制粒与压片技术的优化

伍善根 黄文杰

（上海天祥·健台制药机械有限公司，上海 200050）

1 前言

本文根据国外的一篇科技文献编译。米歇尔•托司是一家国际制药设备公司的技术服务总监，根据自己多年的工作经验择写了该文。

至今全球范围内已拥有不少压片机的生产制造厂商，而大部分压片机的操作方式基本相似。压片机和模具趋于标准化。大多数压片机厂商生产的压片机及模具均采用TSM或EU标准。本文重点研究压片机及颗粒相关的问题，使压片机处于最佳的运行状况，同时，关注（物料）颗粒的流动性、可压性、顶片、保养和片子质量控制。

一个合格的压片工，会用好的颗粒来生产优质的药片，同时，能判断是颗粒的问题还是压片机的问题。在一段压片时间内不发生诸如分层、片重差异或硬度问题，而且经过较长一段时间的压片,模具完好无损。一台好的压片机能够生产出好的片子，并且模具及机械部分磨损很少，许多人会怀疑这一可能性，但事实上是可以的。取得压片成功的第一步是清洁和安装，如果清洁和安装正确，已经完成了成功运行的三分之一。但是千万不能忘记对颗粒和设备的正确判别。

2 压片原理

压片机的转台结构一般为三层（图1），上层的模孔中装入上冲杆，中层装中模，下层模孔中装下冲杆。由传动机构带来动力使转台旋转，在转台旋转的同时，上下冲杆沿着固定的轨道作有规律的上下运动。

从压片工艺流程图中我们可以看到（图2），下冲转到加料器之下时，下冲的位置趋低，致使物料颗粒流入中模模腔，此时的上冲升起让开加料器。下冲转到充填轨时，已经保证了一定的充填量，再转到计量轨时经刮粉器，将多余的物料颗粒刮去，保证了剂量的准确。当上下冲转到两压轮之间，两冲之间的距离为最小，即压缩成片。下冲转到顶出轨时，下冲升起将中模内已受压的片子逐渐顶出，直至下冲与中模的上缘持平。药片被拦片板推开。压片工序就是如此周而复始的工作。

从压片原理来分析，压片过程中最重要的还是物料的流动性、可压性和出片等三个要素。流动性就是使物料类似制过粒的砂糖那样流动。压片就是指在药粉颗粒在模腔中形成药片。出片就是指成型后的药片在模腔中把片顶出。

图1 压片机转台、冲模的主要结构

从设备上解决问题，可以从加料系统、压片系统和顶片系统入手，使颗粒能进入模腔，这里需要调节加料器叶轮的转速，使之与转台的转速匹配。

3 选择合适的充填轨

充填轨决定了颗粒充满中模的程度，充满中模的颗粒能够保证稳定的片重。充填过头意味着大量的颗粒会重新进入加料器，颗粒从模腔返回加料器的重复运动，称为颗粒的过渡做工。这种情况越频繁就会使颗粒尺寸变小，密度发生变化形成细粉，从而影响片重差异。解决这一问题的最佳办法，就是选择合适的充填轨，使溢出的粉量低于模腔量的20%。

4 细粉控制

通常压片机颗粒中的细粉含量有一定的比例，不能过高，对压片工艺来说细粉比例越高，诸如片重差异、硬度差异、脱帽、粘冲和含量不均等问题就越多。同时，过多的细粉亦会影响压片机机械部分的润滑。细粉进入轨道，进入模孔，导致冲杆活动受阻，致使产生吊冲故障。一旦发生吊冲，就会使得压片机的修复变得复杂。过多的细粉必须用吸尘系统将其吸去。正确理解每个工序的动作要求是非常重要的。例如：为确保最终片剂的设定硬度，受压片子的重量就必须非常稳定。优化颗粒的流动性和一致性，就需要从选择压片机运转的速度开始。平均速度3000片/min，即50片/s。压片机里的颗粒如果在流动性、可压性和出片三个方面没有调整好的情况下是不可能用很高的速度来压片的。有些设备可以用一些特殊的功能来解决这些问题，但一般情况下还是无能为力的。

5 加料

5.1 加料系统

主要由料斗、加料器、充填轨、计量轨、刮粉装置和回粉槽组成。对于压片机来讲，片重取决于物料颗粒持续地充填至中模模腔中，压片机无法预先称出颗粒的重量，但计量是通过颗粒充入模腔，然后再将多余的粉料通过回粉这一动作得以保证的。

