一種塑料微通道管道結(jié)構(gòu)及制備裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種塑料微通道管道結(jié)構(gòu)及制備裝置，塑料微通道管道結(jié)構(gòu)為一中空管道，其管道壁面上環(huán)繞中央通孔沿圓周均勻排布多個(gè)微通道，微通道結(jié)構(gòu)比表面積大，大大強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)本身傳質(zhì)和傳熱等性能；所述微通道管道結(jié)構(gòu)的制備裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、料斗、擠出機(jī)機(jī)筒、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、擠出機(jī)頭、冷卻水槽和牽引收卷裝置；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)的螺桿的尾部通過(guò)帶輪相連，料斗固定在擠出機(jī)機(jī)筒尾部的上方，擠出機(jī)頭固定連接于擠出機(jī)機(jī)筒的前端，冷卻水槽和牽引收卷裝置依次布置在擠出機(jī)頭的前方；本實(shí)用新型易于操作、生產(chǎn)效率高、成本低廉。
【專利說(shuō)明】一種塑料微通道管道結(jié)構(gòu)及制備裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及新結(jié)構(gòu)塑料管材與加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種塑料微通道管道結(jié)構(gòu)及制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著微納制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微尺度結(jié)構(gòu)的新型材料成為重要的基礎(chǔ)材料器件。其中，多數(shù)為含有微流道結(jié)構(gòu)的新型材料。這些微尺度結(jié)構(gòu)材料由于自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，能夠帶來(lái)應(yīng)用性能上的優(yōu)勢(shì)，因此常被當(dāng)作介質(zhì)載體、基體或者傳輸管道等等在微電子、生物醫(yī)學(xué)、航空航天及各種運(yùn)輸器材領(lǐng)域具有特殊的應(yīng)用價(jià)值；另外，它還可用于食品包裝、建筑消聲、電器產(chǎn)品、信息工程及運(yùn)動(dòng)器材等方面。比較著名的有芯片實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的微流控器件，如微換熱器、微反應(yīng)器等關(guān)鍵部件，通常也含有多條微流體通道，且對(duì)通道的尺寸和界面質(zhì)量要求較高。但這些部件一般需要通過(guò)復(fù)雜的蝕刻工藝獲得，重復(fù)性較低，無(wú)法高效生產(chǎn)，不具備產(chǎn)業(yè)化潛力。
[0003]目前的塑料管材市場(chǎng)大多集中在大尺寸的塑料管件，少有多通道集成的管件材料。微通道結(jié)構(gòu)材料的常見(jiàn)成型技術(shù)有通過(guò)擠出金屬粉末和粘土成型多通道蜂窩結(jié)構(gòu)毛坯材料，再燒結(jié)成型。該方法只能間歇操作，且難以得到較長(zhǎng)的微通道。也有通過(guò)將中空玻璃纖維組合排列，再熔融拉伸，得到多微通道結(jié)構(gòu)的方法。這需要先將原料制成纖維，再二次加工獲得多通道材料。可見(jiàn)，其制作工藝復(fù)雜、成本高。因此，研究高效快捷的微通道結(jié)構(gòu)材料成型方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種塑料微通道管道結(jié)構(gòu)及制備裝
置。·
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種塑料微通道管道結(jié)構(gòu)，它為一中空管道，其管道壁面上環(huán)繞中央通孔沿圓周均勻排布多個(gè)微通道。
[0006]進(jìn)一步地，所述多個(gè)微通道均勻排布在管道壁面內(nèi)與中央通孔同心的兩個(gè)不同半徑的圓周上。
[0007]進(jìn)一步地，所述多個(gè)微通道均勻排布在管道壁面內(nèi)與中央通孔同心的三個(gè)不同半徑的圓周上。
[0008]進(jìn)一步地，所述微通道結(jié)構(gòu)管道結(jié)構(gòu)外徑f 5_，管子壁厚0.05^1mm,平均微通道直徑 5(T300//m。
