CN103964360A - 微通道塑料薄膜灌注方法及一种微通道塑料薄膜灌注机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微通道塑料薄膜灌注方法及一种微通道塑料薄膜灌注机。微通道薄膜灌注方法是利用高压与真空组合形成的压差技术，将微通道塑料薄膜的一端置于高压容器内的待灌液体中，另一端置于真空容器内的空杯中，在高压与真空的组合压差下，实现微通道薄膜全密闭灌注的一种方法。灌注工艺包括高压端准备、真空端准备、高压灌注、真空灌注等四个主要工序。本发明中的灌注机包括机架、真空容器腔体、真空容器密封门、真空容器密封件、连接架、高压容器腔体、高压容器密封门、高压容器密封件。本发明将液体密闭在高压容器和真空容器中，液体不会挥发到大气中，因此对于有毒和有害液体的灌注，也不会产生污染大气的后果，实现环保灌注。

Description

微通道塑料薄膜灌注方法及一种微通道塑料薄膜灌注机

技术领域

本发明涉及一种微通道塑料薄膜灌注方法及一种微通道塑料薄膜灌注机，属于液体微灌装领域，尤其是易于多头微细通道的液体灌注。

背景技术

微通道塑料薄膜是一种内含平行中空微通道的新型塑料薄膜，微通道直径为微米级（10μm～500μm）。多年以来，浙江大学许忠斌教授课题组跟踪国际研究前沿技术，联合华泰塑胶股份有限公司研制成功在一厘米的宽度内含有19条微通道的塑料薄膜产品。微通道塑料薄膜具有许多优点，例如弯曲不易闭合、占用空间小、承压能力高、传热性能好等。因此可用于防伪包装、香水储存、微型设备等领域。

在微通道内灌注液体是困难的事情。在防伪包装及香水储存领域，都存在着将液体灌入微通道内的加工工序，由于通道直径只有微米级，如何将液体快速灌入微通道内，以提高生产率，是目前科研及微通道批量应用的难题。为了快速灌注，试验过许多灌注方法，但生产效率依然很低，难以实现规模化生产。例如针注方法、真空方法、压力方法等。由于受到灌注成本居高不下的阻碍，所以难以将微通道塑料薄膜技术在防伪包装等领域推广应用。因此找到更加快速的灌装方法，是解决微通道塑料薄膜推广应用的技术难题之一。

灌注挥发性液体时易于污染环境。利用微通道塑料薄膜制作防伪标签，需要在微通道内灌注荧光油墨、磁性油墨、热敏油墨等具有一定挥发性的液体，而这些挥发性液体对人身及环境都会造成或多或少的影响，因此如何避免这些液体挥发到空气中，是微通道塑料薄膜灌注需要解决的另外一个难题。

针注方法效率低并污染环境。针注是最先采用的灌注方法，也是人们首先想到的灌注方法，但这种方法存在三个难题。一是微通道直径微小，为微米级，而针头外径是毫米级，所以要将针头伸到微通道内通过给针管加压实现灌注，针头的对中过程就难以操作；二是针头与微通道薄膜的接触处易于泄露，虽然毫米级的针头伸入微通道后被微通道塑料薄膜紧紧裹住，但由于针头材料与微通道材料的摩擦力较小，当注射压力稍加提高，就会有液体从针头与微通道接触处泄露，使得灌注难以继续；三是灌注操作在大气中进行，有毒有害气体易于挥发到大气中，造成环境污染。据测算，加工一个正常使用的防伪标签，其针注的成本就在10元以上，显然传统的针注技术难以将微通道塑料薄膜应用到商品防伪方面。

真空灌注提高效率有限且存在环境问题。将储液容器敞口放置在常压下，微通道塑料薄膜一端伸入液体中，另一端放置在密闭容器中的空杯中，空杯用来盛放通过微通道塑料膜流入的多余液体。对密闭容器抽真空，当真空度达到一定值后，储液容器中的液体就顺着微通道进入空杯中，当微通道全程充注液体后，关闭真空泵，接着将真空容器接通大气。压力下降到常压后，打开密闭容器，取出微通道薄膜，灌注完毕。真空灌注时，微通道两端口之间的压差用于克服液体通过微通道的阻力，包括毛细阻力、摩擦阻力等，被灌注的微通道越长，阻力越大，所以真空灌注的微通道塑料薄膜长度是有限的，由真空度的高低、液体的种类等决定。由于设备的局限，高真空度也需要较长的时间实现，所以真空灌注效率虽然比针注效率有所提高，但还难以达到商业应用的程度。另外真空灌注时液体物质会挥发到大气中，给环境造成污染。

