DE60015974T2

DE60015974T2 - Verfahren und system für die herstellung einer plastiknadel

Info

Publication number: DE60015974T2
Application number: DE60015974T
Authority: DE
Inventors: Soren Jensen; Mogens Papsoe; Poul E. Nielsen; E. Henrik HANSEN; Anne Sorensen
Original assignee: Novo Nordisk AS
Current assignee: Novo Nordisk AS
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: US6767496B1; EP1595563A1; EP1191964B1; JP2003517345A; AU4910800A; US20040199127A1; EP1191964A1; ATE296130T1; DE60015974D1; WO2000072901A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffnadel und eines Systems dafür, insbesondere eine Nadel für medizinische Zwecke.
Fachgebiet
Nadeln oder Kanülen für medizinische Zwecke wie Medizininjektionen wurden abhängig von Ihrer beabsichtigten Verwendung in verschiedenen Größen hergestellt. Für eine häufig wie mehrmals täglich zu injizierende Medizin ist es bevorzugt, die unter Berücksichtigung der Viskosität der zu injizierenden Medizin dünnst möglichste Nadel zu verwenden. Sich mehrmals täglich Insulin injizierende Diabetiker würden vorzugsweise eine sehr dünne Nadel wie von Gauge 26 bis Gauge 30 verwenden, um den Schmerz sowie die Gewebeschädigung, die aus jeder Injektion resultiert, zu reduzieren. Im vorliegenden Kontext bezieht sich der Begriff „dünn" auf den Durchmesser der fraglichen Nadel. Gewöhnlich sind Nadeln und andere medizinische Rohre in Gauge gemessen, wobei z. B. Gauge 8 4,19 mm und Gauge 30 0,30 mm entspricht.
Zum Erhalt einer Nadel, die zum Durchdringen der Haut und der Unterhaut als Teil der Injektion die nötige Stärke zeigt, wurden die sehr dünnen Nadeln gewöhnlich aus Metall hergestellt. Wie viele andere medizinische Gegenstände ist es von Interesse, die Nadeln aus Kunststoffmaterial herzustellen.
EP 452 595 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines medizinischen Kunststoffrohres wie eines Katheters, wobei ein flüssigkristallines Polymer eine solche Strukturviskosität verliehen wurde, dass es gewährt wird, dass die Schmelze in eine Form fließt und diese füllt. Die hergestellten Kunststoffrohre weisen eine Gauge-Größe von 8 bis 26, vorzugsweise 14 bis 20 auf. Die Strukturviskosität wird durch Leiten des Kunststoffma terials durch eine Öffnung, bevor die Schmelze die Form erreicht, bereitgestellt. Die Patentschrift beschreibt ein Verfahren zu Herstellung des Rohrs durch Extrudieren des strukturviskosen Polymers in eine Form und ferner, dass die Polymerschmelze unter Druck durch die Öffnung und damit direkt in die Form gezwängt wird.
Um jedoch sehr dünne Nadeln mit einer für eine Medizininjektion relevanten Länge zu erhalten, werden sehr kleine Volumina der Kunststoffschmelze verwendet. Es wurde gefunden, dass ein ledigliches Extrudieren der Schmelze gegebenenfalls unter Druck nicht zum Formen einer Nadel der fraglichen Maße mit ausreichender Stärke führt.
WO 94/20279 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Nadel, in welchem eine Öffnung der Nadel durch Pressen in ein Fluid wie ein Gas durch einen Mittelkanal der Form geformt wird. Das Formen einer Öffnung unter Verwendung einer Spindel ist kurz erwähnt und schließt die Behauptung „das Formen um Spindeln mit einem solchen langen kleinen Durchmesser ist sehr schwierig und für eine Massenproduktion nicht geeignet", ein. Keine relevanten Verfahrensparameterwerte oder durchführbaren Maße von durch das Spindelverfahren hergestellten Nadeln sind offenbart.
Spritzgusssysteme werden häufig zur Herstellung einer großen Menge von Gegenständen verwendet. Der Spritzguss ist ein periodisches Verfahren, in welchem ein Kunststoffgranulat homogenisiert und durch Erwärmen sowie durch mechanisches Verarbeiten geschmolzen wird. Die Kunststoffschmelze wird in einen Formhohlraum gespritzt. Der Formhohlraum weist eine Temperatur auf, die so eingestellt ist, dass sie niedriger als der Schmelzpunkt des Kunststoffs ist. Dadurch verfestigt sich die in den Formhohlraum injizierte Schmelze von der Wand des Formhohlraums zur Mitte des Gegenstands.
In bekannten Spritzgusssystemen kann eine Schnecke zum mechanischen Verarbeiten der Schmelze sowie zum Einbringen der Schmelze in den Formhohlraum mit einer bestimmten Spritzgeschwindigkeit verwendet werden.
