CN101868329B - 用于使用受控制的低温冷却机械加工聚合物的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法和设备，其用于将包含节流气体和低温流体的合成流体(32)的温度受控的流排放到材料(14)上，以在机械加工期间将材料的温度保持在希望的温度范围内并低于材料的玻璃化温度。还公开了一种设备和方法，其用于通过将合成流体(132)的温度受控的流排放到被机械加工的材料(114)上以硬化毛刺(134a)而对被机械加工的材料进行去毛刺或去胶边，然后刷擦材料(114)以去除变硬的毛刺(143a)。

Description

用于使用受控制的低温冷却机械加工聚合物的设备和方法
【相关申请的交叉引用】 
本申请要求2007年9月21日提交的第60/994,787号美国临时申请和2007年12月10日提交的第61/012,653号美国临时申请的权益，通过引用视同全文阐述将这两个申请结合于本文中。 
通过引用视同全文阐述将2008年8月27日提交的PCT/US08/074506号PCT国际申请结合于本文中。 
【技术领域】
本发明涉及一种使用受控制的低温冷却来机械加工聚合物的设备和方法。 
【背景技术】
聚合材料的使用在生物医学行业中日益被接受。许多用于生物医学产品的聚合物零件(本文中被称为“生物聚合物”)以小规模批量和中等规模批量生产。因此，由于与加工工具(tooling)相关联的成本，生物聚合物的机械加工代表替代模制或挤出的成本划算的方案。遗憾的是，一些聚合物材料的物理特征、许多生物医学产品中所需的紧密度容限(tight tolerance)以及与生物聚合物(其将被包埋在人体中)相关联的工艺限制对常规机械加工工艺提出了挑战。 
聚合物材料的机械加工性主要取决于材料性能(玻璃化温度[Tg]、熔化温度[Tm]、分子重量和粘度)以及机械加工工艺条件(切削速度、切削刃半径、刀具角度和刀具表面摩擦特性)。大多数聚合物的硬度高度依赖于温度。随着聚合物冷却经过并低于它们的Tg，它们的硬度典型地以若干数量级显著增加。 
对于具有在室温附近或低于室温的Tg的聚合物(例如，丙烯基疏 水共聚物，具有5℃至20℃的Tg)而言，如果在典型的室温/室内环境温度(例如，介于20℃与30℃之间)机械加工聚合物，则很难产生平滑、均匀的机械加工表面。对于具有比室温高很多的Tg的聚合物而言，诸如具有110℃至120℃的Tg的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或具有138℃至149℃的Tg的聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)，也需要改进的冷却技术。在未充分冷却的情况下，机械加工这种聚合物可导致材料拖尾(smear)，因为机械加工温度变得高于玻璃化温度。这还可导致增加的毛刺形成、局部熔化和表面波纹。 
已尝试通过使用“冰堵(ice-blocking)”、冷空气枪和低温冷却来降低聚合物的温度以增加聚合物的硬度。这些冷却方法每一个都具有妨碍它们有效的严重缺陷。特别是对于玻璃化温度比室温低很多的聚合物(例如，具有-90℃至-120℃Tg的硅胶)而言，冰堵和冷空气枪不能够将聚合物冷却至足够低的温度。例如，用压缩空气冷却在室温机械加工丙烯基疏水坯料导致材料的明显撕裂，导致不能接受的表面光洁度(参见图2A)。另外，将湿气(moisture)引导到疏水聚合物上和/或在生物聚合物上遗留残留物的任何冷却技术也会是有问题的。 
已尝试在机械加工工艺期间使用常规低温冷却技术来冷却聚合物。这种尝试，部分由于常规的低温冷却系统不能够在比低温流体的蒸发温度高很多的温度提供受控冷却而被证实是有问题的。因此，在零件上喷射致冷剂使零件温度快速降低至比Tg低很多的温度，这可导致在机械加工期间零件的开裂或脆性断裂。 
