CN110375067A - 一种应用于注射器的活塞密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于注射器的活塞密封结构，包括注射器针筒、注射器端帽、死体积排出椎体、上碗状密封部、柱状密封部、下碗状密封部和活塞推杆。死体积排出椎体用于在活塞推杆的顶端运行到注射器端帽时排出注射器针筒中的液体，减少注射器死体积；上碗状密封部用于在活塞推杆向注射器端帽方向运动时使活塞推杆和注射器针筒形成有效密封，并清除注射器针筒内壁的晶体；柱状密封部起到活塞推杆双向运动时的辅助密封；下碗状密封部用于在活塞推杆向注射器端帽方向运动时，使活塞推杆和注射器针筒形成有效密封，并清除注射器针筒内壁的晶体。本发明采用PEEK与PTFE材料制成，能够显著改进现有注射器的耐低温性能差、易磨损的缺点。

Description

一种应用于注射器的活塞密封结构
技术领域
本发明涉及活塞密封技术领域，具体说是一种应用于注射器的活塞密封结构。
背景技术
在现有技术中，注射器和注射泵的操作方式是借助活塞或柱塞的往复运动来实现将液体吸入或排出注射器。为了能够实现上述功能，需要相对于注射器针筒密封的活塞。
现有技术中活塞密封常采用弹性密封的方式，一种是弹性较大的材料，例如O型圈；另外一种是弹性较小的材料，如聚四氟乙烯等高分子材料。
采用O型圈密封时，需将其设置在活塞外侧周围，并与注射器针筒形成紧密的密封。这种方式对活塞的尺寸精度要求较小，但是O 型圈采用的橡胶材料与注射器针筒内流体有接触，由于橡胶的化学稳定性较差容易受流体的影响而变性或污染流体，因此使用上具有较大的局限性。
另一种是采用聚四氟乙烯(PTFE)或高分子聚乙烯等弹性较小的材料制作活塞，这样就要求活塞的密封面外径与注射器针筒内径有着较高的配合精度，通常内外径误差要求在10μm～20μm范围内。这种材料的活塞具有良好的化学稳定性、耐腐蚀、耐磨性、耐热性以及优良的密封和润滑性能，是制作注射器组件的最广泛的密封材料。但是，由于聚四氟乙烯、高分子聚乙烯等高分子材料的线性热膨胀系数较大(约为10×10-5/℃～12×10-5/℃)，因此导致采用其制成的注射器活塞尺寸对于温度变化比较敏感，这就使得采用此活塞制成的注射泵的工作温度通常被限制在15℃～40℃的范围内。同时由于活塞密封需要一定的弹性形变，因此采用此原理的活塞材料普遍硬度较小，易被其他材料磨损，尤其是应对一些高盐或碱性流体时，在注射器针筒内壁上出现结晶后很容易划伤活塞密封面，造成密封性能下降甚至出现漏液现象。
聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种性能优异的特种工程塑料，与其他工程塑料相比较具有更多显著优势，耐正高温达到260℃、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、耐剥离性、耐磨性、耐辐射、超强的机械性能，是公认的最佳工程塑料材料。其线性热膨胀系数(约为4.8×10-5/℃)只有PTFE等材料的一半左右，对温度的敏感度较小。由于其硬度较高缺少弹性，虽然其他性能优越，但是直接用于活塞密封材料的密封效果并不理想。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于注射器的活塞密封结构，采用PEEK与PTFE复合材料制成，能够显著改进现有注射器的耐低温性能差、易磨损的缺点。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种应用于注射器的活塞密封结构，包括：注射器针筒1、注射器端帽2、死体积排出椎体3、上碗状密封部4、柱状密封部5、下碗状密封部6和活塞推杆7；
所述注射器针筒1的顶端固定设置有注射器端帽2，所述注射器端帽2采用耐腐蚀的金属材料或非金属材料作为外壳，内衬为PTFE 材料制成，内部加工成漏斗形，以减少注射器针筒内腔死体积；
所述活塞推杆7采用PEEK材料制成，主体形状为圆柱形，活塞推杆7的前部外径小于上碗状密封部4和下碗状密封部6的碗底尺寸，活塞推杆7的后部外径大于前部外径、小于注射器针筒1的内径；
所述活塞推杆7的前部依次贯穿下碗状密封部6、柱状密封部5 和上碗状密封部4，活塞推杆7的顶端和死体积排出椎体3固定连接；用于固定下碗状密封部6、柱状密封部5、上碗状密封部4和死体积排出椎体3，并带动下碗状密封部6、柱状密封部5、上碗状密封部4 和死体积排出椎体3在注射器针筒1内进行往复运动；