Die Schneckenbewegung oder der Spritzstoß ist gewöhnlich auf das 1- bis 4-fache des Durchmessers der Schnecke eingestellt. Dadurch wird die richtige Qualität der Schmelze sowie ein gleichmäßiges Schussvolumen gewährleistet. „Schussvolumen" bedeutet die Schmelzmenge, die nötig ist, um zumindest den Formhohlraum zu füllen, um eine Nadel mit vorbestimmten Maßen zu erhalten.
Die Trägheit der Schnecke sowie der hydraulische Druck, der auf die Schnecke übertragen wird, gewährleistet in bekannten Systemen einen Druck, der zum Füllen von großen Schussvolumina ausreichend ist.
Jedoch kann der auf die Schnecke angewandte Druck aufgrund der kleinen Schmelzmenge, die zum Herstellen eines kleinen Gegenstands erforderlich ist, nicht zeitgerecht auf die Schmelze am Einlass in den Formhohlraum übertragen werden. Fakt ist, dass der hydraulische Druck hinter der Schnecke einen Druck von der Schnecke zum Einlass des Formhohlraums in etwa 1 bis 10 ms aufgebaut wird, was in einem bekannten Spritzgusssystem nicht möglich war. Deshalb war es früher nicht möglich, Kunststoffnadeln oder -kanülen für medizinische Zwecke zu erhalten, für welche der Außendurchmesser der Nadel oder der Kanüle 0,5 mm oder weniger beträgt.
Weiterhin sind Nadeln oder Kanülen diesen Durchmessers mit einem Innendurchmesser mit einer Wanddicke von etwa 0,10–0,18 mm sehr dünnwandig. Dies bringt das Problem des Eindringens der Schmelze in den Formhohlraum in einer solch kurzen Zeit mit sich, dass ein „Einfrieren" der Schmelze vermieden wird. „Einfrieren" bedeutet, dass sich die Schmelze aufgrund der geringen Dicke des Materials schnell verfestigt. Im Falle von Schmelzeinfrierungen im ersten Teil des Formhohlraums kann die Schmelze nicht den gesamten Formhohlraum ausfüllen, wodurch eine Nadel mit vorbestimmten Maßen nicht erhalten wird.
Durch die bekannten Verfahren des Spritzgusses war es früher nicht möglich, Nadeln oder Kanülen mit einer Wanddicke des Materials von etwa 0,10 bis 0,18 mm zu formen.
Die Nadeln oder Kanülen weisen weiterhin ein sehr großes L/D-Verhältnis auf (wobei L die Länge und D der Durchmesser des Gegenstands ist), was ferner ein Problem mit sich bringt, indem nicht nur ein kleines Schussvolumen sondern auch das Füllen des „langen" Formhohlraums verglichen mit einem kleinen Durchmesser erforderlich ist. Folglich ist zum Gewährleisten dessen, dass der Formhohlraum vollständig mit einer Schmelze gefüllt ist, eine sehr genaue Einstellung der Energiereserve in der Schmelze am Einlass des Formhohlraums nötig.
Bestimmte Anforderungen müssen ungeachtet des verwendeten Materials für Nadeln oder Kanülen für medizinische Zwecke erfüllt werden. Eine Anforderung ist, dass sich die Nadel während der Einführung der Nadel in den Patienten nicht biegt. Viele Kunststoffnadeln wiesen bei Verminderung des Durchmessers der Nadel den Mangel an ausreichender Stärke auf, so dass es praktisch nicht möglich war, Kunststoffnadeln für medizinische Zwecke außer sehr große Nadeln wie Nadeln mit einem Durchmesser von 1 mm oder darüber zu verwenden.
Kern der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffnadel, wobei die Nadel zwei Enden aufweist, wobei zumindest der Außendurchmesser von einem Ende weniger als 0,50 mm beträgt, wobei die Nadel ferner ein längliches Lumen aufweist, das sich zwischen zwei Öffnungen der Nadel erstreckt, in einem Formsystem mit einem ein Zufuhrsystem und einen Formhohlraum umfassenden Aufbau, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Einbringen einer Kunststoffschmelze in den Zufuhrstrom,
– stufenweises Erhöhen des Schmelzdrucks während des Schmelzdurchgangs durch das Zufuhrsystem
– Leiten der Schmelze in den Formhohlraum, wodurch die Schmelze im Wesentlichen den Formhohlraum führt,
– Abkühlen der Schmelze im Formhohlraum, wodurch die Schmelze sich zu einer Nadel verfestigt und
– Entfernen der Nadel aus dem Formhohlraum.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung handelt es sich um ein System zur Herstellung einer hohlen Kunststoffnadel mit einem ein Zufuhrsystem und einen Formhohlraum umfassenden Aufbau und ferner umfassend Elemente zum Einbringen einer Kunststoffschmelze in das Zufuhrsystem, wobei das Zufuhrsystem zum stufenweisen Erhöhen des Schmelzdrucks während des Schmelzdurchgangs durch das Zufuhrsystem angeordnet ist, und Elemente zum Leiten der Schmelze in den Formhohlraum, so dass die Schmelze im Wesentlichen den Formhohlraum füllt.
