微通道塑料薄膜灌注方法及一種微通道塑料薄膜灌注的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微通道塑料薄膜灌注方法及一種微通道塑料薄膜灌注機。微通道薄膜灌注方法是利用高壓與真空組合形成的壓差技術，將微通道塑料薄膜的一端置于高壓容器內(nèi)的待灌液體中，另一端置于真空容器內(nèi)的空杯中，在高壓與真空的組合壓差下，實現(xiàn)微通道薄膜全密閉灌注的一種方法。灌注工藝包括高壓端準備、真空端準備、高壓灌注、真空灌注等四個主要工序。本發(fā)明中的灌注機包括機架、真空容器腔體、真空容器密封門、真空容器密封件、連接架、高壓容器腔體、高壓容器密封門、高壓容器密封件。本發(fā)明將液體密閉在高壓容器和真空容器中，液體不會揮發(fā)到大氣中，因此對于有毒和有害液體的灌注，也不會產(chǎn)生污染大氣的后果，實現(xiàn)環(huán)保灌注。
【專利說明】微通道塑料薄膜灌注方法及一種微通道塑料薄膜灌注機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微通道塑料薄膜灌注方法及一種微通道塑料薄膜灌注機，屬于液體微灌裝領域，尤其是易于多頭微細通道的液體灌注。
【背景技術】
[0002]微通道塑料薄膜是一種內(nèi)含平行中空微通道的新型塑料薄膜，微通道直徑為微米級(10 μ m?500 μ m)。多年以來，浙江大學許忠斌教授課題組跟蹤國際研究前沿技術，聯(lián)合華泰塑膠股份有限公司研制成功在一厘米的寬度內(nèi)含有19條微通道的塑料薄膜產(chǎn)品。微通道塑料薄膜具有許多優(yōu)點，例如彎曲不易閉合、占用空間小、承壓能力高、傳熱性能好等。因此可用于防偽包裝、香水儲存、微型設備等領域。
[0003]在微通道內(nèi)灌注液體是困難的事情。在防偽包裝及香水儲存領域，都存在著將液體灌入微通道內(nèi)的加工工序，由于通道直徑只有微米級，如何將液體快速灌入微通道內(nèi)，以提高生產(chǎn)率，是目前科研及微通道批量應用的難題。為了快速灌注，試驗過許多灌注方法，但生產(chǎn)效率依然很低，難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。例如針注方法、真空方法、壓力方法等。由于受到灌注成本居高不下的阻礙，所以難以將微通道塑料薄膜技術在防偽包裝等領域推廣應用。因此找到更加快速的灌裝方法，是解決微通道塑料薄膜推廣應用的技術難題之一。
[0004]灌注揮發(fā)性液體時易于污染環(huán)境。利用微通道塑料薄膜制作防偽標簽，需要在微通道內(nèi)灌注熒光油墨、磁性油墨、熱敏油墨等具有一定揮發(fā)性的液體，而這些揮發(fā)性液體對人身及環(huán)境都會造成或多或少的影響，因此如何避免這些液體揮發(fā)到空氣中，是微通道塑料薄膜灌注需要解決的另外一個難題。
[0005]針注方法效率低并污染環(huán)境。針注是最先采用的灌注方法，也是人們首先想到的灌注方法，但這種方法存在三個難題。一是微通道直徑微小，為微米級，而針頭外徑是毫米級，所以要將針頭伸到微通道內(nèi)通過給針管加壓實現(xiàn)灌注，針頭的對中過程就難以操作；二是針頭與微通道薄膜的接觸處易于泄露，雖然毫米級的針頭伸入微通道后被微通道塑料薄膜緊緊裹住，但由于針頭材料與微通道材料的摩擦力較小，當注射壓力稍加提高，就會有液體從針頭與微通道接觸處泄露，使得灌注難以繼續(xù)；三是灌注操作在大氣中進行，有毒有害氣體易于揮發(fā)到大氣中，造成環(huán)境污染。據(jù)測算，加工一個正常使用的防偽標簽，其針注的成本就在10元以上，顯然傳統(tǒng)的針注技術難以將微通道塑料薄膜應用到商品防偽方面。
