中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

专注于为医疗器械研发与生产服务

2021年9月1-3日 | 上海世博展览馆2&4号馆

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硅胶材料特性、加工工艺及其应用

2020-10-20

硅胶的简介

硅胶是一种高活性吸附材料,属非晶态物质,里面含有聚硅氧烷,硅油,白炭黑(二氧化硅),偶联剂及填料等等,主要成分是二氧化硅。不溶于水和任何溶剂,无毒无味,化学性质稳定,除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。硅胶的化学组分和物理结构,决定了它具有许多其他同类材料难以取代的特点:吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。



硅胶的分类

硅胶可以根据各种特点进行分类:
  1.按组成不同可分为:单组分和双组分硅胶。
  2.按硫化温度可以分为:高温硫化和室温硫化硅胶。
  3.按产品的形态可以分为:液体状和固体状硅胶。
  4.按硫化反应可以分为:缩合反应型、铂加成反应型和过氧化物固化型。
  5.按主链结构可分为:纯硅胶和改性硅胶。
  6.按产品特性可分为:耐高低温型、防静电型、耐油耐溶剂型、导电型、发泡海绵型、高强度抗撕裂型、阻燃防火型、低压缩变形型等。

硅胶作为医疗器械设计材料最佳选择的8个理由

1. 硅氧主链能提供优异的热稳定性
有机硅具有优异的热稳定性,即使在灭菌后也能使设备保持关键性能。有机硅可通过高温蒸汽消毒,环氧乙烷消毒(EtO)或γ辐射进行灭菌。

2. 硅胶是一种惰性材料
有机硅通常对体液和药物呈惰性,并没有气味。有机硅的化学结构符合USP Class VI和ISO 10993标准。

3. 硅胶不含增塑剂或其他有机添加剂
增塑剂或其他有机添加剂可能对输送的药物产生负面影响,如果添加剂存在,就有可能迁移到药液中。而硅胶不含添加剂如增塑剂或有机添加剂。

4. 硅胶经久耐用
有机硅在穿刺后具有良好的弹性和恢复性,以减少材料疲劳。这些关键特性使硅胶具有较长的使用寿命,即使在动态应力下也是如此。



5. 硅胶具有低模量
有机硅需要最小的插入力来提高设备的平稳操作 - 或者在结合其他组件时更容易组装。

6. 硅胶可配制成各种硬度
硅胶可以被塑造成各种各样的硬度,以适应过硬或者过软的材料,从而提高改善人体工程学和舒适性的可能性。

7. 硅胶具有良好的设计美感
许多有机硅弹性体本质上是透明的,并且易于着色。

8. 硅胶易于加工
除了硬度舒适且兼具美学功能外,有机硅还提供一系列定制选项。可将材料应用于各种设备和设计,从输注类导管到切口阀到呼吸面罩等。其他可定制的选项包括拉伸强度,摩擦系数,固化时间和伸长率。

硅胶的加工工艺

一.模压
模压成型的工艺主要是通过模具在相关的机器中压制而成的一种生产工艺,比如生产硅胶手机套、硅胶冰格等。主要生产过程是由硅胶原料或者是橡胶原料在闭合模腔内凭借加热、加压而成型为制品的硅胶加工。通常是将原料经过混炼机均匀搅拌成混炼胶,将模具再移入硫化成型机内。然后闭模加压,使其成型并固化或硫化,再经脱模得硅胶制品,这种工艺适合于热固性材料加工。




二.注射
这种工艺是对品质要求比较高的,是液态硅胶和塑胶的结合。其产品表现为较好的热稳定性、抗寒性,优良的电绝缘性能,燃烧时不会产生有毒的物质等。因此在健康用品、汽车、婴儿用品、医疗用品、潜水用品、厨房用具以及密封件等的生产设计中成为不可替代的材料。




三.挤压
挤出成型,挤出硅胶制品通常是通过挤出机器挤压硅胶成型的,一般挤出硅胶形状是长条的,管状的可随意裁剪,挤出做出来的产品形状比较单一,多为条状。硅胶管在医疗、机械设备领域运用较为广泛。也可以用于包材中起缓存作用。




四.压延
硅橡胶在加白炭黑、硅油等捏合混炼做成混炼胶后再经压延出片材。通过压延制得的胶片,其纵向与横向的物理机械性能有明显的差异,这种现象为压延效应。具体表现为,胶片纵向拉伸强度大于横向,胶片横向扯断伸长率大于纵向,胶片纵向收缩率大于横向。压延效应是胶料中大分子和针状、片状配合剂在压延过程中沿压延方向定向结果。压延效应的大小,与胶料的组成、压延温度、速度、速比等有关。用于较大的产品,比如硅胶片,硅胶板。




五.灌注
充模或浇注模的操作方法:浇注模或浇注模用于相对平滑或简单的产品,没有模具线可节省人力和时间,即你要复制的产品或模型被橡胶板或玻璃板包围,通过真空泵出的硅胶直接倒进产品中。硅胶干燥成型后,取出产品,形成模具(注:灌注模一般采用硬度比较软的硅胶来做模,这样脱模比较容易,不会损坏硅胶模具里面的产品)。属于固液结合,运用在手机套、箱包套等产品上。



六.涂层
快速硫化;附着力强;流动性好,易消泡。铂配合物的催化剂无毒无味,成型后具有良好的透气性、耐热性和一定的拉伸强度(使用温度-60℃~200℃)。优异的防滑性能;无污染;低硬度;粘合牢固。高撕裂性;高透明度;良好的拉伸性能。耐磨性、耐洗涤性、耐高温性;立体级高、光滑、柔软、弹性好。耐水清洗和干洗。适用于布料,具有抗老化的作用,如硅胶手套、雨鞋等。





硅胶在医疗器械中的应用

人体皮肤接触的器械:

(1)呼吸面罩:尤其是需要长期佩戴的面罩。


(2)伤口护理:硅凝胶更加亲肤透气,不会对伤口造成二次伤害。因此,迈图硅凝胶是泡沫敷贴,疤痕贴等的上佳选择。



(3)器械手柄:对于需要抓握的医疗器械,如手术刀具等,柔软且防滑手柄是必须满足的要求。


人体腔道接触的器械:

• 喉罩:与气管接触,硅胶柔软且有强度,以保证气道畅通。
• 导尿管:硅胶支持生产柔软的管体,以及高拉伸强度的球囊。
• 胃管:适宜的硬度,硅胶胃管对于病患来说是很好的选择。



人体血液体液接触的器械:

• 输注器械的导管:如输液泵的蠕动泵管,插入型导管的外管。
• 输注器械的部件:如无针接头的胶塞,肾透析过滤器的O型圈等。
• 各种与药液体液接触的医疗耗材里的胶塞和止血阀等。


此外,硅胶还有广阔的应用,从隐形眼镜到可穿戴医疗检测设备,从生物制药到疫苗研发,都是硅胶可以大展宏图应用的领域。



在刚刚结束的2020Medtec中国展的现场,众多致力于医用硅胶产品的研发及设计的国内外企业到场。其中作为全球领先的有机硅行业的高新材料生产商和行业领导者——迈图集团不仅现场展出了它们最新的产品及技术,同时还在材料,配件&加工专场的参展商演讲中由企业专家详细介绍了硅胶的特性极其在医疗器械中的应用。