5.2 叶轮式加料

图2 压片工艺流程

一般情况下，料斗和加料器的位置是固定的，物料由料斗进入加料器，颗粒被转动着的转台带走。加料器不会将颗粒推进模腔，它只是将颗粒带至中模模腔的上方。

5.3 计量的控制

计量控制的关键在于计量轨和刮粉装置，在充填结束后，由计量轨的上下移动决定了最终片重。计量轨将下冲上移，多余的颗粒就会从中模中溢出，从而使药片变轻，反之则增加片重，刮粉装置会将多余的颗粒从中模上平面刮掉，并将其导入回粉槽，刮粉板要有弹性，并保证与中模台面接触。颗粒的大小须非常重要，如果此时有一颗很大的颗粒被刮走，那么对片重差异的影响是很大的。

6 颗粒

6.1 颗粒流动性

多余的颗粒从中模中推出后，经回粉槽重新送回加料器，控制回粉的数量很重要。如果颗粒可压性很好，过量的回粉可能会导致颗粒变细。少量的细粉是可以被接受的，适量的细粉有助于减少碎片和裂片，同时有助于改进药片的外观。尺寸均一度很高的颗粒看上去就是很好的颗粒。尺寸跨度很大的颗粒虽然含有少量的细粉，如果它的可压性很好，形成的药片表面很光亮，则也是用户所需要的颗粒。

6.2 颗粒尺寸的范围

一般来讲，较大直径的片剂，需要较大的颗粒，较小直径的片剂则需要小一点的颗粒。例如：很小直径的口服避孕药，它的颗粒范围在60～180目之间。所以，颗粒的尺寸跨度和片剂的尺度相匹配的。此外，颗粒尺寸的大小与制粒设备有一定的关系，我国压片机上常用的颗粒直径在20～80目之间。

7 压片系统

压片系统是由预压、主压轮及压轮架组成。

7.1 压片

模具在经过上下压轮过压后形成药片，现在的压片机一般都有预压、主压。

7.2 预压

预压有2个作用：

（1）排出颗粒间的空气（图3）。

（2）增加受压时间，稳定片子硬度。

许多颗粒的质量比较轻，颗粒内和颗粒之间都会隐藏着不少空气，如果不经预压或受压的时间过短就会导致脱帽。

7.3 脱帽

（1）上冲的直径小于下冲的直径；

图3 冲模排气示意

（2）下冲一直在中模内，始终不脱模，往下移用于充填，上移用于计量，再往上用于出片，下冲始终不脱模就是为了防止颗粒从中模中泄漏；

（3）上冲头部直径小于中模内径，在压片过程中有利于空气跑出，如果上冲和下冲一样大，空气就无法跑出。片子顶部帽子处是空气释放之处。当空气跑掉的时候也会带出一些细粉，这时亦会影响片重差异。如果受压时间不充分，就会形成脱帽。

8 冲尾标准的选择

上下冲头在上下两个压轮的作用下，将中模中间已被充填的药粉压实形成药片。冲头在压力下所经过的时间被称之为受压时间。目前一般有三种冲尾的标准：①TSM美国标准；②TSM圆头标准；③EU标准。冲尾部的平面部分，圆头标准和EU标准要比TSM美国标准大。直径越大，受压的时间越长。要确定一个产品是否对受压时间敏感，在片重一定得以控制的情况下，如果随着转台的转速的增加，硬度迅速降低，则表明该产品对受压时间敏感。相对于美国TSM标准，圆头标准和EU标准的另一个优点是它的尾部的弧度半径更大，这样使磨损降低，使用寿命延长。另一个敏感的问题是：相比圆头标准内角度为37°，EU标准则为30°，因为这一显著的区别，EU标准的轨道只能用EU标准的模具，北美一般只适用于TSM标准。

做雪球就是最形象的例子，又大又湿的雪花容易做成雪球，而又轻又干的雪花做成雪球就需要较长的时间。较轻的细粉和较干的颗粒一般需较长的受压时间，这是理解颗粒性质的关键。压片操作人员知道颗粒和雪花是千变万化的，在日常生产中即是其中的一、二种。同样，在同一批颗粒中亦有干的和非常湿的颗粒相混在一起，认识到这一点非常重要，不然就会以为是设备的问题，根据颗粒的情况来监控压片机的转速和受压的时间是操作压片机的重要原则。

得到累加平均后的基带信号后，采用一阶拟合方法计算每个伪码码片的上升沿和下降沿过零点，将各过零点依次相减得到伪码码片的时间宽度，数字失真量即为接收信号和理想信号时间宽度之差，取其均值可得到数字失真的最佳估计量.如表1所示，从图中可以的得到2个结论：(1)北斗系统所有卫星B1I信号均存在数字失真现象；(2)数字失真最大的卫星为IGSO类卫星，最大失真数值为3.97ns；北斗区域系统的数字失真量均小于5ns，属于正常的标称失真范围.