[0006]真空灌注提高效率有限且存在環(huán)境問題。將儲液容器敞口放置在常壓下，微通道塑料薄膜一端伸入液體中，另一端放置在密閉容器中的空杯中，空杯用來盛放通過微通道塑料膜流入的多余液體。對密閉容器抽真空，當真空度達到一定值后，儲液容器中的液體就順著微通道進入空杯中，當微通道全程充注液體后，關閉真空泵，接著將真空容器接通大氣。壓力下降到常壓后，打開密閉容器，取出微通道薄膜，灌注完畢。真空灌注時，微通道兩端口之間的壓差用于克服液體通過微通道的阻力，包括毛細阻力、摩擦阻力等，被灌注的微通道越長，阻力越大，所以真空灌注的微通道塑料薄膜長度是有限的，由真空度的高低、液體的種類等決定。由于設備的局限,高真空度也需要較長的時間實現(xiàn),所以真空灌注效率雖然比針注效率有所提高，但還難以達到商業(yè)應用的程度。另外真空灌注時液體物質(zhì)會揮發(fā)到大氣中，給環(huán)境造成污染。
[0007]高壓灌注存在密封問題及環(huán)境問題。高壓灌注是將微通道塑料薄膜的一端放置在常壓空杯中，空杯用來承接從微通道中流出的液體，避免浪費，另一端伸入儲液器液體中，儲液器放置在可實現(xiàn)高壓的密閉容器中。灌注開始，用空壓機對高壓容器加壓，液體會在壓力作用下通過微通道進入常壓杯中，很快微通道內(nèi)就充注了相應的液體，關閉空壓機，待高壓容器壓力釋放后，取出微通道塑料薄膜，灌注完成。同樣，微通道兩端的壓差用于克服毛細阻力、摩擦力等。壓差越大，每次灌注的微通道塑料薄膜就越長，效率也越高。理論上可以大幅提高壓力，但在實踐中則難以實現(xiàn)，原因是隨著壓差加大，即高壓容器壓力提高，微通道塑料薄膜與高壓容器的密封就出現(xiàn)了泄露的問題，所以高壓灌注所能實現(xiàn)的最大壓差是有限度的，即灌注生產(chǎn)率難以無限提高。據(jù)測算，高壓灌注雖然比真空灌注的生產(chǎn)率有所提高，但提高不大，主要是受到密封問題的限制。高壓灌注時同樣存在著液體揮發(fā)造成的環(huán)境污染問題。
[0008]針對微通道塑料薄膜液體灌注難，生產(chǎn)效率低，后續(xù)產(chǎn)品成本高，對環(huán)境造成污染的問題，發(fā)明新的微通道塑料薄膜灌注方法及灌注機是必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對現(xiàn)有微通道塑料薄膜液體灌注技術的不足，提供了一種微通道薄膜灌注方法及灌注機。
[0010]微通道薄膜灌注方法是利用高壓與真空組合形成的壓差技術，將微通道塑料薄膜的一端置于高壓容器內(nèi)的待灌液體中，另一端置于真空容器內(nèi)的空杯中，在高壓與真空的組合壓差下，實現(xiàn)微通道薄膜全密閉灌注的一種方法。
[0011]利用本方法發(fā)明的一種微通道塑料薄膜灌注機，可以對微米級的微通道塑料薄膜實現(xiàn)快速灌注，灌注工藝包括高壓端準備、真空端準備、高壓灌注、真空灌注等四個主要工序。
[0012]灌注方式可以是單通道灌注、多通道單液體灌注，也可以是多通道多液體同時灌注等等。根據(jù)需要，也可以獨立地采用高壓灌注或者真空灌注。