诸如PEEK的聚合物的干法机械加工可产生大量毛刺。目前，业内去除毛刺的做法包括耗时的通过刷擦和喷射碾磨剂溶液手工去除的做法。在室温刷擦通常是无效的，因为机械加工工艺通常由于毛刺的小质量而遗留下柔软和易曲的毛刺。喷射碾磨剂溶液由于它可导致去除材料的微观特征和/或熔化材料而是有问题的。常规的低温冷却技术遭受与机械加工期间的低温冷却相关联的相同的过冷问题。因此，需要一种用于对被机械加工的聚合物去除毛刺和胶边(flashing)的改进的工艺。
【发明内容】
在一方面，本发明包括一种方法，该方法包括：使用包括节流气体和低温流体的合成流体(resultant fluid)将材料的一部分的温度保持成处于或低于材料的玻璃化温度，该合成流体具有实质上高于低温流体的蒸发温度的温度；以及机械加工材料的该部分，同时将材料的该部分的温度保持成处于或低于材料的玻璃化温度。 
在另一方面，本发明包括一种方法，该方法包括：将节流气体和至少部分处于液相中的低温流体合并以形成合成流体；经至少一个喷嘴将合成流体排放到材料的至少一部分上，当合成流体从每个所述至少一个喷嘴排放时，合成流体包含有不超过10％(以体积计)的液相低温流体；机械加工材料；以及在整个机械加工步骤中继续排放步骤。 
在再另一方面，本发明包括一种方法，该方法包括：机械加工材料的一部分；使用包括节流气体和低温流体的合成流体至少冷却材料的该部分，使得材料的该部分的温度在机械加工步骤结束时在第一温度范围内，该合成流体具有实质上高于该低温流体的蒸发温度的温度，该第一温度范围具有不低于环境温度的温度下限和处于或低于材料的玻璃化温度的温度上限。 
在再另一方面，本发明包括一种方法，该方法包括：将合成流体排放到被机械加工的材料中包含突起的一部分上，该合成流体包括节流气体和低温流体，该低温流体具有高于低温流体的蒸发温度的温度；以及在排放步骤后刷擦被机械加工的材料的该部分以去除至少一些突起。 
【附图说明】
图1是机械加工和冷却系统的第一实施例的示意图； 
图2A是在被冷空气冷却的同时被机械加工而成的镜头的照片； 
图2B是由与图2A所示的镜头相同的材料制成的镜头的照片，该镜头在被处于低温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被机械加工而成； 
图3A是具有形成在其中的干法机械加工出的狭槽并由PEEK制成的零件的照片； 
图3B是由与图3A所示的零件相同的材料制成的零件的照片，该零件在被处于低温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被机械加工而成； 
图4是示出了用于在使用处于低温温度的温度受控的合成流体冷却毛刺后对被机械加工的零件进行刷擦去毛刺的设备和工艺的示意图； 
图5A是具有形成在其中的干法机械加工出的狭槽并由PEEK制成的零件在无任何冷却的情况下被刷擦去毛刺后的照片； 
图5B是由与图3A中所示的零件相同的材料制成的零件的照片，该零件在被处于低温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被机械加工而成，并在使用处于低温温度的温受控合成流体冷却毛刺后被刷擦去毛刺； 
图6A是在无任何冷却的情况下被干法铣削和刷擦去毛刺的由PEEK制成的零件的照片； 
图6B是由与图3A中所示的零件相同的材料制成的零件的照片，该零件在被处于低温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被铣削而成，并在使用处于低温温度的温度受控的合成流体冷却毛刺后被刷擦去毛刺； 
图7是显示了来自在被机械加工的零件的十个样本上执行的测试的数据的表格，一些零件被干法机械加工，而其它零件则使用三种不同的合成流体设定温度被机械加工；以及 