高压灌注存在密封问题及环境问题。高压灌注是将微通道塑料薄膜的一端放置在常压空杯中，空杯用来承接从微通道中流出的液体，避免浪费，另一端伸入储液器液体中，储液器放置在可实现高压的密闭容器中。灌注开始，用空压机对高压容器加压，液体会在压力作用下通过微通道进入常压杯中，很快微通道内就充注了相应的液体，关闭空压机，待高压容器压力释放后，取出微通道塑料薄膜，灌注完成。同样，微通道两端的压差用于克服毛细阻力、摩擦力等。压差越大，每次灌注的微通道塑料薄膜就越长，效率也越高。理论上可以大幅提高压力，但在实践中则难以实现，原因是随着压差加大，即高压容器压力提高，微通道塑料薄膜与高压容器的密封就出现了泄露的问题，所以高压灌注所能实现的最大压差是有限度的，即灌注生产率难以无限提高。据测算，高压灌注虽然比真空灌注的生产率有所提高，但提高不大，主要是受到密封问题的限制。高压灌注时同样存在着液体挥发造成的环境污染问题。

针对微通道塑料薄膜液体灌注难，生产效率低，后续产品成本高，对环境造成污染的问题，发明新的微通道塑料薄膜灌注方法及灌注机是必要的。

发明内容

本发明针对现有微通道塑料薄膜液体灌注技术的不足，提供了一种微通道薄膜灌注方法及灌注机。

微通道薄膜灌注方法是利用高压与真空组合形成的压差技术，将微通道塑料薄膜的一端置于高压容器内的待灌液体中，另一端置于真空容器内的空杯中，在高压与真空的组合压差下，实现微通道薄膜全密闭灌注的一种方法。

利用本方法发明的一种微通道塑料薄膜灌注机，可以对微米级的微通道塑料薄膜实现快速灌注，灌注工艺包括高压端准备、真空端准备、高压灌注、真空灌注等四个主要工序。

灌注方式可以是单通道灌注、多通道单液体灌注，也可以是多通道多液体同时灌注等等。根据需要，也可以独立地采用高压灌注或者真空灌注。

本发明的灌注定义为：将微通道塑料薄膜的通道内充注液体的过程。由于有多个通道（目前能实现的微通道薄膜的通道数是每厘米宽度内有19个通道，将来会有更多通道的产品问世，长度可达几百米），每个通道灌注的液体性质可能有差异，例如不同通道灌注不同的香水等，本发明通过热封堵塞相应通道的方法，可以实现有目的地对相应通道实现灌注。

一种微通道塑料薄膜灌注机，包括机架、真空容器腔体、连接架、高压容器腔体等，在高压容器腔体内设置有液体杯、有与高压容器相连的压缩空气管，在真空容器中有空杯、有与真空容器相连的真空抽气管。机架用于固定真空容器腔体，高压容器腔体通过连接架装在真空容器腔体上。

高压容器腔体上的密封门通过外部加压实现对高压容器腔体的密封。横梁两端的门轴和门栓以铰链的形式与高压容器腔体相连，手轮与横梁以螺旋的方式相连，当旋动手轮时，所产生的压力通过密封门施加在高压容器密封件上。微通道塑料薄膜置于密封门与密封件之间，密封件材料的硬度低于微通道塑料薄膜的硬度。

一种微通道塑料薄膜灌注方法包括以下步骤：高压端准备、真空端准备、高压灌注、真空灌注等四个主要工序。

（1）真空端准备：将空杯放入真空容器中，将微通道塑料薄膜的另一端放入空杯内，关闭真空门，使得微通道塑料薄膜夹在真空门与密封件之间。

（2）高压端准备：将装有待灌注液体的液体杯放入高压容器中，将微通道塑料薄膜的一端固定入液体杯中，关闭高压容器门，使得微通道塑料薄膜夹在门与密封件之间，旋紧手轮，满足承受高压的要求；第一次灌注时，应先固定好微通道塑料薄膜在空液体杯中的位置，然后再将液体倒入液体杯中、关闭高压容器门，以减少液体挥发量。

