CN114714590A - 用于Nafion管挤压成型装置及工艺 - Google Patents

用于Nafion管挤压成型装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开的用于Nafion管挤压成型装置及工艺，包括：喷口管(2)、喷口芯(5)、冷却装置；底座(2‑1)、腔室二(2‑3)以及喷口芯(5)设置在内管(2‑6)内部，外管(2‑7)为喷口管(2)最外的管，腔室一(2‑2)与腔室二(2‑3)直接相连，腔室二(2‑3)通过阵列孔(2‑5)与腔室二(2‑3)直接相连，腔室三(2‑4)直接通向外界；喷口芯(5)包括：圆柱形夹持头(5‑1)、圆柱形细长杆(5‑2)、圆台形连接台(5‑3)；喷口管(2)和喷口芯(5)的组合方式是靠圆台形连接台(5‑3)自锁的形式进行固定，喷口管(2)外壁靠近出口端增加冷却装置，用于高温Nafion管的冷却。本发明不仅能缩短生产时间、大幅提高生产效率，还能保证同一批次产品质量的稳定性。

Description

用于Nafion管挤压成型装置及工艺
技术领域
本发明涉及智能驱动材料等材制造领域，尤其涉及一种用于Nafion管挤压成型装置及工艺。
背景技术
Nafion又名全氟磺酸，该离子聚合物由憎水性的碳氟主链和末端带有亲水性磺酸基团的短侧链组成。Nafion含有的自由阳离子，可以形成水合阳离子在聚合物基体中移动，而阴离子则共价固定在骨干上，具有优异的选择通过性、高离子电导率，在人工肌肉、燃料电池、空调冷凝管等领域具有广阔的应用前景。传统Nafion膜的制备以浇铸为主，不仅需要针对不同的用途制作专门的模具，而且所得产品为片状实心Nafion，无法制备复杂结构的Nafion管，难以满足众多领域实际运用。
目前，许多研究者对Nafion膜的制备工艺做出了深入研究，主要有热压法将多片Nafion膜叠加在一起(Lee s J,Han M J,Kim s J,et al.A new fabrication method forIPMC actuators and application to artificial fingers.Smart Materials andStructures,2006,15(5):1217-1224.)、利用浇筑法将Nafion混合溶液层层叠加出Nafion膜(Malone E,Lipson H.Freeform fabrication of ionomeric polymer-metalcomposite actuators.Rapid Prototyping Journal,2006,12(5):244-253.)以及利用喷涂法制造Nafion膜(Trabia S,HwangT,Kim KJ.A fabrication method of unique Nafionshapes by painting for ionic polymer-metal composites.Smart MaterialsandStructures,2016,25(8):085006.)和利用熔融沉积增材制造技术通过3D打印制造Nafion膜(CARRICO,JAMES D.,TRAEDEN,NICKLAUS W.,AURELI,MATTEO,et al.Fused filament 3Dprinting of ionic polymer-metal composites(IPMCs)[J].SmartMaterials&Structures,2015,24(12).DOI:10.1088/0964-1726/24/12/125021.)等。但还未见Nafion管的制造报道。
传统微创介入手术依靠导丝进入病灶部位，导管无法自主导向。导丝在通过人体不同部位血管时会对血管壁产生不同程度的伤害，将以Nafion材料为基底的IPMC离子聚合物复合材料运用在导管导向技术方面能有效降低手术难度，提高手术成功性。在介入治疗领域，管状空心Nafion发挥的作用远远超过实心Nafion，不仅具备主动导向功能，还可以用来进行脉冲消融手术和输送药物。采用本工艺生产Nafion管，在满足功能性需求的同时，能批量快速生产该装置，有效降低生产成本，提高经济效益，具有较高的价值。
发明内容
本发明的目的在于提供出的用于Nafion管挤压成型装置及工艺，该装置及工艺能有效解决上述背景中现有Nafion基底制备技术存在的不足，可以根据不同的喷口管和喷口芯组合快速制造不同内外径的Nafion管，且同步冷却，可有效提高生产效率，保证同一批次模型的制造精度。
本发明实施例的第一方面提出了用于Nafion管挤压成型装置，该装置包括：喷口管(2)、喷口芯(5)、冷却装置；
喷口管(2)的连接端攻有螺纹，喷口管(2)出口端连接冷却装置；
喷口管(2)包括：底座(2-1)、腔室一(2-2)、腔室二(2-3)、腔室三(2-4)、阵列孔(2-5)、内管(2-6)以及外管(2-7)；
