TW202338244A - 管材 - Google Patents
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Abstract
本發明之管材，壁厚均一且在使用時負載並未部分地集中，耐久性高，即便為使用在蠕動泵等之情況下噴吐仍穩定。該管材係於長度方向為固定形狀的長條物，具有在長度方向貫通內側之流路12及包圍流路12的周圍之樹脂部13。樹脂部13由層積體所構成，該層積體是在流路12的徑向層積之多個膨體聚四氟乙烯層16與將聚四氟乙烯層16的層間接著之彈性體層18交互層積而成。彈性體層18由至少一種彈性體所構成，於聚四氟乙烯層16的空隙含浸彈性體之一部分。使在流路12之徑向互相交叉的至少四個方向之樹脂部13的壁厚之平均值、由四個方向內之互相對向的壁厚所計算出之壁厚比率，以及聚四氟乙烯層16與彈性體層18之層積數滿足預定的條件。
Description
本發明係關於一種具有柔軟性之管材，其使用於輸送流體的蠕動泵等。
以往，蠕動泵使用在生物醫療、製藥、化學領域等之流體的送入或定量輸送用途等，於蠕動泵使用具有柔軟性之管材。此等管材，需要對於反覆的彎曲動作之機械性耐受性，且製造成各式各樣的形態。
例如，於專利文獻1所揭露之耐彎曲性的複合彈性體構造物，係具備多個膨體聚四氟乙烯層的複合材料，該聚四氟乙烯層是含浸液狀彈性體並硬化，該被含浸的聚四氟乙烯層透過彈性體層而將層間接著。此複合彈性體構造物之製造方法係將液狀彈性體薄薄地含浸塗布於膨體聚四氟乙烯製之薄膜，至成為預定厚度後捲繞於軸體。在使捲繞完的構造物硬化後，將軸體抽出，藉此獲得管材。藉由捲繞，交互地形成層狀之聚四氟乙烯層與彈性體層，而可防止龜裂的發展。此構造對於因反覆的彎曲動作而產生的撕裂或破裂達到防止破孔或漏洩之效果，提高耐久性。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第4327352號公報
[發明所欲解決的課題]
以往的上述管材，在壁厚不均而有厚度偏差的情況，或互相重疊的膨體聚四氟乙烯層之間含有皺褶或氣泡的情況下，若進行以蠕動泵的輥將管材反覆閉塞之動作，則因扭轉力的產生、力的部分集中，而使耐久性降低。並且，逐漸產生膨體聚四氟乙烯層之間的黏接強度不足之部分。因此，局部性地於管材內存在不耐負載之處，而從該處發生剝離、斷裂，使耐久壽命受損。若存在壁厚較薄之部分，則此較薄的部分在以泵閉塞時施加的負載會變少，負載會集中至壁厚較厚之部分。並且，在力往較薄的部分逸散時，會有扭轉力施加至管材、造成斷裂而未展現原本的耐久性之情形。再者，由於厚度偏差會阻礙管材的流路之確實的反覆閉塞，故泵送時之噴吐量不穩定。
上述背景技術之情況，在每一層的厚度條件中，雖對每一層之膨體聚四氟乙烯層與彈性體的厚度具有限制，但對於成為多層之管材時的厚度偏差並無限制，在對於反覆閉塞之耐久性方面具有其課題。並且，若膨體聚四氟乙烯層的捲繞數（層積數）相對於壁厚過度層積，則管材會變硬而失去復原性。然則，上述背景技術之情況，使捲繞數為31層以上，並未考慮到防止過度層積。
並且，在上述背景技術所示之製程中，使膨體聚四氟乙烯製的薄膜通過兩根輥之間隙，並將液狀彈性體導入至薄膜上，但此時，會有因輥滑移而造成導入的液狀彈性體變薄之疑慮。並且，若薄膜因通過兩根輥之間隙而延展，則厚度改變，會對層積時的壁厚造成影響。在彈性體並未以均一的厚度導入至膨體聚四氟乙烯層之情況下，亦發生厚度偏差，上述背景技術並未考慮到防止此一問題。