（3）高压灌注：用空气压缩机通过压缩空气管对密封后的高压容器腔体加压，随着压力逐渐升高，液体即被压入微通道塑料薄膜内，当被压入长度达到一定值时，关闭空压机。

（4）真空灌注：关闭压缩机后，即可开动真空泵通过真空抽气管对真空容器腔体抽真空，当真空度达到一定值后，微通道内的液体开始流动，当观察到微通道薄膜全部长度内充满液体时，关闭真空泵。然后同时释放真空和释放高压，接着打开高压容器门和真空容器门，取出微通道塑料薄膜，灌注完毕。

本发明的有益效果：

对微米级的微通道塑料薄膜实现快速灌注，灌注方式可以是单通道灌注、多通道单液体灌注，也可以是多通道多液体同时灌注。实现全密闭灌注，利于对环境的保护。

本发明的一种微通道塑料薄膜灌注机是按照本发明的微通道塑料薄膜灌注方法而设计的一种新型微通道塑料薄膜灌注机，利用该机，可以对微通道塑料薄膜实现单通道灌注，即一次仅灌注一个通道；也可以多通道相同的液体同时灌注，即同时灌注多个通道；也可以实现多通道但不同液体种类的同时灌注。

本机将液体密闭在高压容器腔体和真空容器腔体中，液体不会挥发到大气中，因此对于有毒和有害液体的灌注，也不会产生污染大气的后果，实现环保灌注。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明局部剖视的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的方法是利用高压与真空组合形成的压差技术，实现微通道薄膜全封闭灌注的一种方法。

主要工序

（1）高压端准备：将装有待灌注液体的储液杯放入高压容器腔体中，将微通道塑料薄膜的一端固定入液体杯中，关闭高压容器门，使得微通道塑料薄膜夹在门与密封件之间，旋紧手轮，满足承受高压的要求；在高压端实现密封，避免液体挥发到大气中。第一次灌注时，应在固定微通道塑料薄膜后再在液体杯中倒入待灌注液体，以减少液体挥发。

（2）真空端准备：将空杯放入真空容器腔体中，将微通道塑料薄膜的另一端放入空杯内，关闭真空门，使得微通道塑料薄膜夹在真空密封门与密封件之间。真空端实现密封，避免液体挥发到空气中。

（3）高压灌注：用空气压缩机通过压缩空气管对密闭的高压容器腔体加压，随着压力逐渐升高，液体即被压入微通道塑料薄膜内，当被压入长度达到一定值（不同的液体及不同微通道的直径，这个值差异很大。该值还受到生产效率的影响）时，关闭空压机。高压灌注的终结压力一般要考虑液体通过微通道的长度、易于通过的液体种类，高压灌注终结压力可以低一点，否则，压力就要高一点，总之要保证高压与真空的压差值能满足整个长度的灌注要求。

（4）真空灌注：关闭压缩机后，即可开动真空泵通过真空抽气管对真空容器腔体抽真空，当真空度达到一定值后，微通道内的液体开始流动，当观察到微通道薄膜全部长度内充满液体时，关闭真空泵。然后顺序释放高压及释放真空，接着打开高压容器门和真空容器门，取出微通道塑料薄膜，灌注完毕。

灌注的长度受到高压端与真空端形成的压差值限制，压差越大，灌注越长，但无论真空端还是高压端，极限压力的实现都需要时间和成本，因此考虑到综合生产效率，灌注长度要根据实验情况决定，以最大限度提高生产率。

