專利名稱：：具有毛細(xì)孔道的擠出材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有多條貫穿于其中的毛細(xì)孔道的可擠壓加工的材料，以及用于制造這類材料的設(shè)備和方法。所述毛細(xì)孔道可被氣體、液體或其他相態(tài)的物質(zhì)填充。所述材料可以是具有高空隙度的各向異性的泡沫材料。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的聚合物泡沫材料通常是被擠出加工的，例如Tuladhar，TR和Mackley，MR在2004年出版的《化學(xué)工程學(xué)(ChemicalEngineeringScience)》期刊第59巻第24期第5997-6014頁(yè)的題目為"涉及由聚苯乙烯戊烷載熔體進(jìn)行發(fā)泡和氣泡生長(zhǎng)的試驗(yàn)觀察和模擬(五x;en'附e"fa/o^en^/wra，/3^y^^meto)"的文中所述。這種獲得的產(chǎn)品包括隨機(jī)的、各向同性的空隙度，這種空隙度本身難以控制和預(yù)計(jì)。具有多條貫穿于其中的各向異性的、平行的毛細(xì)孔道的熱塑膜或條帶(ribbon)被稱為微毛細(xì)管膜("MCF")。在專利文獻(xiàn)WO2005/056272中對(duì)MCF及其制造進(jìn)行了描述。根據(jù)光學(xué)分析，并且基于模具的幾何形狀和加氣(airentrainment)裝置，MCF通常具有約5_6%的空隙度。人們期望使MCF具有更高空隙度，以提供具有平行孔道的各向異性的類泡沫結(jié)構(gòu)。這類材料提供了有利的機(jī)械性能和多種新的應(yīng)用的可能性。先前利用上游氣體噴射(upstreamgasinjection)來(lái)制造高空隙度MCF的嘗試由于毛細(xì)管的起泡而失敗(HallmarkB，"微毛細(xì)管膜的發(fā)展(7TzeDeve/o;meW0/Af/craca//〃ao;Fz7ms)"，英國(guó)劍橋大學(xué)2005年博士論文，第三章)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種制造具有多條貫穿于其中的毛細(xì)孔道的擠出產(chǎn)品的方法，所述方法包括以下步驟6a)提供擠壓設(shè)備，所述擠壓設(shè)備包括擠壓機(jī)，其具有入口；模具，其包括具有預(yù)定外形的?？?；多個(gè)流體噴射器，每個(gè)噴射器具有一本體，該本體包括用于流體流動(dòng)的內(nèi)部管道，每個(gè)噴射器在出口端還包括離開(kāi)所述內(nèi)部管道的出口，每個(gè)噴射器的出口端大體上以預(yù)定的式樣布置于所述模具的?？谥?，每個(gè)噴射器的管道與流體源呈流體連接；b)通過(guò)所述入口將可擠壓材料供給到擠壓機(jī)內(nèi)；c)迫使可擠壓材料朝向模具移動(dòng)并且穿過(guò)所述模具中的?？冢灾瞥鼍哂兴鲱A(yù)定外形的擠出物；d)使用所述噴射器以使流體能夠從所述流體源經(jīng)過(guò)所述管道而被引入所述擠出產(chǎn)品中以形成毛細(xì)管，使得所述擠出物包括以所述預(yù)定的式樣順著該擠出物布置的、充注有流體的毛細(xì)管；并且其特征在于e)在擠出物脫離模具時(shí)對(duì)擠出物進(jìn)行淬火冷卻。我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)快速地淬火冷卻擠出產(chǎn)品，能夠制造具有高空隙度的、穩(wěn)定的MCF?？障抖茸罡咧良s30%的產(chǎn)品能夠利用在環(huán)境壓力下引入空氣或其他流體來(lái)制造，而且我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)經(jīng)由噴射器噴射加壓流體可以容易地制造空隙度超過(guò)約30%的擠出產(chǎn)品。該加工過(guò)程克服了當(dāng)使用加壓流體的源時(shí)毛細(xì)管產(chǎn)生氣泡的缺陷。我們發(fā)現(xiàn)，利用該加工過(guò)程，能夠使各向異性的熱塑性泡沫材料可控制地形成最高至60%的空隙度，并且我們相信能夠制造具有最高至80%或90%的更高空隙度的擠出產(chǎn)品。應(yīng)該理解的是，要從實(shí)踐角度來(lái)解釋"當(dāng)擠出物脫離模具時(shí)對(duì)擠出物進(jìn)行淬火冷卻"，因?yàn)樵趯?shí)踐中，模具出口與擠出物被充分冷卻的位置之間會(huì)始終存在一定的距離以抵抗機(jī)械變形。術(shù)語(yǔ)"模具出口"表示擠出物的外部邊界不再被模具約束的第一個(gè)位置。優(yōu)選在離模具出口小于約3mm的位置、并且優(yōu)選小于2mm的位置、更優(yōu)選為約1mm或更小的位置對(duì)擠出物進(jìn)行冷卻。因此，優(yōu)選為使熔體牽引長(zhǎng)度(meltdrawinglength,從模具出口到淬火位置之間的距離)實(shí)際上盡可能地接近于零。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)流體射流，特別是高速氣體射流來(lái)提供淬火冷卻，所述流體射流可噴射到靠近模具出口的擠出物上。在其他實(shí)施例中，可以通過(guò)低溫浸漬進(jìn)行淬火冷卻。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，流體源為可控制的壓縮氣體源，特別是在壓力下將氣體流供應(yīng)給流體噴射器的加壓氣體源。流體噴射器包括中空的本體(例如噴針)，流體可穿過(guò)該本體。在傳統(tǒng)的MCF擠出條件下，噴射器為自然地在大氣壓下引入空氣的被動(dòng)式裝置(passivedevice)。使用加壓氣體的作用在于使毛細(xì)管充氣。通常，淬火的膜穿過(guò)一對(duì)壓輥，并隨后被巻收。