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塑料焊接技术在医用塑料制品中的应用
目前,塑料作为一种十分重要的材料在医学领域得到了广泛应用。从药品、药剂的包装,到一次性使用医疗器械(如输液瓶、注射器、导管等),再到非一次性医疗设备(如计量器、外科仪器等)中的应用都有塑料的踪影。这些医用塑料制品对人类疾病的诊断、治疗、监护及保健发挥着重要作用,是医疗器械不可缺少的组成部分。
近年来我国医用塑料工业发展很快,平均每年以15%一20%的速度递增。但国内医用塑料是一个新兴的产业,起点较低,与国外先进国家相比差距还较大。主要原因是产品技术结构落后,大多数材料和产品的技术性能尚属中低档产品,且相当多的产品未形成规模经济的产量,全员劳动生产率低下,缺乏市场竞争能力。为了提高我国医疗器械产品的技术水平,推动医疗器械产业的发展,国家科技部已将“医疗器械关键技术研究及重大产品开发”列为“十五”国家科技攻关计划重点项目。在国家及各地方相关的引进政策性扶持项目中,新型医用导管也赫然在列。发展医用塑料制品特别是医用导管的重要性由此可见一斑。而医用塑料导管制品中介人导管无疑是发展势头最为迅猛的制品。
使用医用导管特别是使用具有特别诊治功能的介人导管时,一般根据接触部位的不同,对其材质、柔软度等有不同的要求,这就对塑料的连接技术提出了较高的要求。目前塑料的常用连接方式有粘接、机械连接、焊接等,其中焊接是重要的一种,它具有连接强度高、表面连续性好、应用范围广、工艺简单、可实现机械化、生产效率高等优点,得到了广泛应用。
塑料焊接技术在医用塑料制品中的应用
热熔焊接
利用加热板或加热丝使被焊接的塑料件对接面熔化,再通过压力使对接面连接达到焊接牢固的目的。热熔焊接的特点是,随焊接件形状或尺寸的不同,利用的夹具类型多种多样,但最基本的要求是能提供两个方向上的压力。最常见的有对接焊、搭接焊和垂直焊3种。对接焊采用的夹具为上下两块平板,采用不锈钢螺旋状发热体,分别施以垂直及平行两个方向上的力作用于管材。垂直焊也较常用,一般采用不锈钢折线状发热体,形状依具体焊接配件的要求而定。热融焊接常用于焊面为圆形的医用塑料制品及医用包装袋等的制作。比如,医用塑料输液瓶的瓶口、医用塑料或纸塑复合包装袋等。
超声波焊接
超声波焊接的原理是以20kHz的频率造成高速振动,使塑料与塑料的对接面因摩擦生热而融合;若用于塑料与金属的焊接,可在不足15S内将金属焊接于塑料驳口内。当超声波作用于热塑性塑料的接触面时,每秒几万次的高频振动把超声能量传送到焊接区。由于两焊接件交界处声阻大,因此会产生局部高温,接触面迅速熔化,在压力作用下融合为一体。当超声波停止作用后,让压力持续作用几秒钟,使其固化定型,这样焊接强度可接近原材料的强度。超声焊接是一种新颖的塑料二次加工技术,以其高效、优质、美观、节能等优势而发展起来。
超声波焊接使用范围广,可实施的方法多,如平面焊接法、铆接法、点焊法、镶嵌法等。超声焊接已应用于血液透析器、血浆采集器等医用制品的制作中,如血浆单采离心分离器的杯体与压盖的焊接,采用此种焊接法替代了化学粘合,解决了离心杯高速旋转时引起的粘合剂融化现象,取得了良好的效果。此外,在医用防护口罩、防护服、输液器、球囊扩张导管的制作过程中也常采用这种方法。
振动焊接
振动焊接是一种通过摩擦生热的自限加热焊接方法。通常以一定的线性位移或角位移进行摩擦生热,使两块制件的接触面熔融。可用于大部分热塑性塑料,尤其适用于结晶性塑料如PE、PA、PP等不易进行超声或熔融焊接的塑料。振动焊接具有焊接速度快、能自动调节焊接温度、焊缝不出现过热、焊缝区很少有杂质等诸多优点,在医用塑料制品方面应用较多。特别适用于超声波焊接不易实现的较长的线性接头和热板焊接需用较长时间完成的接头。在焊接形状上,振动焊接适用于平面接缝的塑料件的焊接,如大型或小型平面外曲面的焊接。对于大型平面接缝的焊接而言,其优点为:①焊接周期相对较短;②设备简单;③对焊接表面的处理不敏感。与化学粘合相比,这种方法不引人外物,故焊接界面的材料与焊接的零件相同。与热熔焊接相比,这种方式的加热面较为集中,焊接程序易控制,不会因界面过热而导致材料性能降低。振动焊接在医用方面用途较广,常用于医用不同软硬度导管之间的连接,如心血管造影导管、微导管等的焊接。
随着科技的进步和医用塑料制品质量的提高,塑料焊接技术发展迅速,除上述焊接方法外,还有一些其它形式的焊接方法如热风焊接、射频焊接、旋转焊接等也在医用制品的生产中得到了应用。近几年来超声波焊接得到了长足的发展，在医用塑料制品的焊接应用中得到了大量运用。