底座(2-1)、腔室二(2-3)以及喷口芯(5)设置在内管(2-6)内部，外管(2-7)为喷口管(2)最外的管，腔室一(2-2)与腔室二(2-3)直接相连，腔室二(2-3)通过阵列管(2-5)与腔室二(2-3)直接相连，腔室三(2-4)直接通向外界；
喷口芯(5)包括：圆柱形夹持头(5-1)、圆柱形细长杆(5-2)、圆台形连接台(5-3)；
喷口管(2)和喷口芯(5)的组合方式是靠圆台形连接台(5-3)自锁的形式进行固定。
可选的，外管(2-7)连接方式为螺纹连接。
可选的，Nafion管的内外径是由喷口管(2)和喷口芯(5)配合确定。
可选的，冷却装置用于对喷口管(2)的外表面进行水冷散热。
可选的，腔室二(2-3)为圆台面；其中，腔室一(2-2)与腔室二(2-3)之间的过渡面为圆台面。
可选的，阵列孔(2-5)上设有4组圆周阵列的扇形孔；
每一组圆周阵列的扇形孔有3个；
各个扇形孔向喷口芯(5)有30～45°的倾斜。
可选的，底座(2-1)上设置有圆台状插孔；
圆台状插孔，用于固定喷口芯(5)。
可选的，圆台形连接台(5-3)与圆台状插孔过盈配合。
可选的，圆柱形夹持头(5-1)为凸起；凸起用于喷口芯(5)的夹持；其中，凸起的直径小于圆柱形细长杆(5-2)的直径。
本发明实施例的第二方面提出了用于Nafion管挤压成型工艺，该工艺包括：
1)Nafion管内外径的确定：根据生产需要，先确定Nafion管的外径，在0.6mm、0.8mm和1.6mm三种规格外径中选择需要的规格喷口管(2)，然后确定Nafion管的内径，在0.3mm、0.6mm和1.3mm三种规格内径中选择需要的规格喷口芯(5)；
2)喷口管(2)与喷口芯(5)的组合：将喷口管(2)固定在夹具上，用镊子夹住喷口芯(5)前端，将喷口芯(5)沿轴向送入喷口管(2)中，在确定位置对准后，给予喷口芯(5)顶端15～30N的力；
3)Nafion前驱材料的熔融：利用挤出机将Nafion前驱材料在230～250℃熔融，并保证熔融后材料成分分布的均匀性；
4)Nafion管的挤塑成型：使用挤出机将步骤3熔融后的材料在，在挤出速度为10～15mm/s的设置下均匀挤出，并时刻观察出口处Nafion管的具体形态；
5)Nafion管的冷却：在喷口管(2)外表面末端加上冷却装置，通过冷却喷口管冷却已成型Nafion管，并通过热胀冷缩原理，使得已成型Nafion管与喷口管(2)和喷口芯(5)脱离。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明提出了用于Nafion管挤压成型装置及工艺，在保证产品制备精度的同时，大幅缩短制备时间，有利于其规模化生产，降低生产成本；此外，喷口管和喷口芯的不同组合可以制备不同规格的Nafion管，减少了模具制造成本；与传统空冷不同，本发明在冷却方式明显改善，保证产品冷却均匀，质量优异；采用该工艺，可以有效提高Nafion管的生产效率，产品可运用在介入手术治疗和航空航天等多个领域，具有较高的价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的喷口管的正视图与左视图；
图2为本发明一个实施例的喷口管的截面图；
图3为本发明一个实施例的喷口管内管局部示意图；
图4为本发明一个实施例的喷口管内管两组阵列孔的截面图；
图5为本发明一个实施例的喷口芯的三视图；
图6为本发明一个实施例的喷口管与喷口芯组合后正视图；
图7为本发明一个实施例的喷口管与喷口芯组合后截面图。
附图标记：2-1底座，2-2腔室一，2-3腔室二，2-4腔室三，2-5阵列孔，2-6内管，2-7外管，5-1圆柱形夹持头，5-2圆柱形细长杆，5-3圆台形连接台，6-1喷口管外表面末端。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
参见图1、图2、图3和图5，本发明实施例的第一方面提供的用于Nafion管挤压成型装置，该装置包括：喷口管(2)、喷口芯(5)、冷却装置。
喷口管(2)的连接端攻有螺纹，喷口管(2)出口端连接冷却装置。
喷口管(2)包括：底座(2-1)、腔室一(2-2)、腔室二(2-3)、腔室三(2-4)、阵列孔(2-5)、内管(2-6)以及外管(2-7)。
可选的，在一些实施例中，外管(2-7)内径可以取1.5mm，内径的大小与所需制造的Nafion管外径有关。
底座(2-1)、腔室二(2-3)以及喷口芯(5)设置在内管(2-6)内部，外管(2-7)为喷口管(2)最外的管，腔室一(2-2)与腔室二(2-3)直接相连，腔室二(2-3)通过阵列管(2-5)与腔室二(2-3)直接相连，腔室三(2-4)直接通向外界。
喷口芯(5)包括：圆柱形夹持头(5-1)、圆柱形细长杆(5-2)、圆台形连接台(5-3)。
喷口管(2)和喷口芯(5)的组合方式是靠圆台形连接台(5-3)自锁的形式进行固定。