所述活塞推杆7顶端的死体积排出椎体3采用PEEK材料或 PTFE材料制成；所述死体积排出椎体3的上部形状与注射器端帽2 内部的漏斗形空间相匹配，下部形状采用与上碗状密封部4配套的形状；所述死体积排出椎体3用于在活塞推杆7的顶端运行到注射器端帽2时排出注射器针筒1中的液体，减少注射器死体积；
所述上碗状密封部4设置于死体积排出椎体3的下方，采用PEEK 材料制成；其形状为碗形，碗口朝向死体积排出椎体3；用于在活塞推杆7向注射器端帽2方向运动时使活塞推杆7和注射器针筒1形成有效密封，并清除注射器针筒1内壁可能形成的晶体；
所述柱状密封部5设置于上碗状密封部4的下方、下碗状密封部 6的上方，采用PTFE材料制成，其外径与注射器针筒1的内径的尺寸误差为10μm～20μm；
所述柱状密封部5用于为保证活塞推杆7与注射器针筒1的同轴状态提供机械支撑，同时起到活塞推杆7双向运动时的辅助密封，及对上碗状密封部4和下碗状密封部6的机械支撑作用，以防止上碗状密封部4和下碗状密封部6在超压状态下出现的爆破状泄漏；
所述下碗状密封部6设置于柱状密封部5的下方，采用PEEK材料制成；其形状为碗形，碗底朝向柱状密封部5；所述下碗状密封部 6用于在活塞推杆7向注射器端帽2方向运动时，使活塞推杆7和注射器针筒1形成有效密封，并清除注射器针筒内壁可能形成的晶体。
在上述技术方案的基础上，所述耐腐蚀的金属材料或非金属材料包括PEEK材料或不锈钢。
在上述技术方案的基础上，所述死体积排出椎体3与活塞推杆7 之间采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述上碗状密封部4从碗底到碗口的厚度逐渐减小，到碗口的厚度保持在0.3mm-1.0mm，碗口设置成内切形状，碗口外径与注射器针筒1内径的尺寸误差为10μm～20μm，整个碗形结构与死体积排出椎体3的下部紧密贴合。
在上述技术方案的基础上，所述上碗状密封部4与活塞推杆7之间采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述柱状密封部5与活塞推杆7之间采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述下碗状密封部6从碗底到碗口的厚度逐渐减小，到碗口的厚度保持在0.3mm-1.0mm，碗口设置成内切形状，碗口外径与注射器针筒1内径的尺寸误差为10μm～20μm。
在上述技术方案的基础上，所述下碗状密封部6与活塞推杆7采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述上碗状密封部4和下碗状密封部 6均为PEEK材料制成。
本发明所述的应用于注射器的活塞密封结构，有益效果是：
本发明将PEEK材料应用于注射器活塞的密封部，提高注射器活塞的耐化学品腐蚀、性能一致性、稳定性、耐磨性，拓展了注射器工作温度范围，特别是解决了高盐、碱性溶液使用环境下的注射器针筒内壁结晶体的清除问题，延长了使用寿命，具有广泛的推广前景。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为所述活塞密封结构的正面装配结构示意图。
图2为注射器活塞推杆的正面结构示意图。
图3为所述活塞密封结构的装配剖面结构示意图。
附图标记说明：1-注射器针筒；2-注射器端帽；3-死体积排出椎体；4-上碗状密封部；5-柱状密封部；6-下碗状密封部；7-活塞推杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-3所示，本发明所述的一种应用于注射器的活塞密封结构，包括：注射器针筒1、注射器端帽2、死体积排出椎体3、上碗状密封部4、柱状密封部5、下碗状密封部6和活塞推杆7；
所述注射器针筒1的顶端固定设置有注射器端帽2，所述注射器端帽2采用耐腐蚀的金属材料或非金属材料作为外壳，内衬为PTFE 材料制成，内部加工成漏斗形，以减少注射器针筒内腔死体积；
所述活塞推杆7采用PEEK材料制成，主体形状为圆柱形，活塞推杆7的前部外径小于上碗状密封部4和下碗状密封部6的碗底尺寸，活塞推杆7的后部外径大于前部外径、小于注射器针筒1的内径；
所述活塞推杆7的前部依次贯穿下碗状密封部6、柱状密封部5 和上碗状密封部4，活塞推杆7的顶端和死体积排出椎体3固定连接；用于固定下碗状密封部6、柱状密封部5、上碗状密封部4和死体积排出椎体3，并带动下碗状密封部6、柱状密封部5、上碗状密封部4 和死体积排出椎体3在注射器针筒1内进行往复运动；
所述活塞推杆7顶端的死体积排出椎体3采用PEEK材料或 PTFE材料制成；所述死体积排出椎体3的上部形状与注射器端帽2 内部的漏斗形空间相匹配，下部形状采用与上碗状密封部4配套的形状；所述死体积排出椎体3用于在活塞推杆7的顶端运行到注射器端帽2时排出注射器针筒1中的液体，减少注射器死体积；
