用静电喷涂产生涂层的系统和方法.pdf

一种系统包括静电喷涂系统，所述静电喷涂系统包括配置成充电并喷涂PTFE的静电工具、配置成将PTFE输送到静电工具的材料输送系统、配置成输送用于雾化PTFE并将充电后的PTFE喷涂到目标物上的空气流的气体输送系统，和配置成将目标物上的PTFE固化以产生涂层的红外线固化系统。

权利要求书
1.  一种系统，包括：
静电喷涂系统，包括：
静电工具，所述静电工具配置成充电并喷涂PTFE；
材料输送系统，所述材料输送系统配置成将所述PTFE输送到所述静电工具；
气体输送系统，所述气体输送系统配置成输送空气流，所述空气流用于雾化所述PTFE并将所述充电后的PTFE喷涂到目标物上；和
红外线固化系统，所述红外线固化系统配置成将所述目标物上的所述PTFE固化以产生涂层。

2.  根据权利要求1所述的系统，其中所述PTFE是水基聚四氟乙烯或酸基聚四氟乙烯。

3.  根据权利要求1所述的系统，其中所述目标物是导丝或导液管。

4.  根据权利要求3所述的系统，其中所述导丝是25G(gauge)的导丝。

5.  根据权利要求1所述的系统，其中所述涂层近似1微米厚。

6.  根据权利要求1所述的系统，其中所述材料输送系统包括压力罐或注射泵。

7.  根据权利要求1所述的系统，其中所述静电工具包括圆形喷涂喷嘴组件。

8.  根据权利要求所述的系统，其中所述静电喷涂系统包括传送机。

9.  一种系统，包括：
静电喷涂系统，包括：
具有圆形尖端喷涂组件的静电工具，所述静电工具配置成以静电荷喷涂聚四氟乙烯；和
控制器，所述控制器配置成调整所述静电喷涂系统的参数，以便输出具有平均直径介于近似32与42微米之间的粒子的聚四氟乙烯喷雾。

10.  根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器包括处理器和内存，并且其中所述内存配置成储存指令，所述指令可由所述处理器执行以改变所述静电工具的操作模式。

11.  根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器配置成调整所述静电喷涂系统以在所述静电工具中产生介于近似13与15磅/平方英寸之间的雾化压力。

12.  根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器配置成调整所述静电喷涂系统以产生介于近似5与200立方厘米/分钟之间的涂层材料流率。

13.  根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器配置成调整所述静电喷涂系统以介于近似75kV与85kV之间对所述聚四氟乙烯充电。

14.  根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器配置成将空气流率调整介于近似350与450标准升/分钟之间。

15.  根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器配置成调整所述静电喷涂系统以介于近似700与800厘米/分钟之间移动目标物穿过所述静电工具的喷涂区域。

16.  一种使用静电喷涂系统产生部件的方法，包括：
制备涂层材料；
制备用于接收所述涂层材料的目标物；
以喷雾式静电地喷涂涂层材料到所述目标物上以产生涂层材料层；
调整所述静电喷涂系统的参数以使用所述喷雾式的所述涂层材料产生平均直径尺寸介于近似32到42微米的粒子；和
固化所述涂层材料层。