本發明係鑒於上述背景技術的問題而完成的發明，其目的在於提供一種管材，壁厚均一且在使用時負載並未部分地集中，耐久性高，即便為使用在蠕動泵等之情況下噴吐仍穩定。
[解決課題的技術手段]
本發明為一種管材，其係於長度方向為固定形狀的長條物，並具備在長度方向貫通內側之流路及包圍該流路的周圍之樹脂部；該樹脂部構成為層積體，該層積體是在該流路的徑向層積之多個膨體聚四氟乙烯層與將該聚四氟乙烯層的層間接著之彈性體層交互層積而成，該彈性體層由至少一種的彈性體所構成，該聚四氟乙烯層具有空隙，於該空隙含浸該彈性體之一部分，計算出該樹脂部之在該流路的徑向互相交叉之至少四個方向的壁厚之平均值，使由四個方向內之互相對向的該壁厚所計算出之壁厚比率，及該聚四氟乙烯層與該彈性體層之層積數滿足以下條件。
在該壁厚之平均值為0.5mm以上未滿2.8mm的情況下，該壁厚比率為1.0～1.2，在該壁厚之平均值為2.8mm以上未滿10.3mm的情況下，該壁厚比率為1.0～1.1。
進一步，關於該層積數，在該壁厚之平均值為0.5mm以上未滿1.4mm的情況下，該層積數為5以上未滿35，在該壁厚之平均值為1.4mm以上未滿2.0mm的情況下，該層積數為14以上未滿50，在該壁厚之平均值為2.0mm以上未滿2.8mm的情況下，該層積數為20以上未滿70，在該壁厚之平均值為2.8mm以上未滿4.0mm的情況下，該層積數為28以上未滿100，在該壁厚之平均值為4.0mm以上未滿6.2mm的情況下，該層積數為40以上未滿155，在該壁厚之平均值為6.2mm以上未滿7.7mm的情況下，該層積數為62以上未滿193，在該壁厚之平均值為7.7mm以上未滿10.3mm的情況下，該層積數為77以上未滿258。
於該各壁厚之平均值的範圍中，若超過該層積數的規定範圍過度地層積，則彈性體彼此之接著強度不足，因而使膨體聚四氟乙烯層與彈性體層容易剝離，損害耐久性。並且，以未到達該層積數的規定範圍之較少的層積數製作出的管材，彈性體層厚度較厚，成為厚度偏差之原因，未滿足該壁厚比率的條件。
該彈性體為矽氧樹脂、胺基甲酸酯、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁二烯、磷腈、氟彈性體、全氟彈性體、全氟聚醚彈性體、甲基矽氧烷、苯基矽氧烷、氟矽氧烷或其等之組合，將在常溫下非液狀者溶解於溶劑而將其液化使用。
該彈性體特別較佳為矽氧樹脂、甲基矽氧烷、苯基矽氧烷、氟彈性體、全氟彈性體或其等之組合。
該管材的該流路之內周面平滑；該流路之內周面，滿足算術平均粗糙度Ra為0.01～0.80、十點平均粗糙度Rz為0.01～3.00的至少一者。
[發明功效]
本發明之管材，其壁厚固定，且不具有因變形的部位而造成之偏差，在使用時負載並未部分地集中而耐久性高。藉此，將本發明之管材使用在蠕動泵等時，流體的噴吐穩定。並且，本發明之管材，由於其內面的表面粗糙度小而平滑，故在壓扁管材以將內部空間閉塞之情況下，可減少管材內壁密接時的摩擦，且防止最內面之微小的脫離。藉此，可抑制異物往噴吐之流體混入。
以下，依據圖式，針對本發明之實施方式予以說明。圖1表示本發明之一實施方式，此實施方式之管材10係在長度方向為固定形狀的長條物，具備在長度方向貫通內側之剖面為圓形的流路12及包圍流路12的周圍之圓筒形的樹脂部13。圖1表示相對於管材10的長度方向為大致直角之剖面構造。