所述上碗状密封部4设置于死体积排出椎体3的下方，采用PEEK 材料制成；其形状为碗形，碗口朝向死体积排出椎体3；用于在活塞推杆7向注射器端帽2方向运动时使活塞推杆7和注射器针筒1形成有效密封，并清除注射器针筒1内壁可能形成的晶体；
所述柱状密封部5设置于上碗状密封部4的下方、下碗状密封部 6的上方，采用PTFE材料制成，其外径与注射器针筒1的内径的尺寸误差为10μm～20μm；
所述柱状密封部5用于为保证活塞推杆7与注射器针筒1的同轴状态提供机械支撑，同时起到活塞推杆7双向运动时的辅助密封，及对上碗状密封部4和下碗状密封部6的机械支撑作用，以防止上碗状密封部4和下碗状密封部6在超压状态下出现的爆破状泄漏；
所述下碗状密封部6设置于柱状密封部5的下方，采用PEEK材料制成；其形状为碗形，碗底朝向柱状密封部5；所述下碗状密封部 6用于在活塞推杆7向注射器端帽2方向运动时，使活塞推杆7和注射器针筒1形成有效密封，并清除注射器针筒内壁可能形成的晶体。
在上述技术方案的基础上，所述耐腐蚀的金属材料或非金属材料包括PEEK材料或不锈钢。
在上述技术方案的基础上，所述死体积排出椎体3与活塞推杆7 之间采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述上碗状密封部4从碗底到碗口的厚度逐渐减小，到碗口的厚度保持在0.3mm-1.0mm，碗口设置成内切形状，碗口外径与注射器针筒1内径的尺寸误差为10μm～20μm，整个碗形结构与死体积排出椎体3的下部紧密贴合。
在上述技术方案的基础上，所述上碗状密封部4与活塞推杆7之间采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述柱状密封部5与活塞推杆7之间采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述下碗状密封部6从碗底到碗口的厚度逐渐减小，到碗口的厚度保持在0.3mm-1.0mm，碗口设置成内切形状，碗口外径与注射器针筒1内径的尺寸误差为10μm～20μm。
在上述技术方案的基础上，所述下碗状密封部6与活塞推杆7采用机械铆接的方式固定。
在上述技术方案的基础上，所述上碗状密封部4和下碗状密封部 6均为PEEK材料制成。
实施例中所述活塞结构体自上至下依次由死体积排出椎体3、上碗状密封部4、柱状密封部5、下碗状密封部6组成，由活塞推杆7 贯穿铆接成整体活塞结构体。在活塞结构体向注射器端帽2移动时，上碗状密封部4和注射器端帽2之间的密封腔体内会形成高压，其压力随着注射器端帽2出口流阻的增加而增加。形成高压后会压迫上碗状密封部4产生周向均匀的机械形变，形变后上碗状密封部4的内切形碗口结构会和注射器针筒1的内壁形成紧密配合。在一定压力范围内，密封腔体内的压力越高，上碗状密封部4产生的周向机械形变的量越大，内切形碗口结构和注射器针筒1的内壁形成的配合越紧密，从而保证了注射器注射过程的活塞滑动密封。同时若注射器针筒1内壁附着了结晶体，可以通过上碗状密封部4予以清除，由于PEEK材料有着近似于镍钢的硬度，可以有效抵抗结晶体的划擦而不变形。在活塞结构体向注射器针筒1开口方向移动时，下碗状密封部6和注射器端帽2之间的密封腔体会形成真空压，其压力随着注射器端帽2入口流阻的增加而降低。形成低压后大气压会压迫下碗状密封部6产生周向均匀的机械形变，形变后下碗状密封部6的内切形碗口结构会和注射器针筒1内壁形成紧密配合。在一定压力范围内，密封腔体内的压力越低，下碗状密封部6产生的周向机械形变的量越大，内切形碗口结构和注射器针筒1内壁形成的配合越紧密，从而保证了注射器吸取过程的活塞滑动密封。同时若注射器针筒1内壁附着了结晶体，可以通过下碗状密封部6予以清除，由于PEEK材料有着近似于镍钢的硬度，可以有效抵抗结晶体的划擦而不变形。在活塞结构体上下运动时柱状密封部5与注射器针筒1形成紧配合，其较大的密封接触面可以保证活塞结构体与注射器针筒1的同轴度，从而保障上下碗状密封部与注射器针筒1的同轴度。同时还能起到对上下碗状密封部的支撑作用，以防止上碗状密封部4和下碗状密封部6在超压状态下出现的爆破状泄漏。而且柱状密封部5采用的是传统活塞材料PTFE和传统活塞密封结构，具有和传统活塞相当密封效果，可以在新型活塞密封结构中起到有效的辅助密封效果，同时上碗状密封部4和下碗状密封部6在注射器针筒1内壁结晶后可以有效的清除结晶体，避免由较软的PTFE材料制成柱状密封部5被结晶体划伤，有效地提高了柱状密封部5的使用寿命。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：包括注射器针筒(1)、注射器端帽(2)、死体积排出椎体(3)、上碗状密封部(4)、柱状密封部(5)、下碗状密封部(6)和活塞推杆(7)；