我們發(fā)現(xiàn)，在該加工過(guò)程中壓區(qū)的壓力可能高到足以損壞在傳統(tǒng)的MCF加工過(guò)程中形成的毛細(xì)管。擠出產(chǎn)品的可能的應(yīng)用包括毛細(xì)電泳(例如用于DNA分析)、熱交換、流體傳輸、微反應(yīng)器、生物醫(yī)療應(yīng)用、液態(tài)封裝、光學(xué)應(yīng)用、食品、以及多孔基體應(yīng)用。在專利文獻(xiàn)WO2005/056272和序號(hào)為10/582,465的美國(guó)專利文獻(xiàn)中描述了這些應(yīng)用，在此作為參考而結(jié)合上述專利文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容及公開(kāi)內(nèi)容。這種各向異性泡沫產(chǎn)品的應(yīng)用的其他非限制性示例包括用作食物、藥品或氣體管道(例如飲用吸管)，體內(nèi)應(yīng)用(in-bodyapplication)或用作具有"防電火花(spark-safe)"操作的氣動(dòng)或液壓致動(dòng)器。其他可能的應(yīng)用包括遙感應(yīng)用，例如用于檢測(cè)化學(xué)品、藥品或污染物的管道，以及用于在設(shè)備或車輛的不同位置測(cè)量壓力的壓力管道。當(dāng)在這些應(yīng)用中使用時(shí)，產(chǎn)品可以具有多條孔道，或者該產(chǎn)品可以用于產(chǎn)生多個(gè)單孔道產(chǎn)品。能夠生產(chǎn)各向異性泡沫條帶的一個(gè)重要結(jié)果在于，能夠通過(guò)將一疊各向異性泡沫條帶的熱烙在一起形成各向異性的泡沫整料(monolith)。在可選的實(shí)施例中，可使用二維陣列的噴射器來(lái)通過(guò)直接擠出而制成泡沫整料。這種材料被期望具有能夠適應(yīng)合適的特殊應(yīng)用的、獨(dú)特的機(jī)械特性。優(yōu)選地，模具的?？诖篌w上為矩形，從而使擠出產(chǎn)品的外部形狀大體上為矩形。矩形?？诘某叽鐑?yōu)選為使得擠出產(chǎn)品為片、膜或條帶。優(yōu)選地，該矩形模口的長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度至少比短邊長(zhǎng)5倍。優(yōu)選地，該長(zhǎng)度比大于IO，因?yàn)檫@樣可以使膜更易折曲。應(yīng)該理解的是，所述模口可以具有其他任何適合的形狀，包括環(huán)形、正方形或圓形。已注意到，對(duì)于非圓形模具，例如矩形模具會(huì)存在著在膜的邊緣處或靠近膜的邊緣處改變毛細(xì)管形狀的邊緣效應(yīng)。這種邊緣效應(yīng)可以通過(guò)使用環(huán)形模具來(lái)消除，所述環(huán)形模具實(shí)際上為不具有邊緣的、連續(xù)的膜。環(huán)形模具可允許制造具有尺寸和形狀高度一致的毛細(xì)管的管狀擠出產(chǎn)品(例如圓柱形管)。通過(guò)在擠出物脫離模具時(shí)對(duì)擠出物進(jìn)行淬火冷卻，可使擠出產(chǎn)品的截面形狀定型為與模具?？诘膬?nèi)部形狀大體上相同的形狀。例如，擠出產(chǎn)品可以包括圓形、橢圓、正方形、矩形、三角形或其他多邊形截面形狀的管，在所述管的壁中具有平行的孔或孔道。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，以下參照優(yōu)選實(shí)施例來(lái)說(shuō)明所述設(shè)備，在該實(shí)施例中模具具有大體上為矩形的?？冢瑖娽槼隹诘年嚵性谒瞿？谥醒刂篌w上平行于?？诘木匦蔚拈L(zhǎng)邊并且大體上位于?？诘亩踢叺闹行牡闹本€布置。這樣，能夠制造出具有貫穿于其中的孔或毛細(xì)孔道的擠出膜。應(yīng)理解的是，可采用不同的陣列和模口的形狀。以下參照附圖僅以示例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案的擠壓設(shè)備的示意圖；圖2為圖1的模具的第一實(shí)施例的示意性截面圖；圖3為圖1的模具的仰視示意圖4為示出了圖1的第二實(shí)施例的模具的一部分及其噴射器陣列的示意圖5為膜的寬度和膜的厚度隨著牽離速度(haul-offspeed)變化的圖表；圖6和圖7示出了在多種實(shí)驗(yàn)條件下制造的擠出材料；圖8為不具有空氣射流冷卻(air-jetcooling)的圖1的設(shè)備的一部分的平面圖；以及圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)裝置的一部分。具體實(shí)施例方式圖1示出了用于制造具有貫穿于其中的毛細(xì)孔道的擠出產(chǎn)品2的擠壓設(shè)備l。該擠壓設(shè)備包括由馬達(dá)6驅(qū)動(dòng)的螺桿擠壓機(jī)(screwextruder)4?？蓴D壓材料8經(jīng)由料斗(hopper)10被供應(yīng)給螺桿擠壓機(jī)4。隨著可擠壓材料經(jīng)過(guò)螺桿擠壓機(jī)4，材料被熔融以形成熔體24(圖4)。螺桿擠壓機(jī)4將熔體供應(yīng)給齒輪泵12，該齒輪泵12使熔體保持大體上恒定地朝向模具14流動(dòng)。齒輪泵12通過(guò)法蘭16連接于螺桿擠壓機(jī)4，所述法蘭16包括網(wǎng)式過(guò)濾器(screenfilter)以從熔體流中去除雜質(zhì)。利用位于齒輪泵的入口與馬達(dá)6之間的壓力反饋鏈接(pressurefeedbacklink)18來(lái)控制馬達(dá)6。熔體24通過(guò)擠壓機(jī)料筒20進(jìn)入模具14，所述擠壓機(jī)料筒通過(guò)法蘭22連接至齒輪泵。帶式加熱器26用于控制擠壓設(shè)備1中不同階段的溫度。帶式加熱器26可以設(shè)置在擠壓機(jī)內(nèi)、法蘭16或22上、齒輪泵12上、擠壓機(jī)料筒20上以及模具14上。