图8是显示了在零件被机械加工的同时冷却低Tg材料的一种方法的流程图。 
【具体实施方式】
接下来的详细描述仅提供优选的示例性实施例，且并非意图限制本发明的范围、实用性或构造。相反，接下来对优选的示例性实施例的详细描述将提供能够使本领域技术人员实施本发明的优选的示例性实施例的描述。应该理解的是，可在元件的功能和设置中作出各种改变而不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。 
为了帮助描述本发明，方向术语可用于本说明书和权利要求中以描述本发明的各部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向术语的意图只是协助描述本发明和主张本发明的权利，并非意图以任何方式限制本发明。另外，说明书中结合附图引入的参考标号可在一个或多个随后的图中重复而未在说明书中另外说明以提供用于其它特征的上下文。在附图中，截面图中的交叉阴影线表示多微孔材料，而截面图中的影线表示非多微孔材料。 
在本说明书中，与本发明的超过一个的公开实施例共用的元件在图中使用因数相差100的参考标号表示。例如，低温传送系统的第一实施例在说明书和图1中以参考标号20表示，而低温传送系统的第二实施例在说明书和图2中以参考标号120表示。另外，关于一个实施例在说明书中讨述的元件可由其中出现了该元件的其它实施例中的参考标号表示，但在说明书可不被单独提到。 
如文中所用的，术语“低温流体”意指温度低于-70℃的液体、气体或混合相流体。低温流体的实例包括液态氮(LIN)、液态氧(LOX)、液态氩(LAR)、液态二氧化碳和加压、混合相致冷剂(例如，LIN和气态氮的混合物)。 
如文中所用的，术语“喷嘴”意指用于排放流体的一个或多个开口。喷嘴的实例包括单个圆形开口、一排开口和细长狭槽。 
如所附权利要求中所用的，术语“机械加工”应当理解为包括所有类型的机械加工操作，包括但不限于车削(turning)、钻孔、铣削、 成形、刨削、拉削、锯切、抛光、碾磨和刷擦。 
如文中所用的，术语“低Tg材料”应当理解为意味着具有低于30℃的玻璃化温度的材料。 
如文中所用的，术语“突起”应当理解为意味着从材料的所机械加工的表面突出的废料的部片(piece)，其是机械加工工艺的结果并在机械加工路线(machine pass)结束后保持附连于材料。突起的实例包括但不限于毛刺、胶边和碎屑。 
许多有机材料在一定温度范围(通常为5至15℃的范围)从橡胶态转化到玻璃态。因此，可将这种材料的“玻璃化温度”更准确地描述为玻璃化温度范围。因此，对本申请来说，被描述为“处于或低于”材料的玻璃化温度的温度应当理解为不高于该材料的玻璃化温度范围的上限。例如，如果将具有5℃至20℃的Tg的材料描述为保持在“处于或低于”玻璃化温度的温度，则应当理解为将材料保持在不高于20℃的温度。 
参照图1，显示了机械加工和冷却系统10的一个实施例。系统10包括用于机械加工聚合物镜头14的车床12和用于在机械加工期间冷却镜头14的冷却剂传送系统20。如常规那样，车床12包括将镜头14保持到位的卡盘16和用来在镜头14被卡盘16旋转时机械加工镜头14的表面的刀具18。刀具18可沿着卡盘16的旋转轴线(图1中从左至右水平延伸)移动，以允许刀具18在镜头14上机械加工所希望的形状的表面。 
冷却剂传送系统20可操作地构造成将合成流体32(在大多数情形中为节流气体和低温流体的混合物)排放到镜头14上。为了能够控制合成流体的温度，本实施例的冷却剂传送系统20优选与2008年8月27日提交的PCT/US08/074506号PCT国际申请中所述的低温冷却剂传送系统大致等同，通过引用将该申请结合于本文中。相应地，冷却剂传送系统20包括致冷剂源、节流气体控制和传送组件、低温流体传送组件以及冷却剂排放组件。在本实施例中，致冷剂源为容纳液 态致冷剂(在本实施例中为液态氮)的单罐24。低温流体传送组件优选包括同轴或三轴传送管线并且冷却剂排放组件包括两个喷嘴22a、22b。控制盒30收容可编程逻辑控制器(PLC)以及节流气体控制、传送组件和低温流体传送组件的其它构件，如PCT/US08/074506号PCT国际申请中所述的。 