[0009]一種上述微通道管道結(jié)構(gòu)的制備裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、料斗、擠出機(jī)機(jī)筒、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、擠出機(jī)頭、冷卻水槽和牽引收卷裝置；其中，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)的螺桿的尾部通過(guò)帶輪相連，料斗固定在擠出機(jī)機(jī)筒尾部的上方，擠出機(jī)頭固定連接于擠出機(jī)機(jī)筒的前端，冷卻水槽和牽引收卷裝置依次布置在擠出機(jī)頭的前方；數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括三個(gè)高溫熔體傳感器、一個(gè)熔體溫度壓力傳感器、一個(gè)接近開(kāi)關(guān)和一具有數(shù)據(jù)采集卡的PC機(jī)，三個(gè)高溫熔體傳感器分別安裝在擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)部的螺桿的三個(gè)加熱位置處；接近開(kāi)關(guān)安裝在收卷裝置上的滾輪處，高溫熔體傳感器、熔體溫度壓力傳感器和接近開(kāi)關(guān)均與PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡相連。
[0010]進(jìn)一步地，所述擠出機(jī)頭包括:注射針頭模塊、口模、口模壓蓋、調(diào)節(jié)螺釘、支架壓環(huán)、機(jī)頭體、熔體溫度壓力傳感器和加熱圈；其中，所述注射針頭模塊通過(guò)間隙配合安裝于機(jī)頭體中心的環(huán)形階梯內(nèi)；支架壓蓋通過(guò)螺紋連接于機(jī)頭體端部，并壓緊固定注射針頭模塊；口模固定安裝于支架壓環(huán)前端的同心孔槽內(nèi)，口模壓蓋通過(guò)螺紋連接固定于支架壓環(huán)前端的螺紋孔內(nèi)，并壓緊固定口模；調(diào)節(jié)螺釘安裝在支架壓環(huán)上下兩側(cè)的螺紋孔內(nèi)；溫度壓力傳感器通過(guò)螺紋連接固定于機(jī)頭體上；機(jī)頭體外部包裹有加熱圈，用于對(duì)擠出機(jī)頭進(jìn)行加熱。
[0011]進(jìn)一步地，所述注射針頭模塊包括芯模頂蓋、注射針頭、針頭支座、分流體支架和分流器。針頭支座通過(guò)螺紋連接固定于分流體支架的前端螺紋孔內(nèi)，中空針頭牢固配合安插在模塊底座上的環(huán)型通孔內(nèi)；芯模頂蓋通過(guò)螺紋連接固定于針頭支座前端的中心螺孔內(nèi)，芯模頂蓋內(nèi)部為通孔；分流體支架與分流器通過(guò)螺紋固定連接。
[0012]應(yīng)用上述制備裝置制備微通道管道結(jié)構(gòu)方法，具體為:電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶輪帶動(dòng)擠出機(jī)內(nèi)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由料斗加入的塑料原料在螺桿旋轉(zhuǎn)和電加熱作用下，融化形成高黏度熔融的聚合物熔體，熔體進(jìn)入擠出機(jī)頭，經(jīng)由分流器與分流體支架形成的熔體流道流向注射針頭末端；聚合物熔體流過(guò)注射針頭端部時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致氣體直接經(jīng)由與大氣相通的注射針頭另一端吸入聚合物熔體內(nèi)，初步成型微通道結(jié)構(gòu)雛形，與此同時(shí)熔體被螺桿旋轉(zhuǎn)剪切作用擠出機(jī)頭外部，擠出件在牽引裝置的拉伸作用下，整體尺寸快速減小，聚合物內(nèi)通道孔徑快速縮小，形成微通道結(jié)構(gòu)；擠出件進(jìn)入冷卻水槽快速冷卻定型后由收卷裝置收集，得到微通道管道結(jié)構(gòu)。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]1、本實(shí)用新型提供了單層或多層結(jié)構(gòu)的多微通道集成的新型塑料管道；
[0015]2、微尺度的微通道結(jié)構(gòu)比表面積大，大大強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)本身傳質(zhì)和傳熱等性能；
[0016]3、MCT生產(chǎn)原料選擇多，產(chǎn)品呈現(xiàn)特性易實(shí)現(xiàn)多樣化，方便二次成型及大規(guī)模集成使用；