Durch die vorliegende Erfindung wurde gefunden, dass es zum Herstellen von kleinen dünnen und länglichen Gegenständen durch Spritzguss mit sehr kleinem Schussvolumen erforderlich ist, eine hohe Energiereserve in der Schmelze am Einlass des Formhohlraums selbst zu gewährleisten.
Durch stufenweises Erhöhen des Drucks durch das Zufuhrsystem ist es möglich, die spezifischen Druckerfordernisse am Einlass des Formhohlraums zu erfüllen, um die dünnen und länglichen Gegenstände trotz des kleinen Schussvolumens zu formen, da die Schmelze dann einen ausreichenden Druck erreicht, bevor sie den Formhohlraum betritt.
Während des Spritzgusses ist die Schmelze im Zufuhrsystem in Bewegung, d.h. sie fließt, wodurch die Flussfront der Schmelze einen Druck von ungefähr 0,1 MPa aufweist, wohingegen der Druck vor der Schnecke hoch ist. Demzufolge liegt ein hohes Druckgefälle vor.
Das hohe Druckgefälle im Zufuhrsystem gewährleistet die hohe Energiereserve in der Schmelze. Diese Energiereserve in der Schmelze weist dieselbe Funktion wie z.B. eine vorgespannte Feder auf.
Wird die Schmelze in den Einlass des Formhohlraums eingebracht, gewährleistet die Energiereserve in der Schmelze, dass die Federwirkung in der Schmelze beim Freisetzen den Formhohlraum im Wesentlichen in einer sehr kurzen Zeit füllt. Der Begriff „im Wesentlichen füllen" bedeutet, dass der Formhohlraum mit der Schmelze innerhalb vorbestimmter Toleranzen für hergestellte Nadeln gefüllt wird.
Überraschend wurde gefunden, dass aufgrund der Energiereserve in der Schmelze der hohe Schmelzdruck vor der Schnecke auf die Flussfront der Schmelze in etwa einer Millisekunde übertragen werden kann. Dadurch wird die Verfestigung oder das Einfrieren der Schmelze, bevor die Schmelze tatsächlich den Gesamtformhohlraum im Wesentlichen gefüllt hat, vermieden.
Demzufolge wird der gesamte Formhohlraum im Wesentlichen durch die Schmelze gefüllt, so dass die vorbestimmte Länge und der vorbestimmte Durchmesser der Nadeln erhalten wird.
Die Erfindung betrifft eine Kunststoffnadel mit zwei Enden, wobei die Nadel durch Spritzguss aus einer Kunststoffschmelze hergestellt wird, wobei der Außendurchmesser der geformten Nadel an zumindest einem Ende der Nadel weniger als 0,50 mm, vorzugsweise weniger als 0,45 mm beträgt, wobei die Nadel ein Lumen umfasst.
Hierdurch wird eine Kunststoffnadel mit einem Außendurchmesser erhalten, wobei der Durchmesser so dünn ist, dass der Schmerz sowie die Gewebeschädigung, die aus der Injektion resultiert, reduziert wird. Insbesondere für sich mehrmals täglich Insulin injizierende Diabetiker ist die dünne Nadel nützlich.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Innendurchmesser der Nadel, z.B. der Durchmesser des Lumens höchstens 60% des Außendurchmessers der Nadel, vorzugsweise 20 bis 50% des Außendurchmessers entsprechen. Hierdurch wird verglichen mit der Größe des Innendurchmessers eine hohe Stärke der Nadel erhalten.
Das Lumen kann auf verschiedenen Wegen geformt werden. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann eine Einfügung im dem Lumen der Nadel entsprechenden Formhohlraum das Lumen bilden.
In einer anderen Ausführungsform kann die Einfügung einen Draht umfassen, der zum Bilden des Lumens in der Nadel im Wesentlichen in der Mitte des Formhohlraums liegt. Erfindungsgemäß kann der Draht so befestigt sein, dass er sich durch den ganzen Formhohlraum erstreckt. Hierdurch werden Schmelzflüsse um den Draht und das Lumen gebildet.