在后附的附圖中更詳細(xì)地示出模具14的示例性實(shí)施例的細(xì)節(jié)。熔體經(jīng)過(guò)模具14并且形成為期望的形狀和截面。在熔體脫離模具時(shí)形成為擠出物28(圖4)。圖2示出了圖1的模具14的一個(gè)實(shí)施例的示意性截面圖。模具包括入口部32、聚斂部34、以及具有預(yù)定的內(nèi)部形狀的?？?orifice)36。熔體進(jìn)入模具14的入口部32，通過(guò)聚斂部34逐漸成形，直至該熔體脫離?？?6。模具14還包括噴射器，在此示例中所述噴射器包括設(shè)置于該模具中的多個(gè)噴針(needle)38(此圖中僅示出了其中一個(gè)噴針)。每個(gè)噴針38具有本體部40，該本體部40中具有管道42，管道42借助穿過(guò)模具14的壁的第二管道43與流體源44呈流體連接，熔體必須圍繞模具14的壁流動(dòng)以傳送到?？?6。噴針38還包括位于其一個(gè)端部48的出口46。噴針38設(shè)置為使出口46位于?？?6中。在該實(shí)施例中，流體源44為壓縮氣體的氣源。然而也可以使用其他流體源。流體源例如包括不同的壓縮氣體、液體、溶膠或懸浮液，或者流體源44可以與大氣連通從而使其能夠引入外界空氣。圖3示出了模具14的仰視示意圖。?？?6的外形為矩形，短邊50與短軸51大體上平行，并且長(zhǎng)邊52與長(zhǎng)軸53大體上平行。模具14設(shè)計(jì)成將容納在圓形管中的來(lái)流(incomingflow)改變?yōu)槭沟盟鰜?lái)流可以經(jīng)過(guò)模具14的?？?6。模具14必須要實(shí)現(xiàn)這種幾何形狀的改變，這通常通過(guò)使用聚斂的模具14來(lái)實(shí)現(xiàn)。模具14還設(shè)計(jì)成使得在流過(guò)噴針38的陣列的流動(dòng)大體上均勻。圍繞噴針38的均勻的熔體流方便了良好成形的擠出物28的產(chǎn)生。然而，如果存在不均勻的流動(dòng)，熔體將優(yōu)先沿著阻力最小的路徑導(dǎo)流。這樣會(huì)致使擠出物28變形，而這還可能導(dǎo)致不一致的下拉變形。在該示例中，模具包括十個(gè)噴針38，所述噴針38的開(kāi)口46在模口中沿著長(zhǎng)軸53大體上均勻地分布、并且沿著短軸51大體上分布在模口中央。在10該示例中，模具的?？诘亩踢叺某叽鐬?.5mm，長(zhǎng)邊的尺寸為18mm，且噴針的外徑為0.5mm，內(nèi)孔徑為0.3mm。在該示例中，來(lái)自流體源44的壓縮空氣經(jīng)由帶有手控隔離閥5的供給管道3供給到第二管道43。第二管道43具有質(zhì)流控制(massflowcontrol)閥，該質(zhì)流控制閥能夠用于調(diào)節(jié)流過(guò)噴針38的氣體的量。壓力傳感器P用于測(cè)量流向噴針38的氣體的壓力。供給管道3通過(guò)手控針閥7流體連接于空氣射流管線(airjeUine)15?？諝馍淞鞴芫€15設(shè)置成，當(dāng)擠出物28脫離?？?6時(shí)，將高速氣體射流經(jīng)由空氣射流噴嘴11導(dǎo)向擠出物28，由此使擠出物28快速地淬火而形成擠出產(chǎn)品2。溫度傳感器T和壓力傳感器P可用于測(cè)量空氣射流管線15的溫度和壓力。在圖4示出的實(shí)施例中，第二管道43通過(guò)設(shè)置在模具14內(nèi)的強(qiáng)制通風(fēng)裝置(plenum)45連接于噴射器38。每個(gè)噴射器38的端部設(shè)置為大體上與模口齊平，以使經(jīng)過(guò)噴射器38的擠出物28與被空氣射流淬火冷卻的擠出物28之間的距離最小化。在下文將描述的實(shí)驗(yàn)工作中使用這種(帶有19個(gè)噴射器的)模具裝置。通過(guò)一對(duì)壓輥30支持經(jīng)淬火的擠出產(chǎn)品2的幅，所述壓輥可以被加壓以得到牢固的握持。這使得壓輥30能夠保持良好的牽引張力。因?yàn)閴狠?0并不對(duì)易于變形的擠出物28進(jìn)行操作，所以壓輥30可以使用遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的MCF過(guò)程的壓力。壓輥30可以是冷的，但這并不是必要的，因?yàn)樵诳拷＞叱隹谔幰呀?jīng)進(jìn)行了快速的空氣淬火。在穿過(guò)壓輥30之后，擠出產(chǎn)品(在該示例中經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)引輥29)被巻繞在巻軸(spool)31上，任選地，所述導(dǎo)引輥29的任一個(gè)可以被加熱。圖8示出了本發(fā)明的過(guò)程與現(xiàn)有技術(shù)的MCF過(guò)程之間的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別，圖8中出的塑料擠出物28不進(jìn)行空氣射流冷卻、而在冷的壓輥30上進(jìn)行淬火。膜的寬度減小，并且空隙度相對(duì)較低，通常約為5—6%。如果試圖借助通過(guò)噴射器38噴射的加壓氣體來(lái)提高空隙度，則擠出物發(fā)生起泡。通常，熔體牽引長(zhǎng)度Ll(從模具出口到擠出物的淬火之間的距離)可達(dá)到約15cm。在本發(fā)明的方法中，擠出物在實(shí)際離開(kāi)出口之后即被快速地淬火冷卻。熔體牽引長(zhǎng)度L2優(yōu)選為小于3mm，特別地為小于2mm或更小。特別優(yōu)選地，熔體牽引長(zhǎng)度小于約lmm。應(yīng)理解的是，示出的距離L1和L2僅作為比較示例，并且圖8并非必須按比例繪制。該過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)可控制地制造高空隙度的擠出產(chǎn)品，包括新型的各向異性泡沫材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖1的設(shè)備用于制備具有高空隙度的MCF。