9 顶片

顶片的作用就是把已经压实的片子从中模中顶出，亦称为出片。出片与以下要素相关：出片轨、下冲在转台中运动的长度、下冲的情况、拦片板、压片机的转速、片子脱模的润滑情况。

顶片的高度需要被设定，以便下冲钉的头部略高于中模，这可以确保片子完全脱离中模。如果下冲磨损或长度不一，那么出片高度就不统一了。同时，下冲头的片型面处也必须被抛光，以提高片剂的出模率，使颗粒不粘在冲头的表面。这被称之为粘冲，造成的主要原因是颗粒内部没有干透，湿颗粒会粘在冲头的表面。

片子一旦从中模中被顶出，就会被拦片板所引导，拦片板把片子导入出片槽，它必须被清洁和调平。注意拦片板不能调得过高，不然的话药片会破碎，散落的碎片会混入颗粒中，造成片重、硬度差异等问题。药片生产中的主要问题：片重、硬度、厚度、脆碎度、均一度及外观。

10 压片的控制

10.1 片重控制

前面已经谈过，片重差异主要取决于充填，压片机上无法称重颗粒。颗粒充填至中模，多余的粉料排出并导入回粉槽，并保证溢出的粉料不再会返回中模腔，控制好片重是制好片的关键。通常先检验片重，再检验片厚和硬度。

10.2 硬度控制

主要因素是片重、厚度、冲模长度、转台转速、上冲进模深度及中模的情况。解决硬度的前提是要有稳定的片重。

10.3 片厚和冲头长度

在每次清洁工作以后，必须对每一付冲头进行内部的常规检测，新冲头的标准长度公差在±0.025 mm，磨损后的长度尺寸则取决于最终产品的要求。

10.4 受压时间

前面也已经讨论过，片子受压的时间和冲头头部平面及压片机转台转速有关。

10.5 上冲进模深度

指上冲模进入中模的尺寸，老式的压片机是固定的6 mm，新式的压片机是可调的，如果上冲要进入中模6 mm，排放中模腔内的空气就需要很长的一段时间，所以，选择在中模高位压片，有利于空气的迅速排放，也有利于硬度的稳定和压片机保持较高的转速。但过浅的上冲进模深度会造成扑粉，从而影响片重差异。

10.6 中模状况

它会影响片子的硬度和外观，当药片受压之后，就会产生一个压力环作用于中模，时间一久中模受压处就会膨胀变大，这样，在出片后便会产生脱帽，片子硬度难以控制，药片的侧面不硬、不平或不光洁。

11 管理者和压片工必须做好如下事宜

在没有装上模具的情况下，首先用肉眼观察所有工位，观察各部件的外观，好的、正常的是有光泽的，损坏的、磨损的便会显得暗淡无光泽。

观察模具注意是否磨损，并判断造成的原因，在白炽灯和镜子的帮助下，观察转台模孔。有时会发现残余的颗粒或粉尘，这些粉尘使得冲模在转台中运动困难、受阻，容易形成吊冲，必须经常保持转台模孔的清洁和光滑。尽量少开空车，在设备开始运行时，保证中模中已有少量的颗粒。

用手轮转动设备，最好是已将所有零部件都安装完毕，听听有无异常声音，一旦出现异常将导致设备损坏，在没有解决这些问题之前不要开车。

经常检查片重，在设备带料工作的情况下，听听压机运转的声音，物料中含水量的大小，会使得设备运行声音产生变化，干和硬的物料运行的声音比软的物料要沉重。检查药片的外观，观察药片上面的斑点，有可能是吊冲所产生的。

12 总结

一个优秀的压片工是非常职业的，它们能够区分设备和颗粒的问题，他们能够利用设备固有的技术参数做到最高的效能，他们知道一旦出现粉尘就必须经常清洁和润滑模具。颗粒千变万化，压片工必须就颗粒和设备之间做适当的调整。经常观测和检查能让压片机长时间稳定可靠的运行。

压片工应当熟悉和了解本公司的压片机，因为他们是专家，通过SOP记录，尽量优化每一批的产品，压片机修理工只解决压片机的故障。压片工必须能正确设定各参数、安装模具、更换轨道、清洁、上油保养等事项。管理部门则要注意生产效率的提高和员工能动性的发挥，最后，要注意听取压片工序后道包装和包衣部门的反馈意见，这些意见也是十分重要的，因片子的质量与包衣、包装息息相关。