank loading module; 2 - upper ports welding module; 3 - lower port welding module; 4 - module for welding transverse seams; 5 - module for welding longitudinal seams; 6 - package unloading module; 7 - system for moving the package blank from module to module; 8 - package preparation; 9 - system for making centering holes in the workpiece; 10 - ultrasonic oscillatory systems for welding the upper ports assembled with a pneumatic mechanism for their vertical movement (10 pcs.); 11 - system for compressing blanks around the ports and moving the package blank within the module; 12 - system for lifting the upper blank of the package; 13 - upper ports positioning system (welding supports of the upper ports); 14 - ports; 15 - system for moving the workpiece within the module; 16 - system for crimping blanks around the port; 17 - ultrasonic oscillatory systems for welding the lower port assembled with a pneumatic mechanism for their vertical movement (2 pcs.); 18 - lower port positioning system (lower port welding support); 19 - ultrasonic oscillatory systems for welding transverse seams, assembled with a pneumatic mechanism for their vertical movement (2 pcs.); 20 - welding supports for transverse seams; 21 - ultrasonic oscillatory systems for welding longitudinal seams assembled with a pneumatic mechanism for their vertical movement (2 pcs.); 22 - welding supports for longitudinal seams
При практической реализации способа производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов в модуль загрузки заготовки пакета 1 размещают лист из гибкой плоской полимерной пленки на нижней металлической опоре, противоположно ему накладывают второй лист.In the practical implementation of the method for producing a polymer container for blood and its components, a sheet of flexible flat polymer film is placed on the lower metal support in the package blank loading module 1, and a second sheet is placed opposite it.
Вдоль общих периферийных переднего и заднего края размещают между листами выпускные элементы - штуцера с защитным приспособлением, соединительные и кровезаборные трубки.Along the common peripheral front and rear edges, outlet elements are placed between the sheets - fittings with a protective device, connecting and blood-sampling tubes.
Далее, при помощи модулей сварки верхних портов 2
и нижних портов 3 осуществляют сжатии листов с размещенными между ними выпускными элементами. Последующее выполнение сварочных швов и перемещание контейнера осуществляется последовательно на модуль сварки поперечных швов 4, модуль сварки продольных швов 5 и для последующего удаления готового контейнера через модуль выгрузки пакета 6. Все необходимые перемещения реализуются при помощи
системы перемещения заготовки пакета от модуля к модулю 7.Next, using the upper port welding modules 2
and lower ports 3 carry out compression of sheets with outlet elements placed between them. The subsequent execution of welding seams and the movement of the container is carried out sequentially to the transverse seam welding module 4, the longitudinal seam welding module 5 and for the subsequent removal of the finished container through the package unloading module 6. All necessary movements are realized using
systems for moving the package blank from module to module 7.
Для исключения каких либо относительных перемещений листов и штуцеров относительно друг друга в заготовке пакета 8 выполняются центрирующие отверстия 9.To eliminate any relative movements of the sheets and fittings relative to each other, centering holes 9 are made in the package blank 8.
При создании между опорами энергетического воздействия для перевода материала полимерных пленок в вязкопластичное состояние, формирования сварных швов в местах контакта с полимерными листами штуцеров с защитным приспособлением, соединительных и кровезаборных трубок используются ультразвуковые колебательные системы 10 для сварки верхних портов в сборе с пневматическим механизмом их вертикального перемещения (10 шт.), система обжатия заготовок вокруг портов и перемещения заготовки пакета в пределах модуля 11, система подъема верхней заготовки пакета 12, система позиционирования 13верхних портов (сварочные опоры верхних портов) 14, система перемещения заготовки в пределах модуля 15, система обжатия заготовок вокруг порта 16, ультразвуковые колебательные системы для сварки нижнего порта в сборе с пневматическим механизмом их вертикального перемещения (2 шт.) 17, система позиционирования нижнего порта (сварочная опора нижнего порта) 18. Создание между опорами энергетического воздействия для перевода материала полимерных пленок в вязкопластичное состояние осуществляют за счет формирования ультразвуковых колебаний элементами поверхностей перемещающихся металлических опор, выполненных в виде рабочих инструментов, соединенных с пьезоэлектрическими колебательными системами 10 и 17, совершающих колебания на частоте не менее 22 кГц с амплитудой не менее 40 мкм, причем сжатие пленок вокруг выпускных элементов и введение в них УЗ колебаний осуществляется по всему периметру выпускных элементов колеблющимися инструментами