PT689499E

PT689499E - Processo de fabrico de agulhas

Info

Publication number: PT689499E
Application number: PT94910275T
Authority: PT
Inventors: John Frederick Stevens; Trevor Gordon Smith; Jack Harry Bartlett
Original assignee: Stevens Smith & Bartlett Pty L
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 2000-05-31
Also published as: DE69421803D1; WO1994020279A1; ATE186868T1; CN1120326A; DE69421803T2; CN1054802C; ES2141221T3; EP0689499A1; GR3032753T3; US5620639A; JP3215854B2; CA2157568C; EP0689499A4; SG47507A1; CA2157568A1; DK0689499T3; NZ262852A; JPH08507477A; EP0689499B1

Description

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DESCRICÃO “Processo de fabrico de agulhas”

Este Invento refere-se a um novo processo de fabrico de agulhas. Em particular, o invento refere-se a agulhas adequadas para utilização na irrigação ou aspiração de soros ou líquidos para o interior ou a partir de corpos humanos ou quaisquer outros corpos vivos ou materiais. No entanto, será evidentemente entendido que o invento não deve ser limitado apenas a agulhas utilizadas para estas utilizações particulares.

As agulhas convencionais são tradicionalmente formadas a partir de mais que um componente. Tipicamente, estas agulhas compreendem uma cânula de aço e um cubo de montagem de plástico ou de metal rigidamente fixo na mesma. É frequentemente utilizado um adesivo como um terceiro componente para fixar a cânula ao cubo.

Nestas agulhas convencionais existe claramente um custo de fabrico na produção dos componentes separados e na subsequentemente fixação desses componentes em conjunto. Existe portanto uma necessidade de eliminar as dificuldades de fabrico e de poder-se mais rápida e eficazmente produzir grandes quantidades de agulhas. O presente invento refere-se a um processo de fabrico de agulhas inteiriça de peça única, de modo que sejam ultrapassadas as dificuldades associadas à formação de agulhas a partir de mais que um componente ou, pelo menos, parcialmente obviadas. O presente invento é caracterizado pela utilização de processos de moldação por injecção assistidos por fluídos. A moldação por injecção assistida por fluído compreende uma injecção parcial de um polímero fundido para uma cavidade do molde, seguida por uma injecção de um fluído tal como gás comprimido para dentro do núcleo do polímero fundido. Durante a injecção do gás, este normalmente toma o caminho da menor resistência para alcançar a frente da fusão onde, se o molde é apropriadamente ventilado, a pressão é mais baixa. Em principio, o gás penetra e escava a rede de canais de gás, deslocando o polímero fundido no núcleo quente para encher toda a cavidade. 2 84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ

No entanto, este tipo de processo tem apenas sido reconhecido como sendo capaz de produzir componentes grandes com secções espessas, para conseguir rigidez estrutural sem sacrificar a boa qualidade da superfície (ver um artigo de L S Turng em “Advances in Polymer Technology'’ do “Journal of the Polymer Processing Institute”, entitulado "Development and Application of CAE Technology for the Gas-Assisted Injection Moulding Process”).

Em FR-A-2161865 é explicada uma agulha de uma única peça, formada adequadamente por intermédio de moldação por injecção, mas é omissa na maneira como é formado o perfuração da agulha. O presente pedido proporciona um processo para fabrico de uma agulha inteiriça de peça única, compreendendo o processo a alimentação de uma resina polimérica para dentro de uma cavidade do molde, caracterizado por compreender a injecção de fluído sob pressão dentro, pelo menos, de uma porção da cavidade de modo a ejectar da mesma a região central da resina polimérica e criando assim um tubo cilíndrico de resina polimérica, que tem um orifício através do mesmo, formando o tubo cilíndrico de resina polimérica a cânula da agulha e por o cubo de montagem ser proporcionado pela porção restante da cavidade. A injecção de fluído pode ser iniciada quer antes ou depois da cavidade ser cheia. A injecção do fluído antes da cavidade ser cheia resulta no processo do invento, que funciona de uma maneira semelhante em princípio às técnicas de moldação por injecção assistida por fluído descritas atrás; nomeadamente, o fluído ajuda a empurrar o material fundido através da cavidade.

