面向介入醫(yī)療導(dǎo)管的聚合物微擠出模具設(shè)計制造技術(shù)與工藝研究.pdf

1、隨著微加工技術(shù)的蓬勃發(fā)展，許多產(chǎn)品的輕量化、小型化、微型化、精密化趨勢日漸明顯。與此同時，傳統(tǒng)聚合物擠出成型技術(shù)也正在朝著微型化方向發(fā)展，出現(xiàn)了聚合物微擠出成型技術(shù)，其制品如介入醫(yī)療導(dǎo)管、汽車油氣路微管、新型塑料光纖等在醫(yī)療、汽車、通訊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是高技術(shù)含量、高附加值的介入醫(yī)療導(dǎo)管。由于介入醫(yī)療導(dǎo)管具有尺寸微小、截面形狀復(fù)雜、幾何精度高等特點，使得微擠出模具的設(shè)計、制造和成型工藝較為復(fù)雜，因而傳統(tǒng)的擠出成型技術(shù)已經(jīng)不再

2、完全適用。由于受擠出模具、配套生產(chǎn)工藝等限制，目前我國介入醫(yī)療導(dǎo)管及其擠出模具主要依賴進(jìn)口，其價格昂貴，嚴(yán)重阻礙了我國介入醫(yī)學(xué)的發(fā)展。因此，針對介入醫(yī)療導(dǎo)管這樣較難成型且精度高的微管，本文以聚丙烯(PP)微管的微擠出成型為研究對象，對聚合物微擠出模具的流變學(xué)設(shè)計、制造方法和成型工藝進(jìn)行了深入研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，根據(jù)聚合物微管截面型腔的形狀以及各型腔在制品截面上分布特點，將微管主要分為中心對稱、軸對稱和周邊均勻分布三

3、大類。并根據(jù)這三種類型，制品截面結(jié)構(gòu)由簡單到復(fù)雜依次分別取最具有代表性的微管進(jìn)行研究，即中心對稱單腔微管、軸對稱雙腔異型微管和周邊均勻分布五腔異徑微管。聚合物微擠出模具成型段長度對擠出制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率起著決定性作用，通過理論推導(dǎo)，建立了微擠出模具成型段長度與流道結(jié)構(gòu)尺寸、聚合物熔體流變學(xué)特性之間的關(guān)系，確定了微擠出模具成型段長度。針對多腔微擠出模具非對稱流道較難實現(xiàn)熔體流動平衡的問題，在擠出流動分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合聚合物熔體流變學(xué)理論

4、和優(yōu)化設(shè)計方法，提出了一種基于流動平衡的多腔直角微擠出模具非對稱流道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法。該方法以微擠出模具非對稱流道內(nèi)熔體流動平衡性為優(yōu)化目標(biāo)，確定模具非對稱流道結(jié)構(gòu)關(guān)系，以模具轉(zhuǎn)向角為設(shè)計變量，建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，對模具流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。通過對雙腔微管和五腔微管的擠出模具非對稱流道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，逐步完善了多腔直角微擠出模具非對稱流道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法。
　　其次，針對微擠出模具芯棒微細(xì)復(fù)雜成型段橫截面結(jié)構(gòu)和內(nèi)部微細(xì)注氣孔，尤其是多

5、腔直角微擠出模具芯棒微細(xì)復(fù)雜成型段橫截面結(jié)構(gòu)，提出了一種具有細(xì)長成型段橫截面復(fù)雜結(jié)構(gòu)和微細(xì)注氣孔的微擠出模具芯棒的加工工藝。該工藝針對微擠出模具芯棒成型段細(xì)長、易變形、易斷裂及其橫截面結(jié)構(gòu)微細(xì)復(fù)雜等難于加工的問題，利用微擠出模具芯棒微細(xì)復(fù)雜成型段各個截面形狀在芯棒軸向相同的共同特點，采用成型電極端面一次性蝕除成型加工技術(shù)，實現(xiàn)芯棒成型段的精密加工;同時，針對芯棒內(nèi)部大深徑比微細(xì)注氣孔難于加工的問題，采用微細(xì)電火花階梯孔漸進(jìn)式加工方法，實

6、現(xiàn)芯棒內(nèi)部大深徑比微細(xì)注氣孔的精密加工。通過對單腔、雙腔和五腔微擠出模具芯棒成型段的加工，驗證和完善了該加工工藝的可行性和通用性。在聚合物微擠出模具裝配過程中，裝配誤差容易導(dǎo)致口模與芯棒成型段處的裝配間隙不均勻或擠出成型困難，因而重點研究了芯棒、口模、微調(diào)機構(gòu)和注氣管道的裝配工藝，裝配后的擠出模具能夠?qū)崿F(xiàn)芯棒與口模間隙微調(diào)，而不會觸及芯棒成型段使其彎曲或斷裂，同時，還可實現(xiàn)注氣管道高溫密封。
　　最后，針對直徑微細(xì)、截面復(fù)雜、壁厚

7、較薄的微管較容易受擠出工藝影響而難于成型的問題，通過對三類微管，如聚合物中心對稱單腔微管、軸對稱雙腔異型微管和周邊均勻分布五腔異徑微管的擠出成型實驗研究和分析，獲得了擠出工藝參數(shù)對微管截面的尺寸和形狀精度的影響主次順序和較佳的工藝參數(shù)組合，揭示了擠出成型工藝參數(shù)對聚合物微管截面的尺寸和形狀精度的影響規(guī)律。結(jié)果表明了型腔注氣量對微管截面的尺寸和形狀精度尤為重要，注氣量大小直接決定了微管截面尺寸及其形狀輪廓變化。根據(jù)擠出成型工藝規(guī)律，在管型

8、腔注氣量6 ml/min，螺桿轉(zhuǎn)速4 r/min，模具溫度202℃，牽引速度28 m/min的擠出工藝條件下，擠出了最小直徑為0.5±0.02 mm的單腔微管;在月牙腔和圓腔的注氣量均為6 ml/min，螺桿轉(zhuǎn)速12 r/min，模具溫度218℃，水箱真空度20％，牽引速度12 m/min的較佳擠出工藝參數(shù)下，擠出了滿足使用要求且最小直徑為1.2±0.02 mm的雙腔微管，其外輪廓橢圓度、月牙腔橢圓度和圓腔橢圓度分別為:0.8％，1.4