制粒與壓片技術的優(yōu)化

伍善根 黃文杰

（上海天祥·健臺制藥機械有限公司，上海 200050）

1 前言

本文根據(jù)國外的一篇科技文獻編譯。米歇爾?托司是一家國際制藥設備公司的技術服務總監(jiān)，根據(jù)自己多年的工作經(jīng)驗擇寫了該文。

至今全球范圍內已擁有不少壓片機的生產(chǎn)制造廠商，而大部分壓片機的操作方式基本相似。壓片機和模具趨于標準化。大多數(shù)壓片機廠商生產(chǎn)的壓片機及模具均采用TSM或EU標準。本文重點研究壓片機及顆粒相關的問題，使壓片機處于最佳的運行狀況，同時，關注（物料）顆粒的流動性、可壓性、頂片、保養(yǎng)和片子質量控制。

一個合格的壓片工，會用好的顆粒來生產(chǎn)優(yōu)質的藥片，同時，能判斷是顆粒的問題還是壓片機的問題。在一段壓片時間內不發(fā)生諸如分層、片重差異或硬度問題，而且經(jīng)過較長一段時間的壓片,模具完好無損。一臺好的壓片機能夠生產(chǎn)出好的片子，并且模具及機械部分磨損很少，許多人會懷疑這一可能性，但事實上是可以的。取得壓片成功的第一步是清潔和安裝，如果清潔和安裝正確，已經(jīng)完成了成功運行的三分之一。但是千萬不能忘記對顆粒和設備的正確判別。

2 壓片原理

壓片機的轉臺結構一般為三層（圖1），上層的?？字醒b入上沖桿，中層裝中模，下層模孔中裝下沖桿。由傳動機構帶來動力使轉臺旋轉，在轉臺旋轉的同時，上下沖桿沿著固定的軌道作有規(guī)律的上下運動。

從壓片工藝流程圖中我們可以看到（圖2），下沖轉到加料器之下時，下沖的位置趨低，致使物料顆粒流入中模模腔，此時的上沖升起讓開加料器。下沖轉到充填軌時，已經(jīng)保證了一定的充填量，再轉到計量軌時經(jīng)刮粉器，將多余的物料顆粒刮去，保證了劑量的準確。當上下沖轉到兩壓輪之間，兩沖之間的距離為最小，即壓縮成片。下沖轉到頂出軌時，下沖升起將中模內已受壓的片子逐漸頂出，直至下沖與中模的上緣持平。藥片被攔片板推開。壓片工序就是如此周而復始的工作。

從壓片原理來分析，壓片過程中最重要的還是物料的流動性、可壓性和出片等三個要素。流動性就是使物料類似制過粒的砂糖那樣流動。壓片就是指在藥粉顆粒在模腔中形成藥片。出片就是指成型后的藥片在模腔中把片頂出。

圖1 壓片機轉臺、沖模的主要結構

從設備上解決問題，可以從加料系統(tǒng)、壓片系統(tǒng)和頂片系統(tǒng)入手，使顆粒能進入模腔，這里需要調節(jié)加料器葉輪的轉速，使之與轉臺的轉速匹配。

3 選擇合適的充填軌

充填軌決定了顆粒充滿中模的程度，充滿中模的顆粒能夠保證穩(wěn)定的片重。充填過頭意味著大量的顆粒會重新進入加料器，顆粒從模腔返回加料器的重復運動，稱為顆粒的過渡做工。這種情況越頻繁就會使顆粒尺寸變小，密度發(fā)生變化形成細粉，從而影響片重差異。解決這一問題的最佳辦法，就是選擇合適的充填軌，使溢出的粉量低于模腔量的20%。