高空隙度過(guò)程保留所有用于制造現(xiàn)有技術(shù)的MCF(例如在專利文獻(xiàn)WO2005/056272中所述的MCF)的裝置，但是增加了兩類額外的裝置。首先，在緊鄰模具出口處增加了兩個(gè)呈相對(duì)的空氣射流形式的高速空氣淬火裝置，其次，將可調(diào)節(jié)的供氣裝置連接到噴射器的陣列，從而能夠?qū)⒖煽刂贫容^高的氣體供應(yīng)引入模具內(nèi)的聚合物中。從氣壓約為6.5barg壓縮空氣總管(main)供給用于這兩種操作的空氣。監(jiān)測(cè)將要用于空氣淬火的氣體的壓力和溫度，并同樣地監(jiān)測(cè)進(jìn)入噴射器的氣體的體積流量和壓力。圖9示出了實(shí)驗(yàn)用的模具14、空氣射流管線15和空氣射流噴嘴11。使用由陶氏化學(xué)公司(DowChemicalCompanyInc)制造的線形低密度聚乙烯(LLDPENG5056G)品級(jí)的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)工作之前，將擠壓機(jī)加熱到175'C并且將擠出生成線(其余的輔助管道系統(tǒng)、泵和模具)加熱到165°C。一旦達(dá)到上述溫度，將擠壓機(jī)設(shè)定為以大約2X10—7m3/S的體積流率(volumetricflow-rate)運(yùn)行。這一流率對(duì)應(yīng)于約7mm/s的模具出口速度。在實(shí)驗(yàn)期間，始終利用高速氣流在聚合物脫離擠出模的一刻使聚合物淬火。兩個(gè)氣體淬火噴嘴ll分別設(shè)置在模具出口的上方和下方10mm處，且排列在模具出口的中心線上。這些淬火射流裝置在圖9中可見(jiàn)。在射流剛剛將要噴出噴氣裝置(jet)之前測(cè)量氣體的壓力和溫度;所述測(cè)量能夠結(jié)合氣體供應(yīng)的滯止?fàn)顟B(tài)(stagnationcondition)的認(rèn)知而用以計(jì)算淬火管出口附近的氣體速度。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程期間，噴離淬火噴氣裝置的氣體速度為50m/s的速度級(jí)。通常，滯止溫度及壓力分別約為25"C和6.3barg。典型的流動(dòng)條件為22°(3和0.4barg左右。進(jìn)行七組實(shí)驗(yàn)來(lái)確定特定的過(guò)程參數(shù)對(duì)產(chǎn)品空隙度的影響；這些參數(shù)是模具溫度、牽離速度以及流向噴射器的氣體流量。表l列出了每組實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)信息。根據(jù)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，對(duì)于每組實(shí)驗(yàn)，在被調(diào)查的過(guò)程參數(shù)的不同增量下取6至8個(gè)左右的產(chǎn)品樣品。利用刀片將每個(gè)樣品切段，露出毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，并且使用具有高倍率放大鏡頭的CCD相機(jī)進(jìn)行觀察。將每個(gè)截面的圖像捕捉到個(gè)人電腦上并隨后進(jìn)行分析以提供存在于膜內(nèi)的空隙度的評(píng)估。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>結(jié)果及討論實(shí)驗(yàn)A流向噴射器11的氣體流量的增大對(duì)于擠出產(chǎn)品2具有兩方面的影響。首先，當(dāng)氣體流量在OcmVmin(自然加氣)與約300cm3/min之間時(shí)，該過(guò)程是穩(wěn)定的，并制造空隙度提高的產(chǎn)品。這些結(jié)果匯總在表2中。表2-氣體流量對(duì)空隙度及過(guò)程穩(wěn)定性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>圖6A—圖6C分別示出了實(shí)驗(yàn)Al至實(shí)驗(yàn)A3的擠出產(chǎn)品2的截面照片。如果流率從零開(kāi)始逐漸增大，過(guò)程在流率超過(guò)340cmVmin時(shí)由穩(wěn)定轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定。如圖6E所示，這種不穩(wěn)定本身的表現(xiàn)形式為產(chǎn)品內(nèi)部破裂，并且還由于氣體流率的波動(dòng)的緣故。圖6E取自實(shí)驗(yàn)A4。這里，毛細(xì)管之間的壁已經(jīng)彎曲，從而實(shí)質(zhì)上形成帶有圍繞其周長(zhǎng)及沿著其長(zhǎng)度的縱向褶皺的中空管。膜的寬度約為18mm。此外，我們有興趣地注意到當(dāng)觀察到的過(guò)程為穩(wěn)定時(shí)，所測(cè)得的進(jìn)入氣體噴射器的氣體壓力為零，但是當(dāng)觀察到的過(guò)程為不穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量到正壓力(通常)在10到150毫巴之間變化。在穩(wěn)定狀態(tài)與不穩(wěn)定狀態(tài)之間的過(guò)渡狀態(tài)，可以形成各種令人感興趣的截面；取自實(shí)驗(yàn)A6的圖6D示出了一幅這種截面。這張照片是在不穩(wěn)定和擠出產(chǎn)品破裂之間的過(guò)渡狀態(tài)附近拍攝的。然而，我們發(fā)現(xiàn)，如果強(qiáng)制地使流率從零流率快速地增大，則在流率為340cmVmin與500cmVmin之間時(shí)，流率(在必要時(shí))可以被穩(wěn)定地保持。