医用球囊都是由高分子材料制成，最初用于医用球囊的材料是软质聚氯乙烯，聚氯乙烯的数均分子量约为3.6—9.3万，聚合度大约在590—1500。聚氯乙烯不但具有良好的化学稳定性，较好的耐有机溶剂的性能和耐化学药品性，在常温下对酸碱及盐的作用稳定，并且具有良好的机械性能，力学性能和电学性能。但是聚氯乙烯的耐光和耐热的稳定性较差，其软化点为75-80℃，玻璃化转变温度较高，它的熔点和分解温度很接近，而且材料的硬度较大，不易加工。用聚氯乙烯做出来的球囊与现在的球囊相比，它具有较厚的壁，但是耐压性能却很差。近期的研究表明，由聚氯乙烯制成的导管，生物相容性差，并且还发现单体聚氯乙烯有致癌作用。
球囊用管材的要求比导管主体或防皱保护管等其它用途的管材的要求严格。为合理选择球囊用管材，我们先了解下球囊及球囊成形工艺的相关知识。
PTCA 球囊特点
球囊导管分为球囊扩张导管、球囊阻塞导管以及球囊整覆导管。
球囊扩张导管是一种头端带有可膨胀球囊的软性导管，用于在影像引导下扩张人体内狭窄的空腔脏器，如血管，消化道，泌尿道等。在不膨胀的情况下，球囊导管进入靶病变部位，治疗成功后可以回缩球囊以便撤出球囊导管到体外。
球囊导管既可用于普通球囊血管成形术 (POBA)，也可用于支架输送及扩张。导管通常是通过一个狭窄的导引导管（如图5 或 6）插入股动脉中，而球囊则安放在因病变而狭窄的血管里。因此，球囊的壁必须非常薄，一般厚度大约为0.001英寸（25微米）。然而，由于钙化病变的狭窄血管很难被扩张开，因此球囊必须具备抗撕裂特性和高爆破压力，标称压力范围通常在6到8个标准大气压，额定爆破压力范围在12到20个标准大气压。
当有时必须进行反复扩张时，也应考虑球囊疲劳因素。超级顺应性对于特殊病变的支持，效果十分明显。可以理解为其形态是“流动的”。
球囊顺应性的选择，并非球囊设计中的核心要点，但对顺应性更细化的认知，是可以帮助企业能更好的协助临床应用。
最后，为防止扩张过度对血管壁造成损伤，在标称压力下球囊的纵向直径必须稳定可靠。而且所要求的球囊还必须是低顺应性（例如，在从标称压力上升到额定爆破压力的范围内，球囊的直径增加有限的5-10%）。为了能生产出具有上述特点的球囊，性能一致的高品质球囊管材极为关键。
PTCA球囊根据其顺应性与否分为：顺应性、非顺应性和半顺应性球囊。
半顺应性PTCA球囊用于支架植入前病变的预扩张；
非顺应性球囊导管通常是高强度球囊，用于扩张破钙化病变和支架；
顺应气球是低压力球囊，尺寸符合血管腔大小。
PTCA球囊的材质也是多种多样，例如TPU、PA、PE、POC和PET。
POC因其良好的拉伸强度和可压缩性而被用作球囊材料，使球囊在过程中迅速膨胀和放气。
PE是一种轻质、多用途的热塑性聚合物。
PET是一种聚酯，用于生产高压气球
PA无疑是市场用量最大球囊。这主要是PA优点，因为PA更柔软，更容易折叠，更容易收回导管或导管鞘。与PET相比，PA高压球囊在给定的爆裂压力下需要更厚的壁，这意味着PA球囊在插入体内和穿过病变时的外形将比类似的PET球囊更大。PE球囊的使用量越来越大，因为它能按体积膨胀，而不是按压力膨胀。这些球囊能够拉伸100%到800%，通常被用于完全封闭解剖结构中。
TPU由于其优异的抗拉强度、血液相容性和生物相容性，被认为是最理想的球囊材料。
其他材料，如硅胶，具有适当的摩擦系数，压力等级和径向力，最大限度地减少插入时血管损伤，也有其特定的使用场景。
