论医用注塑成型设备新技术

1、论医用注塑成型设备新技术【摘要】医疗注塑制品的不断开发,带动了注塑成型新技术的应用与开发。注塑设备研发制造企业应当跨入医疗行业,研究医疗塑料制品的发展动向,及时提供新技术的注塑设备。 【关键词】医用注塑 成型设备 新技术 【Abstract】The continuous development of medical injection products, brought about a new technology application and development. Injection Equipment Enterprise Should enters the medical prof

2、ession, Study the development trend of medical plastic products, and Timely injection of new technology equipment. 【Key words】Medical injection; Molding equipment; New Technology 引 言 随着医疗产品和注塑技术的发展,多组分注塑、包覆成型及模内装配等注塑成型新技术在医疗塑料制品上得到了越来越多的应用。 医用硅塑料制品注塑设备 硅塑料在医疗塑料制品有着广阔的应用空间,阿博格等注塑机研发制造企业不断了解、开发硅塑料制品在医

3、疗行业的应用,开发各种适于硅塑料医疗注塑产品加工的立式、卧式、液压驱动、全电动驱动、液电混合驱动等各种形式注塑机,满足不同产品不同用户的需求,同时推动了硅塑料在医疗塑料产品中的应用。 医用塑料制品的多组分注塑设备 塑料医疗产品注塑的一个发展趋势是多组分成型,例如输液用的三通阀就是一个多组分注塑成型的产品。多组分注塑和包覆成型可使两种或多种不相容材料组成一个医疗产品,如用液体硅橡胶和PBT材料成型的一种旋塞过滤器。 医用塑料制品的模内组装注塑设备 模内组装注塑成型是在模具内将各个单独的部件组合成一个整体,而不是在模具外部将各个部件通过扣合、焊接或粘结的方式组装,大幅度降低了医疗塑料部件受污染的几

4、率。 模内组装所用的设备与其他的多组分成型设备没有太多的不同,主要的区别是,模内组装将自动化操作和后续的操作步骤整合在了一起,具有能确保加工重复性和精度的闭环控制系统。 模内组装注塑成型出无法用常规方法成型的医疗塑料器械组件,多种形式的模内组装成型推进了医疗塑料器械的科技进步。Engel公司模内组装生产液体硅橡胶和PBT两种不相容材料组合的旋塞过滤器。MGS公司采用包覆模内组装注塑成型,三个部件的材料分别为PC、PP、TPE,成型出一个具有旋转中心机构的医用阀。 模内装配注射瓶盖注塑设备。瓶盖是瓶的重要组成部分,直接关系到药物的储存期和质量。用金属瓶盖理念开发的塑料瓶盖,性能低于金属瓶盖,用于

5、输液瓶盖还存在密封性能问题。开发双层复合型高性能密封瓶盖,是急需解决的课题。瓶盖内层为高阻隔性又具有优良密封性能的塑料,外层为高强度塑料,两层塑料通过模内独立成型而一次性组装注塑成型。美国西氏医药服务公司关注输液瓶盖的问题,在上海青浦区总投资8000万美元,注塑生产输液瓶专用的TrimTec和InsoCap瓶盖部件,帮助中国制药企业达到日益严格的药物安全标准。 模内组装许多独特的技术和应用更多地出现在模具方面的创新应用,而不是成型设备的改进。模内组装注射成型模具国内还是空白。国内还仅停留在注射成型一些附加值低的生活用制品的普通的多色/多组份注射成型上,没有向前一步跨进注射成型其它加工方法无法制

6、造的高科技塑料制品的模内组装领域,阻碍了塑料制品的应用发展和相关行业的科技进步,同时得不到高的经济效益。 功能化医疗塑料制品注塑成型设备 功能化注塑成型设备指特定加工能力和性能的塑机。功能化的塑机基本上没有特定的模式,根据制品成型工艺的要求,采纳现有的机构、结构、控制等,进行组合自主创新。人工心脏瓣膜、假肢等塑料人体器官的注塑成型必定需求功能化的注塑成型设备。 功能化注塑成型设备的开发是技术难度高的项目。根据产品的性能及功能,从原料到加工进行全面的研究,开发注塑成型设备。例如,垫圈和密封件注塑成型设备、隔膜高速薄壁注塑成型设备、弹性体注塑成型设备等等。 广东泓利机械有限公司PET G48高速瓶