17.  根据权利要求16所述的方法，其中调整所述静电喷涂系统的参数包括将静电工具的雾化压力调整介于近似13与15磅/平方英寸之间。

18.  根据权利要求16所述的方法，其中调整所述静电喷涂系统的参数包括将涂层材料流率调整介于近似5与200立方厘米/分钟之间。

19.  根据权利要求16所述的方法，其中调整所述静电喷涂系统的参数包括将静电荷调整介于近似75kV与85kV之间。

20.  根据权利要求16所述的方法，其中调整所述静电喷涂系统的参数包括将空气流率调整介于近似350与450标准升/分钟之间来穿过静电工具。

说明书用静电喷涂产生涂层的系统和方法
背景技术
本发明总体上涉及一种用静电喷涂产生涂层的系统和方法。
静电工具喷涂带电材料以便更有效地涂布物体。举例来说，静电工具可用来涂布物体。操作时，接地目标物吸引从静电工具喷涂的带电材料。当带电材料接触接地目标物时，材料失去电荷。
发明内容
下文概述就范围而言等同于最初所主张发明的某些实施例。这些实施例并非旨在限制所主张发明的范围，而是这些实施例仅旨在提供本发明可能形式的简要概述。事实上，本发明可涵盖与下文陈述的实施例可能类似或不同的各种形式。
在一个实施例中，一种系统包括静电喷涂系统，所述静电喷涂系统包括配置成充电并喷涂PTFE的静电工具、配置成将PTFE输送到静电工具的材料输送系统、配置成输送用于雾化PTFE并将充电后的PTFE喷涂到目标物上的空气流的气体递送系统，和配置成将目标物上的PTFE固化以产生涂层的红外线固化系统。
在另一实施例中，一种系统包括静电喷涂系统，所述静电喷涂系统包括静电工具和控制器，其中所述静电工具具有圆形尖端喷涂组件，所述组件配置成以静电荷喷涂聚四氟乙烯，并且所述控制器配置成调整静电喷涂系统的参数，以便以平均直径介于近似32与42微米之间的粒子输出聚四氟乙烯喷雾。
在另一实施例中，一种使用静电喷涂系统产生部件的方法，包括制备涂层材料，制备用于接收所述涂层材料的目标物，以喷雾静电地喷涂涂层材料到目 标物上以产生涂层材料层，调整静电喷涂系统的参数以使用喷雾式的涂层材料产生平均直径尺寸介于近似32与42微米之间的粒子，和固化涂布材料层。
附图说明
当结合附图阅读以下详细说明时，会更明白本发明的这些和其他特征、方面和优点，附图中相似的附图标记代表在整个附图中相似的部分，其中：
图1是静电喷涂系统的实施例的示意图；
图2是圆形喷涂尖端组件的实施例的分解透视图；
图3是圆形喷涂尖端组件组装后的实施例的透视图；
图4是使用图1的静电喷涂系统的示例性方法的流程图；
图5是在静电地喷涂涂层材料的方法中用于调整参数的示例性方法的流程图；和
图6是涂布有涂层材料的目标物的实施例的横截面图。
具体实施方式
下文将描述本公开的一或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，说明书中可能并未描述实际实施方式的所有特征。应当理解，开发任何此类实际实施方式时，由于在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于实施方式的决定以便达到开发者的特定目标，诸如，遵守与系统相关及商务相关的约束，所述约束在各个实施方式中可能彼此不同。此外，应当理解，此类开发努力可能复杂且耗时，但对于得益于本公开的本领域普通技术人员来说，仍然是设计、制造和生产的常规任务。
当引入本公开各个实施例的元件时，冠词“一个(a/an)”、“所述(the)”和“该(said)”意指存在一或多个所述元件。术语“包含(comprising)包括(including)”和“具有(having)”意指包括性的，且意 指可存在所列出元件以外的附加元件。操作参数和/或环境条件的任何实例并不排除所公开实施例的其他参数/条件。