如图1所示，是本发明的一种微通道薄膜灌注机的主视示意图，图2是其局部剖视的侧视图。机架1上安装了真空容器腔体18，真空容器门2通过真空容器门轴3与真空容器腔体相连，真空容器密封门4通过铰链与真空容器门连接，真空容器门栓5通过铰链与真空容器腔体连接。真空容器密封件17位于真空容器密封门与真空容器腔体之间，真空抽气管19通真空容器腔体，工作时连接真空泵（图中未示），空杯20置于真空容器腔体内。高压容器腔体14通过连接架6安装在真空容器腔体上，横梁8的一端通过高压容器门轴9与高压容器腔体相连，另一端通过能开合的高压容器门栓11与高压容器腔体相连，横梁的中间设置有螺旋配合的手轮10，高压容器门7靠手轮的一端支撑。高压容器密封件12位于高压容器腔体与高压容器门之间，压缩空气管13的一端与高压容器腔体连接，另一端接空压机（图中未示），图中所示为微通道塑料薄膜15在灌注中的位置，其中一端位于高压容器腔体的液体杯中，另一端位于真空容器腔体的空杯中，液体杯16置于高压容器腔体内。

密封是保证正常灌注的前提，微通道塑料薄膜在进出高压容器腔体及真空容器腔体的位置都存在密封问题，本发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，保证在高压或真空情况下，微通道塑料薄膜的微孔不被压堵，同时也能保证腔室稳定的密封性。

微通道薄膜灌注机灌注工艺流程如下：

① 准备

A、设备准备：检查高压容器的密封性，必要时更换密封件，检查压缩机工作是否正常；检查真空容器的密封性，必要时更换密封件，检查真空泵工作是否正常。

B、微通道塑料薄膜准备：检查微通道塑料薄膜的质量，包括厚度均匀性，是否每通道都畅通；将微通道塑料薄膜按照每次灌注长度截取；并根据灌注要求，对非灌注通道给以热合密封，防止液体进入。

C、待灌注液体准备：待灌注液体挥发性大，有些液体对环境污染严重，虽然该发明在灌注过程中不会对环境造成危害，但在准备过程中，难免有液体挥发到空气中，因此在准备阶段就要考虑挥发的问题。本机要求先固定好液体杯，安装好微通道塑料薄膜，正式灌注前再加入待灌注液体。

② 真空端准备

将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贴合在密封件上，关闭真空容器门，保证真空容器密封门与密封件平整夹住微通道塑料薄膜。由于密封件易于变形，所以每次操作都要保证微通道塑料薄膜位于密封件比较平整的部位，确保密封性。

③ 高压端准备

将微通道塑料薄膜的另一端伸入到高压容器预先准备的空液体杯中，端头要接近底部，并固定好；将待灌注液体充入液体杯中，液体要淹没微通道薄膜的端口；关闭高压容器门，保证微通道塑料薄膜被平整地夹在高压容器密封件与密封门之间，插上高压容器门栓，旋转手轮，根据需要的压力大小，对密封门施以相应的压力。

④ 高压灌注

打开空气压缩机，随着高压容器内压力的升高，液体杯中的液体被压入微通道塑料薄膜的各通道内，液体进入通道内的长度受压力大小的影响，也受微通道直径的影响，还与流体的粘度有关等，考虑到生产率的因素，因此，压力上升到一定程度后，就可关闭空压机。

⑤ 真空灌注

开启真空泵，对真空容器抽真空，随着真空度的提高，液体沿着微通道继续前行，直至液体到达空杯，整个微通道塑料薄膜的微通道内全部充满液体，关闭真空泵。

高压灌注与真空灌注可以同时进行，即同时打开空压机及真空泵，待透过玻璃做的真空容器密封门看到整个微通道塑料薄膜充满液体后，再关闭空压机及真空泵。由于微通道薄膜通道众多，加工过程中难免各通道直径等存在差异，因此会出现各通道灌注长度不一的情况，有的先完成灌注，有的后完成灌注，就要求操作者注意观察，待全部微通道都充满液体后再关闭真空泵及空压机。

⑥ 打开高压容器门

关闭空压机及真空泵后，就可以取出灌注完毕的微通道塑料薄膜，由于高压端仍然处于高压状态，就要通过放气阀（图中未视）释放压力，压力释放到常压后，迅速打开高压容器门，取出微通道塑料薄膜的一端，然后关闭高压容器门，以免储液杯中的液体挥发到空气中。