[0013]本發(fā)明的灌注定義為:將微通道塑料薄膜的通道內(nèi)充注液體的過程。由于有多個通道(目前能實現(xiàn)的微通道薄膜的通道數(shù)是每厘米寬度內(nèi)有19個通道，將來會有更多通道的產(chǎn)品問世，長度可達幾百米)，每個通道灌注的液體性質(zhì)可能有差異，例如不同通道灌注不同的香水等，本發(fā)明通過熱封堵塞相應通道的方法，可以實現(xiàn)有目的地對相應通道實現(xiàn)灌注。
[0014]一種微通道塑料薄膜灌注機，包括機架、真空容器腔體、連接架、高壓容器腔體等，在高壓容器腔體內(nèi)設置有液體杯、有與高壓容器相連的壓縮空氣管，在真空容器中有空杯、有與真空容器相連的真空抽氣管。機架用于固定真空容器腔體，高壓容器腔體通過連接架裝在真空容器腔體上。
[0015]高壓容器腔體上的密封門通過外部加壓實現(xiàn)對高壓容器腔體的密封。橫梁兩端的門軸和門栓以鉸鏈的形式與高壓容器腔體相連，手輪與橫梁以螺旋的方式相連，當旋動手輪時，所產(chǎn)生的壓力通過密封門施加在高壓容器密封件上。微通道塑料薄膜置于密封門與密封件之間，密封件材料的硬度低于微通道塑料薄膜的硬度。
[0016]一種微通道塑料薄膜灌注方法包括以下步驟:高壓端準備、真空端準備、高壓灌注、真空灌注等四個主要工序。
[0017](I)真空端準備:將空杯放入真空容器中，將微通道塑料薄膜的另一端放入空杯內(nèi)，關閉真空門，使得微通道塑料薄膜夾在真空門與密封件之間。
[0018](2)高壓端準備:將裝有待灌注液體的液體杯放入高壓容器中，將微通道塑料薄膜的一端固定入液體杯中，關閉高壓容器門，使得微通道塑料薄膜夾在門與密封件之間，旋緊手輪，滿足承受高壓的要求；第一次灌注時，應先固定好微通道塑料薄膜在空液體杯中的位置，然后再將液體倒入液體杯中、關閉高壓容器門，以減少液體揮發(fā)量。
[0019](3)高壓灌注:用空氣壓縮機通過壓縮空氣管對密封后的高壓容器腔體加壓，隨著壓力逐漸升高，液體即被壓入微通道塑料薄膜內(nèi)，當被壓入長度達到一定值時，關閉空壓機。
[0020](4)真空灌注:關閉壓縮機后，即可開動真空泵通過真空抽氣管對真空容器腔體抽真空，當真空度達到一定值后，微通道內(nèi)的液體開始流動，當觀察到微通道薄膜全部長度內(nèi)充滿液體時，關閉真空泵。然后同時釋放真空和釋放高壓，接著打開高壓容器門和真空容器門，取出微通道塑料薄膜，灌注完畢。
[0021 ] 本發(fā)明的有益效果:
對微米級的微通道塑料薄膜實現(xiàn)快速灌注，灌注方式可以是單通道灌注、多通道單液體灌注，也可以是多通道多液體同時灌注。實現(xiàn)全密閉灌注，利于對環(huán)境的保護。
[0022]本發(fā)明的一種微通道塑料薄膜灌注機是按照本發(fā)明的微通道塑料薄膜灌注方法而設計的一種新型微通道塑料薄膜灌注機，利用該機，可以對微通道塑料薄膜實現(xiàn)單通道灌注，即一次僅灌注一個通道；也可以多通道相同的液體同時灌注，即同時灌注多個通道；也可以實現(xiàn)多通道但不同液體種類的同時灌注。
[0023]本機將液體密閉在高壓容器腔體和真空容器腔體中，液體不會揮發(fā)到大氣中，因此對于有毒和有害液體的灌注，也不會產(chǎn)生污染大氣的后果，實現(xiàn)環(huán)保灌注。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明主視圖；
圖2為本發(fā)明局部剖視的側視圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0026]本發(fā)明的方法是利用高壓與真空組合形成的壓差技術，實現(xiàn)微通道薄膜全封閉灌注的一種方法。