因此優(yōu)選為盡可能快速地(特別地在小于5秒的時(shí)間內(nèi)，優(yōu)選為在2秒內(nèi)或更短時(shí)間內(nèi))使過(guò)程從零流速提高為預(yù)期的最高流率。因而對(duì)于具有19個(gè)毛細(xì)管的產(chǎn)品，優(yōu)選的流率的范圍為0至約26cmVmin(500/19)。實(shí)驗(yàn)B和實(shí)驗(yàn)C我們觀察到，牽離速度增大對(duì)于產(chǎn)品的影響定性地為提高在產(chǎn)品內(nèi)的空隙度。此處不給出定量的測(cè)量結(jié)果，原因是牽拉輥(haulroller)的壓力對(duì)于膜而言過(guò)大，并因此使一些毛細(xì)管的尺寸顯著地減小，從而使可比較的空隙度測(cè)量結(jié)果失效。然而，在這些實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中注意到了其他幾個(gè)現(xiàn)象。首先，牽離速度增大對(duì)產(chǎn)品的外部尺寸不具有很大的影響。通常，由于膜是在熔融狀態(tài)下在模具出口與淬火輥之間被牽拉，因此增大牽離速度會(huì)使膜的尺寸減小。然而，由于在模具出口處立即淬火，因此這種熔體牽拉不會(huì)以同樣的方式發(fā)生。增大牽離速度的凈效果(neteffect)被認(rèn)為是使在模具出口處的聚合物的拉拔力增大。然而，我們注意到，聚合物熔體的壓力(主要在擠出模的上游測(cè)量)受到牽離速度的影響，從而牽離速度的增大導(dǎo)致熔體壓力的減小。這種影響已經(jīng)在先前通過(guò)傳統(tǒng)的MCF過(guò)程而被觀察到。對(duì)于這種影響的可接受的解釋(不期望受到理論束縛地)為快速的氣體淬火導(dǎo)致在模具出口處的聚合物中產(chǎn)生巨大的溫度梯度，造成在該區(qū)域中的聚合物的局部的粘度與擠出生產(chǎn)線中的聚合物的粘度相比較高。因此，增大牽離速度具有能夠?qū)⒏嗟牟牧蠌哪＞叱隹趨^(qū)域強(qiáng)制移除，使得在擠出模中的聚合物加速的凈效果。通常，在擠出生產(chǎn)線中的壓降大部分是圍繞模具出口區(qū)域產(chǎn)生的，因此如果借助除了該擠出生產(chǎn)線中的壓力之外的手段而將材料從該區(qū)域移除，則在擠出生產(chǎn)線中所測(cè)量的壓力將會(huì)下降。另一個(gè)觀察是關(guān)于與牽離速度相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量。在低牽離速度(0.5m/min)下，在聚合物上實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的表面加工。然而，在更高的牽離速度(約0.8m/min)下，表面加工質(zhì)量會(huì)變得十分粗陋和"粗糙"。圖7示出了這種影響效果，其中來(lái)自低牽離速度過(guò)程的產(chǎn)品示出在左側(cè)(a)，來(lái)自高牽離速度過(guò)程的產(chǎn)品示出在右側(cè)(b)。模具出口溫度為165°C。每幅圖片中的膜的寬度約為18mm。實(shí)驗(yàn)D、實(shí)驗(yàn)E和實(shí)驗(yàn)F。這些實(shí)驗(yàn)研究了牽離速度和噴射器氣體流量對(duì)最終產(chǎn)品的影響。對(duì)于這三個(gè)實(shí)驗(yàn)，模具出口溫度升高20。C而達(dá)到185。C。這樣做是為了延緩圖7(b)所示的"粗糙"型產(chǎn)品的發(fā)生；這種做法是有效的，并且在(牽離速度約為)0.8m/min時(shí)產(chǎn)品的質(zhì)量與圖7(a)示出的產(chǎn)品類似，而"粗糙"僅在牽離速度約為1.1m/min時(shí)出現(xiàn)，并在牽離速度約為1.8m/min時(shí)出現(xiàn)與圖7(b)類似的嚴(yán)重粗糙。增大噴射器氣體流量和增大牽離速度的效果為提高最終產(chǎn)品中的空隙度。這在表3中進(jìn)行了匯總。表3-實(shí)驗(yàn)D、實(shí)驗(yàn)E和實(shí)驗(yàn)F的結(jié)果匯總<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>除了提高了空隙度之外，作為氣體流量和牽離速度的函數(shù)，可以從這些數(shù)據(jù)中做出其他一些令人感興趣的觀察結(jié)果。首先，該過(guò)程保持穩(wěn)定始終與保持毛細(xì)管不破裂相關(guān)聯(lián)。其次，如同在實(shí)驗(yàn)B和實(shí)驗(yàn)C中所觀察到的，從表中的數(shù)據(jù)可以看到牽離速度的增大使擠出壓力減小。最后，同樣與實(shí)驗(yàn)B和實(shí)驗(yàn)C相似，牽離速度的增大對(duì)膜的外部尺寸僅具有微小的影響。圖5示出了顯示膜的寬度和膜的厚度隨牽離速度的變化的圖表。實(shí)驗(yàn)G最后的實(shí)驗(yàn)對(duì)在模具溫度升高為215'C時(shí)牽離速度對(duì)于空隙度和產(chǎn)品質(zhì)量的影響進(jìn)行研究。該實(shí)驗(yàn)在通過(guò)噴射器38進(jìn)行自然加氣處理的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如同從先前的結(jié)果中所預(yù)期的，可以發(fā)現(xiàn)牽離速度的增大使膜中形成的空隙度的量增大；表4中給出了兩個(gè)示例。表4一從實(shí)驗(yàn)G中所選的結(jié)果牽離速度(m/min)空隙度(％)評(píng)述Gl1.814光滑，無(wú)缺陷產(chǎn)品G57,627光滑，無(wú)缺陷產(chǎn)品然而，從該組實(shí)驗(yàn)中得到的最為顯著的觀察結(jié)果是關(guān)于過(guò)程的穩(wěn)定性與拉伸共振(drawresonance)的關(guān)系。