PP及TPU医用参与导管的挤出成型工艺

By | 2020年7月23日

医用参与导管具备尺寸微细、精度较高的特点,微挤出成型进程影响要素较多,成型较为庞大。跟着微加工技能的疾速开展,对于微挤出模具微细构造的加工成为理想,也增进了微挤出成型技能的开展。本文研讨了模具温度、牵引速率以及螺杆转速对于聚丙烯以及聚氨酯两种粘度差别的资料导管挤出成型的影响纪律。

微挤出成型成品少数具备尺寸巨大( 外径小于2妹妹,壁厚小于0.2妹妹)、多少精度初等特色,正在截面外形绝对复杂的单腔医用参与导管挤出成型进程中引入微量注气零碎,采纳挤出模具成型段长度数学模子以及微细电火花成型加工技能,可计划制作单腔微挤出模具。正在挤出进程中,为扫除导管庞大截面临微管尺寸的影响,普通以聚丙烯( PP) 以及聚氨酯( TPU) 为资料,以截面绝对复杂的单腔导管直径以及壁厚为目标。那末单腔导管挤出成型进程中次要工艺参数对于差别资料导管截面尺寸变革的影响纪律是怎么样的呢?

1 单腔医用参与导管挤出模具计划以及制作

单腔医用参与导管截面外形如图1所示, 由一个圆型腔以及平均的壁厚构成。导管资料为T30S聚丙烯(PP) 以及德国拜耳5377A聚氨酯( TPU)。PP合适挤出的温度范畴185 ℃ -275 ℃,TPU合适挤出的温度范畴170 ℃ -10 ℃。

图 1 单腔导管截面

经过R osand- R H7双料筒毛细管流变仪以及直径为0.5妹妹、长径比为16 ∶ 1的圆形口模停止流变尝试,剪切速度取500-4000s-1, 可辨别获得 PP 以及TPU 的剪切粘度与剪切速度的干系曲线如图2。正在异样的剪切速度下,PP的剪切粘度要小于TPU的剪切粘度,PP的挤出体积流率要年夜于TPU的挤出体积流率。

图 2 PP 以及 TPU 的剪切粘度与剪切速度曲线

由单腔医用参与导管的截面外形,计划其口模截面如图3。

图 3 单腔导管口模截面

成型段长度是挤出模具最紧张的构造参数,其长度间接决议着挤出导管的品质以及产量。假如成型段长度缺乏,将会招致成品严峻地挤出胀年夜,挤出的导管截面外形将没法把持; 假如成型段长度过长,模具内的压力丧失将会变年夜,将使挤出体积流率减小,进而使成品产量也会响应地减小。依据成型段长度较量争论公式如(1)可较量争论挤出模具成型段长度:

此中L,W,H 辨别是口模成型段的长度,口模截面流道的均匀周长以及宽度; ΔP 是口模成型段处的压力降; Q 是体积流率; n 黑白牛顿指数; K”是流体稠度。

挤出模具的口模以及芯棒计划辨别如图4以及图5所示:

图 4 单腔口模

图 5 单腔芯棒

单腔医用参与导管挤出模具制作的难点正在于芯棒微细构造的加工。针对于芯 棒成型段直径尺寸( 0. 7妹妹) 微细、易变形、易断裂等难于加工的成绩,采纳微细电火花成型加工技能,完成了成型段的精细加工; 针对于芯棒外部年夜深径比的注气孔难于加工的成绩,采纳微细电火花门路孔渐进式加工办法,完成了芯棒注气孔的加工。拆卸后的挤出模具如图6所示。

图 6 单腔导管挤出模具

2 挤出成型

资料为下面所说起的挤出级聚丙烯( PP) 以及聚氨酯( TPU),挤出实验设置装备摆设是美国戴维斯公司制作的HPE-100H的单螺杆挤出机( 螺杆直径为25 妹妹,长径比为24 ∶ 1),如图7。

图 7 单螺杆挤出机

导管尺寸由姑苏欧卡精细光学仪器无限公司制作的东西显微镜( 型号VTM-3020F) 停止丈量。依据PP以及TPU的特征,挤出机机筒从入料口到出料口被分红三段加热区间,挤出模具的温度被设定为200℃。PP以及TPU放入70℃烘干箱内辨别继续加热1小时以及3小时烘干。

正在挤出模具里,聚合物被挤出成型。导管经过牵引机牵引,颠末冷却水箱冷却,并正在常温下吹干、切割,最初获得导管。正在每一个实验工艺下,切割五段导管,并丈量尺寸,取其均匀值,以此获得挤收工艺参数对于导管尺寸的影响纪律。

影响导管尺寸的工艺参数次要包含模具温度,牵引速率以及螺杆转速。正在实验时,导管型腔注气速率为6mL/min。(螺杆速率即挤出速率。)

3 后果与剖析

正在停止模具温度对于PP 以及TPU导管直径以及壁厚影响的挤出时,螺杆转速为4 r/min,牵引速率为6m/min。模具温度与导管尺寸的干系曲线如图8所示。由图可知,模具温度对于导管尺寸的影响很小,同时PP导管尺寸年夜于TPU 导管尺寸。由图2可知,PP的剪切粘度小于TPU的剪切粘度,以是PP的挤出体积流率要年夜于TPU的挤出体积流率,挤出的PP导管尺寸年夜于TPU导管尺寸。

图 8 模具温度与导管尺寸的干系曲线

图9是牵引速率与导管尺寸的干系曲线。正在恒定的挤出速率下,随同着牵引速率的添加,导管尺寸呈非线性减小。恒定的螺杆转速象征着挤出速率稳定,挤出的体积流率坚持稳定。当牵引速率逐步添加时,导管尺寸逐步减小。

图 9 牵引速率与导管尺寸的干系曲线

导管尺寸减小的变革率愈来愈小。正在挤出进程中,刚分开口模的聚合物年夜份子离开口模的束缚,疾速规复到天然卷曲形态,进而呈现挤出胀年夜景象。同时正在较低的牵引速率下,规复后卷曲状年夜份子逐步被拉直,因此导管尺寸减小的变革率十分年夜。

跟着牵引速率的持续添加,年夜份子逐步被拉伸到了极限,进而呈现了份子间的绝对滑移,导管径向膨胀减慢,招致导管尺寸减小的变革率逐步变小。

图 10 PP 导管

别的,由图9还能够看出,PP导管尺寸比TPU导管尺寸更年夜。正在相反的螺杆转速下,与PP比拟TPU的剪切粘度更高如图2所示。因而从模具中挤出的PP体积流率要年夜于TPU,进而PP导管尺寸要年夜于TPU 导管尺寸。

正在停止螺杆转速对于PP以及TPU导管直径以及壁厚的影响实验时,模具温度为200 ℃,牵引速率为6m/min。随同着螺杆转速的添加,导管尺寸呈非线性地变年夜。次要缘由正在于模具出口前的压力呈非线性变革。

图 11 TPU 导管

因为PP的剪切粘度小于TPU,PP导管的挤出体积流率年夜于TPU导管的挤出体积流率,以是PP导管尺寸年夜于TPU导管尺寸。挤出的单腔导管如图10以及图11所示,满意计划请求而且有很好的挤出分歧性。

经过对于PP以及TPU导管挤收工艺的实验研讨,模具温度对于导管尺寸影响较小; 牵引速率以及螺杆转速对于导管尺寸的影响呈非线性变革; PP的剪切粘度小于TPU的剪切粘度,PP的挤出体积流率年夜于TPU的挤出体积流率,因此正在划一挤收工艺前提下,PP导管尺寸年夜于TPU导管尺寸。