с длиной колеблющейся поверхности не менее периметра выпускного элемента, имеющими на колеблющейся поверхности выемки, по размерам соответствующие диаметрам выпускных элементов, формирование сварных соединений между пленками и выпускными элементами осуществляется при введении внутрь выпускных элементов металлических стержней, диаметром не менее внутреннего диаметра выпускного элемента.When creating an energy effect between the supports to transfer the material of polymer films into a viscoplastic state, forming welds in places of contact with polymer sheets of fittings with a protective device, connecting and blood-sampling tubes, ultrasonic oscillatory systems 10 are used to weld the upper ports assembled with a pneumatic mechanism for their vertical movement (10 pcs.), system for crimping the workpieces around the ports and moving the workpiece of the package within the module 11, system for lifting the upper workpiece of the package 12, positioning system for the 13 upper ports (welding supports of the upper ports) 14, system for moving the workpiece within the module 15, system for crimping the workpieces around the port 16, ultrasonic oscillatory systems for welding the lower port assembled with a pneumatic mechanism for their vertical movement (2 pcs.) 17, positioning system for the lower port (welding support for the lower port) 18. Creation of an energy effect between the supports to convert the material of polymer films into viscoplastic the state is carried out due to the formation of ultrasonic vibrations by the elements of the surfaces of moving metal supports, made in the form of working tools, connected to piezoelectric oscillatory systems 10 and 17, oscillating at a frequency of at least 22 kHz with an amplitude of at least 40 μm, with compression of the films around the outlet elements and the introduction of ultrasonic vibrations into them is carried out along the entire perimeter of the outlet elements by oscillating tools with a length of the oscillating surface not less than the perimeter of the outlet element, having recesses on the oscillating surface, the sizes corresponding to the diameters of the outlet elements, the formation of welded joints between the films and the outlet elements is carried out when introducing the outlet elements inside metal rods with a diameter not less than the internal diameter of the outlet element.
Сжатие и введение УЗ колебаний для соединения пленок при формировании периферийных переднего и заднего краевых соединений осуществляется при помощи ультразвуковых колебательных систем для сварки поперечных швов, имеющих в рабочих инструментах выемки, совпадающие с местами вваривания выпускных элементов. Сжатие реализуется при помощи пневматического механизма их вертикального перемещения (2 шт.) 19 и сварочных опор для формирования поперечных швов 20.Compression and introduction of ultrasonic vibrations to connect films during the formation of peripheral front and rear edge joints is carried out using ultrasonic oscillatory systems for welding transverse seams, which have recesses in the working tools that coincide with the welding locations of the outlet elements. Compression is realized using a pneumatic mechanism for their vertical movement (2 pcs.) 19 and welding supports for forming transverse seams 20.
Введение УЗ колебаний между двумя полимерными листами по краю пакета между периферийными передним или задним краевыми соединениями осуществляется рабочим инструментом, выполненным в виде плоской верхней металлической опоры и нижней опорой с выступающими по контуру формируемого контейнера двумя параллельными выступами при помощи ультразвуковых колебательных систем для сварки продольных швов в сборе с пневматическим механизмом их вертикального перемещения (2 шт.) 21 на сварочных опорах для формирования продольных швов 22.The introduction of ultrasonic vibrations between two polymer sheets along the edge of the package between the peripheral front or rear edge joints is carried out by a working tool made in the form of a flat upper metal support and a lower support with two parallel protrusions protruding along the contour of the container being formed using ultrasonic vibration systems for welding longitudinal seams in assembled with a pneumatic mechanism for their vertical movement (2 pcs.) 21 on welding supports for forming longitudinal seams 22.
Для подтверждения эффективности предложенного способа были проведены экспериментальные исследования, которые позволили выявить, что при обеспечении качества производимого контейнера, соответствующего действующим нормативным требованиям, производительность процесса в 2 раза превосходит производительность известного способа, а энергозатраты снижаются не менее чем в 4 раза..To confirm the effectiveness of the proposed method, experimental studies were carried out, which revealed that by ensuring the quality of the produced container that complies with current regulatory requirements, the productivity of the process is 2 times higher than the productivity of the known method, and energy costs are reduced by at least 4 times.