拉伸共振是在纖維紡織(fibre-spinning)和膜鑄塑過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的不穩(wěn)定。如果我們將拉伸比定義為出模的聚合物與淬火后處于固態(tài)的聚合物牽離的速度的(平均)速度的比值，于是我們可看到，這一數(shù)量與聚合物在其熔化狀態(tài)中經(jīng)歷的液面下降的量有關(guān)。如果試圖嘗試過(guò)度地牽拉聚合物，則會(huì)出現(xiàn)"拉伸共振"不穩(wěn)定。其呈現(xiàn)為所述膜的寬度及厚度的周期性振蕩的形式。振蕩的周期與淬火間距(模具出口與淬火位置之間的距離)相關(guān)聯(lián)，而振幅與拉伸比相關(guān)聯(lián)。可以從數(shù)學(xué)上證明，對(duì)于牛頓流體，在拉伸比為20.2時(shí)會(huì)出現(xiàn)拉伸共振。有多種方式來(lái)輕微地延緩這種不穩(wěn)定性的發(fā)生，其中粘彈性、快速的淬火和其他方法可以組合。然而，一般而言，在膜鑄塑/纖維紡紗生產(chǎn)系統(tǒng)上，這種拉伸共振代表著生產(chǎn)上限。并未在任何點(diǎn)上觀察到拉伸共振。在借助現(xiàn)有機(jī)械能夠達(dá)到的最高牽離速度(15.2m/min)下，該過(guò)程是穩(wěn)定的。然而我們觀察到，由于淬火射流的冷卻效應(yīng)，脫離模具的聚合物的速度表現(xiàn)為與牽離速度大體上相似。此外，聚合物還表現(xiàn)為被強(qiáng)制地拉出擠出模出口，由此使擠出模中的聚合物加速、并且使擠出生產(chǎn)線中的壓力下降。模具溫度的升高消除了先前論述的產(chǎn)品"粗糙"的任何可觀察到的形式。此外，由于在模具中的聚合物的粘度較低，一些與膜的外部尺寸相關(guān)的牽拉影響隨著牽離速度增大而逐漸減??；這種影響與傳統(tǒng)的MCF過(guò)程中的類似的影響相比仍然顯著地弱一些。表5—在實(shí)驗(yàn)G中獲得的產(chǎn)品的寬度和厚度隨著牽離速度的變化實(shí)驗(yàn)牽離速度(m/min)擠出物寬度(mm)擠出物厚度(mm)Gl1.813.240.51G23.011.650.34<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>由實(shí)驗(yàn)G5得到的膜的橫截面照片也表明，使用較高的牽離速度會(huì)影響毛細(xì)管的形狀范圍和尺寸范圍；這一點(diǎn)在圖6F中示出。膜的寬度約為10mm。使用聚烯烴塑性體(DowAffinity1880)實(shí)施的一些實(shí)驗(yàn)工作表明，使用LLDPE產(chǎn)生的過(guò)程參數(shù)的變化具有相似的效果。關(guān)鍵的區(qū)別在于，其表現(xiàn)為較易于制成更高的空隙度，但也更易于引起圖6E示出的破裂不穩(wěn)定。通常，借助速度約為90cmVmin的噴射器氣體流量可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高空隙度產(chǎn)品的成功擠出，但在噴射器氣體流量超過(guò)約100cmVmin至150cmVmin時(shí)觀察到不穩(wěn)定性。圖6G和圖6H示出了使用DowAffinity1880塑料在170。C的溫度、以及穩(wěn)定的80cmVmin的氣體流率的條件下制成的擠出產(chǎn)品。沿著每一條膜設(shè)有毫米量級(jí)的刻度。圖60示出的產(chǎn)品的空隙度約為40%，并且是利用較低的牽離速度(約0.8m/min或更高)制造的，而圖6H示出的產(chǎn)品的空隙度約為60%，并且是利用較高的牽離速度(在約l一3m/min范圍內(nèi))制造的。這些包括各向異性的泡沫材料的新的高空隙度產(chǎn)品的應(yīng)用包括食品、藥品或氣體的新型管道(例如飲用吸管)，這些產(chǎn)品可具有多個(gè)毛細(xì)管。一個(gè)尤其實(shí)用的特性為它們能夠承受在一個(gè)方向上的彎曲而不會(huì)使中空的毛細(xì)管塌陷。影響最終產(chǎn)品空隙度的因素有多種。這些因素可以總結(jié)如下增大牽離速度會(huì)增大最終產(chǎn)品的空隙度，增大噴射器氣體流率會(huì)增大最終產(chǎn)品的空隙度，將噴射器氣體流率增大至臨界閾值以上會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不穩(wěn)定和毛細(xì)管之間的壁的破裂，可由氣體噴射壓力推斷出發(fā)生產(chǎn)品的不穩(wěn)定和(毛細(xì)管之間的壁)破裂的臨界閾值。在穩(wěn)定狀態(tài)中，該壓力為零(在設(shè)備靈敏度范圍以內(nèi)，或者小于10毫巴)。當(dāng)氣體噴射壓力超過(guò)約40毫巴時(shí)觀察到不穩(wěn)定狀態(tài)，并且此壓力通常是波動(dòng)的。包含有破裂的毛細(xì)管之間的壁的產(chǎn)品實(shí)際為帶有沿著其長(zhǎng)度方向延伸的內(nèi)壁褶皺的管。在使用LLDPE的實(shí)驗(yàn)組中，觀察到的空隙度處于17%和最高約35%之間。在使用Affinity塑性體進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，觀察到的空隙度最高至60%。以聚乙烯醇(PVA)(DepartPVAC10-40)的擠壓等級(jí)也成功地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。除了這些觀察結(jié)果之外，還發(fā)現(xiàn)一些不尋常的加工特性。這些加工特性可以總結(jié)如下增大牽離速度對(duì)產(chǎn)品寬度和厚度僅具有較小的影響，"高"牽離速度應(yīng)用于"中等"模具溫度(165。C至185°C)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品粗糖。