MicroLumen聚酰亚胺管： 揭开聚酰亚胺管的神秘面纱

  作为有机树脂的一类，聚酰亚胺表现出出色的工程性能，特别是耐热性、介电强度、机械强度、温度稳定性和耐化学性，详见表I。虽然聚酰亚胺树脂结构在 20 世纪 50 年代就已为人所知，但在20世纪60年代引入聚酰亚胺才对满足苛刻的行业需求做出了重要贡献。1961年，杜邦公司推出了用于电气应用和线缆绝缘的薄膜（商标名Kapton）和漆料。随后，模塑粉末、层压树脂、泡沫材料、复合材料和高性能胶粘剂也陆续问世。

  无缝聚酰亚胺管是在 20 世纪 70 年代发现的。在此之前，人们只可以使用 Kapton 薄膜制成的螺旋缠绕管。螺旋缠绕管不具备无缝设计的性能和尺寸。20 世纪 80 年代初，无缝聚酰亚胺管被引入导管市场。在导管设计市场上，最常被问到的一个问题是：管壁能做多薄？为医疗应用制造薄壁聚酰亚胺导管的限制因素是导管要有足够的完整性，以便能从制造导管的心轴上取下导管。聚酰亚胺管的壁厚可以小于 0.0005 英寸（0.0127 毫米），但要将其从芯棒上取下则是一项真正的挑战。处理这种尺寸的薄壁管也是对传统材料处理方法的考验。

  聚酰亚胺被认为是一种热固性聚合物，一旦固化就不能回流或熔化。热固性聚合物（热固性塑料）通过添加能量固化成强度更高的形态。用于固化热固性材料的能量可以是热量、化学反应或辐照。热固性材料在固化前通常是液态或可塑的。它们是典型的强韧材料，因为其分子结构单元是通过牢固的共价化学键结合在一起的。在这些材料中，树脂通过交联转化为塑料。交联过程会形成分子量较大的分子，从而使材料的熔点高于周围环境和温度。材料随后的再加热会使其在达到熔点之前达到分解温度。因此，热固性材料无法熔化，只会分解。

  热塑性聚合物通常在一个步骤中生产，然后在后续工序中制成产品。热塑性塑料是一种在加热时熔化成液体，并在充分冷却后凝固的材料。通常情况下，热塑性塑料中的结合力往往比热固性塑料中的结合力弱。聚醚嵌段酰胺（商品名 Pebax）就是热塑性聚合物的一个例子。热塑性聚合物不同于热固性聚合物，因为它们能重熔和重塑。

  热固性聚酰亚胺有多种未固化的商用形式，包括型材、薄板、层压板和机加工部件。聚酰亚胺在固化后是热固性的，具有强度高、高温下稳定和化学惰性等特点。此外，除了氢氧化钾或氢氧化钠等极强的碱性物质外，聚酰亚胺几乎对所有物质都具有耐化学性。

  在一般的医疗设计市场中，聚酰亚胺和聚酰亚胺管材并不广为人知。任何不为人熟知的材料都会跟着时间的推移而产生许多神线：聚酰亚胺管很难粘接

  聚酰亚胺管是在芯轴上分多层制成的；这种工艺称为 浸渍 或 浸渍分散，其中每层都要涂抹和固化，直到达到所需的厚度。每层导管都非常薄：厚度约为 0.00010-0.00012 英寸（0.00254-0.00305 毫米）。每个液层都要经历三次气温变化。第一个温度区是溶剂从液层中蒸发的温度。在第二个温区，聚合物中的催化剂被激活，为交联准备好。最后一个温度区也是最热的温度区用于将该层与下面一层交联。

  这种交联是使聚酰亚胺热固化的步骤。聚酰亚胺管的外表面是由液体直接形成的，因此具有类似玻璃的表面，没有瑕疵。没有波纹、模痕和针孔。没有一点东西可以机械地帮助粘合。根据具体的应用，一些表面处理能大大的提升粘结性。表面处理有多种形式。可以是用砂布或砂纸等研磨材料对表明上进行粗糙处理，也可以是电晕或等离子处理等复杂工艺。

  由于聚酰亚胺是一种热固性塑料，因此不会熔化。超声波焊接、溶剂粘合和其他热粘合技术都不可能会产生很好的效果。根据经验，粘接聚酰亚胺最成功的粘合剂是氰基丙烯酸酯和双组分环氧树脂。设计工程师应向信誉良好的粘合剂公司咨询，以确定适合应用的粘合剂。有一点是肯定的：试图通过聚酰亚胺进行紫外线固化是徒劳的；聚酰亚胺会吸收绝大部分紫外线辐射，使粘合剂无法固化。如果事先在粘合过程中稍加考虑，粘合聚酰亚胺就会既成功又简单。