4 細粉控制

通常壓片機顆粒中的細粉含量有一定的比例，不能過高，對壓片工藝來說細粉比例越高，諸如片重差異、硬度差異、脫帽、粘沖和含量不均等問題就越多。同時，過多的細粉亦會影響壓片機機械部分的潤滑。細粉進入軌道，進入?？?，導致沖桿活動受阻，致使產(chǎn)生吊沖故障。一旦發(fā)生吊沖，就會使得壓片機的修復變得復雜。過多的細粉必須用吸塵系統(tǒng)將其吸去。正確理解每個工序的動作要求是非常重要的。例如：為確保最終片劑的設定硬度，受壓片子的重量就必須非常穩(wěn)定。優(yōu)化顆粒的流動性和一致性，就需要從選擇壓片機運轉的速度開始。平均速度3000片/min，即50片/s。壓片機里的顆粒如果在流動性、可壓性和出片三個方面沒有調整好的情況下是不可能用很高的速度來壓片的。有些設備可以用一些特殊的功能來解決這些問題，但一般情況下還是無能為力的。

5 加料

5.1 加料系統(tǒng)

主要由料斗、加料器、充填軌、計量軌、刮粉裝置和回粉槽組成。對于壓片機來講，片重取決于物料顆粒持續(xù)地充填至中模模腔中，壓片機無法預先稱出顆粒的重量，但計量是通過顆粒充入模腔，然后再將多余的粉料通過回粉這一動作得以保證的。

5.2 葉輪式加料

圖2 壓片工藝流程

一般情況下，料斗和加料器的位置是固定的，物料由料斗進入加料器，顆粒被轉動著的轉臺帶走。加料器不會將顆粒推進模腔，它只是將顆粒帶至中模模腔的上方。

5.3 計量的控制

計量控制的關鍵在于計量軌和刮粉裝置，在充填結束后，由計量軌的上下移動決定了最終片重。計量軌將下沖上移，多余的顆粒就會從中模中溢出，從而使藥片變輕，反之則增加片重，刮粉裝置會將多余的顆粒從中模上平面刮掉，并將其導入回粉槽，刮粉板要有彈性，并保證與中模臺面接觸。顆粒的大小須非常重要，如果此時有一顆很大的顆粒被刮走，那么對片重差異的影響是很大的。

6 顆粒

6.1 顆粒流動性

多余的顆粒從中模中推出后，經(jīng)回粉槽重新送回加料器，控制回粉的數(shù)量很重要。如果顆?？蓧盒院芎茫^量的回粉可能會導致顆粒變細。少量的細粉是可以被接受的，適量的細粉有助于減少碎片和裂片，同時有助于改進藥片的外觀。尺寸均一度很高的顆?？瓷先ゾ褪呛芎玫念w粒。尺寸跨度很大的顆粒雖然含有少量的細粉，如果它的可壓性很好，形成的藥片表面很光亮，則也是用戶所需要的顆粒。

6.2 顆粒尺寸的范圍

一般來講，較大直徑的片劑，需要較大的顆粒，較小直徑的片劑則需要小一點的顆粒。例如：很小直徑的口服避孕藥，它的顆粒范圍在60～180目之間。所以，顆粒的尺寸跨度和片劑的尺度相匹配的。此外，顆粒尺寸的大小與制粒設備有一定的關系，我國壓片機上常用的顆粒直徑在20～80目之間。

7 壓片系統(tǒng)

壓片系統(tǒng)是由預壓、主壓輪及壓輪架組成。

7.1 壓片

模具在經(jīng)過上下壓輪過壓后形成藥片，現(xiàn)在的壓片機一般都有預壓、主壓。

7.2 預壓

預壓有2個作用：

（1）排出顆粒間的空氣（圖3）。

（2）增加受壓時間，穩(wěn)定片子硬度。

許多顆粒的質量比較輕，顆粒內和顆粒之間都會隱藏著不少空氣，如果不經(jīng)預壓或受壓的時間過短就會導致脫帽。

7.3 脫帽

（1）上沖的直徑小于下沖的直徑；

圖3 沖模排氣示意

（2）下沖一直在中模內，始終不脫模，往下移用于充填，上移用于計量，再往上用于出片，下沖始終不脫模就是為了防止顆粒從中模中泄漏；

（3）上沖頭部直徑小于中模內徑，在壓片過程中有利于空氣跑出，如果上沖和下沖一樣大，空氣就無法跑出。片子頂部帽子處是空氣釋放之處。當空氣跑掉的時候也會帶出一些細粉，這時亦會影響片重差異。如果受壓時間不充分，就會形成脫帽。