Nach Verfestigen der Schmelze und Formen der Nadel wird der Draht von der Nadel entfernt. Zum Beispiel können Elemente zum Entfernen des Drahts nach dem Formen angeordnet werden. Die Entfernung des Drahts kann durchgeführt werden, bevor oder nachdem die Nadel den Fomrhohlraum verlässt.
Der Druck wird durch das Zufuhrsystem stufenweise erhöht, um die spezifischen Druckanforderungen am Einlass des Formhohlraums zu erfüllen. Die Druckerhöhung kann durch jedes beliebige geeignete Mittel durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform führt der spezifische Aufbau des Zufuhrsystems, d.h. die Geometrie des Zufuhrsystems zu einer Erhöhung des Drucks.
Das Zufuhrsystem kann aus einem langen Rohr mit einem kleinen Durchmesser, gegebenenfalls mit Teilen zu Verminderung des Durchmessers zusammengesetzt sein.
Der Durchmesser des Zufuhrsystems kann auf vielen geeigneten Wegen wie schrittweise oder kontinuierlich vermindert werden. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Zufuhrsystem eine zumindest teilweise konische Form auf, oder in einer anderen Ausführungsform umfasst das Zufuhrsystem zylinderförmige Teile von verschiedenen Durchmessern, die durch konische Teile getrennt sind, wodurch der Druck stufenweise durch das Zufuhrsystem erhöht wird. Es ist wichtig, zu gewährleisten, dass eine plötzliche Erhöhung des Drucks im Zufuhrsystem vermieden wird.
Die in das Zufuhrsystem einzubringende Schmelzmenge soll eine Geschwindigkeit aufweisen, die zum vollständigen Füllen zumindest des Zufuhrsystems in einem vorbestimmten Zeitintervall ausreichend ist, so dass der Aufbau des Zufuhrsystems den Druck auf einen zum vollständigen Füllen des Formhohlraums ausreichenden Grad erhöhen kann.
Ist die eingebrachte Geschwindigkeit zu klein, wird das Zufuhrsystem nicht zeitgerecht gefüllt und demzufolge der Druck nicht ausreichend erhöht, um den Formhohlraum gleichmäßig zu füllen.
In Fällen, in welchen die eingebrachte Geschwindigkeit zu groß ist, ist es nicht möglich, die Erhöhung des Drucks und dadurch das vollständige Füllen des Formhohlraums einzustellen.
Deshalb wird die Schmelze vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,10 bis 100 ccm/Sek., vorzugsweise 1 bis 10 ccm/Sek. in das Zufuhrsystem eingebracht.
Das Zufuhrsystem und der Formhohlraum können gemäß dem im Formungsprozess verwendeten Material viele verschiedene Temperaturen aufweisen. Die Temperatur des Zufuhrsystems und des Formhohlraums übt einen direkten Einfluss auf die Viskosität der Schmelze und dadurch auf die Fähigkeit der Schmelze, leicht durch das Zufuhrsystem und den Formhohlraum zu fließen, aus. Jedoch darf die Temperatur nicht zu hoch sein, da dies die Stärke der hergestellten Nadeln beeinflusst.
Erfindungsgemäß kann die Temperatur des Zufuhrsystems und des Formhohlraums 50 bis 350°C, vorzugsweise 120 bis 140°C betragen. Hierdurch ist die Fließlänge der Schmelze im Zufuhrsystem und im Formhohlraum in Bezug auf die Stärke der hergestellten Nadel optimal.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Ringöffnung vor dem Formhohlraum so angeordnet, dass die Schmelze vor Eintritt in den Formhohlraum in die Ringöffnung eingebracht wird. Die Schmelze fließt in dieser Ausführungsform vor Eintritt in den Formhohlraum vollständig entlang der Peripherie der Ringöffnung zusammen, um einen Schnittgrad oder jegliche andere Formenfehler aufgrund des Fehlens von Zusammenfluss zu vermeiden.
Die Ringöffnung kann verschiedene Formen aufweisen. In einer Ausführungsform weist die Ringöffnung eine konische Form auf. Weist die Ringöffnung eine längliche konische Form auf, treten keine plötzlichen Änderungen der Dicke des Schmelzmaterials auf, und der Schmelzfluss stoppt nicht.
Insbesondere in Fällen, in welchen ein Draht zum Bilden des Lumens im Wesentlichen in der Mitte der Ringöffnung des Formhohlraums liegt, kann die Schmelze radial in die Ringöffnung eingebracht werden. Ein geeignetes Gleichgewicht der Schmelze in der Ringöffnung wird hierdurch erhalten. Die Schmelze fließt gleichmäßig um den Draht und weist eine gleichmäßige Flussfront und dadurch eine Verteilung im Formhohlraum auf. Hierdurch wird vermieden, dass die hergestellte Nadel einen Schnittgrad oder jegliche andere Formfehler aufweist.