球囊质量问题
在球囊生产中经常会遇到的质量问题包括有凝胶点、白点、杂质、曳痕、拉链线、翘曲和目视缺陷。质量是至关重要的。这些问题会导致如低压爆裂、疲劳或尺寸错误等故障。进而会危及病人的安全，延长治疗时间，而这些都是临床医生要首先考虑的。
凝胶点通常是由于管件有杂质或挤出系统内的剪应力导致高分子链断裂造成的。前者可通过在挤出系统内进行适当的过滤来解决。后者却是挤出机设计的一个功能。为减少颗粒融化到管材中，直角或极端过渡都会引起剪切力，从而破坏高分子链。高分子链一旦断裂，所得到的材料就具有不同的物理性质，事实上构成了杂质。杂质可能会出现在球囊壁上，并且更易造成在较低压力下出现爆裂或早期疲劳现象。使用一个较大内径（1英寸）的挤出机制造球囊所需的内径较小的小管材（通常外径为0.15英寸或更小）时，可能也会出现这种情况。
管材中有湿气或成形过程中材料拉伸过度都会导致白点。在球囊成形过程中的高温可能会使管件中的湿气蒸发，导致球囊壁中出现空隙。材料过度拉伸，即超过最佳拉伸比率时，会导致外观类似空隙的微裂纹。与凝胶点类似，白点也会导致爆破压力下降，并出现早期疲劳。管材中的湿气可通过在挤压之前烘干颗粒以及将管材贮存在洁净、干燥且黑暗的环境中来防止。在成形过程中，过度拉伸可通过仔细控制管子的内外径和同心度，将其保持在拉伸比率内来预防。
爆破压力取决于球囊材料和圆周应力，其与壁厚和球囊直径呈函数关系。壁厚增加会提高爆破压力，同时球囊直径加大使得圆周应力增加，这就导致爆破压力下降。囊壁上的缺陷，如凝胶点和白点会使材料出现薄弱点，并且导致爆破压力下降。
球囊扩张导管应按照YY 0285.4-2017 《血管内导管一次性使用无菌导管第4部分：球囊扩张导管》的要求在产品技术要求中制定额定爆破压指标，如“球囊爆破时的压力应不小于标称的额定爆破压力”。
由于球囊破坏模式影响产品的安全性，需在性能研究资料中同时对额定爆破压和破坏模式进行研究，观察和评估球囊破坏模式，应为轴向破坏模式，若产生其他破坏模式应充分评估对产品安全性的影响。
如果管件形成时沿着挤出模具头震颤的话，就会产生拉链线。如果管材和模具头之间的接合不稳定的话，将会产生一系列的凹陷。这些凹陷扩大之后会在成形球囊上形成一系列目视缺陷，称作拉链线。
杂质是指嵌入的异质材料。杂质会导致球囊壁上出现薄弱点，并可产生视觉缺陷。
球囊成形工艺
球囊的成型过程复杂，期间伴随着温度、拉伸速度、吹胀压力等多个工艺参数的变化，数值模拟有一定难度。目前，国内外有关球囊成型的数值模拟研究报道较少。
图1. 在拉伸吹塑工艺中，高分子材料的拉伸情况如图所示
球囊成形是通过一种称之为拉伸吹塑成型的生产工艺来完成的，其中高分子材料的球囊管材在压力和高温下，沿纵向、径向两轴拉伸成型。所使用的温度和压力因球囊的材料和直径而异。例如，尼龙12球囊在170到200F之间成形，一个3mm直径的尼龙12球囊可能要在 35 bar下才能成形，而一个 10mm 直径的球囊要在 15 bar下方可成形。其目的是通过机械手段拉伸高分子链，使球囊具有最大的强度，即使增加压力球囊直径也不会进一步扩张。这样所生产的球囊的直径才可稳定和一致。图1. 在拉伸吹塑工艺中，高分子材料的拉伸情况如图所示。
图 2. 当高分子材料受到吹塑拉伸时，其应变仍保持相对稳定