喷嘴22a、22b定位并定向成将合成流体32排放到镜头14上，并优选地引导至将被刀具18机械加工的镜头14的部分。在备选实施例中，可使用任何数量的喷嘴。然而，优选的是，喷嘴22a、22b提供贯穿镜头14中将被机械加工的部分的相对均匀的冷却程度。另外，优选的是，至少一个喷嘴沿刀具18的移动方向喷射合成流体32，使得当镜头14的形状在机械加工工艺期间改变时到达镜头14的合成流体32的量的改变被降低。 
还优选的是，冷却剂传送系统20以产生小量或不产生以液相与镜头14的表面接触的低温流体的方式操作。为了防止液相低温流体与镜头14接触，优选地当合成流体32离开喷嘴22a、22b中任一个时以在合成流体32中产生不超过10％(以体积计)液相部分的方式操作冷却剂传送系统20。更优选而言，冷却剂传送系统20以所有液相低温流体在离开喷嘴22a、22b中任一个之前就蒸发了的方式操作。这可通过将节流气体流速保持在足以确保这种蒸发的水平来完成。用于控制节流气体流速的机构在PCT/US08/074506号PCT国际申请中完全公开。 
在使用利用液态氮作为低温流体的冷却剂传送系统20的原型执行的测试中，可实现低至-272°F/-169℃的合成流体温度而没有任何明显的液相低温流体从喷嘴22a、22b排放。基于这些测试，可实现低至-310°F/-190℃的合成流体温度而只伴随小量液相低温流体或没有液相低温流体接触镜头14的表面。 
如本文中将更详细地描述的，按照本发明，可有利地实现冷却剂传送系统20，以在机械加工工艺期间和机械加工工艺结束时均提供对 被机械加工的零件的温度的改进的控制。 
在机械加工镜头14之前，确定用于镜头14的被机械加工的部分的希望的温度范围。希望的温度范围是在此范围镜头14的机械加工将产生平滑、均匀的机械加工表面(参见图2B)的温度范围。已经确定的是，对于大多数材料而言，希望的温度范围的上限(温度)不高于被机械加工的材料的玻璃化温度，并且更优选为比被机械加工的材料的玻璃化温度低至少20至30度。当在(或稍低于)玻璃化温度进行机械加工时许多材料将产生平滑的机械加工表面，但该表面将由于缺乏表面下的硬度而成波纹状(不均匀)。 
希望的温度范围将因材料而不同并且还可因其它机械加工条件而不同，例如，诸如切削深度、切削速度和环境温度。另外，实际上，镜头14的温度(为了确定和监控希望的温度范围的目的)将是镜头14中将在机械加工工艺期间被切削的部分的表面温度。在本实施例中，镜头14为具有介于-5℃与15℃之间的玻璃化温度的丙烯基疏水材料。已确定镜头14中待机械加工的部分的希望的温度范围介于-40℃与-30℃之间。 
还已确定的是，为了实现镜头14的希望的温度范围，合成流体32的设定温度通常将明显低于希望的温度范围，通常在低于被机械加工的部分的希望的温度范围的大约100℃的数量级上。优选地使用通过任何合适的温度测量装置(例如，诸如红外线传感器或热电偶)对镜头14的表面的温度测量结果确定合成流体32的适当的设定温度，该适当的设定温度将在机械加工期间将镜头14保持在希望的温度范围内。合成流体32的适当的设定温度可提前确定和设定(例如，对于相同材料的重复机械加工而言)，或可通过将合适的温度反馈装置与PLC相连并对PLC进行编程以调节合成流体32的设定温度，从而将镜头14的温度保持在希望的温度范围内。 
冷却剂传送系统20设定并保持合成流体32的设定温度的方式在PCT/US08/074506号PCT国际申请中公开，如上所述，通过引用将该 申请结合于本文中。冷却剂传送系统20在某些操作条件下能够将合成流体32的温度保持在设定温度的5℃以内，而在几乎所有通常的操作条件下保持在设定温度的10℃以内。 