Zum Vermeiden dessen, das die Kunststoffschmelze im Formhohlraum einfriert oder verfestigt, muss die Schmelze in kurzer Zeit in den Formhohlraum eingebracht werden. Erfindungsgemäß kann der Formhohlraum im Wesentlichen in einer Zeitdauer von 0,1 bis 10 ms, vorzugsweise 1 bis 2 ms gefüllt werden. Hierdurch wird der gesamte Formhohlraum mit der Schmelze befüllt, bevor sie zu verfestigen oder einzufrieren beginnt.
Die Kunststoffnadel wird vorzugsweise aus einer flüssigkristallinen Polymerschmelze hergestellt. Das Material, flüssigkristallines Polymer, kann aufgrund der Tatsache verwendet werden, dass es einen hohen Grad an molekularer Orientierung aufweist. Während des Formens werden die Moleküle der flüssigkristallinen Polymerschmelze im Wesentlichen in Richtung des Hauptflusses der Schmelze angeordnet. Nach der Verfestigung der flüssigkristallinen Polymerschmelze wird die molekulare Orientierung beibehalten. Dieser Orientierungsgrad des Materials gewährleistet, dass die erhaltenen Nadeln verglichen mit aus anderen Kunststoffmaterialien hergestellten Nadeln eine hohe Stärke zeigen.
Das flüssigkristalline Polymer kann ein Polymer sein, das Monomereinheiten, ausgewählt aus Hydroxybenzoesäure, Hydroxynaphthoesäure, Terephthalsäure, p-Aminophenol und p-Biphenol allein oder in Kombination umfasst.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Polymer ein statistisches Copolymer sein, das 70–80% Hydroxybenzoesäure und 20–30% Hydroxynaphthoesäure umfasst.
Der Durchgang der Schmelze im Zufuhrsystem gewährleistet eine stufenweise Erhöhung des Drucks, der Durchgang gewährleistet weiterhin, dass eine optimale Orientierung der Materialteilchen in der Kunststoffschmelze erhalten wird. Dadurch wird eine Nadel mit der nötigen Stärke erhalten.
Zum Erhöhen der Stärke der Nadel kann die Kunststoffschmelze eine Faserverstärkung umfassen. Die Verstärkung kann ausgewählt sein aus Glasfaser, Kohlenstofffaser, Aramidfaser oder beliebigen geeigneten Fasern.
Umfasst die Schmelze eine Faserverstärkung, wird die Viskosität der Schmelze erhöht und dadurch ihre Fähigkeit zum Fließen vermindert. Zum Erhalt einer ausreichenden Stärke der Nadel in Bezug auf die Viskosität der Schmelze können die Verstärkungsfasern 15 bis 40 Gew.-% des festen Kunststoffs, vorzugsweise 25 bis 35% wie etwa 30% bilden.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfindung wird vollständiger nachstehend mit Bezug auf die besonders bevorzugten Ausführungsformen sowie die Zeichnung beschrieben, wobei
1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Spritzgusssystems ist,
2 eine schematische Ansicht eines den Formhohlraum und das Zufuhrsystem umfassenden Aufbaus ist,
3 eine schematische Ansicht des Formhohlraums und einer Ringöffnung ist,
4 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zufuhrsystems ist,
5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zufuhrsystems ist,
6 eine Querschnittsansicht der in 3 dargestellten Ringöffnung ist,
7 eine schematische Querschnittansicht der Kunststoffnadel ist,
8 eine schematische Querschnittansicht des vertikalen Abschnitts A-A, dargestellt in 6, ist, und
9 eine Ansicht eines Diagramms ist, das den Druck als Zeitfunktion zeigt.
Alle Figuren sind stark schematisch und nicht unbedingt skaliert und zeigen nur Teile, die zum Erläutern der Erfindung nötig sind, wobei andere Teile weggelassen oder nur angedeutet sind.
Das Formsystem 1 kann ein beliebiges Spritzgusssystem sein, das zum Spritzgießen von kleinen Gegenständen geeignet ist. In 1 ist eine schematische Ansicht eines Injektionsspritzgusssystems dargestellt.
Das System 1 umfasst einen Granulatspeicher 2, wobei der Speicher 2 den Kunststoff in einer festen Phase enthält.
