PA11微管精密挤出成型工艺的研究

论文摘要

随着科学技术与医疗水平的发展,医用塑料导管的越来越多的应用在现代医学的各个领域。但是像介入导管这种高技术含量、高附加值的产品,我国只能依靠进口来满足需要。因此,开发精密医用导管生产技术对我国国民健康水平的提高和经济效益的增加都有重要意义。由于介入导管这种医用管材尺寸微小,在微小流道内的流动状态及成型条件与常规宏观流道中的有较大差异,因此研究微管熔体的挤出成型工艺具有重要应用价值。本文首先对微管挤出成型的总体情况进行了介绍。分析了国内外在高精度、高附加值导管成型上的差距,总结了国内对微管成型技术在材料、成型设备,测量与控制系统及成型工艺方面的研究进展,发现目前国内研究主要集中在新型医用导管材料的开发及高精度和稳定性的成型设备上,而成型过程中至关重要的工艺及其关系的研究却不多。因此研究微管成型工艺非常必要,这也是本文的研究重点。其次,研究了实验原料PA11在常用加工温度下的流变性能,得到了PA11材料的熔化区间温度及各工作温度下的流动指数,分析了PA11黏度与温度、剪切速率的关系。通过计算得到了PA11在不同剪切速率下的黏流活化能,从而获取了PA11黏度对温度的敏感性及依赖程度,为料筒和模头温度设置提供了指导和依据。本文研究分析了微管熔体离开口模后的变形规律,提出了将熔体的尺寸变化过程划分为离模膨胀、注气胀大及牵引变细三个阶段,推导出了三个阶段的尺寸变化方程,分析了管径和壁厚两个尺寸受螺杆转速、注气压力、牵引速度等工艺参数的影响关系。并用PA11在不同工艺参数下的实验数据对三个阶段的尺寸变化方程进行了验证,结果表明理论与实验数据的一致性良好。上述熔体尺寸变形的研究为微管成型工艺的调整,及挤出过程的控制系统研究提供了良好的指导作用。此外,对挤出模头和挤出熔体进行了热分析,发现了模头周向温度的分布不均及熔体冷却速度的不匹配,据此分析得出了挤出过程中出现的熔体破裂及截面变形等问题产生的原因,并通过调整口模间隙及注入冷压缩空气的方法进行了修正。结果表明,修正后上述问题基本得到解决,微管挤出过程中问题分析及解决办法的有效性得到了验证。最后,通过正交实验法研究了不同工艺参数下管径和壁厚的变化情况,经分析、比较后得到了本实验平台上的最优工艺参数组合,并对得到的最优工艺参数进行验证,最终确定了螺杆转速6r/min、牵引速度120mm/s、注气压力7KPa、模头温度210℃的工艺组合。上述实验证明了在精密微管挤出成型过程中,通过正交实验法来快速优化工艺参数的设定能起到良好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 主要物理量名称及符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 医用导管概述
• 1.2.1 医用导管的分类
• 1.2.2 国内外生产医用导管设备的厂家及其优缺点
• 1.3 微管成型研究现状
• 1.3.1 微流道流动特性研究
• 1.3.2 微管成型装备现状
• 1.3.3 微管成型工艺研究进展
• 1.4 本文的研究目的和意义
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 PA11 材料的流变性能
• 2.1 材料选用及性能介绍
• 2.2 实验测试部分
• 2.2.1 实验原料与实验仪器
• 2.2.2 物理与流变性能测试
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 原料PA11 熔点测定
• 2.3.2 非牛顿流体的流动指数确定
• 2.3.3 原料PA11 黏度与剪切速率的关系分析
• 2.3.4 原料PA11 黏度与温度的关系分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 微管挤出成型的理论分析
• 3.1 聚合物熔体的弹性影响分析
• 3.2 熔体成型过程中的尺寸变化
• 3.2.1 挤出胀大对熔体尺寸的影响
• 3.2.2 熔体尺寸在注气压力下的变化
• 3.2.3 牵引速率对微管尺寸的影响
• 3.3 微管成型工艺控制策略
• 3.4 本章小结
• 第四章 微管挤出成型过程的问题分析
• 4.1 实验中出现的问题
• 4.2 微管熔体爆裂现象的分析
• 4.2.1 挤出模头整体温度场分析
• 4.2.2 挤出模头线性温度分布分析
• 4.2.3 模头温度分析总结
• 4.3 微管熔体爆裂现象的解决
• 4.4 微管熔体截面变形的分析
• 4.4.1 微管熔体整体温度场分析
• 4.4.2 微管熔体线性温度场分析
• 4.4.3 模头温度分析总结
• 4.5 微管熔体触碰变形的解决
• 4.6 本章小结
• 第五章 微管成型工艺研究与分析
• 5.1 微管挤出流程
• 5.2 原材料及实验设备
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.3 工艺控制分析
• 5.3.1 原料处理
• 5.3.2 机筒温度控制
• 5.3.3 注气压力控制
• 5.3.4 牵引速度控制
• 5.3.5 螺杆转速控制
• 5.4 实验结果及验证分析
• 5.4.1 挤出胀大对熔体尺寸影响的验证
• 5.4.2 注气压力对熔体尺寸影响的验证
• 5.4.3 牵引速率对管径变化影响的验证
• 5.4.4 工艺参数对微管成型的综合影响分析
• 5.5 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件