可吸收缝合线的纺丝成型机理及其控制技术研究

摘要

世界缝合线市场自2004年达到13亿美元以来，一直以10％-20％的速度增长。目前我国医用缝合线每年约有15亿元人民币的市场需求，缝合线的国产化率却不到40％。在可吸收缝合线的生产过程中，线径是否均匀是衡量缝合线产品品质的关键因素之一。为了解决胶原蛋白与壳聚糖材料的可吸收缝合线的湿法纺丝工艺中线径和强度不均匀的难题，需要设计一套可吸收缝合线恒张力控制系统，保证其线径严格符合美国药典第35版的要求，满足庞大的市场需求，大大提高可吸收缝合线的生产质量和生产效率。
　　经过大量的调研工作，发现目前国内对缝合线的成型机理、制作工艺中的线径控制的研究尚属空白。所以本文首先对可吸收缝合线的成型机理作了介绍，采用Gambit与Fluent软件进行数值仿真，对该混合液的射流喷嘴流场进行了有限元分析，从理论上论证了通过控制喷丝速度来调节缝合线线径的可行性。对可吸收缝合线传统生产工艺进行研究，最终确定了基于PID的可吸收缝合线恒张力控制系统的工作原理并对系统的整体结构进行了设计。系统由敏感元件为电阻应变片的三辊式张力传感器、PID算法、变频调速三相电机和触摸屏组成。文中从整个系统的硬件设计、软件设计以及数据处理方法等方面进行了研究工作。采用PID算法来减小误差，实现了对缝合线张力的在线闭环控制。控制部分以欧姆龙PLC为处理核心，对数据进行存储、分析、判断、计算、传输，并实现与上位机进行通讯，在软件EB8000Project Manager的编程界面中进行参数的显示以及设置。
　　为了实现准确地在线控制，PID运算指令的参数通过PID参数整定方法确定。选用现场工程整定法的临界比例度法。采用张力控制实验、线径控制实验、缝合线综合性能实验和比对实验，实验证明:利用该恒张力控制系统升级改造的“立管式湿法纺丝机”生产出的壳聚糖——胶原蛋白可吸收缝合线样品符合美国药典第35版的要求，直径和抗张强度的不均匀性由原来的25.4％、33.2％降低到5％以内。
　　采用基于PID的可吸收缝合线恒张力控制系统，不仅可以实现可吸收缝合线张力的闭环实时在线控制，还可以减少测量误差、降低劳动强度、提高生产效率。本论文对缝合线的社会效益、经济效益以及在线控制系统的学术价值等方面具有重大意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的意义以及背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究意义

1．4 本文研究内容

1．5 本章小结

第二章 胶原蛋白与壳聚糖缝合线成型的有限元分析

2．1 可吸收缝合线的纺丝成型工艺及机理

2．2 模型的建立和网格划分

2．3 Fluent数值模拟

2．3．1 数学模型

2．3．2 边界条件的设定

2．3．3 模拟仿真

2．4 模拟结果分析

2．5 结论

2．6 本章小结

第三章 可吸收缝合线恒张力控制系统硬件设计

3．1 恒张力控制系统整体硬件介绍

3．2 硬件选型

3．2．1 检测装置

3．2．2 控制装置

3．2．3 执行装置

3．2．4 显示装置

3．3 控制柜设计

3．4 电气原理图设计

3．5 本章小结

第四章 可吸收缝合线恒张力控制系统软件设计

4．1 欧姆龙PLC程序设计

4．1．1 模拟量单元的软件设置

4．1．2 量程换算

4．1．3 PID算法

4．2 触摸屏程序设计

4．3 本章小结

第五章 实验及结论

5．1 实验

5．1．1 张力控制实验

5．1．2 线径控制实验

5．1．3 缝合线综合性能

5．1．4 比对实验

5．2 系统误差分析

5．3 结论

5．4 本章小结

参考文献

发表论文与参加科研情况

附录

致谢