No entanto, a injecção do fluído depois da cavidade estar cheia requer que a cavidade inclua uma abertura (com a forma de um canal de saída), que permita a expulsão da região central em fusão deslocada do polímero. Embora uma tal abertura esteja, de preferência, também presente quando é iniciada a injecção de fluído, antes da cavidade ser cheia, será apreciado que esta característica não é essencial para o funcionamento do processo no seu sentido lato. Em particular, pode ser possível configurar a extremidade da cavidade (na extremidade afiada da cânula) para incluir nela um bujão, que se prolonga internamente e que tem uma ranhura anelar à sua volta. O fluído pode então ser injectado de modo a limpar todo o material de polímero para fora da superfície do bujão, de modo a permitir o orifício prolongar-se inteiramente ao longo do comprimento da cânula. 84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ 3

Ο processo de moldação do presente invento utiliza, de preferência, maquinaria de moldação convencional, tal como maquinaria de moldação por injecção, para alimentar a resina polimérica para dentro do molde. A este respeito, o molde tem, de preferência, uma construção de modo a permitir a passagem de fluído com alta pressão, separado para o meio de injecção ou para alimentar a resina polimérica para dentro do molde.

Será também apreciado que várias directrizes de concepção terão necessidade de ser seguidas e consideradas a fim de desenvolver os moldes e a maquinaria adequados a esta aplicação. Por exemplo, as redes de canais de fluído e polímero devem ser concebidas para guiar o fluído e a penetração do polímero até às extremidades dos moldes e cavidades sem introduzir bolsas de ar e permeação de gás. Além disso, as concepções da ferramenta e das partes devem produzir um padrão de enchimento equilibrado para minimizar a penetração irregular de fluído e polímero. No entanto, estas são questões de concepção oficinal que serão evidentes para um perito na arte. A resina polimérica pode ser uma resina termoplástica (isto é, solidifica por remoção de calor) ou termo-endurecível (isto é, solidifica pela adição de calor), desde que seja uma propriedade da resina polimérica, que quando a mesma solidifica na cavidade do molde a mesma faz isso primeiro nas superfícies da cavidade ou próximo das mesmas. Deste modo, e na forma preferida do invento, antes da solidificação do centro líquido da moldação polimérica, o mesmo pode ser soprado para for a da cavidade pelo fluído injectado a alta pressão. Isto forma um orifício desde uma extremidade da cânula até à outra extremidade. As resinas poliméricas adequadas podem, por conseguinte, serem qualquer resina termoplástica, tal como a poliamida ou poliéster, e algumas resinas termo-endurecíveis, tais como as resinas fenólicas ou epóxi. Uma vez que a maioria das agulhas necessita de elevada resistência e rigidez, a resina polimérica pode ser preenchida com fibras que a reforçam estruturalmente tais como as fibras carbono ou de vidro.

Em particular a resina polimérica pode ser seleccionada a partir de um grupo que compreende polietermida, policarbonato, vidro ou poliéster cheio de carvão ou poliamida e polímeros de cristal líquido. O fluído, que é passado para dentro do molde para formar o orifício, é, de preferência, um gás tal como ar ou azoto. No entanto, o fluído pode ser qualquer

84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ 4 outro gás que não reaja com a resina polimérica ou contamine a mesma, que pode ser injectado a uma pressão tal que permite soprar para fora o centro líquido da moldação, para formar um orifício. O gás pode ser aquecido ou não dependendo da resina polimérica. Como uma alternativa ao gás pode ser utilizado um líquido. Adicionalmente, embora seja preferido injectar o fluído para provocar a remoção da porção central líquida da moldação, o mesmo efeito pode ser proporcionado pela aplicação de uma sucção à cavidade, obrigando assim o fluído a ser arrastado através da mesma.

