CN113043545A - 一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑加工方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，具有用于浇注的高分子聚合物，其特征在于，所述注塑模具包括上模板、下模板，以及装设于由所述上模板、所述下模板盖合后形成的空间内的芯轴；沿所述芯轴长度方向周缘的腔体为型腔，所述上模板的一端表面设有与所述型腔连通的浇口，所述上模板的另一端表面设有与所述芯轴连通的出气口；所述芯轴的表面设有若干用于实现超疏水性的微结构；所述高分子聚合物通过所述浇口在注塑压力下充分填满芯所述微纳结构的间隙。本发明优点在于所形成的浇铸管无缺陷、无气泡，其内表面的微结构与芯轴上的微结构相同。通过设计合适的微结构杆件，从而使管材接近超疏水甚至具有超疏水性。

Description

一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑加工方法及其装置

技术领域

本发明属于微纳结构柔性管的技术领域，特别涉及一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑加工方法及其装置。

技术背景

材料表面的微纳结构可影响其亲疏水特性。荷叶表面的微纳结构/凸起，使液滴和荷叶之间形成一层空气层，降低了液滴和荷叶表面之间的接触面积，使荷叶具有超疏水特性。类似的，微纳结构可以进一步地使亲水材料具有超亲水特性。采用激光、刻蚀、或微/纳压印等技术可以在工件表面上，加工特殊的微纳结构，从而使工件/材料表面具有特定的亲疏水特性。柔性管如硅胶软管或PVC软管等，广泛用于工业生产以及医疗领域。如何在柔性管的内表面加工微纳结构，以赋予柔性管不同的亲疏水特性，是当前的技术难点。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明旨在于提供一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑加工方法及其装置，本发明包括具有微纳结构柔性管的注塑模具和分离装置；其中，注塑模具用于注塑具有微纳结构柔性管，并得到表面包裹有具有微纳结构柔性管的芯轴；分离装置通过特定的工具使具有微纳结构柔性管的外表面产生真空负压，使具有微纳结构膨胀并与芯轴分离。

需要说明的是，本发明的芯轴的外表面加工有特定形状的微纳结构，所述微纳结构可以为凸起或凹坑结构。所述微纳结构可通过高能束加工(激光束、离子束、电子束等)、精雕/电火花、或光刻等方法加工。所述微纳结构也可以通过微米压印、纳米压印等方法加工在高聚物基体薄膜上(如聚碳酸酯或聚硅氧烷等)，然后将具有微纳结构的高聚物薄膜粘着在芯轴上，得到外表面具有微纳结构的芯轴。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，具有用于浇注的高分子聚合物，所述注塑模具包括上模板、下模板，以及装设于由所述上模板、所述下模板盖合后形成的空间内的芯轴；沿所述芯轴长度方向周缘的腔体为型腔，所述上模板的一端表面设有与所述型腔连通的浇口，所述上模板的另一端表面设有与所述芯轴连通的出气口；所述芯轴的表面设有若干用于实现超疏水性的微结构；所述高分子聚合物通过所述浇口在注塑压力下充分填满芯所述微纳结构的间隙。

需要说明的是，若干所述微结构为纳米柱状结构、微乳突或纳米蜡状突起。

需要说明的是，若干间隙为纳米气穴。

需要说明的是，还设有分离装置，所述分离装置包括真空管、密封压环与真空泵，所述真空管表面设有用于与所述真空泵连接的真空接口，所述密封压环活动插接于所述真空管的两端；当需要取出所述具有微纳结构柔性管时，所述具有微纳结构柔性管套接于所述真空管内且其两端略伸出于所述真空管，所述密封压环分别插入伸出于所述真空管两端的所述具有微纳结构柔性管与所述芯轴的接触面，使所述具有微纳结构柔性管的内侧端面与所述芯轴的外侧端面分离。

需要说明的是，当需要取管时，所述真空泵通过所述真空接口给将所述真空管下内的空气抽出。

需要说明的是，所述密封压环为顶部与底部连通的锥台结构。

需要进一步说明的是，本发明的真空管的内径大于注塑后得到的具有微纳结构柔性管的外径。密封压环的的内径略大于芯轴的外径，密封压环的外径略小于真空管的内径。

进一步的，密封压环为一端壁薄、一端壁厚的结构，其外形轮廓为直径从薄壁端逐渐增大的锥形、或外凸/内凹的形状。

需要说明的是，当所述具有微纳结构柔性管的内侧端面与所述芯轴的外侧端面分离时，所述具有微纳结构柔性管的外侧端面与所述真空管的内侧端面贴合。

本发明还提供一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具的加工方法，具有用于浇注的高分子聚合物以及外表面具有微纳结构的芯轴，所述方法包括以下步骤：