管材中高分子链的排列是随机的。在吹塑过程中，高分子链的拉伸情况如图1所示。在拉伸过程中，应力将会相对稳定不变，如图2所示。一旦聚合物链被拉伸到最大限度，应力将急剧增加。此时，该材料的强度也达到最大，即使增加压力球囊直径也不会进一步扩张。通常情况下，每种球囊材料有一个特定的预期拉伸比率 （例如，尼龙12的拉伸比率大约为：径向6，轴向4.7）。
在球囊成形工艺中，预拉伸的胚料放置在模具内。预拉伸的胚料是球囊管材的一部分，其两端均在可控的预拉伸过程中进行了颈缩处理，预拉伸过程可以达到以下三个目的：
1、控制球囊在管材上的成形部位；
2、改善球囊圆锥部分的成形；
3、生产小导管所需的颈部外径（OD）；
在球囊拉伸过程中，在通过周围加热器供热的可控高温条件下，内部用清洁、干燥的氮气加压，预拉伸的坯料内部用清洁、干燥的氮气加压并被拉伸。这一过程可以促进球囊的成形。值得注意的是，温度如果低于熔点（例如，尼龙12 Grilamid的熔点为352F），将会导致材料具有流动性，并使高分子链随机分布。通常温度应控制在管材材料的玻璃转化温度范围之内。为了使球囊圆锥更薄、颈壁厚度更小，球囊主体部分成形后要在较低压力下进行二次拉伸——通常是成形压力的1/3甚至更低。最后，成形后的球囊在一个夹套 (surrounding jacket) 中用冷却循环水冷却，同时保持较高的内部压力来固定球囊尺寸。
球囊制备成型的基本过程
Pebax7233粒子首先经过除尘，去除混杂的尘埃或异质。之后置于鼓风干燥箱中，在90 °C 烘20小时以除去可能含有的水分。烘干后的粒料其含水率≤0.02。
粒料通过料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时被压实；
在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切的共同作用下，料温不断升高，粒料开始溶融，压缩段结束；
均化段使物料均匀，定温、定量、定压挤出溶体，在机头成型，并经过水冷凝固，最终得到Pebax管材。
经挤出得到的Pebax管材，加热到120°C 转变为软化状态，沿着轴向釆用120mm/s 拉伸速度，左右两端拉伸距离130mm左右，加热时间15s形成薄壁管材。
将拉伸后的薄壁管材置于对幵模中， 闭模后立即在型坯内通入压缩空气36Bar, 定型温度110 °C ，使塑料型坯吹胀而紧贴在模具内壁上。
Pebax管材在压力和高温作用下，沿纵向与径向两轴吹塑成型。经冷却脱模，最终可得到Pebax球囊。
管材成型工艺
医用球囊导管的基本要求：
1-具有可使其在高压釜中用射线或其他方法消毒的热稳定性。
2-具有抗氧化和耐腐蚀的化学稳定性，以及与体液接触不发生变化的化学惰性。
3-具有组织适应性和血液适应性，具有抗血栓性，不会发生凝血。
4-不会致癌和导致过敏反应。
5-具有优良的力学性能和功能性,并且能够长期植入体内而不会丧失拉伸强度和弹性模量等物理力学性能。
6-具有优良的可加工性。
图 3. 常规的挤出加工
许多文章都对挤出工艺做过详细介绍，但这里仍有必要概述一下。颗粒经过除尘、干燥后，放入挤压机料斗中，如图3所示。从那里，颗粒经送料口落入滚筒中。一根旋转螺杆利用机械摩擦热和加热器提供的热量生成高粘度熔融的高分子材料。螺杆沿着滚筒输送材料并穿过挤出模具头。挤出后的管材接触到空气并进入一个水浴槽中，接着冷却、凝固。管件的尺寸取决于模具头和挤出物上拉力造成的牵伸。