Além disso, o fluído pode ser quer injectado a partir da extremidade da cavidade, quer injectado através de um canal de alimentação de polímero intermédio. O presente invento refere-se não apenas ao processo de fabrico de uma agulha inteiriça de peça única, mas também a um molde para utilização no processo, molde que tem uma cavidade do molde para utilização no fabrico de uma agulha inteiriça de peça única, por meio de um processo do invento como definido aqui, molde que tem uma cavidade do molde, que compreende uma porção para formação da cânula e uma porção para formação do cubo de montagem, um gito para alimentação de resina para dentro da cavidade do molde, e um canal para alimentar o fluído sob pressão para dentro da cavidade do molde, numa posição na qual o dito fluído pode fazer avançar a resina ainda fundida a partir da região central da porção de formação da cânula, enquanto deixa uma camada de resina em contacto com a superfície da porção de formação de cânula, compreendendo o molde adicionalmente um canal de saída em comunicação com a porção de formação de cânula para a remoção da resina fundida feita avançar pelo fluído sob pressão.

Será também apreciado que foi necessário referir a agulha inteiriça de peça única como tendo duas porções, nomeadamente uma cânula e um cubo de montagem. Estes são termos que talvez sejam mais facilmente imputáveis às agulhas peças múltiplas convencionais, que têm uma cânula metálica e um cubo de montagem de plástico. Assim, nesta especificação, a referência a uma “cânula” destina-se a referir à porção da agulha inteiriça de peça única, que é o tubo, uma parte da qual, pelo menos, será inserida subcutaneamente numa pessoa ou animal, quando utilizada para a injecção ou remoção de fluídos deles, enquanto a referência a um “cubo de montagem” é aquela parte da agulha de peça única que

84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ 5 está imediatamente adjacente à cânula e é adaptada para poder ser recebida por uma seringa ou algo semelhante num engate de vedação de fluídos. O invento será agora descrito em relação a uma concretização preferida, como representado nos desenhos anexos. No entanto, deve ser entendido que a descrição seguinte não é para limitar a generalidade da descrição atrás.

Nos desenhos: a Fig. 1 é um corte transversal através de uma cavidade do molde para utilização com o presente invento; as Figs. 2 a 5 são o mesmo corte transversal, como representado na Fig. 1, mas em várias fases do processo do invento; a Fig. 6 representa graficamente a pressão de injecção em função do diâmetro exterior da agulha; a Fig. 7 representa graficamente a espessura do estado de firmeza em função do diâmetro exterior da agulha.

Referindo a Fig. 1, é proporcionado um molde 10 em duas metades (12 e 14) e inclui dentro do mesmo uma cavidade 16. A cavidade 16 tem geralmente duas porções, uma primeira porção 18 que proporciona a cânula e uma segunda porção 20, que proporciona o cubo de montagem. O molde 10 inclui também um canal 22 que tem uma entrada 24 e uma saída 26. A saída 26 está localizada centralmente em relação à porção cónica para dentro 28 da segunda porção 20 da cavidade 16. Assim, injectando um fluído através do canal 22, o fluído será alimentado para dentro da primeira porção 18 da cavidade 16.

Um canal de saída 28 emerge na outra extremidade da cavidade 16, de modo que um excesso de resina polimérica líquida pode ser expulso da primeira porção 18 da cavidade 16, quando o fluído é injectado, para formar um orifício na moldação naquela primeira porção. Uma válvula mecânica (não mostrada) pode ser utilizada para abrir e fechar o canal 22, de modo que a resina polimérica não entre no canal 22. A resina polimérica pode ser alimentada para dentro da

84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ 6 cavidade 16 ao longo do gito 30, feito na linha de separação 32, entre as duas metades (12 e 14) do molde 10. O ciclo do processo começa com as duas metades do molde (12 e 14) a ser apertadas em conjunto com força, e tendo a cavidade 16 e todos os outros canais vazios. As duas metades (12 e 14) do molde encaixam perfeitamente ao longo da linha de separação 32 de modo que a resina polimérica líquida não pode escapar da cavidade 16. A válvula mecânica (não mostrada) é fechada para impedir a entrada de resina polimérica no canal 22.