本公开总体上针对一种静电系统和用于使用、操作和生产的相关方法。具体地讲，所述静电系统可使用摩擦减小材料(例如，聚四氟乙烯)来制造产品和涂布物体。聚四氟乙烯可为切力敏感的，并且因此对喷涂参数敏感。下文描述的方法/工艺使得静电系统能够在适当公差内并以适当特性使用切力敏感型摩擦减小涂层材料来涂布物体。举例来说，下文描述的实施例中的一些实施例可结合特定喷涂参数来使用特定类型的喷涂设备，以便喷涂切力敏感型涂层材料。所公开实施例也描述调整各种喷涂参数的方法，所述参数使得能够在特殊公差内产生产品。这些参数可包括涂层材料流率、空气流率、雾化压力、施加到涂层材料的电压、传送机速度、涂层个数，和到目标物的距离。
图1是能够喷涂摩擦减小材料以涂布产品(可植入医疗装置、注射针、支架、导丝、导液管，等等)的静电喷涂系统10。摩擦减小材料可为酸基或水基的聚四氟乙烯(也就是，悬浮在酸或水中的聚四氟乙烯)；硅润滑剂、二硫化钼、氮化硼，等等。不幸的是，液体聚四氟乙烯(PTFE)可为切力敏感的，也就是PTFE可容易地从酸或水悬浮液的悬浮中分离。从PTFE分离酸和水可改变涂层材料的粘性和粘合性质，因此阻断了到目标物表面的适当涂覆。静电喷涂系统10将硬件与喷涂参数相结合，以便用切力敏感型PTFE涂布目标物表面。
静电喷涂系统10包括材料输送系统12、电源14、控制器系统16以及目标物移动和固化系统18。这些系统一起操作以将带电摩擦减小涂层材料(例如，PTFE)喷涂到目标物20上。所述材料输送系统12包括静电工具22(例如，喷涂装置)、材料源24(例如，罐)、材料输送组件26和空气源28(例如，空气罐和/或压缩机)。操作时，静电喷涂系统10使用电源14对材料输送系统12供电。所述静电工具22从电源14接收电力，从材料源24接收材料(例如，液体)并从空气源28接收空气流。所述静电工具22将电力、涂层材料和空气流相结合来喷涂摩擦减小涂层材料。具体地讲，静电工具22充电、 雾化并喷涂摩擦减小涂层材料(例如，液体)到目标物20上。如上文所解释，摩擦减小涂层材料可为切力敏感的。因此，材料输送系统12可包括材料输送组件26，以便促进摩擦减小涂层材料移动到静电工具22中。材料输送组件26可以是能够在并无过量切力的情况下输送摩擦减小涂层材料到静电工具22的压力罐或注射泵。
在图示的实例中，静电工具22可以是具有圆形喷涂尖端组件32和电压倍增器30的气体喷枪(例如，喷涂空气或另一类型气体的喷枪)。圆形喷涂尖端组件32使得能够使用来自空气源28的空气流以圆形喷涂图案雾化和喷涂摩擦减小涂布材料。更具体地讲，圆形喷涂尖端组件32促进低速下的雾化(例如，圆形喷涂尖端可并不包括增大粒子速度的图案空气流或扇形空气流)。涂层材料的低速也可通过增大静电能力以吸引涂层材料而不是推动涂层材料通过目标物来辅助涂布目标物。圆形喷涂尖端组件可产生平均直径尺寸介于25与50微米之间的粒子(例如，近似介于30与45微米之间、32与42微米之间，或34与37微米之间)。取决于液体的表面张力和所使用的雾化方法，粒子的尺寸可介于5到200微米之间。材料粒子的尺寸影响材料最终如何涂布到目标物20上。举例来说，尺寸过小的粒子可能会在达到目标物之前变干，而尺寸过大的粒子可能会淤积，在目标物上挂流，并产生超出适当公差的涂层。此外，过大的粒子尺寸可能会阻塞静电工具有效地对粒子充电以吸引到目标物20上(也就是，大粒子可能会接收到不足的电荷来包裹目标物)。
为了对涂层材料充电，静电工具22包括电压倍增器30。电压倍增器30从电源14接收电力。电源14可为外部电源(例如，电网、发电机，等等)、内部电源(例如，电池或发电机)或外部电源和内部电源的组合。电压倍增器30从电源14接收电力，并在静电工具22中将电力转化成将要施加到涂层材料的较高电压。更具体地讲，电压倍增器30可以介于近似50kV与100kV或更高之间的电压将电力施加到材料。举例来说，电力可至少近似55、65、75、85、95或100kV。进一步举例来说，电力可介于75到85kV之间。如将理解，电压倍增器30可为可移动的，且可包括二极管和电容器。在某些实施例中，电压倍增器30也可包括切换电路，所述切换电路在正电压与负电压之间改变电 力。当涂层材料雾化和充电时，涂层材料被喷涂到目标物20(例如，导丝、导液管，等等)上。目标物20可接地或带相反电荷，以便电力地吸引摩擦减小涂层材料。当材料在目标物20上聚集时，其形成摩擦减小涂层。