[0017]4、注射針頭模塊化設(shè)計(jì)，容易根據(jù)生產(chǎn)需求改變微通道集成方式，可以將不同數(shù)量的微通道按單層或多層排列集合在管壁內(nèi)；
[0018]5、大量微通道有序可控地在空間內(nèi)排列，為特定三維網(wǎng)絡(luò)通道的制作提供了有效途徑和基礎(chǔ)；
[0019]6、MCT加工過(guò)程自動(dòng)化程度高，易于操作，生產(chǎn)效率高，其成本低廉、制品附加值聞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是單層微通道結(jié)構(gòu)管道示意圖；
[0021]圖2是雙層微通道結(jié)構(gòu)管道示意圖；
[0022]圖3是三層微通道結(jié)構(gòu)管道示意圖；
[0023]圖4是MCT生產(chǎn)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖5是MCT擠出機(jī)頭的裝配示意圖；
[0025]圖6是機(jī)頭內(nèi)部芯模組件的裝配示意圖；
[0026]圖7是MCT生產(chǎn)流程的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)框架的示意圖；
[0027]圖8是數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)工作流程的示意圖；
[0028]圖9是生產(chǎn)實(shí)例以擠出機(jī)頭溫度190°C，熔融拉伸距離40mm時(shí)，MCT管材外徑、平均MCT管壁厚度和平均微通道直徑與拉伸比的關(guān)系圖。
[0029]圖中:微通道1、管道壁2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)3、料斗4、擠出機(jī)機(jī)筒5、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)6、MCT擠出機(jī)頭7、冷卻水槽8、牽引收卷裝置9、注射針頭模塊10、口模11、口模壓蓋12、調(diào)節(jié)螺釘13、支架壓環(huán)14、機(jī)頭體15、熔體溫度壓力傳感器16、加熱圈17、芯模頂蓋18、注射針頭19、針頭支座20、分流體支架21、分流器22。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1所示，本實(shí)用新型塑料微通道管道結(jié)構(gòu)(MCT)為一中空管道，其管道壁面2上環(huán)繞中央通孔沿圓周均勻排布多個(gè)微通道1，排布形式可根據(jù)具體應(yīng)用要求更換注射針頭模塊而達(dá)成。
[0031]如圖2所示，多個(gè)微通道I均勻排布在管道壁面2內(nèi)與中央通孔同心的兩個(gè)不同半徑的圓周上；或者如圖3所示變成更為復(fù)雜的形式，多個(gè)微通道I均勻排布在管道壁面2內(nèi)與中央通孔同心的三個(gè)不同半徑的圓周上。
[0032]本實(shí)用新型微通道管道結(jié)構(gòu)外徑I飛mm，管子壁厚0.05?1mm，平均微通道直徑5(T300//m。其制備材料多樣化，適合于聚乙烯(PE)、聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等多種熱塑性塑料。
[0033]本實(shí)用新型微通道管道結(jié)構(gòu)的制備裝置如圖4所示，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)3、料斗4、擠出機(jī)機(jī)筒5、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)6、擠出機(jī)頭7、冷卻水槽8和牽引收卷裝置9。驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的輸出軸與擠出機(jī)機(jī)筒5內(nèi)的螺桿的尾部通過(guò)帶輪相連,傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)擠出機(jī)機(jī)筒5內(nèi)部的螺桿工作，料斗4固定在擠出機(jī)機(jī)筒5尾部的上方，擠出機(jī)頭7固定連接于擠出機(jī)機(jī)筒5的前端，冷卻水槽8和牽引收卷裝置9依次布置在擠出機(jī)頭7的前方。數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)6包括三個(gè)高溫熔體傳感器，一個(gè)熔體溫度壓力傳感器和一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，高溫熔體傳感器安裝在擠出機(jī)機(jī)筒5內(nèi)部的螺桿的三個(gè)加熱位置處，用于檢測(cè)螺桿不同部位的工作溫度。接近開(kāi)關(guān)安裝在收卷裝置9上的滾輪處，用于測(cè)量牽引拉伸速度，高溫熔體傳感器、熔體溫度壓力傳感器和接近開(kāi)關(guān)均與PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡相連。