S1将芯轴与上模板、下模板进行装配，组成注塑模具；

S2通过浇口将高分子聚合物注入所述型腔，并在一定注塑压力下充分填满芯轴表面微纳结构的间隙；

S3所述高分子聚合物在热或紫外辐射等条件下交联固化；

S4完成固化后，将上模板、下模板分开，取出被具有微纳结构柔性管包裹的芯轴；

S5将被具有微纳结构柔性管包裹的芯轴套接于真空管后，用密封压环插入伸出于真空管两端的芯轴与具有微纳结构柔性管的接触面；

S6将密封压环不断插入，直至具有微纳结构柔性管的外侧端面与真空管的内侧端面贴合；

S7将真空泵与真空接口连接后，对真空管内进行抽真空处理，将具有微纳结构柔性管与芯轴分离；

S8将与具有微纳结构柔性管分离后的芯轴从密封压环抽出，关闭真空泵，使膨胀的具有微纳结构柔性管恢复原状；取下密封压环，将具有微纳结构柔性管从真空管中取出，得到内表面具有微纳结构的柔性管。

需要说明的是，由于具有微纳结构柔性管的内表面与大气连通，在具有微纳结构柔性管外表面负压力的作用下，具有微纳结构柔性管将发生膨胀，并与芯轴脱离，并牢固的吸附于真空管的内表面。

需要说明的是，所述具有微纳结构柔性管的微纳结构的方向与为所述芯轴外表面的微纳结构相反。

需要指出的是，作为本发明的一种变形，具有微纳结构柔性管的内孔和/或外形可以为圆形、椭圆形、方形、带圆角的方形、多变形、或带圆角的多边形、或由曲线和直线构成的复杂形状。

需要说明的是，本发明所述高分子聚合物可以为聚二甲基硅氧烷等，并可在加热或紫外光照射下等条件下进行交联。

本发明的有益效果在于，注塑模具结构简单，使用方便；同时设计了与注塑模具匹配的分离装置，实现便捷取管的同时不会造成微纳结构的破坏；进一步的，本发明所形成的具有微纳结构的柔性管无缺陷、无气泡。

附图说明

图1为本发明内表面具有微纳结构具有微纳结构柔性管的加工方法流程图；

图2为内表面具有微纳结构具有微纳结构柔性管的注塑模具结构示意图；

图3a为内表面具有微纳结构具有微纳结构柔性管的注塑模具的一种实施例的外形结构图、图3b为内表面具有微纳结构具有微纳结构柔性管的注塑模具的一种实施例的剖面图；

图4为外表面具有微纳结构的芯轴示意图；

图5为注塑后得到的包裹在芯轴上的具有微纳结构柔性管；

图6a为具有微纳结构柔性管分离装置的一种实施例使用时示意图、图6b为具有微纳结构柔性管分离装置的一种实施例剖面图；

图7为具有微纳结构柔性管分离装置密封压环的一种实施例及其剖面图；

图8为密封压环的小直径端插入具有微纳结构柔性管-芯轴界面；

图9为密封压环插入具有微纳结构柔性管-芯轴界面的示意图；

图10为具有微纳结构柔性管端部被密封环扩张后与真空管内壁形成密封的示意图；

图11为在真空辅助下具有微纳结构柔性管发生膨胀并与芯轴脱离的示意图；

图12为去除密封压环和芯棒以得到内表面有微纳结构具有微纳结构柔性管的示意图。

具体实施例

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，本发明为本发明还提供一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具的加工方法，具有用于浇注的高分子聚合物以及外表面具有微纳结构的芯轴，所述方法包括以下步骤：

S1将芯轴与上模板、下模板进行装配，组成注塑模具；

S2通过浇口将高分子聚合物注入所述型腔，并在一定注塑压力下充分填满芯轴表面微纳结构的间隙；

S3所述高分子聚合物在热或紫外辐射等条件下交联固化；

S4完成固化后，将上模板、下模板分开，取出被具有微纳结构柔性管包裹的芯轴；

S5将被具有微纳结构柔性管包裹的芯轴套接于真空管后，用密封压环插入伸出于真空管两端的芯轴与具有微纳结构柔性管的接触面；

S6将密封压环不断插入，直至具有微纳结构柔性管的外侧端面与真空管的内侧端面贴合；

S7将真空泵与真空接口连接后，对真空管内进行抽真空处理，将具有微纳结构柔性管与芯轴分离；

S8将与具有微纳结构柔性管分离后的芯轴从密封压环抽出，关闭真空泵，使膨胀的具有微纳结构柔性管恢复原状；取下密封压环，将具有微纳结构柔性管从真空管中取出，得到内表面具有微纳结构的柔性管。