7、胚机 注射器、滴管、瓶盖这类一次性医用产品的用量非常大,因此要求注塑生产周期短的功能化注塑机。采用多模腔、短循环周期来满足生产要求,例如模具动作、注射、塑化这三个主要动作由伺服马达驱动,其他动作可以选用电动或液压驱动。在采用水冷马达,运行时不受周围环境的影响缩短生产周期。除了考虑注塑成型时的短循环周期,还要保证注塑产品的质量一致性。 国内有关企业积极研发功能化医疗塑料制品注塑机,努力打破被国际制造商垄断的局面。2009年12月份,泰瑞机器制造(中国)有限公司为全球最大的输液专业制造商制造的31台TRX16塑料拉盖注塑机,第一次进入医用器材行业。泰瑞机器注塑机在无菌车间运行,标志产品质量符合医用

8、器材的生产制造,为下一步该市场的开拓奠定了基础。 高速率的PET、PP医疗瓶坯油电复合驱动塑化注射高性能注塑机 塑化注塑运行速度和周期直接关系到制品成型周期,注射塑化机构的性能直接关系到瓶坯的质量。普通的往复式螺杆塑化注射,由于前、后塑化质量不一致,导致瓶坯质量不一致;又因为注射与塑化两者之间不能同时进行,降低了生产效率。而采用挤注复合的塑化注射系统(将塑化与注射两种功能由常规的一个部件分为两个部件,即伺服马达驱动挤出螺杆独立塑化及液压柱塞独立注射,两者之间互不干扰),则能够稳定PET、PP熔体轴向温度进而实现塑化质量的一致性,同时还大大提高了生产率。加拿大Husky公司注射PET瓶坯的PET

9、400瓶坯专用注塑机,应用挤注复合塑化注射系统,交流伺服电机直接驱动挤出螺杆塑化,系统结合该公司的国际领先的热流道模具,成型一模96个瓶坯,周期不到7.5秒,即每小时产量达到46000支;PET300瓶坯专用注塑机,成型一模72个瓶坯,周期不到5.5秒,即每小时产量达到47100支。值得一提的是螺杆注料动作,该机熔融料注射动作是螺杆的注射不是单纯直线向前运动而是以同塑化旋转方向的极低速度旋转的向前运动,降低了注射活塞与注射缸内壁的剪切力,降低了乙醛分解的几率,同时杜绝了注射可能产生的熔融料回流。采用大直径螺杆塑化,使塑化行程在1D左右,缩短了成型周期,提高了塑化熔融料的温度均匀性,有利于群腔瓶

10、坯的质量的一致性,同时提高了生产效率。泓利PET630-96高速瓶坯注塑机,注射塑化系统采用同步塑化双阶式挤注复合系统,塑化与注射同时进行,缩短了生产周期,提高了生产率。 医疗注塑制品精密注塑设备 医疗设备继续朝小型化和多功能转变。器官类、手术类、测试类等医疗塑料制品应用领域的不断扩大,微型化、精密化的医疗塑料制品的迅速发展,必将大幅度降低患者的医疗费用。复杂的集成式医疗器械,如吸入器、胰岛素计量笔等,由复杂的、且能完成特定功能(如存储、雾化和计量)的多个精密部件组装而成,对塑料结构件之间的配合精度以及相互之间的作用力要求很高。把精密注塑机的开发与精密医疗塑料制品的开发结合起来,开发医疗塑料制

11、品精密注塑机,是精密注塑机的开发方向。 高速高压注射系统。精密小型的塑化装置,螺杆直径在12-18mm范围内,螺杆长度较短,L/D比值大约为20,以避免长停留时间引起材料降解;开关型喷嘴,避免由于加工温度高造成熔体流延。注射额定压力大于250MPa。 医疗塑料制品精密注塑机为提高洁净度,执行机构的驱动形式宜为全电动。微型精密注塑机,由于其成型的特殊性,为提高塑化质量及计量重复精度的稳定性,塑化采用多级计量的挤注复合系统。西班牙Babyplast公司研制的一种二级计量的挤注复合系统微型精密注塑机,液压驱动的高压螺杆往复挤出塑化的二级精密计量的小注塑的挤注复合系统,斜上方的塑化挤出单元采用独特的金