Das Granulat befindet sich auf dem Boden 3 des Speichers 2, der zu einem Zufuhrrohr 4 in einer Kammer 5 führt. In dieser Ausführungsform umfasst die Kammer 5 eine Schnecke 6, wobei die Schnecke 6 durch eine Kurbelwelle 7 gedreht wird, die mit einem Motor 8 verbunden ist. Ein Instrument zum Messen des Drucks 9 ist mit der Kammer 5 vor der Schnecke 6 zum Aufzeichnen des Druckaufbaus durch die Schnecke 6 verbunden. Wenn die Schnecke 6 dreht, wird das Granulat zum Einlass eines Aufbaus 10 geführt. Während der Drehung der Schnecke 6 wird das Granulat erwärmt und wird zu einer Kunststoffschmelze. Die Temperatur wird durch einen Temperatursensor 11 aufgezeichnet.
Die Temperatur des Aufbaus 10 wird durch einen Temperatursensor 12 aufgezeichnet und so reguliert, dass sie 50 bis 350°C, vorzugsweise 120 bis 140°C, gemäß dem im Formverfahren verwendeten Material, beträgt. Hierdurch ist die Flusslänge der Schmelze des Aufbaus 10 in Bezug auf die Stärke der hergestellten Nadel optimal.
Der Aufbau 10 ist schematisch in 2 dargestellt. Der Aufbau 10 umfasst in dieser Ausführungsform einen Formhohlraum 13 und ein Zufuhrsystem 14.
Die Schmelze von der Kammer 5 wird in das Zufuhrsystem 13 eingebracht. Von dem Schmelzsystem 14 wird die Schmelze radial in den Formhohlraum 13 eingebracht. Im Zufuhrsystem 14 wird der Schmelzdruck stufenweise erhöht, bevor die Schmelze den Fomrmohlraum 13 betritt.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform wird der Druck aufgrund der Entfernung, die die Schmelze zu fließen hat, erhöht. Fakt ist, dass der Druck aufgrund des Fließwiderstands der Schmelze erhöht wird. Der Druck wird weiterhin durch Vermiridern des Durchmessers des Zufuhrsystems 14 erhöht. Das Zufuhrsystem 14 umfasst ein erstes zylinderförmiges Teil 15 mit einem ersten Durchmesser und ein zweites zylinderförmiges Teil 16 mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser ist. Das erste zylinderförmge Teil 15 ist von dem zweiten zylinderförmigen Teil 16 durch ein konisches Teil 17 getrennt.
Der Schmelzdruck in dieser Ausführungsform wird schon vom Start des Zufuhrsystems 14 an und anschließend stufenweise durch den Durchgang der Schmelze durch das Zufuhrsystem 14 aufgrund der Entfernung, die die Schmelze fließen muss sowie aufgrund der Verminderung des Durchmessers des Zufuhrsystems 14 erhöht.
Der Schmelzdruck wird ausreichend erhöht, so dass die hohe Energiereserve in der Schmelze gewährleistet wird. Dadurch kann der Schmelzdruck auf die Fließfront der Schmelze in etwa 1 ms übertragen werden.
In 3 ist der Formhohlraum 13 getrennt von einer Ringöffnung 18 dargestellt, wobei die Funktion der Ringöffnung 18 vollständiger nachstehend erklärt wird. Die Schmelze wird in dieser Ausführungsform radial von dem Zufuhrsystem 14 in die Ringöffnung 18 in Bezug auf den Schmelzfluss im Formhohlraum 13 eingebracht. Der Formhohlraum 13 umfasst ein erstes Teil 19 mit einem ersten Durchmesser und ein zweites Teil 20 mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser ist. Das erste Teil 19 ist von dem zweiten Teil 20 durch ein konisches Teil 21 getrennt. Der Durchmesser des zweiten Teils 20 entspricht dem Außendurchmesser der Nadel und beträgt weniger als 0,50 mm.
Ein Draht 22 liegt zum Bilden des Lumens in der Nadel im Wesentlichen in der Mitte des Formhohlraums 13. In dieser Ausführungsform ist der Draht 22 fixiert und erstreckt sich durch den Formhohlraum 13 und weiter durch die Ringöffnung 18. Hierdurch fließt die Schmelze während des Formens gleichmäßig um den Draht, und das Lumen wird in der Mitte der Nadel gebildet.
In 4 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zufuhrsystems 14 dargestellt. Das Zufuhrsystem 14 weist in dieser Ausführungsform einen ersten Durchmesser D_Einlass am Einlass des Zufuhrsystems 14 und einen zweiten Durchmesser D_Aus _gang am Ausgang des Zufuhrsystems 14 auf. Der Durchmesser des Zufuhrsystems 14 vemindert sich in dieser Ausführugsform stufenweise entlang der gesamten Länge L_Zufuhrsystem, so dass das Zufuhrsystem 14 eine konische Geometrie zeigt.