8 沖尾標準的選擇

上下沖頭在上下兩個壓輪的作用下，將中模中間已被充填的藥粉壓實形成藥片。沖頭在壓力下所經(jīng)過的時間被稱之為受壓時間。目前一般有三種沖尾的標準：①TSM美國標準；②TSM圓頭標準；③EU標準。沖尾部的平面部分，圓頭標準和EU標準要比TSM美國標準大。直徑越大，受壓的時間越長。要確定一個產(chǎn)品是否對受壓時間敏感，在片重一定得以控制的情況下，如果隨著轉臺的轉速的增加，硬度迅速降低，則表明該產(chǎn)品對受壓時間敏感。相對于美國TSM標準，圓頭標準和EU標準的另一個優(yōu)點是它的尾部的弧度半徑更大，這樣使磨損降低，使用壽命延長。另一個敏感的問題是：相比圓頭標準內角度為37°，EU標準則為30°，因為這一顯著的區(qū)別，EU標準的軌道只能用EU標準的模具，北美一般只適用于TSM標準。

做雪球就是最形象的例子，又大又濕的雪花容易做成雪球，而又輕又干的雪花做成雪球就需要較長的時間。較輕的細粉和較干的顆粒一般需較長的受壓時間，這是理解顆粒性質的關鍵。壓片操作人員知道顆粒和雪花是千變萬化的，在日常生產(chǎn)中即是其中的一、二種。同樣，在同一批顆粒中亦有干的和非常濕的顆粒相混在一起，認識到這一點非常重要，不然就會以為是設備的問題，根據(jù)顆粒的情況來監(jiān)控壓片機的轉速和受壓的時間是操作壓片機的重要原則。

得到累加平均后的基帶信號后，采用一階擬合方法計算每個偽碼碼片的上升沿和下降沿過零點，將各過零點依次相減得到偽碼碼片的時間寬度，數(shù)字失真量即為接收信號和理想信號時間寬度之差，取其均值可得到數(shù)字失真的最佳估計量.如表1所示，從圖中可以的得到2個結論：(1)北斗系統(tǒng)所有衛(wèi)星B1I信號均存在數(shù)字失真現(xiàn)象；(2)數(shù)字失真最大的衛(wèi)星為IGSO類衛(wèi)星，最大失真數(shù)值為3.97ns；北斗區(qū)域系統(tǒng)的數(shù)字失真量均小于5ns，屬于正常的標稱失真范圍.

9 頂片

頂片的作用就是把已經(jīng)壓實的片子從中模中頂出，亦稱為出片。出片與以下要素相關：出片軌、下沖在轉臺中運動的長度、下沖的情況、攔片板、壓片機的轉速、片子脫模的潤滑情況。

頂片的高度需要被設定，以便下沖釘?shù)念^部略高于中模，這可以確保片子完全脫離中模。如果下沖磨損或長度不一，那么出片高度就不統(tǒng)一了。同時，下沖頭的片型面處也必須被拋光，以提高片劑的出模率，使顆粒不粘在沖頭的表面。這被稱之為粘沖，造成的主要原因是顆粒內部沒有干透，濕顆粒會粘在沖頭的表面。

片子一旦從中模中被頂出，就會被攔片板所引導，攔片板把片子導入出片槽，它必須被清潔和調平。注意攔片板不能調得過高，不然的話藥片會破碎，散落的碎片會混入顆粒中，造成片重、硬度差異等問題。藥片生產(chǎn)中的主要問題：片重、硬度、厚度、脆碎度、均一度及外觀。