⑦ 打开真空容器门

将真空容器上的放气阀（图中未示）打开，真空得到释放，真空容器内外气压一致即可打开真空容器门，取出微通道塑料薄膜的另一端。取出后及时关闭真空容器门，防止流入空杯的液体挥发到空气中。

由于在真空状态下真空容器的密封件变形，导致真空容器密封门要过一段时间才能打开，所以在真空释放后的一段时间内，还难以打开真空容器门，本装置需要在放气阀放气十分钟以后才能取出微通道塑料薄膜。

真空容器门一定要在高压容器门打开后才能操作，否则会出现微通道塑料薄膜的真空端压力升高，通道内液体回流的情况出现。

⑧ 结束

灌注完毕，用热压封口机将微通道的两端封口，以免通道内的液体流出或者挥发，污染环境。

每班灌注完毕，要清洗储液杯及空杯，为下一班灌注做好准备。真空容器密封门及高压容器门以自热关闭为好，以免长时间受力导致密封件变形。

本微通道塑料薄膜灌注机基本参数：

整机：

电源电压：交流，220V；

总 功 率：3000千瓦；

生 产 率：40m/h （1人操作、可多条同时灌注）；

整机尺寸：500*350*1400mm；

箱体材料：304不锈钢；

机架材料：普钢烤漆

整机重量：280kg(不含真空泵及压缩机)。

高压容器：

容器尺寸： 300*200*300mm；

高压容器压力： 0.5Mpa；

压力显示： 数字式；

高压容器门加压方式：螺旋杠杆式；

密封材料结构形式： 矩形闭环；

密封材料： 硅橡胶。

空压机参数：

规格型号：硅莱-Greeloy；

排气量： 236L/min；

最大压力：0.8 MPa；

电机功率：1.2KW。

真空容器：

容器尺寸： 300*200*300mm；

真空极限压力： <1000Pa；

压力显示： 数字式；

密封材料结构形式： V型闭环；

材质： 硅橡胶；

延时开门时间： 10min。

真空泵参数：

规格型号：2XZ-6；

极限真空：6.7×10-2 Pa；

抽气速度：6L/S；

电机功率：0.75KW。

Claims (2)

1.一种微通道塑料薄膜灌注机，包括机架、真空容器腔体、真空容器密封门、真空容器密封件、连接架、高压容器腔体、高压容器密封门、高压容器密封件，其特征在于：真空容器腔体装在机架上、高压容器腔体位于真空容器腔体上方，并通过连接架固连；

真空容器腔体内装有空杯，以盛放从微通道塑料薄膜内流出的液体，腔体上设置有真空抽气管，工作时与真空泵相连，真空容器的密封靠真空容器密封件及真空容器密封门；

高压容器腔体内设置有液体杯，以盛放待灌注液体，腔体上设置有压缩空气管，用于压缩空气进入及排出的通道，工作时与空压机相连，高压容器的密封靠高压容器密封件及高压容器门实现。

2.一种微通道塑料薄膜灌注方法，使用如权利要求1所述的微通道塑料薄膜灌注机，其特征在于将微通道塑料薄膜的一端置于高压容器内的待灌液体中，另一端置于真空容器内的空杯中，在高压与真空的组合压差下，实现微通道薄膜全密闭灌注的一种方法，该方法包括以下步骤：

（1）真空端准备：首先将微通道塑料薄膜的一端置于空杯中，关闭真空腔室密封门，保证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门之间；

（2）高压端准备：将微通道塑料薄膜的另一端置于液体杯中，在杯中加入待灌液体，关闭高压容器密封门，保证微通道塑料薄膜平行置于高压容器密封件及高压容器密封门之间，旋紧手轮，满足承受高压的要求；

（3）高压灌注：打开空气压缩机，通过压缩空气管对密封后的高压容器腔体加压，随着压力逐渐升高，液体即被压入微通道塑料薄膜内，当被压入长度达到一定值时，关闭空压机；

（4）真空灌注：关闭空气压缩机后，即可开动真空泵通过真空抽气管对真空容器腔体抽真空，当真空度达到设定值后，微通道内的液体开始流动，当观察到微通道薄膜全部长度内充满液体时，关闭真空泵；然后同时释放真空和释放高压，接着打开高压容器门和真空容器门，取出微通道塑料薄膜，灌注完毕。