No Kinks, All Success!
管路彎折是一個常見、跨足多個產業的問題。管路彎折不僅會限制流動性並損害產品完整性，還會帶來安全疑慮。在講求精準的產業，如生物製藥，管路彎折可能會造成嚴重的後果。
解決管路彎折的問題須採納多面向的方法，處理諸如材料和機械性質、彎曲半徑、管路直徑、壁厚以及使用時對管路施加的外力等因素。工程師、製造商和操作者必須採用各種策略，仔細平衡不同的需求，以確保管路的最佳運作。
物料至上：尋找完美的聚合物配對
選擇合適的管路材料需要對聚合物固有特性及其應用有深入的了解。例如，聚氨酯 (polyurethane, PU) 的彈韌性和抗彎折的特性，使其成為操縱精細設備機械手臂的理想選擇；相對地，矽膠也因為其具有生物相容性和耐溫性，適合應用於醫療儀器中。結合了對聚合物材料與具體應用的了解，可以避免彎折的情況。
選擇合適的管路應考量
- 材質和機械性質
- 壁厚
- 彎曲半徑
- 管路直徑
- 施加的外力
表1 詳細說明了一些材料和應用，以及每種材料的相容性資訊。
| 材質 | 用途/特性 | 化學相容性 | 應用 |
|---|---|---|---|
| Polyvinyl Chloride (PVC) | 一般流體傳輸 | 與水、弱酸、鹼液有良好相容性 | 供應水、灌溉、工業流體 |
| Polyethylene (PE) | 一般流體傳輸 | 與水、化學品有優異相容性 | 水、食品、非腐蝕性液體 |
| Polypropylene (PP) | 一般流體傳輸 | 與水、酸、鹼液有優異相容性 | 水、化學品、工業流體 |
| Thermoplastic Elastomers (TPE) | 具有彈性且耐用 | 與水、溫和的化學品有良好相容性 | 醫療或實驗室使用 |
| Polyurethane (PU) | 具有彈韌性、抗扭結 | 與水、油、部分溶劑有良好相容性 | 氣動系統、機器人、汽車 |
| Fluoropolymers (e.g., PTFE, FEP, PFA) | 腐蝕性化學品及生物製藥 | 與大部分化學品、高溫有優異相容性 | 處理腐蝕性化學品及生物製藥 |
| Silicone | 生物相容性和承受一定溫度範圍 | 生物相容性和承受一定溫度範圍 | 生物製藥和醫療使用 |
克服彎折：巧妙的設計策略
無法支持管路承受的應力也可能是造成彎折的原因之一，應力包括了通過的流體重量、管子自身的重量、操作過程中流速的變化以及管子可能需要被彎折的情境也會對管材施加外力。
有效避免彎折：彎曲半徑和管壁厚度的考慮
圖1 顯示了白金催化矽膠管的平均彎曲半徑，即管路在不彎折的情況下可以彎曲的最小曲率半徑。量測流程參考 ISO 10619 修改 ── 將管路繞在已知直徑的心軸 (mandrel) 上，並逐漸減小直徑，直到彎折。
彎折的定義為當管路中點的外徑比原尺寸減少逾 20％。
以下測試樣本依內徑的不同進行分組。當壁厚和外徑增加時，管路可以繞著更小直徑的心軸、但不會彎折。這也代表了有較大管徑 (>0.5″ ID) 的管子，如果有足夠的壁厚，就可以避免彎折產生。
回彈及彎折：彎曲半徑、彈韌性、結構剛性
管路的彈韌性與其彎曲半徑呈反比。這意味著較小的彎曲半徑需要更具彈韌性的管路；而較小管徑的管路，其彎曲半徑較小。
但是，增加管路的彈韌性，可能會影響到其結構剛性，使得管子變得不夠堅固；此時，可以透過多層的設計或添加其他材料，來增強結構的完整性、強度和對抗應力、彎折和垮塌等的抵抗力。
一般常見於製造過程中強化管路的做法，包括由各種材料製成，例如編織纖維包紗、螺旋線或其他織材。通常，強化管路會由三層組成：芯部、編織層、外套層；根據最終用途，芯部和外套層可以是相同或不同的材料。
在包紗強化構造中，編織纖維通常由尼龍、聚酯 (polyester) 或芳綸 (aramid) 等材料製成，並嵌入在管壁中。螺旋強化則是螺旋線嵌在管路結構內，提供強化彈性、抗垮塌和防壓的保護。
強化管路可以提高管材的抗應力和抗彎折特性，使其能夠應用在嚴苛的液體傳輸中。
管路太柔軟可能無法承受外力，太僵硬可能無法應對需要彎折的情境。因此，在管道設計中找到彈韌性和剛性的平衡相當重要。
內徑
管路在彎曲的時候，通常具有大內徑的矽膠管較小內徑管道更容易彎折。
壁厚
當彎曲時，具有較厚壁厚的管道更能抵抗彎折。
管路的重要操作：安裝與管理
正確安裝管路是防止彎折的必要條件，尤其未正確使用可能會干擾流體流動並危害管路的完整性。以下是一些助於提高管路壽命和性能的彎曲技術：
- 選擇專家建議使用的管路，平滑且輕微彎曲；考慮使用管路彎曲機 (tube benders) 使管路以適當的彎曲半徑彎曲。
- 若要改變管路方向，可選擇使用彎曲接頭 (elbow fittings)，避免過度彎曲管路，並保持完整性。
- 避免過度拉伸或扭曲，以防止產生施力點並造成彎折。
- 留有足夠的鬆弛度，避免管路下垂，根據需求使用夾具或以支架固定。
- 小心謹慎布線和安全地固定管路，以防止壓縮或損壞。
- 定期檢查管路的磨損、彎折或損壞；及時更換受損的管路。
結論：解決彎折，順利無阻！
管路彎折的影響發生在各個產業之中，包含了醫療、製藥、工業、航太和食品飲料等。過度的彎曲彎折可能引發部分或完全堵塞，阻礙流體流動並影響關鍵製程。
在工業環境中，液體傳輸管線內的彎折可能引發設備故障、危險泄漏或生產中斷；航空業面臨液壓或燃油管路彎折可能危及飛行安全和控制的風險。此外，彎折可能導致流速降低、壓力下降以及增加對管路的應力，可能引起磨損、泄漏和產品質量受損。
因此，我們應盡可能避免彎折發生，以確保使用時的可靠性、效率和安全性。不同材料和結構之間的彎折特性有所不同，故在實際操作之前，對所選擇的材料進行測試至關重要。
除了提升對操作技術的見解，透過與專業、信譽良好的供應商建立合作關係也能夠帶來助益。
全文參考：AdvantaPure ® / NewAge Industries white paper《Preventing Kinking in Tubing: Strategies for Reliable Fluid Transfer》
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