需要说明的是，由于具有微纳结构柔性管的内表面与大气连通，在具有微纳结构柔性管外表面负压力的作用下，具有微纳结构柔性管将发生膨胀，并与芯轴脱离，并牢固的吸附于真空管的内表面。

需要说明的是，所述具有微纳结构柔性管的微纳结构的方向与为所述芯轴外表面的微纳结构相反。

需要指出的是，作为本发明的一种变形，具有微纳结构柔性管的内孔和/或外形可以为圆形、椭圆形、方形、带圆角的方形、多变形、或带圆角的多边形、或由曲线和直线构成的复杂形状。

需要说明的是，本发明所述高分子聚合物可以为聚二甲基硅氧烷等，并可在加热或紫外光照射下等条件下进行交联。

如图2、图3所示为本发明一种内表面具有微纳结构具有微纳结构柔性管的注塑模具，所述注塑模具包括上模板11、下模板12、芯轴13、以及浇口14。

如图4所示，所述芯轴13表面加工有微纳结构31。所述微纳结构31可以为凸起或凹坑结构。

进一步，所述微纳结构可通过高能束加工(激光束、离子束、电子束等)、精雕/电火花、或光刻等方法加工。所述微纳结构也可以通过微米压印、纳米压印等方法加工在高聚物基体薄膜上(如聚碳酸酯或聚硅氧烷等)，然后将具有微纳结构的高聚物薄膜粘着在芯轴上，得到外表面具有微纳结构的芯轴。

如图2所示，上模板11、下模板12、以及芯轴13构成注塑具有微纳结构柔性管的空间，低粘度的液态注塑材料通过浇口14进入并填充注塑空间，在一定的注塑压力下，液态注塑材料将填充芯轴表面微纳结构间的微小间隙。

如图5所示，当注塑材料(高分子聚合物)交联/固化后，分离上模板11和下模板12，可得到的包括有被具有微纳结构柔性管15包裹的芯轴13。

注塑完成后，将采用真空辅助的方法将具有微纳结构柔性管从芯轴上分离。图6a和图6b所示；具有微纳结构柔性管分离装置由真空管61、密封压环62以及真空泵组成；真空泵通过管路与真空管61上的真空接口63相连。密封压环62的的内径略大于芯轴13的外径，密封压环62的外径略小于真空管61的内径。

优选的，如图7所示，本发明的密封压环62为一端壁薄、一端壁厚的结构，其外形轮廓为直径从薄壁端逐渐增大的锥形、或外凸/内凹的形状。

如图8-图12所示，将注塑得到被具有微纳结构柔性管15包裹的芯轴13放入分离装置的真空管61中，并用密封压环62从芯轴的两侧插入具有微纳结构柔性管15和芯轴13的接触面。随着密封压环的插入，密封压环逐渐增大的外径将扩张具有微纳结构柔性管15的端部，并使具有微纳结构柔性管15挤压在真空管61的内壁上，从而形成密封。随后，用真空泵从真空管61的接口63进行抽真空；由于具有微纳结构柔性管15的内孔将通过密封压环62的内孔连通大气，在真空管61内部局部真空的作用下，具有微纳结构柔性管15将发生膨胀，并与芯轴13脱离。在保持抽真空情况下，拔除密封压环62，并抽出芯轴13；最后，释放真空管61内的真空，将恢复原状的具有微纳结构柔性管15从真空管61内取出，可得到内表面具有微纳结构的具有微纳结构柔性管。

实施例

作为一种实施方式，用于具有微纳结构柔性管的注塑材料可以为PDMS(Sylgard184，道康宁)。将PDMS的预聚物和交联剂以10:1的重量比混合，将混合后的液体进行真空脱气，以去除PDMS液体中的微气泡。将准备的PDMS液体通过浇口灌注进模具内，在一定注塑压力下，使PDMS液体填满芯轴表面微纳结构的间隙，随后，对注塑模具进行加热促进PDMS的交联固化，PDMS在80-120℃下固化1-3小时。PDMS固化后，分离注塑模具的上下模板，取出包裹有PDMS软管的芯轴。