图8显示了按照本发明的一种机械加工镜头14(或另一种低Tg材料)的方法的流程图。首先，接合卡盘16使得镜头14开始旋转(步骤210)。然后，开始将处于设定温度的合成流体32排放到镜头14上(步骤212)并继续到镜头14的表面被冷却至处于希望的温度范围以内为止(步骤214)。这可通过使用监控镜头14的温度并连接到PLC(如果需要其也可调节设定温度)的传感器来完成，或通过在已预先确定的时间段排放处于设定温度的合成流体32以使镜头14处于希望的温度范围内来完成。一旦镜头14在希望的温度范围内，就开始(使用刀具18)机械加工镜头14(步骤216)。合成流体32的排放在机械加工步骤216期间继续。当完成机械加工时(步骤218)，停止合成流体32的排放(步骤220)并且可从卡盘16去除镜头14。 
冷却剂传送系统20还可有利地被用来改善具有高于室温的玻璃化温度的材料(文中称为“高Tg材料”)的机械加工性能。机械加工工艺产生的摩擦热可将被机械加工的零件的温度升高到玻璃化温度以上，在机械加工工艺期间这可导致局部熔化(导致拖尾)和增加毛刺产生。本发明的冷却剂传送系统20的受控的低温冷却能力可用来将被机械加工的材料的温度保持在比高Tg材料的玻璃化温度低很多，这已被显示可用以改善被机械加工的高Tg材料的性能。 
例如，PEEK(具有138℃至149℃的玻璃化温度)的常规干法机械加工产生明显的毛刺量(参见图3A)。如图3B中所示，当执行图3A中所示的相同机械加工路线，同时通过来自冷却剂传送系统20的合成流体32冷却材料中被机械加工的部分时形成明显更少的毛刺。 
参照图4，冷却剂传送系统120的受控的低温冷却能力还可有利地用来去除在主机械加工工艺(即，切削、镗孔、铣削等)结束时保留下的任何毛刺、胶边、碎屑或其它不希望有的突起。简单起见，仅显 示了致冷剂传送管线126和喷嘴122。应当理解的是，冷却剂传送系统120还包括与第一实施例的冷却剂传送系统20相同的构件。 
具有位于其上的毛刺134a、134b、134c的被机械加工的零件114示于图4中。喷嘴122用来将合成流体喷射到毛刺134a、134b、134c上，这硬化了毛刺134a、134b、134c并使它们更脆。然后使刷具136通过被机械加工的零件114的表面，其去除毛刺134a、134b、134c。任选地，喷嘴122还可构造成将一些合成流体132排放到刷具136上，其使刷具136变硬。由于毛刺134a、134b、134c相对于被机械加工的零件的其余部分的小截面形状，将毛刺134a、134b、134c的温度降低至希望的温度范围所需的冷却量明显低于所需的冷却量。 
(既在机械加工期间，又在去毛刺期间)使用本发明的受控的低温冷却方法制成的聚合物零件的表面质量的改善在图5A至6B中是显而易见的。图5A显示了在其中干法机械加工出(即，在没有低温冷却的情况下)狭槽后的(由PEEK制成)的零件，并且该零件已使用常规刷擦去毛刺技术进行了去毛刺。图5B显示了在其中机械加工出相同狭槽同时使用本发明的受控的低温冷却方法冷却后的由相同材料制成的零件，并且该零件已通过在使用处于-230°F/-146℃的温度的合成流体低温冷却表面后刷擦零件的表面而被去毛刺。尽管图5A中所示的零件依然具有若干附连的毛刺并且显示了沿着狭槽边缘的一些不规则性，但图5B中所示的零件不具有毛刺并具有更均匀的狭槽边缘。 
类似地，图6A显示了在不使用低温冷却被铣削而成并使用常规刷擦去毛刺技术去毛刺后(由PEEK制成)的零件。图6B显示了在其中铣削相同图案同时使用本发明的受控制的低温冷却方法冷却后的由相同材料制成的零件，并且该零件在低温冷却表面后已通过刷擦零件表面而被去毛刺。尽管图6A中所示的零件依然具有若干附连的毛刺，但图6B中所示的零件不具有毛刺。 