如图1所示，静电喷涂系统10包括控制器系统16。控制器系统16包括由电源14供电的控制器34和用户接口36。如所图示，控制器34包括处理器38和内存40。内存40可储存指令(也就是，软件代码)，所述指令可由处理器38执行以控制静电喷涂系统10的操作。控制器34可连接到材料输送系统12和目标物固化和移动系统18，以便控制各种参数。举例来说，控制器34可控制来自材料源24的材料的流动，来自空气流源28的空气流，和通过电压倍增器30添加到离开静电工具22的材料的电荷量。
除了控制材料输送系统12，控制器34可控制目标物固化和移动系统18。目标物固化和移动系统18可包括目标物源42、传送机44(例如，皮带、电缆，等等)和固化台46。操作时，传送机44可包括电机，所述电机推动目标物20(例如，支架、导丝、导液管，等等)离开目标物源42并通过静电工具22。在一些实施例中，目标物固化和移动系统18可包括固化台46。固化台46可为能够生成高温的红外线固化台(例如，一或多个红外线灯或加热元件)，所述高温固化目标物20上的涂层材料。在其他实施例中，固化台46可为紫外线固化台或另一种类的固化台。在另外的实施例中，可能并不存在固化台46，相反，涂层材料可在室温条件下固化。为了确保涂层材料在目标物20上充分涂布和固化，控制器34控制目标物传送机44和固化台44。具体地讲，控制器34控制传送机中的电机推动目标物20通过静电工具22的速度。在某些实施例中，控制器34可导致传送机以每分钟介于近似700到800厘米的速度推动目标物20。举例来说，控制器34导致目标物传送机以每分钟至少近似100到5000、200到2500、300到1000、700到800、725到775、750到770或760到770厘米的速度推动目标物。因此，控制器34在传送机44的控制下确保目标物20不会过涂布或过固化、或欠涂布或欠固化。
用户接口36连接到控制器34且从控制器34接收信息。在某些实施例 中，用户接口36可被配置成允许用户基于控制器34所收集的信息来调整各种设置和操作参数。具体地讲，用户可用连接到用户接口36的一系列按钮或旋钮48来调整设置或参数。在某些实施例中，用户接口34可包括触摸屏幕，所述触摸屏幕实现用户输入和与静电喷涂系统10相关的信息显示。举例来说，用户接口36可使得用户能够使用用户接口34上的旋钮、表盘、按钮或菜单调整由电压倍增器30所供应的电压，开/关电压，且调整由工具12所喷涂的材料量。此外，用户接口34可包括静电喷涂系统10的预编程操作模式。这些模式可以是改变在一段时间期间添加到喷涂材料的电荷或改变静电系统10所喷涂的材料量的工艺。操作员可使用用户接口34上的按钮、旋钮、表盘或菜单来启动一个或多个操作模式。这些预编程操作模式可为生产产品的特定工艺、工艺中的特定步骤，或可对应于静电喷涂系统10的操作参数(例如，电压水平、材料放电率、传送机速度、空气流率，等等)。举例来说，这些模式可包括为特定产品(例如，支架、导丝或导液管，和/或特定涂布材料(例如，PTFE))定制的操作模式。