Практическая реализация предлагаемого способа производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов может быть осуществлена при помощи производственной линии, аналогичной представленной выше в качестве примера практической реализации.The practical implementation of the proposed method for producing a polymer container for blood and its components can be carried out using a production line similar to that presented above as an example of practical implementation.
Разработанный способ производства полимерного контейнера для крови и ее компонентов прошел лабораторные и технические испытания, и был реализован в действующей опытной установке для практического подтверждения результатов исследований.The developed method for producing a polymer container for blood and its components passed laboratory and technical tests, and was implemented in an operating pilot plant for practical confirmation of the research results.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816160C1 true RU2816160C1 (en) | 2024-03-26 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10155872A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-16 | Kawasumi Lab Inc | Blood bag and production of blood bag |
| RU2175227C1 (en) * | 2000-11-13 | 2001-10-27 | Акционерное Курганское общество медицинских препаратов и изделий "Синтез" | Container for blood and its components |
| RU2311165C2 (en) * | 2003-02-12 | 2007-11-27 | Хосокава Йоко Ко., Лтд. | Medical container |
| CN100438924C (en) * | 2006-06-06 | 2008-12-03 | 上海市血液中心 | Loading container for blood or blood component pathogen inactivator |
| RU2517140C2 (en) * | 2007-10-25 | 2014-05-27 | Новартис Аг | Method of processing package with single medication dose |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10155872A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-16 | Kawasumi Lab Inc | Blood bag and production of blood bag |
| RU2175227C1 (en) * | 2000-11-13 | 2001-10-27 | Акционерное Курганское общество медицинских препаратов и изделий "Синтез" | Container for blood and its components |
| RU2311165C2 (en) * | 2003-02-12 | 2007-11-27 | Хосокава Йоко Ко., Лтд. | Medical container |
| CN100438924C (en) * | 2006-06-06 | 2008-12-03 | 上海市血液中心 | Loading container for blood or blood component pathogen inactivator |
| RU2517140C2 (en) * | 2007-10-25 | 2014-05-27 | Новартис Аг | Method of processing package with single medication dose |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10639744B2 (en) | Method of laser joining of dissimilar materials with ultrasonic aid | |
| TWI479716B (en) | A secondary battery manufacturing method, a secondary battery, a welding apparatus | |
| US4259419A (en) | Vibratory welding of battery components | |
| EP1097869A1 (en) | Ultrasonic sealer | |
| JPS63139726A (en) | Welding method for thermoplastic resin | |
| US9993970B2 (en) | Cross seam joining device for joining a sealing seam for a flexible packaging | |
| RU2816160C1 (en) | Method of producing polymer container for blood and its components | |
| US3254402A (en) | Method and apparatus for joining sheet materials | |
| US9821511B2 (en) | Ultrasonic welding device with preheating unit | |
| Khmelev et al. | Perfecting of the Technology and Development of the Apparatuses for Ultrasonic Welding | |
| US5932132A (en) | Sterile connector apparatus and method | |
| FI70849C (en) | ORGANIC CONTAINER FOR ORGANIZATION OF MATERIALS ORGANIZATION OF ORGANIC MATERIALS | |
| JP7200999B2 (en) | ultrasonic welding method | |
| CN110997288B (en) | Method for welding multilayer composites with barrier layer | |
| EP0555620A1 (en) | A method and an apparatus for ultrasonic welding of a rounded, all around extending sealing joint | |
| CN116890168A (en) | Method and apparatus for welding transparent material and metal material | |
| US9993967B2 (en) | Method for joining a sealing seam of a tubular bag packaging by means of an ultrasound applicator and longitudinal seal joining device for use with said method | |
| JPH01133718A (en) | Ultrasonic welding device | |
| Zhao et al. | Welding fused silica glass by picosecond pulsed laser with low numerical aperture | |
| JP2006508840A (en) | Method and apparatus for manufacturing a package | |
| CA2178972C (en) | Ultrasound sealing unit for preventing interference of resonance frequencies of interfering oscillation | |
| JPWO2006011475A1 (en) | Synthetic resin member heating jig, heat fusion apparatus, and synthetic resin member heat fusion method | |
| RU2277465C1 (en) | Friction welding method and tool for its implementing | |
| KR20220054424A (en) | Welding apparatus and method for welding at least two components | |
| JPS63134226A (en) | Bonding method for fluororesine sheets |