[0034]區(qū)別于一般管材擠出機(jī)，如圖5、圖6所示，本實(shí)用新型的擠出機(jī)頭7具體結(jié)構(gòu)如下:它包括注射針頭模塊10、口模11、口模壓蓋12、調(diào)節(jié)螺釘13、支架壓環(huán)14、機(jī)頭體15、熔體溫度壓力傳感器16、加熱圈17。注射針頭模塊10通過(guò)間隙配合安裝于機(jī)頭體15中心的環(huán)形階梯內(nèi)；支架壓蓋14通過(guò)螺紋連接于機(jī)頭體15端部，并壓緊固定注射針頭模塊10 ; 口模11固定安裝于支架壓環(huán)14前端的同心孔槽內(nèi)，口模壓蓋12通過(guò)螺紋連接固定于支架壓環(huán)14前端的螺紋孔內(nèi)，并壓緊固定口模11 ;調(diào)節(jié)螺釘13安裝在支架壓環(huán)14上下兩側(cè)的螺紋孔內(nèi)，通過(guò)將調(diào)節(jié)螺釘13上下擰動(dòng)，可以有效調(diào)節(jié)口模11與注射針頭19之間的空隙大小，進(jìn)而影響MCT成型質(zhì)量；熔體溫度壓力傳感器16通過(guò)螺紋連接固定于機(jī)頭體15上，其測(cè)量端與流道內(nèi)熔融物料直接接觸，用于測(cè)量變送機(jī)頭內(nèi)溫度以及壓力信號(hào)；機(jī)頭體15外部包裹有加熱圈17，用于對(duì)擠出機(jī)頭7進(jìn)行加熱。
[0035]注射針頭模塊10包括芯模頂蓋18、注射針頭19、針頭支座20、分流體支架21和分流器22。針頭支座20通過(guò)螺紋連接固定于分流體支架21上已加工的前端螺紋孔內(nèi)，中空針頭19牢固配合安插在模塊底座20上的環(huán)型通孔內(nèi)(通孔可經(jīng)由電火花等技術(shù)成型)，針頭19另一端直接連通大氣，用于成型MCT環(huán)狀微通道，針頭支座20上針頭19排列方式直接決定微通道在管壁上的排列布局，具體情況可根據(jù)生產(chǎn)需求對(duì)注射針頭模塊10進(jìn)行選型；芯模頂蓋18通過(guò)螺紋連接固定于針頭支座20前端的中心螺孔內(nèi)，芯模頂蓋18內(nèi)部為通孔，用于成型MCT中央通孔；分流體支架21與分流器22通過(guò)螺紋固定連接。分流體支架21、分流器22、注射針頭19、芯模頂蓋18和針頭支座20聯(lián)合組成注射針頭模塊10。
[0036]本實(shí)用新型中的MCT結(jié)構(gòu)新穎、加工簡(jiǎn)單、制造成本低，其結(jié)構(gòu)與尺寸調(diào)節(jié)方便。多條微米尺度的通道集成在管壁內(nèi)，可以加工成單層、雙層或多層排列。因此，微通道可與宏觀通道巧妙地結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)微通道和中間大通道的連接；MCT內(nèi)微通道可以看做是各向異性的開(kāi)孔泡孔，可以通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)方便地定制空隙度范圍達(dá)到1(T30% ;MCT擁有高透明度和高彈性，每個(gè)微通道內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)光催化反應(yīng)，光傳輸?shù)葢?yīng)用；MCT有柔韌性，彎折不易閉合微通道，可以在微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用等等。MCT加工方法適用于大多數(shù)熱塑性塑料，因此可以依據(jù)應(yīng)用需要選擇親疏水性、透明度、耐溫性、傳熱性等各種性能的材料。MCF作為一種全新的塑料管材結(jié)構(gòu)，具有在廣泛領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用潛力，如微流控器件、微型換熱器、小型熱管、海洋工程、生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)等。
【權(quán)利要求】