即使是在其中材料的整体温度在机械加工工艺期间不超过其玻璃化温度的应用中，低温传送系统的受控的低温冷却能力还可有利地 用于提供对高Tg材料温度的更大控制的目的。由于摩擦热和保留在加工工具构件中的热，大多数被机械加工的零件的温度在机械加工工艺期间升高，通常比环境温度高很多。即使在其中这种升高的温度未超过材料的玻璃化温度的情形中，它们也可不利地影响精度和效率。温度升高可使得在机械加工工艺结束时被机械加工的零件难于处理和/或测量——直到零件已冷却为止。另外，在其中使用同一刀具连续机械加工多个零件的机械加工工艺中，被机械加工的零件中温度升高的量可能增加。这可导致当被机械加工的零件回到环境温度时其尺寸的不希望有的变化。 
被机械加工的零件的温度升高的影响和冷却这种零件的益处的实例显示在图7中。图7是显示了与由PEEK制成的零件相关的数据的表格，该零件以每分钟650表面英尺(每分钟198表面米)的转速和每转0.004英寸(0.12厘米)的进给速度被机械加工。环境温度为约21℃并且允许各零件在被测量之前冷却至环境温度。样本1至3在机械加工工艺期间在未被冷却的情况下被机械加工。样本4至6在机械加工期间被处于-260°F(-162℃)的设定温度的合成流体冷却。样本7至8在机械加工期间被处于-150°F(-101℃)的设定温度的合成流体冷却。样本9至10在机械加工期间被处于-50°F(-46℃)的设定温度的合成流体冷却。 
测试结果显示，在机械加工工艺期间被冷却的样本(样本4至10)，其将各零件的温度保持在比无冷却的情况下更接近环境温度，展现出比未被冷却的零件(样本1至3)更小的尺寸变化。还值得一提的是，样本1(其在机械加工后达到105°F/45℃的温度)与样本6(其在机械加工后仅达到55°F/13℃的温度)之间出现0.001英尺的尺寸差。这说明如果当使用同一刀具连续机械加工多个零件时允许被机械加工的零件的温度上升则可出现尺寸变化。 
当机械加工高Tg材料时，优选地将高Tg材料在机械加工期间的温度保持在介于机械加工环境的环境温度与高Tg材料的玻璃化温 度之间的温度范围内。该温度范围的上限还优选为可在不具备保护性装备的情况下处理被机械加工的零件的温度(例如，不高于100°F/38℃)。在大多数情形中，将高Tg材料冷却到室温以下将不损害被机械加工的零件的质量，然而，这种额外的冷却将增加冷却成本并且将提供即使有也很小的额外益处。 
由此，已根据本发明的优选实施例和备选实施例公开了本发明。当然，本领域技术人员可从本发明的教导想到各种改变、改型和变型而不脱离本发明的预期精神和范围。可预期的是，本发明仅由所附权利要求限制。 

Claims (15)

1.一种使用受控制的低温冷却进行机械加工的方法，包括：
使用包括节流气体和低温流体的温度受控的合成流体将材料的一部分的温度保持成处于或低于所述材料的玻璃化温度，所述合成流体具有实质上高于所述低温流体的蒸发温度的温度；以及
机械加工所述材料的所述部分，同时将所述材料的所述部分的温度保持成处于或低于所述材料的玻璃化温度并且确保在机械加工期间所述材料不会开裂或断裂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述机械加工步骤之前，使用所述合成流体将所述材料的被机械加工的部分冷却至第一温度，所述第一温度处于或低于所述材料的玻璃化温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械加工步骤包括机械加工具有低于30℃的玻璃化温度的材料的一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤包括保持材料的一部分的温度，所述材料包括生物聚合物。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述机械加工步骤包括刷擦所述材料以去除位于所述材料上的突起。