所述注射器针筒(1)的顶端固定设置有注射器端帽(2)，所述注射器端帽(2)采用耐腐蚀的金属材料或非金属材料作为外壳，内衬为PTFE材料制成，内部加工成漏斗形，以减少注射器针筒内腔死体积；
所述活塞推杆(7)采用PEEK材料制成，主体形状为圆柱形，活塞推杆(7)的前部外径小于上碗状密封部(4)和下碗状密封部(6)的碗底尺寸，活塞推杆(7)的后部外径大于前部外径、小于注射器针筒(1)的内径；
所述活塞推杆(7)的前部依次贯穿下碗状密封部(6)、柱状密封部(5)和上碗状密封部(4)，活塞推杆(7)的顶端和死体积排出椎体(3)固定连接，用于固定下碗状密封部(6)、柱状密封部(5)、上碗状密封部(4)和死体积排出椎体(3)，并带动下碗状密封部(6)、柱状密封部(5)、上碗状密封部(4)和死体积排出椎体(3)在注射器针筒(1)内进行往复运动；
所述活塞推杆(7)顶端的死体积排出椎体(3)采用PEEK材料或PTFE材料制成；所述死体积排出椎体(3)的上部形状与注射器端帽(2)内部的漏斗形空间相匹配，下部形状采用与上碗状密封部(4)配套的形状；所述死体积排出椎体(3)用于在活塞推杆(7)的顶端运行到注射器端帽(2)时排出注射器针筒(1)中的液体，减少注射器死体积；
所述上碗状密封部(4)设置于死体积排出椎体(3)的下方，采用PEEK材料制成，形状为碗形，碗口朝向死体积排出椎体(3)；所述上碗状密封部(4)用于在活塞推杆(7)向注射器端帽(2)方向运动时使活塞推杆(7)和注射器针筒(1)形成有效密封，并清除注射器针筒(1)内壁的晶体；
所述柱状密封部(5)设置于上碗状密封部(4)的下方、下碗状密封部(6)的上方，采用PTFE材料制成，其外径与注射器针筒(1)的内径的尺寸误差为10μm～20μm；
所述柱状密封部(5)用于为保证活塞推杆(7)与注射器针筒(1)的同轴状态提供机械支撑，同时起到活塞推杆(7)双向运动时的辅助密封，及对上碗状密封部(4)和下碗状密封部(6)的机械支撑作用，以防止上碗状密封部(4)和下碗状密封部(6)在超压状态下出现的爆破状泄漏；
所述下碗状密封部(6)设置于柱状密封部(5)的下方，采用PEEK材料制成，形状为碗形，碗底朝向柱状密封部(5)；所述下碗状密封部(6)用于在活塞推杆(7)向注射器端帽(2)方向运动时，使活塞推杆(7)和注射器针筒(1)形成有效密封，并清除注射器针筒(1)内壁的晶体。
2.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述耐腐蚀的金属材料或非金属材料包括PEEK材料或不锈钢。
3.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述死体积排出椎体(3)与活塞推杆(7)之间采用机械铆接的方式固定。
4.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述上碗状密封部(4)从碗底到碗口的厚度逐渐减小，到碗口的厚度保持在0.3mm-1.0mm，碗口设置成内切形状，碗口外径与注射器针筒(1)内径的尺寸误差为10μm～20μm，整个碗形结构与死体积排出椎体(3)的下部紧密贴合。
5.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述上碗状密封部(4)与活塞推杆(7)之间采用机械铆接的方式固定。
6.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述柱状密封部(5)与活塞推杆(7)之间采用机械铆接的方式固定。
7.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述下碗状密封部(6)从碗底到碗口的厚度逐渐减小，到碗口的厚度保持在0.3mm-1.0mm，碗口设置成内切形状，碗口外径与注射器针筒(1)内径的尺寸误差为10μm～20μm。
8.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述下碗状密封部(6)与活塞推杆(7)采用机械铆接的方式固定。
9.如权利要求1所述的应用于注射器的活塞密封结构，其特征在于：所述上碗状密封部(4)和下碗状密封部(6)均为PEEK材料制成。
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