Các thành phần chính của máy bơm không khí siêu nhỏ bao gồm màng ngăn, piston, van, phốt, đường dẫn khí và vỏ. Mỗi bộ phận có yêu cầu hiệu suất khác nhau đối với vật liệu.
(1) Màng ngăn
Yêu cầu về hiệu suất: độ đàn hồi cao, chống mỏi, độ kín khí tốt, chống ăn mòn hóa học.
Vật liệu được đề xuất:
Cao su silicon: Tính linh hoạt tốt, chịu nhiệt độ cao (trên 200 độ), độ trơ hóa học mạnh, thích hợp cho các ứng dụng cấp y tế.
Fluororubber (Viton/FKM): Chống mài mòn và dầu tuyệt vời, thích hợp cho hoạt động lâu dài.
Lớp phủ Polytetrafluoroethylene (PTFE): Thêm lớp phủ PTFE vào bề mặt màng ngăn giúp tăng cường khả năng kháng hóa chất và độ kín khí đồng thời giảm ma sát.
(2) Pít-tông
Yêu cầu về hiệu suất: độ cứng cao, ma sát thấp, chống mài mòn mạnh, ổn định kích thước.
Vật liệu được đề xuất:
Vật liệu gốm, chẳng hạn như gốm alumina hoặc zirconia, có độ cứng và khả năng chống mài mòn cực cao, đồng thời hệ số ma sát thấp, thích hợp cho hoạt động lâu dài.
Nhựa Kỹ Thuật (POM/PEEK):
POM (polyformaldehyde): Hệ số ma sát thấp, ổn định kích thước tốt, thích hợp cho các ứng dụng tải trọng thấp đến trung bình.
PEEK (polyether ether ketone): chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn, thích hợp cho các tình huống cường độ cao.
Vật liệu kim loại:
Thép không gỉ (ví dụ 316L): Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, phù hợp với các tình huống cường độ cao cấp y tế.
Hợp kim nhôm: Trọng lượng nhẹ, thích hợp cho các thiết bị cầm tay nhưng cần được phủ một lớp sơn chống oxy hóa.
(3) Van
Yêu cầu về hiệu suất: khả năng đáp ứng cao, chống mài mòn, chống mỏi, bịt kín.
Vật liệu được đề xuất:
Cao su silicon hoặc fluoro: Độ linh hoạt cao, thích hợp cho các ứng dụng đĩa van, đảm bảo phản ứng nhanh.
PEEK hoặc polytetrafluoroethylene (PTFE): Chống ăn mòn hóa học và nhiệt độ cao, dùng cho ống cuộn chính xác.
Chất liệu kim loại (thép không gỉ hoặc hợp kim titan): phù hợp với thân van có độ chính xác cao, độ bền cao.
(4) Con dấu
Yêu cầu về hiệu suất: độ kín khí mạnh, chống mài mòn, chống ăn mòn hóa học, tuổi thọ cao.
Vật liệu được đề xuất:
Fluororubber (FKM/Viton): thích hợp với môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao.
EPDM (EPDM): có khả năng chống lão hóa và trơ hóa học tuyệt vời, thích hợp khi tiếp xúc với oxy.
Silicon y tế cấp: mềm, trơ về mặt hóa học.
(5) Đường dẫn khí và đường ống
Yêu cầu về hiệu suất: kháng hóa chất, thành trong mịn, kháng khí thấp, sức khỏe và an toàn.
Vật liệu được đề xuất:
Polyethylene (PE)/polypropylene (PP): nhẹ, kháng hóa chất mạnh.
Polyurethane (PU): Mềm và thích hợp cho ống uốn.
Thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm: dùng cho đường dẫn khí có độ bền cao hoặc áp suất cao.
(6) Vỏ
Yêu cầu về hiệu suất: chống va đập, chống ăn mòn, cách âm, chịu nhiệt độ cao và thấp.
Vật liệu được đề xuất:
Nhựa tính năng cao (như hợp kim ABS hay PC-ABS): Chịu va đập tốt và phù hợp với các thiết kế có trọng lượng nhẹ.
Hợp kim nhôm: Trọng lượng nhẹ, tản nhiệt tốt.
Thép không gỉ: Thích hợp cho các ứng dụng có độ bền cao nhưng trọng lượng tương đối nặng.
2. Hiệu suất phím và chất liệu phù hợp
(1) Khả năng chống mài mòn cao
Giải pháp vật liệu:
Các bộ phận của piston được làm bằng gốm hoặc nhựa kỹ thuật hiệu suất cao như PEEK.
Van sử dụng cao su flo có độ đàn hồi cao để giảm độ mòn của đĩa van và mặt tựa.
(2) Độ kín khí
Giải pháp vật liệu:
Sử dụng vật liệu có độ thấm khí thấp (chẳng hạn như màng ngăn được phủ PTFE hoặc vòng đệm cao su fluororubber).
Đảm bảo độ chính xác gia công và xử lý bề mặt vật liệu để giảm rò rỉ khí.
(3) Chống ăn mòn hóa học
Giải pháp vật liệu:
Silicone, fluororubber, PTFE và các vật liệu khác được sử dụng cho các bộ phận tiếp xúc với chất tẩy rửa và chất khử trùng.
Sử dụng kim loại chống ăn mòn (như thép không gỉ 316L hoặc hợp kim titan) cho các bộ phận thân piston và van.
(4) Tương thích sinh học
Giải pháp vật liệu:
Tất cả các vật liệu tiếp xúc với khí phải được chứng nhận về mặt y tế (ví dụ USP Loại VI).
Đảm bảo bề mặt vật liệu không có kết tủa có hại, thích hợp để tiếp xúc lâu dài với khí thở của bệnh nhân.
3. Ứng dụng công nghệ vật liệu tiên tiến
(1) Công nghệ phủ
Lớp phủ ma sát thấp: Phủ PTFE hoặc DLC (lớp phủ giống kim cương) lên bề mặt các bộ phận quan trọng như piston và màng ngăn để giảm ma sát và nâng cao tuổi thọ.
Lớp phủ kháng khuẩn: Lớp phủ kháng khuẩn có thể được thêm vào vật liệu vỏ hoặc đường dẫn khí để giảm nguy cơ lây truyền mầm bệnh.
(2) Vật liệu tổng hợp
Sử dụng cấu trúc composite nhiều lớp trong màng ngăn và vòng đệm:
** Chất liệu mềm dẻo bên trong (ví dụ silicone) ** mang lại độ đàn hồi.
** Lớp ngoài bằng vật liệu có độ bền cao (như sợi nylon) ** nâng cao độ bền.
4. Kiểm tra và xác minh vật liệu
(1) Kiểm tra hiệu suất
Kiểm tra nhiệt độ cao và thấp: để đảm bảo hiệu suất vật liệu ổn định trong khoảng -20 độ đến 50 độ.
Kiểm tra độ kín khí: Phát hiện sự rò rỉ khí của màng ngăn và bịt kín dưới áp suất cao.
(2) Kiểm tra cuộc sống
Kiểm tra độ mỏi: Mô phỏng các điều kiện vận hành dài hạn để xác minh khả năng chống mỏi của vật liệu.
Thử nghiệm hóa học: Đánh giá tính ổn định của vật liệu trong các môi trường khử trùng khác nhau.
(3) Chứng nhận y tế
Vật liệu này phải vượt qua bài kiểm tra tương thích sinh học ISO 10993 để đảm bảo không gây hại cho con người.