可选的，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，外管(2-7)连接方式为螺纹连接。
可选的，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，Nafion管的内外径是由喷口管(2)和喷口芯(5)配合确定。
可选的，在一些实施例中，根据不同的喷口管(2)和喷口芯(5)组合快速制备不同内外径的Nafion管，同时冷却装置进行同步冷却，可有效提高生产效率，保证同一批次模型的制造精度。
可选的，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，冷却装置用于对喷口管(2)的外表面进行水冷散热。
可选的，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，腔室二(2-3)为圆台面；其中，腔室一(2-2)与腔室二(2-3)之间的过渡面为圆台面。
可选的，在一些实施例中，腔室一(2-2)直接通向腔室二(2-3)，腔室一(2-2)的过渡面也为圆台面，且倾斜度为30～45°，目的在于使熔融状态的Nafion材料受均匀挤压，减少沿程阻力。
参见图2和图4，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，阵列孔(2-5)上设有4组圆周阵列的扇形孔。
每一组圆周阵列的扇形孔有3个。
各个扇形孔向喷口芯(5)有30～45°的倾斜。
可选的，圆周阵列可以保证Nafion管在成形过程中材料均匀，径向厚度基本一致。
可选的，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，底座(2-1)上设置有圆台状插孔。
圆台状插孔，用于固定喷口芯(5)。
可选的，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，圆台形连接台(5-3)与圆台状插孔过盈配合。
可选的，在一些实施例中，喷口芯(5)外径为1.3mm，喷口芯(5)的连接端的倾斜度为30°的圆台形连接台(5-3)，圆台形连接台(5-3)的倾斜度与底座(2-1)保持一致，且二者的配合方式为过盈配合。应当注意的是，喷口芯圆台最小内径应当比底座圆台最小内径大，使得喷口芯在安装时与底座孔留有0.5～1mm余量。
可选的，作为本发明实施例提供的用于Nafion管挤压成型装置的一种具体实施方式，圆柱形夹持头(5-1)为凸起；凸起用于喷口芯(5)的夹持；其中，凸起的直径小于圆柱形细长杆(5-2)的直径。
参见图1、图2、图5、图6和图7，本发明实施例的第二方面提供的用于Nafion管挤压成型工艺，该工艺包括：
1)Nafion管内外径的确定：根据生产需要，先确定Nafion管的外径，在0.6mm、0.8mm和1.6mm三种规格外径中选择需要的规格喷口管(2)，然后确定Nafion管的内径，在0.3mm、0.6mm和1.3mm三种规格内径中选择需要的规格喷口芯(5)。
2)喷口管(2)与喷口芯(5)的组合：将喷口管(2)固定在夹具上，用镊子夹住喷口芯(5)前端，将喷口芯(5)沿轴向送入喷口管(2)中，在确定位置对准后，给予喷口芯(5)顶端15～30N的力。
3)Nafion前驱材料的熔融：利用挤出机将Nafion前驱材料在230～250℃熔融，并保证熔融后材料成分分布的均匀性。
4)Nafion管的挤塑成型：使用挤出机将步骤3熔融后的材料在，在挤出速度为10～15mm/s的设置下均匀挤出，并时刻观察出口处Nafion管的具体形态。
5)Nafion管的冷却：在喷口管(2)外表面末端加上冷却装置，通过冷却喷口管冷却已成型Nafion管，并通过热胀冷缩原理，使得已成型Nafion管与喷口管(2)和喷口芯(5)脱离。
可选的，在一些实施例中，利用用于Nafion管挤压成型工艺制作内径1.3mm，外径1.6mm的Nafion管的过程为：
第一步，Nafion管内外径的确定：根据生产需要，分别夹取规格为1.6mm的喷口管(2)和规格为1.3mm的喷口芯(5)以备使用。
第二步，喷口管(2)与喷口芯(5)的组合：将喷口管(2)用软橡胶包裹3圈，防止其受外力挤压变形，然后固定在机器虎钳上，用镊子夹住圆柱形夹持头(5-1)，将喷口芯(5)沿轴向送入喷口管(2)中，在确定位置对准后，给予圆柱形夹持头(5-1)大小为20N的力，作用时间为30s，防止喷口芯脱落，组合好后截面图如图7所示。
第三步，Nafion前驱材料的熔融：利用挤出机将Nafion前驱材料在240℃下熔融3min，并保证熔融后材料成分分布的均匀性。
第四步，Nafion管的挤塑成型：安装组装好的用于Nafion管挤压成型装置，设定挤出机挤出温度为280℃，防止熔融Nafion材料过早冷却堵塞出口，挤出速度为10mm/s，防止因速度过快导致材料表面性能差和冷却不充分。