Referindo a Fig. 2, a resina polimérica líquida 34 é então injectada sob pressão ao longo do gito 30 para dentro da cavidade 16 a partir de uma máquina de moldação (não mostrada). A camada solidificada 36 da resina polimérica 34 forma-se na superfície da cavidade 38 durante o enchimento da cavidade 16.

Referindo a Fig. 3, o fluxo da resina polimérica 34 é então interrompido antes da totalidade da cavidade 16 estar cheia, e a válvula mecânica no canal 22 é aberta, de modo que o fluído 37 seja injectado para dentro da primeira porção 18 da cavidade 16, o qual empurra a resina polimérica líquida 34 mais para dentro da cavidade 16. A este respeito, o fluído 37 é, de preferência, um gás tal como azoto.

Referindo a Fig. 4, a injecção continuada de fluído empurra a resina polimérica líquida para a extremidade da primeira porção 18 da cavidade e expulsa o excesso de resina líquida 41 através de um canal de saída 28 na ponta do molde, deixando um tubo cilíndrico 40 de resina polimérica solidificada, que define um orifício 42 através do mesmo.

Finalmente, e em relação à Fig. 5, as duas metades do molde (12 e 14) são separadas e a agulha inteiriça de peça única 44 pode ser removida ou ejectada por um mecanismo no molde (não mostrado). O ciclo do processo (representado pelas Figs. 2 a 5) pode então ser repetido. Será também entendido que pode ser proporcionada uma pluralidade de moldes, de tal modo que pode ser produzido um grande número agulhas num único passo. Têm sido executadas simulações em computador para determinar os parâmetros de engenharia requeridos para a moldação de agulhas muito finas. Um certo número de materiais foram avaliados, sendo estes o polipropileno, poliéster com enchimento de 30% de vidro, polietermida e policarbonato. Como indicado

84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ 7 atrás, as avaliações revelaram que a pressão para moldar agulhas de vários diâmetros era predominantemente uma função da viscosidade dos materiais.

Em particular, foi investigado o fluxo de um polímero (o policarbonato LEXAN 141) em agulhas de 40 mm de comprimento e de vários diâmetros. As condições de moldação utilizadas foram a temperatura de fusão de 300°C, a temperatura do molde 20°C e um débito de enchimento da porção de cânula da cavidade em 0,1 segundos. A este respeito, estima-se que para outros materiais e para produzir agulhas de dimensões diferentes, as condições de operação requererão variação. Em particular, embora o débito seja, em geral, sempre de modo a encher a cânula em fracções de segundos (para assegurar elevadas velocidades de corte entre a resina e a parede do molde) o valor requererá variação quando necessário. O funcionamento do processo do invento com estes parâmetros, para agulhas de diâmetro exterior de 2,0; 1,5; 1,0; 0,75; e 0,5 mm, produz produtos moldados que têm regiões em que a espessura do polímero solidificado atingiu o estado de firmeza. Aqui, o calor removido por condução para um molde frio (que solidifica o polímero) e o calor adicionado pelo fluxo (que funde de novo o polímero) anulam-se um ao outro e o resultado é uma espessura constante do material solidificado. Estes estados dé firmeza para as camadas solidificadas ajuda a permitir que o processo seja controlado, em particular, ajuda no estabelecimento dos diâmetros internos das agulhas. A Fig. 7 mostra uma representação gráfica destas espessuras do estado de firmeza em função do diâmetro exterior da agulha. Esta figura representa que para diâmetros exteriores pequenos a fracção de camada solidificada é maior (espessura de 0,2 mm para 0,5 mm de diâmetro exterior), ao passo que para diâmetros maiores a fracção é pequena (espessura de 0,06 mm para 2,0 mm de diâmetro exterior). Deve ser notado que vários parâmetros de moldação podem ser alterados para acertar e controlar as espessuras da camada solidificada, incluindo o débito, a temperatura do molde e tempo de retardo do gás (tempo antes do gás purgar o polímero fundido do interior da camada solidificada).