可在不發(fā)生拉伸共振不穩(wěn)定的情況下獲得適用于"高"模具溫度(215°C)的"高"的牽離速度，增大牽離速度傾向于減少擠出管線中的聚合物壓力。通過(guò)調(diào)節(jié)工藝條件，可以形成有具有高空隙度的擠出產(chǎn)品。所述空隙可以由第二相態(tài)(例如空氣)的、或者任何其他相態(tài)類型的物質(zhì)填充。表面積與體積的比值能夠被"調(diào)整"以適應(yīng)特定的應(yīng)用，并且能夠制成堅(jiān)硬的、并且能夠承受張力載荷的產(chǎn)品，且產(chǎn)品將承受彎曲而不會(huì)產(chǎn)生會(huì)損傷單孔管的破裂。除非上下文另有規(guī)定，否則本文中所用的"一"和"所述"表示"至少一"的含義。應(yīng)當(dāng)明了的是，為清晰起見(jiàn)，在各個(gè)實(shí)施例的文字描述中的本發(fā)明的某些技術(shù)特征也可以結(jié)合在單個(gè)實(shí)施例中來(lái)提出。相反地，為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)而在單個(gè)實(shí)施例的文字描述中提出的本發(fā)明的多個(gè)特征，還可以被單獨(dú)地提出、或以任何合適的組合的形式提出。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，上述部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)置能夠做出多種變化、修改和/或增添，而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。19權(quán)利要求1.一種制造具有多條貫穿于其中的毛細(xì)孔道的擠出產(chǎn)品的方法，所述方法包括以下步驟a)提供擠壓設(shè)備，該擠壓設(shè)備包括擠壓機(jī)，其具有入口；模具，其包括具有預(yù)定外形的?？冢欢鄠€(gè)流體噴射器，每個(gè)所述噴射器具有一本體，該本體包括用于流體流動(dòng)的內(nèi)部管道，每個(gè)噴射器在出口端還包括離開(kāi)所述內(nèi)部管道的出口，每個(gè)噴射器的所述出口端大體上以預(yù)定的式樣布置于所述模具的?？谥校總€(gè)噴射器的所述管道與流體源呈流體連接；b)通過(guò)所述入口將可擠壓材料供給到所述擠壓機(jī)內(nèi)；c)將所述可擠壓材料朝向所述模具推壓并穿過(guò)所述模具中的?？?，以制出具有所述預(yù)定外形的擠出物；d)使用所述噴射器以使流體能夠從所述流體源經(jīng)過(guò)所述管道而被引入所述擠出產(chǎn)品中以形成毛細(xì)管，從而使所述擠出物包括以所述預(yù)定的式樣順著該擠出物布置的、充注有流體的毛細(xì)管；其特征在于e)在所述擠出物脫離所述模具時(shí)對(duì)所述擠出物進(jìn)行淬火冷卻。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)將加壓流體的至少一個(gè)射流施加至所述擠出物來(lái)實(shí)現(xiàn)所述淬火冷卻。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過(guò)將加壓空氣的多個(gè)射流施加至所述擠出物來(lái)實(shí)現(xiàn)所述淬火冷卻。4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述射流或每一射流在距離所述模具的模口3mm以內(nèi)的位置施加至所述擠出物。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述射流或每一射流在距離所述模具的模口2mm以內(nèi)的位置施加至所述擠出物。6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述流體源為加壓流體的源。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述加壓流體為壓縮空氣。8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述加壓流體以每一噴射器0一26cmVmin范圍內(nèi)的速率噴射。9.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述加壓流體以每一噴射器11一16cmVmin范圍內(nèi)的速率噴射。10.如前述權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中在0—150毫巴范圍內(nèi)的實(shí)測(cè)計(jì)示壓力下提供所述加壓流體。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在0_10毫巴范圍內(nèi)的實(shí)測(cè)計(jì)示壓力下提供所述加壓流體。12.—種制造具有多條貫穿于其中的毛細(xì)孔道的擠出產(chǎn)品的方法，所述方法包括以下步驟a)提供擠壓設(shè)備，該擠壓設(shè)備包括擠壓機(jī)，其具有入口；模具，其包括具有預(yù)定外形的模口；多個(gè)流體噴射器，每個(gè)所述噴射器具有一本體，該本體包括用于流體流動(dòng)的內(nèi)部管道，每個(gè)噴射器在出口端還包括離開(kāi)所述內(nèi)部管道的出口，每個(gè)噴射器的所述出口端大體上以預(yù)定的式樣布置于所述模具的?？谥?，每個(gè)噴射器的所述管道與加壓流體的流體源呈流體連接；b)通過(guò)所述入口將可擠壓材料供給到所述擠壓機(jī)內(nèi)；c)將所述可擠壓材料朝向所述模具推壓并穿過(guò)所述模具中的?？?