第五步，参见图6，Nafion管的冷却：在喷口管外表面末端(6-1)加上水冷装置，使用管径为0.6mm的细长软管在通入10℃的冷水后呈螺旋状共2层缠绕在喷口管外表面末端(6-1)，使高温Nafion管迅速冷却成型，维持管状。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明提出了用于Nafion管挤压成型装置及工艺，在保证产品制备精度的同时，大幅缩短制备时间，有利于其规模化生产，降低生产成本；此外，喷口管和喷口芯的不同组合可以制备不同规格的Nafion管，减少了模具制造成本；与传统空冷不同，本发明在冷却方式明显改善，保证产品冷却均匀，质量优异；采用该工艺，可以有效提高Nafion管的生产效率，产品可运用在介入手术治疗和航空航天等多个领域，具有较高的价值。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，包括：喷口管(2)、喷口芯(5)、冷却装置；
喷口管(2)的连接端攻有螺纹，喷口管(2)出口端连接冷却装置；
喷口管(2)包括：底座(2-1)、腔室一(2-2)、腔室二(2-3)、腔室三(2-4)、阵列孔(2-5)、内管(2-6)以及外管(2-7)；
底座(2-1)、腔室二(2-3)以及喷口芯(5)设置在内管(2-6)内部，外管(2-7)为喷口管(2)最外的管，腔室一(2-2)与腔室二(2-3)直接相连，腔室二(2-3)通过阵列管(2-5)与腔室二(2-3)直接相连，腔室三(2-4)直接通向外界；
喷口芯(5)包括：圆柱形夹持头(5-1)、圆柱形细长杆(5-2)、圆台形连接台(5-3)；
喷口管(2)和喷口芯(5)的组合方式是靠圆台形连接台(5-3)自锁的形式进行固定。
2.根据权利要求1所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述外管(2-7)连接方式为螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述Nafion管的内外径是由所述喷口管(2)和所述喷口芯(5)配合确定。
4.根据权利要求1所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述冷却装置用于对所述喷口管(2)的外表面进行水冷散热。
5.根据权利要求1所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述腔室二(2-3)为圆台面；其中，所述腔室一(2-2)与所述腔室二(2-3)之间的过渡面为圆台面。
6.根据权利要求1所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述阵列孔(2-5)上设有4组圆周阵列的扇形孔；
每一组圆周阵列的扇形孔有3个；
各个扇形孔向喷口芯(5)有30～45°的倾斜。
7.根据权利要求1所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述底座(2-1)上设置有圆台状插孔；
圆台状插孔，用于固定所述喷口芯(5)。
8.根据权利要求7所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述圆台形连接台(5-3)与所述圆台状插孔过盈配合。
9.根据权利要求1所述的用于Nafion管挤压成型装置，其特征在于，所述圆柱形夹持头(5-1)为凸起；凸起用于喷口芯(5)的夹持；其中，凸起的直径小于所述圆柱形细长杆(5-2)的直径。
10.用于Nafion管挤压成型工艺，其特征在于，包括：
1)Nafion管内外径的确定：根据生产需要，先确定Nafion管的外径，在0.6mm、0.8mm和1.6mm三种规格外径中选择需要的规格喷口管(2)，然后确定Nafion管的内径，在0.3mm、0.6mm和1.3mm三种规格内径中选择需要的规格喷口芯(5)；
2)喷口管(2)与喷口芯(5)的组合：将喷口管(2)固定在夹具上，用镊子夹住喷口芯(5)前端，将喷口芯(5)沿轴向送入喷口管(2)中，在确定位置对准后，给予喷口芯(5)顶端15～30N的力；
3)Nafion前驱材料的熔融：利用挤出机将Nafion前驱材料在230～250℃熔融，并保证熔融后材料成分分布的均匀性；
4)Nafion管的挤塑成型：使用挤出机将步骤3熔融后的材料在，在挤出速度为10～15mm/s的设置下均匀挤出，并时刻观察出口处Nafion管的具体形态；
5)Nafion管的冷却：在喷口管(2)外表面末端加上冷却装置，通过冷却喷口管冷却已成型Nafion管，并通过热胀冷缩原理，使得已成型Nafion管与喷口管(2)和喷口芯(5)脱离。
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