カスタムチューブの設計と仕様に関するエンジニア向けガイド

ロバート・ラドゥカ著

2019 年 9 月 27 日

09:00

ドローダウン比とチューブの機械的特性との関係の重要性は、チューブの機械的特性に大きな影響を与える可能性がある要因です。 同じ正確な寸法と材料でも、この重要な加工要素に応じて、劇的に異なる性能結果が得られる可能性があります。 一般に、ドローダウン率が高いほど、ポリマー内でより多くの分子鎖が整列し、より低いドローダウン比で製造されたチューブよりも最大引張強度が大きくなり、軸方向の引張弾性率積が大きくなります。 より高いドローダウン比により分子の軸方向の配向度が高い製品は、追加の熱処理ステップ中だけでなく、寸法変化の発生を避けるために緩和するためにアニーリングが必要になる場合があるチューブ壁に生じる応力も大きくなります。接着やリフローラミネートなどの作業だけでなく、高温が発生する輸送中も同様です。

もう 1 つの重要な要素は、表面仕上げに対する金型温度の影響です。 ダイ温度が低いと、チューブの表面に「つや消し」仕上げが施される可能性があり、透明度が低下し、表面の質感が損なわれる代わりに粘着性が低下します。 同様に、ホットダイの温度は材料の透明度を向上させることができ、その後の熱接着やラミネート操作に影響を与えます。 押出プロセスの検証を実行する場合、パラメータの範囲は、後続のプロセスへの影響だけでなく、押出プロセスに入る原材料の分子量の変動が押出プロセスと押出プロセスの両方で引き起こす可能性がある影響を理解するのに十分広い必要があります。下流のプロセス。

チューブ製品にはさまざまな材料が押出成形されるため、特定の用途に適した材料を選択するには、押出成形用の材料を指定する際に何を考慮する必要があるかを知ることが重要です。 出発点は、ユーザーのニーズを完全に定義し、反復して適格な仕様に進むことです。

ISO 準拠の設計管理に従い、設計出力が測定され、設計入力が満たされると、検証された設計は客観的な証拠を使用して検証され、ユーザーが意図したとおりに設計が機能することを実証します。 製品設計者は、製品の使用目的期間中のユーザーのニーズを完全に特定し、設計の作成に必要な製造プロセスが適切であることを確認する責任があります。

医療用途向けに、フォスター コーポレーションは、ナイロン、ポリウレタン、ポリエチレンなどのさまざまな樹脂に添加できる光安定剤パッケージである Heat の HLS ブランドを発売しました。製品が UV を有する親水性コーティング溶液でコーティングされる場合、硬化してから UV 安定剤を添加すると、その後の加工中のポリマーの劣化を防ぐことができます。 同様に、押出成形されたチューブに、取り外し可能な熱収縮材を使用してチューブの壁に編組やコイルなどの補強材を追加するラミネート リフロー プロセスを行う場合、添加剤パッケージに熱安定剤を使用すると、押出成形中に発生する加工変動を低減でき、ポストプロセスのリフロー手順。 これにより、最終製品の精度が向上し、公差が厳しくなり、製造性が向上し、新しい設計で既存の限界を押し上げる必要がある場合には、新しいカテーテル技術も可能になります。

放射線不透過性添加剤を添加すると、他の物理的特性が変化し、透視検査または超音波画像診断下での使用中に視認性が得られます。 これらの変化には、表面硬度の増加、引張強度と破裂圧力の減少、表面の粘着性の低下などが含まれます。 これは、AdvanSource Biomaterials の 40A Chronoprene などの柔らかい素材、PolyOne の NEUsoft UR842A などの軟質ウレタン、Kraton の SEBS G1642 などの低デュロメーター SEBS の場合に特に当てはまります。 充填率は、必要な視認性の程度、および壁が厚いほど放射線不透過剤の使用量が少なくなる壁の厚さに応じて異なります。 0.005 インチから 0.050 インチの壁厚の場合、一般的な添加量は硫酸バリウム 20 ～ 25 重量%ですが、ポリマーのエコー源性を向上させるためにガラス微小球を重量あたり 50% 以上の添加率で添加することもできます。