必须小心准备挤出用颗粒，这一点怎么强调也不过分。任意一点灰尘或异质材料都会在管材挤出时嵌入管材中。用于产生颗粒的注塑成型方法常会产生静电、吸附灰尘，这使问题更加复杂。为了解决这个问题，颗粒通常用一个很平常的系统—除尘器来除尘。除尘器通过一个空气净化和防静电措施相结合的办法起作用，既除去了灰尘又降低了其吸附灰尘的特性。
螺杆滚筒系统是挤出系统中最为重要的一个方面。它不仅负责生成熔融高分子材料并将其运送到挤出模具，还必须使高分子材料保持同质状态。任何偏差都会导致产品质量低劣以及材料特性发生变化。如上所述，剪切力会打破聚合物链。流动不良的区域和漩涡会使得材料聚集在一起，这将导致材料过热并燃烧。
有关颗粒的另一个问题是去除湿气并保持材料干燥。通常情况下，生产球囊所用的高分子材料具备吸湿性，很容易从周围空气中吸收水分。因此，保持颗粒干燥并将其储存在密封、干燥的容器中就很重要。通常颗粒在进入料斗之前都经过重新烘干。重新烘干颗粒对于防止球囊管件中存在湿气并产生“白点”而言特别重要。烘干机选择范围较广，从简单的烘箱到带有对流加热功能的复杂温控系统皆可。
管子从定径冷却装置出来时，并没有完全冷却到室温，如果不继续冷却，在其壁厚径向方向上存在的温度梯度会使原来变硬的表层因温度上升而变软，引起变形。另一方面，管子还要承受牵引、切割、卷绕等装置的应力，因此，必须排除余热，将管子冷却至室温。冷却方法有水浴法和喷淋法。水浴式冷却水槽的水位应将管材完全浸没，槽中隔有若干档，冷却水进水口设置在最后一档，使水流方向与管材挤出方向相反，以形成冷却温度梯度，管材的冷却比较缓和，内应力比较小。冷却水槽与定型冷却装置的距离不应超过冷却总长度的十分之一，否则容易导致管材外壁与冷却水的温度加大。水浴法虽然方法简单，但冷却水槽因上下层水温不同，造成管材冷却不均而发生弯曲。再加上管材受浮力的作用，容易发生变形，尤其不适合大口径管材的冷却。
保持管材内外径及同心度一致也很重要。如上所述，高分子材料将会获得能够达到理想球囊特性的最佳拉伸。如果直径偏小且拉伸过大，球囊在成形过程中有可能爆裂或者形成“白点”。如果直径偏大，则得到的球囊不会完全成形，并且在受压条件下还会有增大的空间。如果球囊在受压条件下增大，就可能出现如管壁伸展过度或者难以通过导引鞘 取出球囊导管的问题。高端挤出系统通常具有电脑操控的监测器，用以监测管材直径，以及控制这些关键尺寸的反馈机制。
在挤出过程中，决定管材尺寸的模具头和牵伸是一个重要的因素。不同的挤出头和牵伸组合可以生成相同尺寸的管材。例如，0.15英寸的模具头可生产出外径0.1英寸的管材，这要求牵伸比为1.5。如果模具头是0.175英寸，那么牵伸比将是1.75。然而，牵伸会引起高分子链沿纵向定位，而纵向定位程度则取决于牵伸范围。换句话说，这种纵向定位或高分子链减少随机定向会影响机械性能，例如拉伸强度和吹塑过程中球囊的拉伸程度等。球囊生产中，机械性能的一致性至关重要。
选择优良的挤出机是成功完成挤出的关键。如上所述，大型挤出机会增大热性能和机械性能下降的风险。微型挤出机（1/2英寸或者更小）由于尺寸较小，可降低几乎所有材料性能下降的风险，最终可明显提高产率。微型挤出也更容易实现高分子链随机定位，减少轴向调整，这有利于球囊成形过程。重复性也是成功挤出的一个关键因素。微型挤出机可实现更严格的公差，这使得各批次间的偏差较低。