图2是圆形喷涂尖端组件32的实施例的分解透视图。圆形喷涂尖端组件32包括喷嘴70、喷嘴尖端72和空气盖74。喷嘴70通过连接器部分76连接到空气喷枪70，所述连接器部分76包括压缩接头75(例如，锥形或圆锥形壁)和螺纹部分77(例如，阳性螺纹)。连接器部分76可包括窄孔78(例如，内部通道)，所述窄孔使得离子化针头能够穿过喷嘴70并通过管道80离开。喷嘴70用螺旋旋转叶片82(例如，1到100个叶片)和雾化空气通道84(例如，1到100个通道)导向涂层材料。螺旋叶片82使得圆形喷涂尖端组件32能够在涂层材料离开时旋转涂层材料，从而改善涂层材料喷涂时的混合和控制。如所图示，空气雾化通道84包括在喷嘴面86中。除了空气雾化通道84以外，喷嘴面包括导引针88(例如，1、2、3、4、5或更多个针)。针88促进喷嘴盖72连接到喷嘴70。当喷嘴70与喷嘴盖72连接时，螺旋叶片90(例如，1到100个叶片)使得喷嘴盖72能够继续旋转并导引涂层材料。喷嘴盖72包括窄孔92，所述孔径大于管道80，以便促进来自空气雾化通道的空气流穿过喷嘴盖。圆形喷涂尖端组件32的最后部分是空气盖74。空气盖74包括接 收喷嘴70和喷嘴盖72的窄孔94和空腔96。
图3是圆形喷涂尖端组件32组装后的实施例的透视图。如所图示，空气盖74接收喷嘴70和喷嘴盖72，并连接到静电工具22(例如，空气喷枪)。一旦工具22组装完成，来自空气雾化通道84的空气流与涂层材料相结合并雾化涂层材料。雾化后的涂布材料穿过窄孔94离开空气盖74，其中所述材料在由离子化针头100所产生的电场98中充电。
图4是使用图1的静电喷涂系统10的示例性方法120的流程图。方法120使得静电喷涂系统10静电地喷涂切力敏感型PTFE涂层120到目标物上，从而以适当的粗糙度和公差在目标物(例如，医疗产品)上产生PTFE涂层。方法120通过制备涂层材料(方框122)开始。如上文讨论，涂层材料可为切力敏感型PTFE涂层材料(例如，PTFE可易于从类似酸或水的悬浮液中分离)。制备涂层材料可涉及添加水或酸以悬浮PTFE。也制备用于接收涂层材料的目标物(方框124)。可通过电性接地或在目标物中引入与涂层材料上的电荷相反的电荷来制备目标物。在下一步骤，方法120调整静电喷涂系统的参数(方框126)。静电喷涂系统10可以各种方式调整，以便以适当的公差形成部件。如图5中的附加细节所讨论，可调整参数包括涂层材料流率、空气流率、电压、和传送机速度。在调整静电喷涂系统10的参数之后，用户可静电地喷涂涂层材料到目标物上(方框128)。方法120随后固化所喷涂材料(例如，自由空气固化、红外线固化，等等)(方框130)。在固化之后，方法120可包括决定壁/涂层是否足够厚的附加步骤(方框132)。如果涂层不够厚，那么工艺120返回到方框128，并静电地喷涂另一涂层材料层到目标物上。方法120重复这部分方法，直到壁的涂层/层满足需要的厚度(也就是，公差)为止。壁的厚度可在决策点进行测量，或可基于先前计算来预先决定(也就是，在已知达到适当厚度所需的壁层或涂层数目的情况下)。
图5是如图4所示静电地产生部件的方法120中调整参数(方框126)的示例性方法140的流程图。如上文所解释，静电系统10包括用户接口36。用户接口36使得用户能够调整操作参数，以便在适当规格内产生部件。具体地 讲，用户可基于涂层材料、公差变化等等来调整参数。举例来说，医疗组件可能需要特定PTFE涂层厚度。因此，用户可调整静电喷涂系统10的参数，以便针对部件公差、固化时间等等的变化进行调整。
方法140开始于步骤142，用于调整涂层材料流率。控制器34可连接到材料输送组件26(例如，压力罐、注射泵，等等)，所述材料输送组件从涂层材料源24移动涂层材料，并将涂层材料移动到静电工具22中。涂层材料流率可调整为介于近似5与200cc/min、50与150cc/min、75与100cc/min、和85与90cc/min之间。材料流率控制静电工具22喷涂多少涂层材料。高流率可导致材料在目标物上挂流，而低流率可阻塞足够量的材料接触目标物。在步骤144，方法140调整空气流率/雾化压力。空气流率决定圆形喷涂尖端组件32处静电工具22的雾化压力。空气流率越高，雾化压力越高。空气流率可调整为介于近似350与450标准升/分钟或375与425标准升/分钟之间，以便产生介于近似13与15psi或13.5与14.5psi之间的雾化压力。当空气流率增大时，雾化压力愈加将涂层材料分裂为越来越细的粒子。