，以制出具有所述預(yù)定外形的擠出物；d)使用所述噴射器以使所述加壓流體能夠從所述流體源經(jīng)過(guò)所述管道而被引入所述擠出產(chǎn)品中以形成毛細(xì)管，從而使所述擠出物包括以所述預(yù)定的式樣順著該擠出物布置的、充注有流體的毛細(xì)管；以及e)通過(guò)在距離所述擠出物脫離所述模具處3mm范圍以內(nèi)，將加壓流體的一個(gè)或多個(gè)射流施加至所述擠出物來(lái)對(duì)所述擠出物進(jìn)行淬火冷卻。13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括使用壓輥將所述擠出產(chǎn)品以0.8_15m/min范圍內(nèi)的牽離速度進(jìn)行牽拉。14.一種用于制造具有多條貫穿于其中的毛細(xì)孔道的擠出產(chǎn)品的設(shè)備，所述設(shè)備包括擠壓機(jī)，其具有入口；模具，其包括具有預(yù)定外形的模口；多個(gè)噴射器，每個(gè)噴射器具有一本體，該本體包括用于流體流動(dòng)的內(nèi)部管道，每個(gè)噴射器在出口端還包括離開(kāi)所述內(nèi)部管道的出口，每個(gè)噴射器的所述出口端大體上以預(yù)定的式樣布置于所述模具的?？谥校總€(gè)?？诘墓艿琅c流體源呈流體連接；其中，在使用中a)通過(guò)所述入口將可擠壓材料供給到所述擠壓機(jī)內(nèi)；b)所述擠壓機(jī)將所述可擠壓材料圍繞所述噴射器的本體朝向所述模具推壓并且穿過(guò)所述模具中的?？冢灾瞥鼍哂兴鲱A(yù)定外形的擠出物；c)所述噴射器使流體能夠從所述流體源經(jīng)過(guò)所述管道而被引入所述擠出產(chǎn)品中以形成毛細(xì)管，從而使所述擠出物包括以所述預(yù)定的式樣順著該擠出物布置的毛細(xì)管；其特征在于，d)用于在所述擠出物脫離所述模具時(shí)對(duì)所述擠出物進(jìn)行淬火冷卻的裝置。15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述噴射器包括噴針。16.如權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，其中所述流體源為加壓流體的源。17.如前述權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述流體源為壓縮空氣的源。18.如前述權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述用于淬火冷卻的裝置包括至少一個(gè)噴嘴，所述至少一個(gè)噴嘴設(shè)置為在使用時(shí)在距離所述模具的?？?mm范圍以內(nèi)提供被定向?yàn)闆_擊所述擠出物的加壓流體的射流。19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)噴嘴設(shè)置為在使用時(shí)在距離所述模具的?？谛∮?mm的范圍以內(nèi)提供被定向?yàn)闆_擊所述擠出物的加壓流體的射流。20.—種擠出產(chǎn)品，該擠出產(chǎn)品具有長(zhǎng)度和垂直于所述長(zhǎng)度的橫截面形狀，所述產(chǎn)品包括多個(gè)大體上平行于所述產(chǎn)品的所述長(zhǎng)度的孔道，所述孔道占所述產(chǎn)品的體積的10—90%。21.如權(quán)利要求20所述的擠出產(chǎn)品，其中所述橫截面形狀包括兩個(gè)長(zhǎng)邊和兩個(gè)短邊。22.如權(quán)利要求20所述的擠出產(chǎn)品，其中所述橫截面形狀為環(huán)狀。23.如前述權(quán)利要求20至22中任一項(xiàng)所述的擠出產(chǎn)品，其中所述孔道占所述擠出產(chǎn)品的體積的15—60%。24.如前述權(quán)利要求20至22中任一項(xiàng)所述的擠出產(chǎn)品，其中所述孔道占所述擠出產(chǎn)品的體積的30—60%。25.如權(quán)利要求21所述的擠出產(chǎn)品，其中所述多個(gè)孔道沿著大體上平行于所述截面的長(zhǎng)邊并且大體上位于短邊的中心的直線排列。26.—種擠出各向異性泡沫產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有長(zhǎng)軸并具有多個(gè)孔，所述多個(gè)孔大體上平行于所述長(zhǎng)軸排列。27.如權(quán)利要求26所述的產(chǎn)品，其中所述孔占所述產(chǎn)品的體積的至少40%。28.如權(quán)利要求26或27所述的產(chǎn)品，該產(chǎn)品為具有兩個(gè)長(zhǎng)邊和兩個(gè)短邊的條帶。29.如權(quán)利要求26或27所述的產(chǎn)品，該產(chǎn)品為中空管。30.如權(quán)利要求20至29中任一項(xiàng)所述的擠出產(chǎn)品，其由從包括線形低密度聚乙烯(LLDPE)、聚乙烯醇(PVA)以及聚烯烴塑性體的組群中選取的至少一種材料形成。31.—種飲用吸管，該飲用吸管具有長(zhǎng)軸并具有多個(gè)孔，所述多個(gè)孔大體上平行于所述長(zhǎng)軸排列，所述孔占所述吸管的體積的40—90%。全文摘要本發(fā)明提供具有多條貫穿于其中的毛細(xì)孔道的可擠壓加工的材料、以及用于制造這類材料的設(shè)備和方法。所述毛細(xì)管可被氣體、液體或其他相態(tài)的物質(zhì)填充。所述材料可以是具有高空隙度的各向異性的泡沫材料。所述方法和設(shè)備包括當(dāng)擠出物(2)脫離模具(14)時(shí)對(duì)擠出物進(jìn)行淬火冷卻(11)。文檔編號(hào)B29C47/88GK101588911SQ200780045077公開(kāi)日2009年11月25日申請(qǐng)日期2007年10月9日優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日發(fā)明者巴特·哈爾馬克,麥爾康姆·R·麥克利申請(qǐng)人:劍橋?qū)崢I(yè)有限公司