Assim, é evidente que o processo do invento tende para um estado de firmeza e é por isso relativamente fácil de controlar. Também, os diâmetros internos podem ser facilmente acertados e podem ser produzidas camadas solidificadas tão finas como 0,05 mm.

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As máquinas de moldação convencionais podem produzir pressões de injecção até 130 MPa (algumas máquinas mais modernas até 180 MPa). A Fig. 6 mostra que tais pressões de injecção elevadas não são requeridas para o processo do invento, mostrando a representação gráfica que agulhas de diâmetros exteriores menores do que 0,4 mm podem ser produzidas por pressões de injecção mais baixas do que 130 MPa.

Além disso, introduzindo várias modificações, as agulhas de tamanhos mais pequenos podem ser fortalecidas, ou as condições podem ser melhoradas de modo a tornar possível produzir agulhas que tenham ainda diâmetros exteriores mais pequenos. A este respeito, a cânula é formada a partir de uma película de polímero solidificada com débitos elevados, ficando as cadeias moleculares altamente alinhadas longitudinalmente ao longo do comprimento da cânula. Assim, quando formada desta maneira a cânula já tem aumentada a sua rigidez acima das propriedades normais do polímero devido à orientação molecular.

No entanto, a rigidez pode ser ainda aumentada reduzindo o comprimento da cânula (se o comprimento é reduzido para metade a pressão requerida é reduzida para metade), e/ou tornando cónico o diâmetro da cânula ao longo do seu comprimento (se o diâmetro é duplicado, a pressão requerida é mais do que reduzida a metade). Assim, uma concretização alternativa da agulha produzida por este invento é uma agulha que tem quer um afunilamento recto ou curvo ao longo de todo o seu comprimento, ou ao longo apenas de uma porção do seu comprimento.

Este invento assim permite a produção de agulhas de peça única, como um componente simples e como um processo de fabrico simples. De modo convencional, são requeridos processos secundários tais como colagem e rectificação e tem que ser fabricado mais de um componente para formar a agulha. Assim, as dificuldades e custos na produção de agulhas são reduzidos através de uma redução no número de componentes na agulha e no número de processos de fabrico requeridos para fazer a agulha. A este respeito, a moldação convencional de uma agulha de peça única deve requer a presença de um mandril no molde, ou ser colocado dentro do molde, para formar o orifício da agulha. A moldação em torno de mandris compridos de diâmetro tão pequeno é muito difícil e inadequada para a produção em massa. Este invento não requer mandris, visto que o fluído injectado forma o orifício da 9 84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ agulha. Isto ajuda a proporcionar um processo em que o molde é menos dispendioso e o processo de moldação é menos difícil, assim a produção de agulhas pelo invento é menos dispendiosa do que pelas técnicas de moldação convencionais.

Além disso, as agulhas produzidas por este invento podem também ter muitos pormenores novos incluídos dentro da moldação de peça única. Por exemplo, podem ser incluídos roscas ou outros acessórios para ligação a seringas ou outros dispositivos de distribuição ou recolha na moldação de peça única. Outras características tais como pontas de perfil especial, câmaras para recolher ou distribuir material a partir da agulha podem ser incluídas dentro da moldação de peça única. Deste modo, o invento permite a produção de agulhas de peça única com características adicionais, incluídas no projecto sem processos adicionais ou componentes, alargando assim o âmbito da concepção do produto e reduzindo as despesas e dificuldades no fabrico de agulhas com características de projecto adicionais.

Será também entendido que podem existir outras modificações e alterações às configurações aqui descritas, que estão também dentro do âmbito do presente invento.