较细粒子更易于充电，但可能会在涂层材料有效地涂布目标物之前提前变干。然而，如果雾化压力和空气流率过低，涂层材料可能无法充分分裂，因此阻止粒子的有效充电，且可能诱发材料在目标物上挂流。因此，涂层材料流率和空气流率/雾化压力可被调整以产生平均直径尺寸介于近似30与50微米之间、32与42微米之间、34与38微米之间或34与36微米之间的粒子。在步骤146，方法140实现对施加电压的调整，所述施加电压促进吸引到目标物。所施加的电压量可与静电工具22与目标物20之间的距离成比例地变化。举例来说，针对近似每英寸，电压可增大近似10kV。电压可介于近似5与100kV之间、50与100kV之间、60与90kV之间，或75与85kV之间。在步骤148，方法140可调整传送机速度。传送机速度可直接影响施加到目标物的材料量以及固化时间。如上文所解释，系统10可包括用来固化目标物上的涂层材料的固化台46。因此，传送机速度的调整将决定涂层材料的固化时间(例如，较快传送机速度可缩短固化时间，较慢传送机速度可延长固化时间)。传送机速度也将决定用涂层材料喷涂目标物或部分目标物多长时间。目标物保持在静电工具22前方的时间越长，越多涂 层材料将聚集在目标物上。传送机速度可在介于近似700与800cm/min之间、725与775cm/min之间、750与770cm/min之间，或760与765cm/min之间变化。在步骤150，方法140实现对材料涂层数目的调整。如上文所解释，材料可以一系列涂层喷涂。因此，步骤150使得用户能够调整涂层数目，以便达到适当公差(例如，厚度)。举例来说，产品可涂布有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多涂层。最后，在步骤152，方法实现对目标物与静电工具之间的距离的调整。较大距离可降低材料到目标物上的输送效率，同时降低材料过度涂布和在目标物上挂流的可能性。较小距离可改善材料到目标物上的输送效率。然而，如果距离过小，那么材料可能会过度涂布和/或在目标物上挂流。目标物与静电工具之间的距离可介于近似5英寸与15英寸之间。如上文所解释，粒子尺寸影响电荷和粒子在离开静电工具与接触目标物之间是否会过度变干。此外，对静电工具与目标物之间的距离的调整确保涂层材料在接触目标物之前并不变干。
在一个实施例中，方法140可使用以下参数来产生部件：针对单个涂层，涂层材料流率70到100立方厘米/分钟(cc/min)、空气流率350到450标准升/分钟(sl/min)、雾化压力13到15psi、电压50到100kV、传送机速度700到800cm/min、距离10英寸。在另一实施例中，方法140可使用以下参数来产生部件：针对单个涂层，涂布材料流率80到90立方厘米/分钟(cc/min)、空气流率360到430标准升/分钟(sl/min)、雾化压力13.5到14.5psi、电压75到85kV、传送机速度750到775cm/min、距离10英寸。
图6是涂布有涂层材料162(例如，PTFE)的目标物160的实施例的横截面图。如上文所解释，目标物可为诸如可植入医疗装置、注射针、支架、导丝(例如，可插入到受限空间以充当较硬或较庞大仪器的后续插入的导引件的柔性线丝)、导液管等等的装置。在本实施例中，目标物160是导丝。导引件160可具有介于1与40之间的G(gauge)。导丝160包括涂层材料的单个涂层162。然而，其他实施例可包括附加涂层(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多涂层)。涂层可为非常薄的涂层(例如，0.5到1.5微米、0.75到1.25微米、0.9到1.1微米)，从而实现导丝在医疗应用中的使用。
尽管本文中仅图示并描述了本发明的某些特征，但是本领域的技术人员可以作出许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真正精神范围内的所有这种修改和变化。