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤还包括使用喷嘴在所述合成流体接触所述材料之前以导致所述低温流体的任何液相部分蒸发的方式将所述合成流体排放到所述材料上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤还包括从至少一个喷嘴排放所述合成流体，当所述合成流体从所述至少一个喷嘴排放时，合成流体包含以体积计不超过10％的液相。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述保持步骤还包括保持材料的一部分的温度低于所述材料的玻璃化温度至少20℃；以及
所述机械加工步骤还包括机械加工所述材料的所述部分，同时保持所述材料的所述部分的温度低于所述材料的玻璃化温度至少20℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤还包括使用包括节流气体和低温流体的合成流体保持材料的一部分的温度低于所述材料的玻璃化温度，所述合成流体具有被保持在设定温度的10℃以内的温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述保持步骤还包括使用包括节流气体和低温流体的合成流体保持材料的一部分的温度低于所述材料的玻璃化温度，所述低温流体具有实质上低于所述设定温度的蒸发温度。
11.一种使用受控制的低温冷却对聚合物进行机械加工的方法，包括：
将节流气体和至少部分为液相的低温流体合并以形成温度受控的合成流体；
经至少一个喷嘴将合成流体排放到聚合物的至少一部分上，当所述合成流体从每个所述至少一个喷嘴排放时，合成流体包含以体积计不超过10％的液相低温流体；
机械加工所述聚合物并且确保所述聚合物不会开裂或断裂；以及
在整个所述机械加工步骤中继续所述排放步骤。
12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述排放步骤还包括使所述合成流体经至少一个喷嘴排放到聚合物的至少一部分上，所述合成流体以处于设定温度的10℃以内的温度排放，所述设定温度高于所述低温流体的蒸发温度。
13.一种使用受控制的低温冷却对聚合物进行机械加工的方法，包括：
机械加工聚合物的一部分；
使用包括节流气体和低温流体的温度受控的合成流体在所述聚合物处至少冷却所述聚合物的所述部分，使得所述聚合物不会开裂或断裂，且所述聚合物的所述部分的温度在所述机械加工步骤结束时在第一温度范围内，所述合成流体具有实质上高于所述低温流体的蒸发温度的温度，所述第一温度范围具有不低于环境温度的温度下限和处于或低于所述聚合物的玻璃化温度的温度上限。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述冷却步骤包括使用包括节流气体和低温流体的合成流体在所述聚合物处至少冷却所述聚合物的所述部分，使得所述聚合物的所述部分的温度在所述机械加工步骤结束时在第一温度范围内，所述合成流体具有高于所述低温流体的蒸发温度的温度，所述第一温度范围具有不低于环境温度的温度下限和不高于100℃的温度上限。
15.一种使用受控制的低温冷却对聚合物进行机械加工的方法，包括：
将温度受控的合成流体排放到被机械加工的聚合物的一部分上并且确保所述聚合物不会开裂或断裂，所述被机械加工的聚合物的所述部分包含突起，所述合成流体包括节流气体和低温流体，所述合成流体具有高于所述低温流体的蒸发温度的温度；以及
在所述排放步骤后刷擦所述被机械加工的聚合物的所述部分以去除所述被机械加工的聚合物的所述部分的至少一些所述突起。
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