[0027]主要工序
(I)高壓端準備:將裝有待灌注液體的儲液杯放入高壓容器腔體中，將微通道塑料薄膜的一端固定入液體杯中，關閉高壓容器門，使得微通道塑料薄膜夾在門與密封件之間，旋緊手輪，滿足承受高壓的要求；在高壓端實現(xiàn)密封，避免液體揮發(fā)到大氣中。第一次灌注時，應在固定微通道塑料薄膜后再在液體杯中倒入待灌注液體，以減少液體揮發(fā)。[0028](2)真空端準備:將空杯放入真空容器腔體中，將微通道塑料薄膜的另一端放入空杯內(nèi)，關閉真空門，使得微通道塑料薄膜夾在真空密封門與密封件之間。真空端實現(xiàn)密封，避免液體揮發(fā)到空氣中。
[0029](3)高壓灌注:用空氣壓縮機通過壓縮空氣管對密閉的高壓容器腔體加壓，隨著壓力逐漸升高，液體即被壓入微通道塑料薄膜內(nèi)，當被壓入長度達到一定值(不同的液體及不同微通道的直徑，這個值差異很大。該值還受到生產(chǎn)效率的影響)時，關閉空壓機。高壓灌注的終結壓力一般要考慮液體通過微通道的長度、易于通過的液體種類，高壓灌注終結壓力可以低一點，否則，壓力就要高一點，總之要保證高壓與真空的壓差值能滿足整個長度的灌注要求。
[0030](4)真空灌注:關閉壓縮機后，即可開動真空泵通過真空抽氣管對真空容器腔體抽真空，當真空度達到一定值后，微通道內(nèi)的液體開始流動，當觀察到微通道薄膜全部長度內(nèi)充滿液體時，關閉真空泵。然后順序釋放高壓及釋放真空，接著打開高壓容器門和真空容器門，取出微通道塑料薄膜，灌注完畢。
[0031]灌注的長度受到高壓端與真空端形成的壓差值限制，壓差越大，灌注越長，但無論真空端還是高壓端，極限壓力的實現(xiàn)都需要時間和成本，因此考慮到綜合生產(chǎn)效率，灌注長度要根據(jù)實驗情況決定，以最大限度提高生產(chǎn)率。
[0032]如圖1所示，是本發(fā)明的一種微通道薄膜灌注機的主視示意圖，圖2是其局部剖視的側視圖。機架I上安裝了真空容器腔體18，真空容器門2通過真空容器門軸3與真空容器腔體相連，真空容器密封門4通過鉸鏈與真空容器門連接，真空容器門栓5通過鉸鏈與真空容器腔體連接。真空容器密封件17位于真空容器密封門與真空容器腔體之間，真空抽氣管19通真空容器腔體，工作時連接真空泵(圖中未示)，空杯20置于真空容器腔體內(nèi)。高壓容器腔體14通過連接架6安裝在真空容器腔體上，橫梁8的一端通過高壓容器門軸9與高壓容器腔體相連，另一端通過能開合的高壓容器門栓11與高壓容器腔體相連，橫梁的中間設置有螺旋配合的手輪10，高壓容器門7靠手輪的一端支撐。高壓容器密封件12位于高壓容器腔體與高壓容器門之間，壓縮空氣管13的一端與高壓容器腔體連接，另一端接空壓機(圖中未示)，圖中所示為微通道塑料薄膜15在灌注中的位置，其中一端位于高壓容器腔體的液體杯中，另一端位于真空容器腔體的空杯中，液體杯16置于高壓容器腔體內(nèi)。
[0033]密封是保證正常灌注的前提，微通道塑料薄膜在進出高壓容器腔體及真空容器腔體的位置都存在密封問題，本發(fā)明采用密封材料的硬度略低于微通道塑料薄膜硬度的方法，保證在高壓或真空情況下，微通道塑料薄膜的微孔不被壓堵，同時也能保證腔室穩(wěn)定的密封性。
[0034]微通道薄膜灌注機灌注工藝流程如下:
①準備
A、設備準備:檢查高壓容器的密封性，必要時更換密封件，檢查壓縮機工作是否正常；檢查真空容器的密封性，必要時更換密封件，檢查真空泵工作是否正常。