12、属球塑化系统,避免了螺杆塑化的强剪切和强生热造成的材料降解,注塑储料室容积仅15cm3,缩短了物料的高温滞留时间。医疗设备的日趋小型化和多功能化,使得微型化、精密化的医疗塑料制品迅速发展,这无疑对医疗制品生产主机 注塑机提出了更加精密化的要求。市场上出现的几种精密机型很好地体现了这一潮流,如西班牙Babyplast公司研制的二级计量挤注复合系统微型精密注塑机,以及分别由德国Battenfeld公司和Ferromatik Milacron公司研制的Microsystem50及FX25三级计量挤注复合系统精密注塑机,都大幅提高了微型医疗塑料件的尺寸及重量精度。 医疗注塑制品微型精密注塑设备 微型精

13、密注塑机在我国是空白。微型精密注射加工用于生产总体尺寸、功能特征或公差要求以毫米甚至微米计、重量几微克到几分之一克的微型制品。比如吸液管,这是一种很小很精密的精度要求非常高的产品,尖端的截面尺寸要保持非常准确,这就不能采用普通的注塑工艺,而必须用微型精密的加工技术。成型制品的微型特征,需要特殊的成型机械和辅助设备来完成各种生产操作。如 :注射量控制、模具排空(真空)、注射、制品的顶出、检验、分离、操作、存放、定位和包装。模具嵌件和模腔的加工也需要特殊的技术。如果微注射成型制品的壁厚小于0.5mm,须具备模具抽空能力,因为这种情况下壁厚与空气逃逸的气孔尺寸处于同一数量级;精确的模温控制。 塑化均

14、一的塑化注射部件。注射三要素P(压力)V(比容)T(温度)中,核心是比容,比容的均一主要靠注射部件来解决,压力和温度起到辅佐功能。熔融料比容的一致,保证了成型制品的内应力一致,从而达到制品外形的耐时间性精度。 合模部件。 精密注射合模部件的首要性能是模板在高压状态下绕度趋近于零。 控制系统。精密注射控制系统的首要性能是高的动态响应性能。 注射性能。高速/超高速注射,必须选用高动态响应性能驱动元件及系统,满足加速度要求,否则达不到设计的注射速度指标。 医疗注塑制品薄壁精密注塑设备 薄壁精密塑料制品在医疗人工器官上得到越来越多的应用,薄壁精密注塑设备已成为医疗塑料制品成型新的研究热点。注射速度10

15、00mm/s、注射压力300MPa的大功率注射普遍应用于薄壁精密塑料制品的加工。 薄壁精密成型模具与常规制品的模具相比,从结构、浇注系统、冷却系统、排气系统和脱模系统等都发生了重大变化。薄壁注塑成型的填充时间很短,很多填充时间不足0.5s,在这样短的时间不可能遵循常规的速度、压力曲线,因此必须使用高解析度的微处理器来控制注塑机;在整个注塑成型过程中,应同时各自独立地控制压力和速度,常规注塑机的充填阶段用速度控制,保压阶段再转为压力控制的方法已不适用。注射机的启动与制动(加速、减速)性能应与注塑速度相适应。 整套医疗产品生产系统 医疗注塑制品的特殊性,要求主机厂商能够提供可实现洁净生产的全套注塑

16、生产线,包括注塑机、洁净室及周边设备等。因此,主机厂商需与其他相关设备厂商展开广泛的联合开发和制造,共同研发医疗产品注塑生产线。 我国医疗塑料制品注塑成型设备的技术水平与国外先进设备相比还有着不小的差距,特别是在微型、精密医疗塑料件这样的高端技术领域,差距更为明显。为此,国内主机厂商应积极吸收国外先进技术并加大研发力度,争取在较短的时间内赶上国际水平。宁波海达塑料机械有限公司作为一家省级高新技术企业,在这方面走在了前列。该公司以市场为导向,努力开发高端医疗产品注塑设备。在目前已交付客户的多套医疗制品注塑设备中,有的机型已能够生产质量低于2g的制品。 洁净的伺服电机驱动 伺服电机驱动执行机构系统,动态响应性能优异,对成型参数的控制具有极高的应答反应速度,以洁净的运行方式,在高速、高效、精密、节能等方面显示出高端成型的优势,特别在洁净加工方面具有其他驱动形式无可替代的优势。水冷式伺服驱动电机,可避免气冷时形成的涡旋气流而产生污染。液压马达驱动改为伺服电机驱动,更有利于达到洁净房标