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四种特定医用塑料的焊接方法,包括辐射焊接、激光和红外焊接技术、溶剂粘接等
发布时间:2024-12-02来源:作者浏览次数:541次
 在医疗器械领域中,导管的激光焊接是一种特殊应用。参与了上世纪90年代末导管激光焊接的早期开发工作。此后,导管系统的激光焊接应用得到了广泛应用。它已经被用于经皮经血管冠状动脉成形术(PTCA)导管中,其中将球囊与导管进行焊接。在不同的应用中,可以使用对接接头和搭接接头设计来激光焊接导管。医疗器械行业提供了许多专门用于导管应用的定制激光焊接机器。

 

在组装塑料导管产品时,有两种连接技术。第一种是粘合连接。另一种是焊接或热熔连接。粘合连接的唯一优点是可以用于粘接热固性塑料或两种不同塑料之间的粘接。然而,由于导管的尺寸较小,粘接过程(胶水的涂布、固定和固化)PFA对焊接头需要非常精确的工艺控制。因此,确保一致的接头质量可能是一项具有挑战性的任务。

 

另一方面,焊接过程中不会引入额外的化学物质。融合连接需要某种形式的能源。在传统导管连接过程中,使用了两种类型的焊接技术:热风焊接和射频(RF)焊接。对于这两种技术,热量被施加到管状部件的表面,然后传导到接头界面。传统焊接的主要挑战是加热的效率和精度。热风本质上是一种由于无法控制的气流而具有不精确加热的过程。射频焊接实际上是一种间接加热的过程,热量通过射频能量在加热工具中产生,然后从工具传导到表面,最后通过塑料的热传导传递到接头界面。由于加热面积大且热传导差,这些传统焊接方法无法精确且一致地控制接头界面的加热。此外,对于球囊导管粘接应用而言,由于薄膜壁易受不精确加热的损伤,这可能会更具挑战性。大面积加热还意味着导管接头区域的机械性能可能会发生变化,从而影响导管的功能性能。

 

与传统的焊接方法不同,激光焊接提供了精确而局部的加热,这是与传统焊接相比的一个重要优势。除了精确加热外,另一个独特的工艺特点是能够通过选择适当的激光与合适的材料进行直接加热或透射加热。这些特点使得激光焊接在导管组装过程中非常具有吸引力。例如,CO2激光的波长较长,为10,600纳米,在这个波长范围内所有塑料对激光都是不透明的,能直接吸收激光能量。另一方面,对于二极管或YAG激光,由于它们较短的波长(从800到1064纳米),激光能量可以穿过天然或透明的塑料,促进透射焊接(请参阅第10.7.4节)。对于二极管和YAG激光的最大优点之一是它们适用于光纤传输,简化了光束传输,并使高速应用更加容易。然而,纯透射焊接无法提供良好的表面加热以平滑管道边缘周围的过渡区域,就像CO2激光那样。特别是对于将球囊与导管(PTCA应用)连接的情况,CO2激光可以高效地加热和熔化薄外层,并以低能耗均匀且一致地将外层与导管粘合

四种特定医用塑料的焊接方法,包括辐射焊接、激光和红外焊接技术、溶剂粘接等

另一种类似于激光的用于导管连接的焊接技术是红外(IR)焊接。典型的红外灯能量密度不如典型激光高,并且无法像激光那样聚焦到如此微小的点上。然而,由于它不像典型的激光那样单色,并且其波长分布在1微米左右,它可以提供直接加热和透射加热的双重优势(YAG/二极管和CO2激光的综合效果)。PFA管材使红外焊接更适用于导管应用的两个关键领域是增加加热强度以扩大聚焦区域,并更好地控制选择性(透射加热与直接加热)。近年来,对塑料零部件进行红外焊接的研究已经有很多,相信,一旦在导管应用中将更多的研发工作投入到红外焊接中,其巨大潜力将得到实现。

 

与其他焊接过程类似,导管粘接/焊接需要精确的工艺控制和夹具。图10.26显示了一个典型的球囊和导管激光粘接过程,其中使用旋转芯轴和主轴焊接设备来保持均匀的加热和压力。主要关注点始终是如何在焊接过程中均匀地施加热和压力。激光热源可以沿主轴轴向移动,以控制连接长度和多个连接点。

 

为控制导管和球囊零件的应用力和最终形状,采用了不同的方法。传统的方法是使用具有高温收缩管(例如FEP,聚全氟乙丙烯)或玻璃模具,在热源(如热风站)下形成或熔合粘接导管和球囊。毫无疑问,作为热源的激光或红外线可以在夹具方面提供更多的灵活性,并生产出更一致质量的产品。

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