由于PDMS填充了芯轴外表面的微纳结构，注塑后的柔性软管难以直接从芯轴上拔出。使用本发明提出的真空辅助的具有微纳结构柔性管分离装置，可以将内表面具有微纳结构的具有微纳结构柔性管与芯轴分离。首先，将包裹有具有微纳结构柔性管的芯轴放置分离装置的真空管中，从两侧沿芯轴插入密封压环，扩张具有微纳结构柔性管的端部，并使其挤压在真空管的内壁上，以形成密封；其次，利用真空泵对密封后的真空管进行抽真空操作；由于PDMS具有微纳结构柔性管的内腔通过密封压环的内孔连通大气，抽真空产生的负压将作用在PDMS具有微纳结构柔性管的外壁上，使具有微纳结构柔性管膨胀，从而与芯轴脱离；随后，在保持真空的同时，将两侧密封压环取出，并将芯轴拔除；最后，释放真空，PDMS具有微纳结构柔性管将恢复原状，从分离装置中取出后，将得到内表面具有微纳结构的具有微纳结构柔性管。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变，而所有的这些改变，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，具有用于浇注的高分子聚合物，其特征在于，所述注塑模具包括上模板、下模板，以及装设于由所述上模板、所述下模板盖合后形成的空间内的芯轴；沿所述芯轴长度方向周缘的腔体为型腔，所述上模板的一端表面设有与所述型腔连通的浇口，所述上模板的另一端表面设有与所述芯轴连通的出气口；所述芯轴的表面设有若干用于实现超疏水性的微结构；所述高分子聚合物通过所述浇口在注塑压力下充分填满芯所述微纳结构的间隙。

2.根据权利要求1所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，其特征在于，若干所述微结构为纳米柱状结构、微乳突或纳米蜡状突起。

3.根据权利要求2所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，其特征在于，若干间隙为纳米气穴。

4.根据权利要求1所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，其特征在于，还设有分离装置，所述分离装置包括真空管、密封压环与真空泵，所述真空管表面设有用于与所述真空泵连接的真空接口，所述密封压环活动插接于所述真空管的两端；当需要取出所述具有微纳结构柔性管时，所述具有微纳结构柔性管套接于所述真空管内且其两端略伸出于所述真空管，所述密封压环分别插入伸出于所述真空管两端的所述具有微纳结构柔性管与所述芯轴的接触面，使所述具有微纳结构柔性管的内侧端面与所述芯轴的外侧端面分离。

5.根据权利要求4所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，其特征在于，当需要取管时，所述真空泵通过所述真空接口给将所述真空管下内的空气抽出。

6.根据权利要求4所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，其特征在于，所述密封压环为顶部与底部连通的锥台结构。

7.根据权利要求4所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具，其特征在于，当所述具有微纳结构柔性管的内侧端面与所述芯轴的外侧端面分离时，所述具有微纳结构柔性管的外侧端面与所述真空管的内侧端面贴合。

8.根据权利要求1-7任一所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具的加工方法，具有用于浇注的高分子聚合物以及外表面具有微纳结构的芯轴，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1将芯轴与上模板、下模板进行装配，组成注塑模具；

S2通过浇口将高分子聚合物注入所述型腔，并在一定注塑压力下充分填满芯轴表面微纳结构的间隙；

S3所述高分子聚合物在热或紫外辐射等条件下交联固化；

S4完成固化后，将上模板、下模板分开，取出被具有微纳结构柔性管包裹的芯轴；

S5将被具有微纳结构柔性管包裹的芯轴套接于真空管后，用密封压环插入伸出于真空管两端的芯轴与具有微纳结构柔性管的接触面；

S6将密封压环不断插入，直至具有微纳结构柔性管的外侧端面与真空管的内侧端面贴合；

S7将真空泵与真空接口连接后，对真空管内进行抽真空处理，将具有微纳结构柔性管与芯轴分离；

S8将与具有微纳结构柔性管分离后的芯轴从密封压环抽出，关闭真空泵，使膨胀的具有微纳结构柔性管恢复原状；取下密封压环，将具有微纳结构柔性管从真空管中取出，得到内表面具有微纳结构的柔性管。

9.根据权利要求8所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具的加工方法，其特征在于，由于具有微纳结构柔性管的内表面与大气连通，在具有微纳结构柔性管外表面负压力的作用下，具有微纳结构柔性管将发生膨胀，并与芯轴脱离，并牢固的吸附于真空管的内表面。

10.根据权利要求8所述的内表面具有微纳结构柔性管的注塑注塑模具的加工方法，其特征在于，所述具有微纳结构柔性管的微纳结构的方向与为所述芯轴外表面的微纳结构相反。

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