In 5 ist das Zufuhrsystem 14 in derselben Weise wie in 2 dargestellt. In dieser Ausführungsform weist das Zufuhrsystem 14 zwei zylinderförmige Teile auf, die durch konische Teile getrennt sind. Das erste zylinderförmige Teil 15 weist einen Durchmesser auf, der dem Durchmesser D_Einlass am Einlass des Zufuhrsystems 14 entspricht. Das zylinderförmige Teil 16 weist einen Durchmesser D_Mitte auf, wobei der Durchmesser D_Mitte kleiner als der Durchmesser D_Einlass ist. Am Ende des Zufuhrsystems 14 entspricht der Durchmesser dem Durchmesser D_Ausgang, wobei der Durchmesser dem Eingang des Formhohlraums entspricht. Das erste zylinderförmige Teil 15 ist von dem zweiten zylinderförmigen Teil 16 durch ein erstes konisches Teil 17 getrennt. Das zweite zylinderförmige Teil 16 ist weiter von dem Formhohlraum durch ein zweites konisches Teil 23 getrennt. Der Durchmesser des Zufuhrsystems 14 vermindert sich in dieser Ausführungsform schrittweise entlang seiner gesamten Länge L_Zufuhrsystem.
In 6 ist eine schematische Querschnittsansicht der Ringöffnung 18 dargestellt. Der Pfeil B gibt die Hauptschmelzflussrichtung im Zufuhrsystem an. Die Schmelze wird radial in die Ringöffnung 18 (angezeigt durch Pfeil B) in Bezug auf den Schmelzfluss in dem Formhohlraum (angezeigt durch Pfeil A) eingebracht. Ein erstes Teil 24 der Ringöffnung 18, in welche die Schmelze eingebracht wird, ist mit einem großen Volumen um den Umfang der Ringöffnung 18 gebildet, wodurch die Schmelze zum Fließen zuerst entlang des Umfangs des ersten Teils 24, das ein großes Volumen mit der Schmelze vor Eintritt eines zweiten Teils 25 der Ringöffnung 18 füllt, gezwängt wird. Im zweiten Teil 25 fließt die Schmelze in Richtung Pfeil A. Das zweite Teil 25 der Ringöffnung 18 ist mit einer länglichen konischen Geometrie versehen, um jegliche plötzliche Änderungen in der Geometrie, die sonst zu einem Schmelzstop führen könnten, zu vermeiden.
In 7 ist ein schematischer Querschnitt einer Kunststoffnadel 26 dargestellt. Die Nadel 26 weist ein längliches Lumen 27 auf, dass sich zwischen einer Öffnung 28 an einem ersten Ende 29 der Nadel 26 und einer zweiten Öffnung 30 an einem zweiten Ende 31 erstreckt.
8 zeigt einen Querschnitt des vertikalen Abschnitts A-A der Nadel 26. In dieser Ausführungsform ist die Nadel 26 rund und weist einen Außendurchmesser D_Nadel sowie einen Innendurchmesser D_Lumen auf.
Eine Kunststoffnadel wird erfindungsgemäß mit einem Außendurchmesser von 0,40 mm und einer Länge von 8,00 mm hergestellt. Die Nadel weist ferner ein Lumen mit einem Durchrmesser von 0,16 mm auf. Die Wand der Nadel beträgt in dieser Ausführungsform 0,12 mm.
Die verwendete Kunststoffschmelze ist ein flüssigkristallines Polymer, wobei es sich hierbei um ein statistisches Copolymer, umfassend 73% Hydroxybenzoesäure und 27% Hydroxynaphthoesäure handelt.
Die Nadel wird in einem Spritzgusssystem mit einem ein Zufuhrsystem, eine Ringöffnung sowie einen Formhohlraum umfassenden Aufbau hergestellt.
Die im Spritzgusssystem verwendete Schnecke weist eine Schnecke mit 15 mm auf. Das Injektionsspritzgusssystem wird so eingestellt, dass etwa 2,6 cm³ der Schmelze in das Zufuhrsystem mit einer Spritzgeschwindigkeit von 3 cm³/s eingebracht werden. Die Temperatur des Aufbaus ist auf 130–140°C eingestellt.
Die geometrische Form des Zufuhrsystems lautet wie folgt: ein Eingangsdurchmesser von 4,00 mm, ein erstes zylinderförmiges Teil mit einem Durchmesser von 2,50 mm für einen Abstand von 449,00 mm, ein zweites zylinderförmiges Teil mit einem Durchmesser von 1,60 mm für einen Abstand von 10,00 mm, getrennt durch ein konisches Teil für einen Abstand von 10,00 mm.