樹脂部13構成為層積體，該層積體是在流路12的徑向層積之多個聚四氟乙烯層16與將聚四氟乙烯層16的層間接著之彈性體層18交互層積而成。聚四氟乙烯層16螺旋狀地多次捲繞於流路12的周圍而形成為筒體。聚四氟乙烯層16具有大量的微小空隙，於該空隙含浸彈性體層18之材料的一部分。
在此，針對聚四氟乙烯層16予以說明。聚四氟乙烯層16是由膨體聚四氟乙烯製之聚四氟乙烯薄膜17所構成，聚四氟乙烯薄膜17係使用反應性潤滑劑進行調整。反應性潤滑劑是由未硬化矽氧樹脂與所需的煤油、石腦油或礦油精等溶劑所構成。聚四氟乙烯薄膜17係將聚四氟乙烯的細粉潤滑、擠出，而後將其拉伸膨脹而製造。在拉伸膨脹處理時，矽氧樹脂當場硬化，形成使聚四氟乙烯與矽氧樹脂彈性體相互交織之聚合物的網狀構造（IPN）。此等拉伸膨脹後之聚四氟乙烯薄膜17具有殘留氣孔、強度高及適當彈性。於此處，聚四氟乙烯薄膜17例如厚度為30μm，孔徑為0.1μm。
接著，針對彈性體層18予以說明。彈性體層18由至少一種彈性體所構成，彈性體例如為在塗布步驟時為液狀的矽氧樹脂，硬度在蕭氏硬度A為60，黏度為25Pa・S，拉伸強度為7.3MPa，伸長率為180%。除了矽氧樹脂以外，氟系樹脂亦佳，氟系樹脂之耐化學性良好，即便在腐蝕性化學物質（酸、鹼、甲苯或MEK等溶劑）之存在下仍具有足夠的耐彎曲性。在塗布之彈性體的黏度高，而於塗布步驟時並未含浸至聚四氟乙烯層16的空隙之情況下，以溶劑稀釋使用。
流路12之內周面平滑地形成。流路12之內周面的平滑度滿足算術平均粗糙度Ra為0.01～0.80、十點平均粗糙度Rz為0.01～3.00之至少一者。
管材10中，樹脂部13的壁厚t與壁厚比率、聚四氟乙烯層16與彈性體層18之層積數I，滿足下表1所示的條件。藉由滿足此條件，而使耐久性能變得良好。樹脂部13的壁厚t係從管材10的相對於長度方向大致直角之面中的剖面之圖1所示的中心0起，至少在互相交叉之四個方向A、B、C、D，即在流路12的徑向中，例如至少是互相正交之四個方向A、B、C、D的樹脂部13之壁厚ta、tb、tc、td的平均值。壁厚比率為四個方向內之互相對向的壁厚彼此之比的平均值。本實施方式之管材10中，對應於壁厚t的值，四個方向內之互相對向的壁厚彼此之比的最佳壁厚比率與層積數I係以滿足用於獲得高耐久性能的最佳條件之方式而製造。於下表1表示壁厚t與壁厚比率、層積數I的最佳條件。
【表1】
於此處，壁厚t與壁厚比率、層積數I之中，針對壁厚比率之表1的各值考慮容許之誤差，將小數點以後兩位的數值四捨五入。藉此，使具有高耐久性之較佳壁厚與壁厚比率、層積數I成為以下條件。壁厚t之平均值為0.5mm以上未滿2.8mm的情況下，壁厚比率為1.0～1.2，壁厚t之平均值為2.8mm以上未滿10.3mm的情況下，壁厚比率為1.0～1.1。然後，關於層積數I則如同表1。
接著，依據圖2，針對此實施方式之管材10的製造方法予以說明。此製造方法是製造使壁厚t與壁厚比率、層積數I的條件如同上述表1所示地成為高耐久性能的最佳範圍之管材10。
首先從成為聚四氟乙烯層16之聚四氟乙烯薄膜17的原始材料20，往多根薄膜支撐輥22導引而將聚四氟乙烯薄膜17拉出，並輸送至將形成彈性體層18之液狀彈性體19塗布的塗布步驟24。在塗布步驟24中，將含浸且薄薄地塗布有液狀彈性體19之聚四氟乙烯薄膜17螺旋狀地捲繞在捲繞軸26。
捲繞軸26具有與流路12的形狀對應之圓形的剖面形狀。捲繞軸26以氟樹脂塗覆以便容易剝離。並且，由於軸26之表面狀態會轉印至管材內面，故可將軸26之表面盡可能平滑地精加工，或以氟樹脂製熱收縮管材被覆藉以獲得平滑內面之管材。作為管材10的流路12之內周面的表面粗糙度，較佳範圍為滿足算術平均粗糙度Ra為0.01～0.80及十點平均粗糙度Rz為0.01～0.3的條件之至少一者。