[0035]B、微通道塑料薄膜準備:檢查微通道塑料薄膜的質(zhì)量，包括厚度均勻性，是否每通道都暢通；將微通道塑料薄膜按照每次灌注長度截取；并根據(jù)灌注要求，對非灌注通道給以熱合密封，防止液體進入。
[0036]C、待灌注液體準備:待灌注液體揮發(fā)性大，有些液體對環(huán)境污染嚴重，雖然該發(fā)明在灌注過程中不會對環(huán)境造成危害，但在準備過程中，難免有液體揮發(fā)到空氣中，因此在準備階段就要考慮揮發(fā)的問題。本機要求先固定好液體杯，安裝好微通道塑料薄膜，正式灌注前再加入待灌注液體。
[0037]②真空端準備
將截取的微通道塑料薄膜的一端伸入空杯中并固定，微通道塑料薄膜的平面貼合在密封件上，關閉真空容器門，保證真空容器密封門與密封件平整夾住微通道塑料薄膜。由于密封件易于變形，所以每次操作都要保證微通道塑料薄膜位于密封件比較平整的部位，確保密封性。
[0038]③高壓端準備
將微通道塑料薄膜的另一端伸入到高壓容器預先準備的空液體杯中，端頭要接近底部，并固定好；將待灌注液體充入液體杯中，液體要淹沒微通道薄膜的端口 ；關閉高壓容器門，保證微通道塑料薄膜被平整地夾在高壓容器密封件與密封門之間，插上高壓容器門栓，旋轉手輪，根據(jù)需要的壓力大小，對密封門施以相應的壓力。
[0039]④高壓灌注
打開空氣壓縮機，隨著高壓容器內(nèi)壓力的升高，液體杯中的液體被壓入微通道塑料薄膜的各通道內(nèi)，液體進入通道內(nèi)的長度受壓力大小的影響，也受微通道直徑的影響，還與流體的粘度有關等，考慮到生產(chǎn)率的因素，因此，壓力上升到一定程度后，就可關閉空壓機。
[0040]⑤真空灌注
開啟真空泵，對真空容器抽真空，隨著真空度的提高，液體沿著微通道繼續(xù)前行，直至液體到達空杯，整個微通道塑料薄膜的微通道內(nèi)全部充滿液體，關閉真空泵。
[0041]高壓灌注與真空灌注可以同時進行，即同時打開空壓機及真空泵，待透過玻璃做的真空容器密封門看到整個微通道塑料薄膜充滿液體后，再關閉空壓機及真空泵。由于微通道薄膜通道眾多，加工過程中難免各通道直徑等存在差異，因此會出現(xiàn)各通道灌注長度不一的情況，有的先完成灌注，有的后完成灌注，就要求操作者注意觀察，待全部微通道都充滿液體后再關閉真空泵及空壓機。
[0042]⑥打開高壓容器門
關閉空壓機及真空泵后，就可以取出灌注完畢的微通道塑料薄膜，由于高壓端仍然處于高壓狀態(tài)，就要通過放氣閥(圖中未視)釋放壓力，壓力釋放到常壓后，迅速打開高壓容器門，取出微通道塑料薄膜的一端，然后關閉高壓容器門，以免儲液杯中的液體揮發(fā)到空氣中。
[0043]⑦打開真空容器門
將真空容器上的放氣閥(圖中未示)打開，真空得到釋放，真空容器內(nèi)外氣壓一致即可打開真空容器門，取出微通道塑料薄膜的另一端。取出后及時關閉真空容器門，防止流入空杯的液體揮發(fā)到空氣中。
[0044]由于在真空狀態(tài)下真空容器的密封件變形，導致真空容器密封門要過一段時間才能打開，所以在真空釋放后的一段時間內(nèi)，還難以打開真空容器門，本裝置需要在放氣閥放氣十分鐘以后才能取出微通道塑料薄膜。
[0045]真空容器門一定要在高壓容器門打開后才能操作，否則會出現(xiàn)微通道塑料薄膜的真空端壓力升高，通道內(nèi)液體回流的情況出現(xiàn)。[0046]⑧結束
灌注完畢，用熱壓封口機將微通道的兩端封口，以免通道內(nèi)的液體流出或者揮發(fā)，污染環(huán)境。
[0047]每班灌注完畢，要清洗儲液杯及空杯，為下一班灌注做好準備。真空容器密封門及高壓容器門以自熱關閉為好，以免長時間受力導致密封件變形。