  每种塑料管都会在某一点上皱折，材料的选择是一个工程折衷的问题。聚酰亚胺拥有非常良好的机械性能（表一），但它并没有神奇的特性。在过去几年中，导管设计慢慢的变复杂，工程师们很少希望导管两端具有相同的特性。

  当管道直径与壁厚的比率比较小时，管道可以弯曲到小直径而不可能会出现皱折。随着管道直径的增加和壁厚的减小，管道能够在不产生皱折的情况下弯曲的程度（直径）会减小/收缩。当管道弯曲时，弯曲处的横截面逐渐变为椭圆形，直到最终发生皱折。塑料的强度越大，材料在弯曲外侧的伸展能力或者在弯曲内侧的压缩能力就越小。因此，在给定尺寸的情况下，强度较高的塑料更容易在较大半径下发生皱折。这个方程中的关键操作参数是尺寸和材料强度（见图1和图2）。

  根据韦氏词典的定义，柔软意味着能够被弯曲或屈曲。聚酰亚胺管道可以被弯曲和屈曲。然而，相比较较软的塑料，在大多数情况下要更大的力量来弯曲聚酰亚胺管道。这个事实在导管设计中对聚酰亚胺这样一种材料既有利又有弊。聚酰亚胺并不是适用于每种应用的完美材料，但当需要超强的强度时，聚酰亚胺应该成为设计的关键组成部分。

  最近，制造方法的改进使得复合材料的使用成为可能。在当今的许多导管设计中，聚酰亚胺都是整个设备中的关键强化部件。复合材料的创意可包括：

  如果聚酰亚胺管正确固化，就不会轻易断裂、开裂或折断，换句话说，聚酰亚胺管不脆。但是，如果聚酰亚胺管皱折，编织层上极薄的聚酰亚胺层可能会被编织层刺穿。在使用极薄壁编织聚酰亚胺管时应谨慎。在纯聚酰亚胺管上，皱折后只需将管子加热到 200 ºC 以消除受影响区域的应力，就可以恢复管子 85% 以上的原始材料特性。假如发现聚酰亚胺管变脆，则说明该管未正确固化，应予以丢弃。

  聚酰亚胺管分多层生产。虽然这些层与上下各层之间都有分子粘合，但在聚酰亚胺管壁上施加过大的剪切应力会破坏共价键强度，导致分层。信誉良好的聚酰亚胺管生产商会在生产的全部过程中来控制和测试，以确保各层之间的适当交联，从而防止分层。

  虽然聚酰亚胺管是一种热固性材料，但能够正常的使用扩口和锥形等技术进行有限的成型。一般来说，成型是在相比来说较高的温度下进行的，使用心轴来支持工艺的各个方面。

  传统上，冲头用于在导管表面开孔。最近，激光烧蚀被证明对各种导管特征很有效，包括孔、槽、倒角、缩小外径、端切和打印。激光烧蚀能轻松实现过去机械方法所能达到的所有效果，而且不会留下任何毛刺，也不会给零件带来任何过大的应力。

  由于聚酰亚胺管的表面是通过固化液体制成的，因此表面很光滑。当极其光滑的表面与另一种光滑的材料非间接接触时，会产生很大的接触面积，因此导致摩擦。聚酰亚胺的实际摩擦系数（COF）为 0.50，而聚四氟乙烯的摩擦系数为 0.10-0.20。为了消除摩擦指数上的差异，许多聚酰亚胺管材生产商开发了复合材料来减少表面摩擦。这些涂层通常会将 COF 降低到 0.30-0.35 左右，使其更易于控制。在某些情况下，能够正常的使用纯PTFE内衬来逐步降低摩擦水平。

  聚酰亚胺管道在导管设计工程师的工具箱中已经使用了40年以上，但尽管它的优势显而易见，人们对如何更好地利用它却知之甚少。和其他材料一样，这样一种材料也面临着一些挑战。聚酰亚胺管的主要优点是单位尺寸强度高。医疗器械行业为降低医疗保健的总成本，正试图通过在越来越小的通道中放置可以在一定程度上完成更多功能的器械来减少对病人的伤害。聚酰亚胺只需稍加思索和独创，就能让设计工程师在未来数年内满足他们对设备的需求。

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