硫酸バリウムは色が白っぽいため、TiO2 などの顔料を追加して色を明るい白にするか、代替色をパントンの色に合わせることができます。 フィラーには粒子サイズの分布があり、凝集物が内径または外径に表面粗さを生じさせ、引きずり跡、ピンホール、しこり、ネック、へこみを形成する可能性があるため、チューブに欠陥が生じる可能性があることに注意してください。 したがって、配合段階で構成材料を指定する場合は、押し出されるチューブの壁厚を特定して、充填剤の粒度分布と比較できるようにすることが重要です。 これにより、これらのタイプの欠陥の発生を回避または低減する、十分に細かい粉末を選択することができます。

それにもかかわらず、添加剤が製造されるチューブの品質に与える影響とは無関係に、ゲルはアミド、HDPE、ウレタンなどに見られるような天然グレードの材料中に存在する可能性があります。 バルーンチューブなど、ゲルが受け入れられない材料で作られたチューブを指定する場合、仕様には、ゲルをより小さなサイズに分解し、ゲルの数を減らすのに役立つ一軸押出機の出力でキャンドルフィルターを使用するプロセッサーの要件が含まれる場合があります。結局チューブの中に入ります。 このインライン一軸フィルタリングは、インライン キャンドル フィルタを備えた二軸スクリュー配合ラインで別個の溶融プロセスを実行するよりも推奨されます。これは、追加のパスでの追加の熱履歴と機械的せん断によって分子ポリマー鎖の長さが短くなり、得られるチューブの性能が低下するためです。バルーンカテーテルの用途において重要な引張強度と破裂強度に優れています。

美的側面に加えて、顔料の添加は非常に柔らかい材料の粘着性を改善するのにも役立ち、カテーテルの構築に使用されるマンドレルの挿入などの後続の組み立てステップを実行できるかどうかに違いをもたらす可能性があります。 注意すべき潜在的な落とし穴の 1 つは、単軸スクリュー押出プロセス中に色成分が不完全に分解される可能性があることです。 これは通常、押出機の供給口で天然グレードのペレットとブレンドされる濃縮カラーを使用する場合に見られます。 これらの分解されていないカラー濃縮物は、異物が埋め込まれているように見える可能性があり、視覚基準要件への不適合を引き起こす可能性があります。 同様の欠陥は、0.005 インチ未満の薄肉材料を押し出すときに観察され、スクリューとバレル内での材料のせん断によって着色剤が十分に分散されなかった透明な領域の隣に色の縞が見られます。これらの問題は、マスターバッチで製造される、事前に配合された着色材料を使用することで回避できます。

関連する問題は、チューブ製品が輸送や取り扱いによって使用不能にならないようにするための梱包の仕様です。 これは、輸送中に圧縮されると接着する傾向がある可能性のある柔らかい粘着性の素材に関して特に重要です。 損傷による損失を避けるために、ID の崩壊を防ぐために柔らかいチューブが膨らんだ状態で提供される場合があります。

個別のチャンバーなどの特殊なパッケージ構成を使用すると、チューブが他のチューブと接触するのを防ぐこともできます。 代替のパッケージング設計には、問題があり時間のかかる粘着性のしっかりとしたルーメンにリフローマンドレルを挿入する必要なく、その後の操作を実行できるようにマンドレル上にチューブを設けることが含まれます。

結論として、これらは、製品開発の成果を最適化するために材料とプロセスを指定する際に設計エンジニアが認識すべき重要な側面のいくつかです。 アプリケーション固有の顧客ソリューションを提供するアプローチで協力する押出加工の専門家と緊密に連携することは、新しい医療用チューブ用途の開発における設計目標の達成に非常に有益です。

ロバート・ラドゥカ著

2019 年 9 月 27 日

09:00