將以捲繞軸26捲繞好的構造物加熱處理，使液狀彈性體19之交聯反應進行以將聚四氟乙烯薄膜17的層間接著，而構成為使聚四氟乙烯層16與彈性體層18的層交互層積的層積體。加熱處理例如為置入烘箱加熱。其後，將捲繞軸26抽出，形成流路12而完成管材10。
塗布液狀彈性體19的塗布步驟24，在捲繞軸26之前的薄膜支撐輥22a附近施行。此處，首先針對塗布步驟24之裝置予以說明。
於薄膜支撐輥22a的上游，在與位於上游之下一根薄膜支撐輥22b之間，設置用於刮除液狀彈性體19而使其成為均一厚度的第一刃28。第一刃28係從聚四氟乙烯薄膜17的面之上方，大致垂直地推抵至聚四氟乙烯薄膜17的上表面。推抵至聚四氟乙烯薄膜17的上表面之第一刃28的下端部28a，位於較薄膜支撐輥22a更低之位置，且將聚四氟乙烯薄膜17往較薄膜支撐輥22a更下方下壓。位於薄膜支撐輥22a之上游的薄膜支撐輥22b，位於較薄膜支撐輥22a更下方，且與第一刃28之下端部28a大致相同的高度。在薄膜支撐輥22b與第一刃28之間，聚四氟乙烯薄膜17大致水平地通過。
於第一刃28與薄膜支撐輥22b之間，設置未圖示的液狀彈性體供給裝置，將液狀彈性體19載置於聚四氟乙烯薄膜17之上表面。
於薄膜支撐輥22a的下游，在與捲繞軸26之間，設置用於將液狀彈性體19進一步刮除而使其成為更均一的厚度之第二刃30，第二刃30從聚四氟乙烯薄膜17的面之上方推抵至聚四氟乙烯薄膜17的上表面。第二刃30以與聚四氟乙烯薄膜17接觸的下端部30a朝向下游側之方式傾斜。第二刃30的下端部30a位於較薄膜支撐輥22a的上端部略低之位置，且將聚四氟乙烯薄膜17往較薄膜支撐輥22a的上端部略下方下壓。位於第二刃30之下游的捲繞軸26，位於較下端部30a略下方，在第二刃30與捲繞軸26之間，聚四氟乙烯薄膜17朝向下游並往斜下方傾斜地通過。
接著，針對塗布步驟24予以說明。在與薄膜支撐輥22b接觸而通過之聚四氟乙烯薄膜17的上表面，從未圖示之液狀彈性體供給裝置供給且載置液狀彈性體19，並與第一刃28接觸，刮除多餘部分而使其成為均一厚度。然後，通過薄膜支撐輥22a，進一步與第二刃30接觸，再度刮除多餘部分而使其成為均一厚度。藉由第一刃28及第二刃30，在以均一厚度塗布液狀彈性體19的同時，可使液狀彈性體19確實地含浸於聚四氟乙烯薄膜17的微孔。
若根據此實施方式之管材10，則對於樹脂部13的壁厚t與壁厚比率、層積數I之條件，將壁厚比率較小地抑制在固定範圍內，而使耐久性能穩定並提升耐久性。再者，以2.8mm之壁厚t為界，在壁厚為該值以上的情況下，相對地將壁厚比率的值抑制在小範圍，藉以抑制壁厚之偏差的絕對值，即便為相對上壁厚t較厚之管材10仍會提升耐久性。再者，藉由將層積數I設定為上述較佳範圍，而可獲得更高之耐久性能。亦即，藉由上述條件，可將管材10的壁厚在預定的範圍內相對均一地設定，可消除管材10的變形時之因部位而造成的偏差，而使負載不部分地集中以提高耐久性。因此，於使用在蠕動泵之情況下，流體的噴吐穩定。再者，藉由使壁厚在預定的範圍內均一，而可防止因將管材10設置於蠕動泵之方向所造成的耐久性之偏差。