1.一種塑料微通道管道結(jié)構(gòu)，其特征在于，它為一中空管道，其管道壁面(2)上環(huán)繞中央通孔沿圓周均勻排布多個(gè)微通道(I )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料微通道管道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)微通道(I)均勻排布在管道壁面(2)內(nèi)與中央通孔同心的兩個(gè)不同半徑的圓周上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料微通道管道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)微通道(I)均勻排布在管道壁面(2)內(nèi)與中央通孔同心的三個(gè)不同半徑的圓周上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料微通道管道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述微通道結(jié)構(gòu)管道結(jié)構(gòu)外徑I?5mm,管子壁厚0.05?Imm,平均微通道直徑50?300// m。
5.一種權(quán)利要求1所述微通道管道結(jié)構(gòu)的制備裝置，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)、料斗(4)、擠出機(jī)機(jī)筒(5)、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)(6)、擠出機(jī)頭(7)、冷卻水槽(8)和牽引收卷裝置(9);其中，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)的輸出軸與擠出機(jī)機(jī)筒(5)內(nèi)的螺桿的尾部通過(guò)帶輪相連，料斗(4)固定在擠出機(jī)機(jī)筒(5)尾部的上方，擠出機(jī)頭(7)固定連接于擠出機(jī)機(jī)筒(5)的前端，冷卻水槽(8)和牽引收卷裝置(9)依次布置在擠出機(jī)頭(7)的前方；數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)(6)包括三個(gè)高溫熔體傳感器、一個(gè)熔體溫度壓力傳感器、一個(gè)接近開(kāi)關(guān)和一具有數(shù)據(jù)采集卡的PC機(jī)，三個(gè)高溫熔體傳感器分別安裝在擠出機(jī)機(jī)筒(5)內(nèi)部的螺桿的三個(gè)加熱位置處；接近開(kāi)關(guān)安裝在收卷裝置(9)上的滾輪處，高溫熔體傳感器、熔體溫度壓力傳感器和接近開(kāi)關(guān)均與PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述微通道管道結(jié)構(gòu)的制備裝置，其特征在于，所述擠出機(jī)頭(7)包括:注射針頭模塊(10)、口模(11)、口模壓蓋(12)、調(diào)節(jié)螺釘(13)、支架壓環(huán)(14)、機(jī)頭體(15)、熔體溫度壓力傳感器(16)和加熱圈(17);其中，所述注射針頭模塊(10)通過(guò)間隙配合安裝于機(jī)頭體(15)中心的環(huán)形階梯內(nèi)；支架壓蓋(14)通過(guò)螺紋連接于機(jī)頭體(15)端部，并壓緊固定注射針頭模塊(10); 口模(11)固定安裝于支架壓環(huán)(14)前端的同心孔槽內(nèi)，口模壓蓋(12)通過(guò)螺紋連接固定于支架壓環(huán)(14)前端的螺紋孔內(nèi)，并壓緊固定口模(11);調(diào)節(jié)螺釘(13)安裝在支架壓環(huán)(14)上下兩側(cè)的螺紋孔內(nèi)；溫度壓力傳感器(16)通過(guò)螺紋連接固定于機(jī)頭體(15 )上；機(jī)頭體(15 )外部包裹有加熱圈(17 )，用于對(duì)擠出機(jī)頭(7 )進(jìn)行加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述微通道管道結(jié)構(gòu)的制備裝置，其特征在于，所述注射針頭模塊(10)包括芯模頂蓋(18)、注射針頭(19)、針頭支座(20)、分流體支架(21)和分流器(22)；針頭支座(20)通過(guò)螺紋連接固定于分流體支架(21)的前端螺紋孔內(nèi)，中空針頭(19)牢固配合安插在模塊底座(20)上的環(huán)型通孔內(nèi)；芯模頂蓋(18)通過(guò)螺紋連接固定于針頭支座(20)前端的中心螺孔內(nèi)，芯模頂蓋(18)內(nèi)部為通孔；分流體支架(21)與分流器(22)通過(guò)螺紋固定連接。
【文檔編號(hào)】B29C47/06GK203413250SQ201320458045
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月28日
【發(fā)明者】許忠斌, 徐浙云, 曹佳培, 崔赟, 應(yīng)臻 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 寧波鷹達(dá)鋰離子電池科技有限公司