10 壓片的控制

10.1 片重控制

前面已經(jīng)談過，片重差異主要取決于充填，壓片機上無法稱重顆粒。顆粒充填至中模，多余的粉料排出并導入回粉槽，并保證溢出的粉料不再會返回中模腔，控制好片重是制好片的關鍵。通常先檢驗片重，再檢驗片厚和硬度。

10.2 硬度控制

主要因素是片重、厚度、沖模長度、轉臺轉速、上沖進模深度及中模的情況。解決硬度的前提是要有穩(wěn)定的片重。

10.3 片厚和沖頭長度

在每次清潔工作以后，必須對每一付沖頭進行內部的常規(guī)檢測，新沖頭的標準長度公差在±0.025 mm，磨損后的長度尺寸則取決于最終產(chǎn)品的要求。

10.4 受壓時間

前面也已經(jīng)討論過，片子受壓的時間和沖頭頭部平面及壓片機轉臺轉速有關。

10.5 上沖進模深度

指上沖模進入中模的尺寸，老式的壓片機是固定的6 mm，新式的壓片機是可調的，如果上沖要進入中模6 mm，排放中模腔內的空氣就需要很長的一段時間，所以，選擇在中模高位壓片，有利于空氣的迅速排放，也有利于硬度的穩(wěn)定和壓片機保持較高的轉速。但過淺的上沖進模深度會造成撲粉，從而影響片重差異。

10.6 中模狀況

它會影響片子的硬度和外觀，當藥片受壓之后，就會產(chǎn)生一個壓力環(huán)作用于中模，時間一久中模受壓處就會膨脹變大，這樣，在出片后便會產(chǎn)生脫帽，片子硬度難以控制，藥片的側面不硬、不平或不光潔。

11 管理者和壓片工必須做好如下事宜

在沒有裝上模具的情況下，首先用肉眼觀察所有工位，觀察各部件的外觀，好的、正常的是有光澤的，損壞的、磨損的便會顯得暗淡無光澤。

觀察模具注意是否磨損，并判斷造成的原因，在白熾燈和鏡子的幫助下，觀察轉臺?？?。有時會發(fā)現(xiàn)殘余的顆粒或粉塵，這些粉塵使得沖模在轉臺中運動困難、受阻，容易形成吊沖，必須經(jīng)常保持轉臺?？椎那鍧嵑凸饣?。盡量少開空車，在設備開始運行時，保證中模中已有少量的顆粒。

用手輪轉動設備，最好是已將所有零部件都安裝完畢，聽聽有無異常聲音，一旦出現(xiàn)異常將導致設備損壞，在沒有解決這些問題之前不要開車。

經(jīng)常檢查片重，在設備帶料工作的情況下，聽聽壓機運轉的聲音，物料中含水量的大小，會使得設備運行聲音產(chǎn)生變化，干和硬的物料運行的聲音比軟的物料要沉重。檢查藥片的外觀，觀察藥片上面的斑點，有可能是吊沖所產(chǎn)生的。

12 總結

一個優(yōu)秀的壓片工是非常職業(yè)的，它們能夠區(qū)分設備和顆粒的問題，他們能夠利用設備固有的技術參數(shù)做到最高的效能，他們知道一旦出現(xiàn)粉塵就必須經(jīng)常清潔和潤滑模具。顆粒千變萬化，壓片工必須就顆粒和設備之間做適當?shù)恼{整。經(jīng)常觀測和檢查能讓壓片機長時間穩(wěn)定可靠的運行。

壓片工應當熟悉和了解本公司的壓片機，因為他們是專家，通過SOP記錄，盡量優(yōu)化每一批的產(chǎn)品，壓片機修理工只解決壓片機的故障。壓片工必須能正確設定各參數(shù)、安裝模具、更換軌道、清潔、上油保養(yǎng)等事項。管理部門則要注意生產(chǎn)效率的提高和員工能動性的發(fā)揮，最后，要注意聽取壓片工序后道包裝和包衣部門的反饋意見，這些意見也是十分重要的，因片子的質量與包衣、包裝息息相關。