[0048]本微通道塑料薄膜灌注機基本參數(shù):
整機:
電源電壓:交流，220V ；
總功率:3000千瓦；
生產(chǎn)率:40m/h (I人操作、可多條同時灌注)；
整機尺寸:500*350*1400mm ；
箱體材料:304不銹鋼；
機架材料:普鋼烤漆
整機重量:280kg (不含真空泵及壓縮機)。
[0049]高壓容器:
容器尺寸:300*200*300mm ；
高壓容器壓力:0.5Mpa ；
壓力顯示:數(shù)字式；
高壓容器門加壓方式:螺旋杠桿式；
密封材料結構形式:矩形閉環(huán)；
密封材料:硅橡膠。
[0050]空壓機參數(shù):
規(guī)格型號:娃萊-Greeloy ；
排氣量:236L/min ；
最大壓力:0.8 MPa ；
電機功率:1.2KW。
[0051]真空容器:
容器尺寸:300*200*300mm ；
真空極限壓力:〈1000Pa;
壓力顯示:數(shù)字式；
密封材料結構形式:V型閉環(huán)；
材質(zhì):硅橡膠；
延時開門時間:10min。
[0052]真空泵參數(shù):
規(guī)格型號:2XZ-6 ；
極限真空:6.7X10-2 Pa ；
抽氣速度:6L/S ；
電機功率:0.75KW。
【權利要求】
1.一種微通道塑料薄膜灌注機，包括機架、真空容器腔體、真空容器密封門、真空容器密封件、連接架、高壓容器腔體、高壓容器密封門、高壓容器密封件，其特征在于:真空容器腔體裝在機架上、高壓容器腔體位于真空容器腔體上方，并通過連接架固連； 真空容器腔體內(nèi)裝有空杯，以盛放從微通道塑料薄膜內(nèi)流出的液體，腔體上設置有真空抽氣管，工作時與真空泵相連，真空容器的密封靠真空容器密封件及真空容器密封門； 高壓容器腔體內(nèi)設置有液體杯，以盛放待灌注液體，腔體上設置有壓縮空氣管，用于壓縮空氣進入及排出的通道，工作時與空壓機相連，高壓容器的密封靠高壓容器密封件及高壓容器門實現(xiàn)。
2.一種微通道塑料薄膜灌注方法，使用如權利要求1所述的微通道塑料薄膜灌注機，其特征在于將微通道塑料薄膜的一端置于高壓容器內(nèi)的待灌液體中，另一端置于真空容器內(nèi)的空杯中，在高壓與真空的組合壓差下，實現(xiàn)微通道薄膜全密閉灌注的一種方法，該方法包括以下步驟: (1)真空端準備:首先將微通道塑料薄膜的一端置于空杯中，關閉真空腔室密封門，保證微通道塑料薄膜平行置于真空容器密封件及真空腔室密封門之間； (2)高壓端準備:將微通道塑料薄膜的另一端置于液體杯中，在杯中加入待灌液體，關閉高壓容器密封門，保證微通道塑料薄膜平行置于高壓容器密封件及高壓容器密封門之間，旋緊手輪，滿足承受高壓的要求； (3)高壓灌注:打開空氣壓縮機，通過壓縮空氣管對密封后的高壓容器腔體加壓，隨著壓力逐漸升高，液體即被壓入微通道塑料薄膜內(nèi)，當被壓入長度達到一定值時，關閉空壓機； (4)真空灌注:關閉空氣壓縮機后，即可開動真空泵通過真空抽氣管對真空容器腔體抽真空，當真空度達到設定值后，微通道內(nèi)的液體開始流動，當觀察到微通道薄膜全部長度內(nèi)充滿液體時，關閉真空泵；然后同時釋放真空和釋放高壓，接著打開高壓容器門和真空容器門，取出微通道塑料薄膜，灌注完畢。
【文檔編號】B67D7/02GK103964360SQ201410193531
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權日:2014年5月9日
【發(fā)明者】吳龍奇 申請人:杭州電子科技大學