Das Diagramm in 9 zeigt eine Abszisse und eine Ordinate. An der Abszisse ist die Zeit in Sekunden angezeigt, und an der Ordinate ist der Druck in MPa angezeigt. Das Diagramm zeigt den Schmelzfluss am Eingang zu dem Zufuhrsystem als Zeitfunktion während des Füllens des Aufbaus. Im Diagramm ist dargestellt, dass der Druck für eine Dauer von etwa einer Sekunde, während die Schmelze durch das Zufuhrsystem geleitet wird, stufenweise erhöht wird. Bei etwa 1 Sekunde auf der Abszisse weist der Druck aufgrund des kleinen Durchmessers des Formhohlraums eine starke Erhöhung auf. Der hohe Druck in der Schmelze liegt aufgrund der auf die Flussfront der Schmelze übertragenen Energiereserve vor, sodass der gesamte Formhohlraum gefüllt wird, bevor die Schmelze zu verfestigen beginnt.
Hierdurch wird der Druck der Schmelze während des Durchgangs des Zufuhrsystems erhöht, sodass die Energiereserve in der Schmelze dazu ausreichend ist, den gesamten Formhohlraum in etwa 1 ms zu füllen. Demzufolge erhält die hergestellte Nadel eine wie vorstehend erwähnte vorbestimmte Größe.

Claims

System (1) zur Herstellung einer hohlen Kunststoffnadel, wobei die Nadel zwei Enden aufweist, wobei zumindest der Außendurchmesser des einen Endes weniger als 0,50 mm beträgt, wobei die Nadel ferner ein längliches Lumen aufweist, das sich zwischen zwei Öffnungen der Nadel erstreckt, wobei das System (1) einen Aufbau (10), umfassend ein Zufuhrsystem (14) und ein Formhohlraum (13) umfasst, wobei eine Einfügung (22) dem Lumen der Nadel zum Bilden des Lumens in der Nadel entspricht und ferner umfassend – Elemente zum Einbringen einer Kunststoffschmelze in das Zufuhrsystem (14) – wobei das Zufuhrsystem (14) zum stufenweisen Erhöhen des Schmelzdrucks während des Schmelzdurchgangs durch das Zufuhrsystem (14) angeordnet ist, und – Elemente zum Durchleiten der Schmelze in den Formhohlraum (13), so dass die Schmelze im Wesentlichen den Formhohlraum (13) in einem Zeitraum von 0,1 bis 10 ms, vorzugsweise von 1 bis 2 ms, füllt.
System (1) nach Anspruch 1, wobei das Zufuhrsystem (14) eine zumindest teilweise konische Form aufweist.
System (1) nach Anspruch 1, wobei das Zufuhrsystem (14) zylinderförmige Teile von verschiedenen Durchmessern umfasst, die durch konische Teile getrennt sind.
System (1) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Ringöffnung (18) vor dem Formhohlraum (13) angeordnet ist, wobei die Schmelze in die Ringöffnung (18) vor den Einlass in den Formhohlraum (13) eingebracht wird.
System (1) nach Anspruch 4, wobei die Ringöffnung (18) eine konische Form aufweist.
System (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Kunststoffschmelze radial in die Ringöffnung (18) eingebracht wird.
System (1) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das Zufuhrsystem (14) und der Formhohlraum (13) so angepasst sind, dass sie eine Temperatur im Bereich von 50–350°C, vorzugsweise 120–140°C aufweisen.
System (1) nach Anspruch 1, wobei die Einfügung ein Draht (22) ist, der im Wesentlichen in der Mitte des Hohlraums (13) liegt.
System (1) nach Anspruch 8, wobei Elemente zum Entfernen des Drahts (22) nach dem Formen angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffnadel, wobei die Kunststoffnadel zwei Enden aufweist, wobei zumindest der Außendurchmesser von einem Ende weniger als 0,50 mm beträgt, wobei die Nadel ferner ein längliches Lumen aufweist, dass sich zwischen zwei Öffnungen der Nadel erstreckt, in einem wie in Anspruch 1 definierten Formsystem (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Einbringen der Kunststoffschmelze in das Zufuhrsystem (14) – Stufenweises Erhöhen des Schmelzdrucks während des Schmelzdurchgangs durch das Zufuhrsystem (14), – Einleiten der Schmelze in den Hohlraum (13), wobei die Schmelze im Wesentlichen den Formhohlraum (13) in einem Zeitraum von 0,1 bis 10 ms, – Kühlen der Schmelze im Formhohlraum (13), wobei die Schmelze sich zu einer Nadel verfestigt und – Entfernen der Nadel aus dem Formhohlraum (13).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Formhohlraum (13) im Wesentlichen in einem Zeitraum von 1 bis 2 ms gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Schmelze in das Zufuhrsystem (14) mit einer Geschwindigkeit von 0,10 bis 100 cm³/s, stärker bevorzugt 1 bis 10 cm³/s eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, wobei die Formtemperatur 50 bis 350°C, vorzugsweise 120 bis 140°C beträgt.