塑料焊接技術在醫用塑料制品中的應用

2021-11-12 17:45

目前,塑料作為一種十分重要的材料在醫學領域得到了廣泛應用。從藥品、藥劑的包裝,到一次性使用醫療器械(如輸液瓶、注射器、導管等),再到非一次性醫療設備(如計量器、外科儀器等)中的應用都有塑料的蹤影。這些醫用塑料制品對人類疾病的診斷、治療、監護及保健發揮著重要作用,是醫療器械不可缺少的組成部分。

近年來我國醫用塑料工業發展很快,平均每年以15%一20%的速度遞增。但國內醫用塑料是一個新興的產業,起點較低,與國外先進國家相比差距還較大。主要原因是產品技術結構落后,大多數材料和產品的技術性能尚屬中低檔產品,且相當多的產品未形成規模經濟的產量,全員勞動生產率低下,缺乏市場競爭能力。為了提高我國醫療器械產品的技術水平,推動醫療器械產業的發展,國家科技部已將“醫療器械關鍵技術研究及重大產品開發”列為“十五”國家科技攻關計劃重點項目。在國家及各地方相關的引進政策性扶持項目中,新型醫用導管也赫然在列。發展醫用塑料制品特別是醫用導管的重要性由此可見一斑。而醫用塑料導管制品中介人導管無疑是發展勢頭最為迅猛的制品。

使用醫用導管特別是使用具有特別診治功能的介人導管時,一般根據接觸部位的不同,對其材質、柔軟度等有不同的要求,這就對塑料的連接技術提出了較高的要求。目前塑料的常用連接方式有粘接、機械連接、焊接等,其中焊接是重要的一種,它具有連接強度高、表面連續性好、應用范圍廣、工藝簡單、可實現機械化、生產效率高等優點,得到了廣泛應用。

塑料焊接技術在醫用塑料制品中的應用

熱熔焊接
利用加熱板或加熱絲使被焊接的塑料件對接面熔化,再通過壓力使對接面連接達到焊接牢固的目的。熱熔焊接的特點是,隨焊接件形狀或尺寸的不同,利用的夾具類型多種多樣,但最基本的要求是能提供兩個方向上的壓力。最常見的有對接焊、搭接焊和垂直焊3種。對接焊采用的夾具為上下兩塊平板,采用不銹鋼螺旋狀發熱體,分別施以垂直及平行兩個方向上的力作用于管材。垂直焊也較常用,一般采用不銹鋼折線狀發熱體,形狀依具體焊接配件的要求而定。熱融焊接常用于焊面為圓形的醫用塑料制品及醫用包裝袋等的制作。比如,醫用塑料輸液瓶的瓶口、醫用塑料或紙塑復合包裝袋等。

超聲波焊接
超聲波焊接的原理是以20kHz的頻率造成高速振動,使塑料與塑料的對接面因摩擦生熱而融合;若用于塑料與金屬的焊接,可在不足15S內將金屬焊接于塑料駁口內。當超聲波作用于熱塑性塑料的接觸面時,每秒幾萬次的高頻振動把超聲能量傳送到焊接區。由于兩焊接件交界處聲阻大,因此會產生局部高溫,接觸面迅速熔化,在壓力作用下融合為一體。當超聲波停止作用后,讓壓力持續作用幾秒鐘,使其固化定型,這樣焊接強度可接近原材料的強度。超聲焊接是一種新穎的塑料二次加工技術,以其高效、優質、美觀、節能等優勢而發展起來。

超聲波焊接使用范圍廣,可實施的方法多,如平面焊接法、鉚接法、點焊法、鑲嵌法等。超聲焊接已應用于血液透析器、血漿采集器等醫用制品的制作中,如血漿單采離心分離器的杯體與壓蓋的焊接,采用此種焊接法替代了化學粘合,解決了離心杯高速旋轉時引起的粘合劑融化現象,取得了良好的效果。此外,在醫用防護口罩、防護服、輸液器、球囊擴張導管的制作過程中也常采用這種方法。

振動焊接
振動焊接是一種通過摩擦生熱的自限加熱焊接方法。通常以一定的線性位移或角位移進行摩擦生熱,使兩塊制件的接觸面熔融。可用于大部分熱塑性塑料,尤其適用于結晶性塑料如PE、PA、PP等不易進行超聲或熔融焊接的塑料。振動焊接具有焊接速度快、能自動調節焊接溫度、焊縫不出現過熱、焊縫區很少有雜質等諸多優點,在醫用塑料制品方面應用較多。特別適用于超聲波焊接不易實現的較長的線性接頭和熱板焊接需用較長時間完成的接頭。在焊接形狀上,振動焊接適用于平面接縫的塑料件的焊接,如大型或小型平面外曲面的焊接。對于大型平面接縫的焊接而言,其優點為:①焊接周期相對較短;②設備簡單;③對焊接表面的處理不敏感。與化學粘合相比,這種方法不引人外物,故焊接界面的材料與焊接的零件相同。與熱熔焊接相比,這種方式的加熱面較為集中,焊接程序易控制,不會因界面過熱而導致材料性能降低。振動焊接在醫用方面用途較廣,常用于醫用不同軟硬度導管之間的連接,如心血管造影導管、微導管等的焊接。

隨著科技的進步和醫用塑料制品質量的提高,塑料焊接技術發展迅速,除上述焊接方法外,還有一些其它形式的焊接方法如熱風焊接、射頻焊接、旋轉焊接等也在醫用制品的生產中得到了應用。近幾年來超聲波焊接得到了長足的發展，在醫用塑料制品的焊接應用中得到了大量運用。

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