Lisboa, 15i FEV. 2000

Por STEVENS, SMITH & BARTLETT PTY. LTD.

ENG.e ANTÓNIO JOÀO DA CUNHA FERREIRA Ag. 0[. Pr. Ind.

Rua des Flores, 74 - 4. 1900 LISBOA

Claims

84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo para ο fabrico de uma agulha inteiriça de peça única (44), compreendendo o processo a alimentação de uma resina polimérica para dentro de uma cavidade do molde (16), e caracterizado por compreender a injecção de um fluído sob pressão dentro, pelo menos, de uma porção da cavidade para ejectar da mesma a região central da resina polimérica, criando um tubo cilíndrico de resina polimérica que tem um orifício através do mesmo, formando o tubo cilíndrico de resina polimérica a cânula da agulha e por o cubo de montagem ser proporcionado pela porção restante (20) da cavidade.
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a resina polimérica é seleccionada a partir do grupo que compreende polietermida, policarbonato, poliéster ou poliamida com enchimento de vidro ou carbono, e polímeros de cristal líquido.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, em que o fluído é um gás e o gás é o azoto gasoso.
4 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que o fluído é injectado a partir quer da extremidade da cavidade quer através de um canal de alimentação de polímero intermédio (22).
5 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a resina polimérica é alimentada sob pressão para dentro da cavidade do molde ao longo de um gito (30) a partir de uma máquina de moldação, formando-se uma camada solidificada de resina sobre a superfície da cavidade, sendo o enchimento de resina interrompido antes do enchimento total da cavidade, momento em que o fluído é injectado centralmente dentro da cavidade, para empurrar a resina ainda fundida ao longo do orifício criado dentro da região central da cavidade para criar tanto o orifício como também para continuar a passagem de resina ao longo do comprimento restante da cavidade, completando a formação da camada solidificada da resina sobre a superfície da cavidade.
6 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a alimentação da resina continua até toda a cavidade estar cheia, momento em que o fluído é injectado centralmente. 84 591 ΕΡ Ο 689 499/ΡΤ 2/2
7 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, em que a resina fundida na região central da cavidade é ejectada da cavidade através de um canal de saída (28).
8 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que é proporcionada mais de uma cavidade no molde, para permitir a produção simultânea de uma pluralidade de agulhas.
9 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8 em que a resina polimérica está a uma temperatura de cerca de 300 °C, a temperatura do molde é cerca de 20°C, o débito de resina é suficiente para encher a cavidade em cerca de 0,1 segundos, e a pressão de injecção é menor do que cerca de 130 MPa.
10 - Processo de acordo com a reivindicação 9, em que a resina polimérica é policarbonato.
11 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, em que o diâmetro exterior da cânula aumenta ao longo do seu comprimento para o cubo, sendo o aumento constante para proporcionar um afunilamento recto, ou gradual para proporcionar um afunilamento curvo.
12 - Molde (10) para utilização no fabrico de uma agulha inteiriça de peça única (44) por um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, tendo o molde uma cavidade do molde (16), que compreende uma porção de formação da cânula (18) e uma porção de formação do cubo de montagem (20), um gito (30), para alimentação da resina para dentro da cavidade do molde, e um canal (22), para alimentação sob pressão do fluído para dentro da cavidade do molde numa posição, na qual o dito fluído pode fazer avançar a resina ainda fundida da região central da porção de formação da cânula, enquanto deixa uma camada de resina em contacto com a superfície da porção de formação da cânula, compreendendo ainda o molde um canal de saída (28) em comunicação com a porção de formação da cânula para a remoção da resina fundida feita avançar pelo fluído sob pressão. Lisboa, jj. fEV. ZQ3i) Por STEVENS, SMITH & BARTLETT PTY. LTD. r-TTTXi - O AGENTE OFICIAL -

DA CUNHA FERRE1RA Ag. Of. Pr. Ind. Rue das Flores, 74 - 4.* 1 SOO L_ I SBOA