並且，若根據此實施方式之管材10，則因內面的表面粗糙度小且平滑，故在壓扁管材以將內部空間閉塞之情況下，可減少管材內壁密接時的摩擦，防止最內面之微小的脫離。藉此，可抑制異物往噴吐之液體等之流體混入。管材10可藉由將液狀彈性體19塗布於聚四氟乙烯薄膜17而簡單地製造，在液狀彈性體19的塗布步驟24中，與第一刃28及第二刃30進行兩次接觸，而可將多餘的液狀彈性體19刮除以使其成為均一的厚度，且可確實地使其含浸於聚四氟乙烯薄膜17的空隙，並可製造滿足獲得高耐久性能的最佳條件之管材10。
此外，本發明之管材不限定於上述實施方式，成為聚四氟乙烯層的聚四氟乙烯薄膜之製造方法亦可為上述以外之方法。彈性體層之素材亦可為上述以外之素材。製造步驟的薄膜支撐輥等之數量與位置、塗布步驟之位置等可適當變更。管材的長度方向之長度為任意長度，管材之用途亦可使用在各式各樣之用途。
10:管材
12:流路
13:樹脂部
16:聚四氟乙烯層
17:聚四氟乙烯薄膜
18:彈性體層
19:液狀彈性體
圖1係本發明的一實施方式之管材的剖面圖。
圖2係本實施方式之管材的製程之概略圖。
10:管材
12:流路
13:樹脂部
16:聚四氟乙烯層
17:聚四氟乙烯薄膜
18:彈性體層
19:液狀彈性體
A,B,C,D:方向
I:層積數
ta,tb,tc,td:壁厚
Claims (6)
- 一種管材，其係於長度方向為固定形狀的長條物，並具備在長度方向貫通內側之流路及包圍該流路的周圍之樹脂部；其特徵在於， 該樹脂部構成為層積體，該層積體是在該流路的徑向層積之多個膨體聚四氟乙烯層與將該聚四氟乙烯層的層間接著之彈性體層交互層積而成，該彈性體層由至少一種的彈性體所構成，該聚四氟乙烯層具有空隙，於該空隙含浸該彈性體之一部分， 計算出該樹脂部之在該流路的徑向互相交叉之至少四個方向的壁厚之平均值，關於由四個方向內之互相對向的該壁厚所計算出之壁厚比率，及該聚四氟乙烯層與該彈性體層之層積數， 在該壁厚之平均值為0.5mm以上未滿2.8mm的情況下，該壁厚比率為1.0～1.2，在該壁厚之平均值為2.8mm以上未滿10.3mm的情況下，該壁厚比率為1.0～1.1， 進一步，關於該層積數， 在該壁厚之平均值為0.5mm以上未滿1.4mm的情況下，該層積數為5以上未滿35， 在該壁厚之平均值為1.4mm以上未滿2.0mm的情況下，該層積數為14以上未滿50， 在該壁厚之平均值為2.0mm以上未滿2.8mm的情況下，該層積數為20以上未滿70， 在該壁厚之平均值為2.8mm以上未滿4.0mm的情況下，該層積數為28以上未滿100， 在該壁厚之平均值為4.0mm以上未滿6.2mm的情況下，該層積數為40以上未滿155， 在該壁厚之平均值為6.2mm以上未滿7.7mm的情況下，該層積數為62以上未滿193， 在該壁厚之平均值為7.7mm以上未滿10.3mm的情況下，該層積數為77以上未滿258。
- 如請求項1之管材，其中， 該彈性體為矽氧樹脂、胺基甲酸酯、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁二烯、磷腈、全氟聚醚彈性體或其等之組合。
- 如請求項1之管材，其中， 該彈性體為甲基矽氧烷、苯基矽氧烷或其等之組合。
- 如請求項1之管材，其中， 該彈性體為氟彈性體、全氟彈性體或其等之組合。
- 如請求項1之管材，其中， 該管材的該流路之內周面平滑。
- 如請求項5之管材，其中， 該管材的該流路之內周面，其算術平均粗糙度Ra為0.01～0.80及／或十點平均粗糙度Rz為0.01～3.00。
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