包覆管状过滤介质的热塑注射成型方法

专利名称：包覆管状过滤介质的热塑注射成型方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种包覆管状滤筒的方法，更具体地说，涉及一种在管状过滤介质上整体地注射成型热塑端盖的方法。
背景技术：
采用各种材料和结构的过滤元件已经得到商业利用，在美国专利US2732031；3013667；3457339和3850813中描述了这样的例子。如其中所述的，一片过滤材料形成为通常带有纵褶来增加过滤面积并且侧边和端部被密封的圆筒形或者类似形状。所述端部的密封通常是通过在固化的液体密封材料，比如环氧树脂或者聚氨酯树脂中，熔融热塑性塑料或者类似的材料中进行封装。然后所述元件被安装在支架中，以提供连接用来将要被过滤的流体供应到过滤材料的上游侧并且从下游侧排出滤液。一般地，管状元件包括金属或者塑料的内部中空多孔载体，流体被供应到过滤材料的外部，滤液从内部载体被排出。
为了过滤细微颗粒，使用细纤维或者孔径在0.1至25微米的管状微孔膜，它们具有大约50-80％的体积作为空隙。这样的薄膜相对脆弱并易碎，特别是当被打褶时。通常在其一侧或者两侧使用粗糙的渗水层用于支撑和维持打褶的薄膜褶层之间的流动通道。然而即使当被支撑时，故障也时常在一个密封件发生，特别是在端部密封件和薄膜的上游接点处。
已经开发了许多方法来改善管状过滤元件的端部密封的可靠性。用于相互加强的薄的、密集褶已经被采用。在所述端部已经使用额外的微孔薄膜层。一条柔性的塑料，例如柔性的聚氨酯，已经被应用到薄膜中，用于薄膜和密封件的接点处的加强。任何一个都不是令人完全满意，特别是对于在苛刻条件下使用易碎的管状微孔薄膜的情况。柔性的加强条的使用引入了额外的材料和步骤，减少了有效的过滤面积，并且使可萃取的成分更多地进入滤液。
作为一种可选择的方案，1983-7-12授予G.C.Ganzi和C.T.Paul的美国专利No.US4392958描述了一种用于密封管状过滤件端部的方法和结构。该方法包括沿着微孔过滤材料片材的边缘设置一条无孔薄膜，所述薄膜条在过滤材料的外部被连接到过滤材料的流体密封处，但是在它的内部形成自由的薄片，用所述薄膜条在过滤材料的一端并在过滤材料的上方构成所述元件，将所述端部嵌入液态密封件一定深度直到所述条的薄片部分之上为止，凝固所述密封件。
虽然由Ganzi等描述的所述“边缘密封”方法在生产中被持续使用并得到良好的效果，研究用于密封管状过滤元件的替代手段依然是有益的。

发明内容
对应上述需要，本发明提供了一种至少一边采用热塑性塑料端盖的管状过滤元件的包覆成型方法。所述方法包括下列步骤提供一个具有这样区域的压模，即该区域的外形基本上与所述热塑端盖的外形一致；然后将所述管状过滤元件插进腔内，所述腔的至少一个边位于所述区域内；然后向所述模腔内注射足够量的熔融热塑性塑料，以填充所述区域并且由此形成所述热塑端盖；和在所述熔融热塑性塑料充分固化后，从所述压模取出端部密封的管状过滤元件。
本发明的包覆成型工艺能用于由空前范围的聚合物材料和成分轻松并且低成本地制造具有良好耐用性的滤筒。
这样的滤筒的一个实施例包括一对热塑性塑料端盖，每一个均由热塑性塑料制成；和一个具有第一端和第二端的管状过滤介质，由多孔材料或者纤维材料制成，位于所述热塑性塑料端盖之间，所述第一和第二端分别被固定于第一和第二互锁区。按照本发明，所述端盖的热塑材料在每一个所述区渗透进管状过滤介质的多孔或者纤维材料中。
按照上述内容，本发明的一个目的是提供一种为管状过滤介质一端提供端盖的方法，其中所述方法不需要所述一端预制成薄片。
本发明的另一个目的是提供一种为管状过滤介质一端提供端盖的热塑性塑料注射成型工艺，其中所述工艺能在不会导致管状过滤介质产生不希望的形态改变的温度和压力下实施。
本发明的另一个目的是提供一种在管状过滤材料上包覆成型热塑性塑料端盖的方法，其中用于端盖和用于过滤材料的材料是不同的。
本发明的另一个目的是提供一种管状过滤介质的滤筒，其置于热塑端盖之间，其中所述端盖的热塑材料渗透到管状过滤介质中，在其所述端产生所述的互锁区。
本发明的这些和其它目的按照下述连同附图给出的详细说明能被进一步理解。


图1以横截面图的形式示意地示出了按照本发明的一个实施例制造的滤筒10，包括插在包覆成型的热塑端盖12和14之间的管状过滤介质16。
图2示意地示出了图1中滤筒10的外形。
图3A，3B，3C示意地示出了按照本发明的一个实施例的在管状过滤介质16上包覆成型热塑端盖12的方法的步骤。
具体实施例方式
如图1和2所示，按照一个实施例，本发明提供了包括一对热塑端盖12、14的滤筒10，管状过滤介质16固定地置于两者之间。每一个热塑端盖12、14由选择的热塑材料制成。
一般，管状过滤介质16包括多孔或者纤维材料。具有中心轴线A-A和第一与第二端的管状过滤介质16被置于热塑端盖12、14之间，于是它的第一和第二端分别固定在第一与第二互锁区12a、14a。在这些区域，端盖12、14的热塑材料渗透进所述管状过滤介质16的多孔或者纤维材料中。
按照本发明构造的滤筒10是非常耐用的，以适应在广泛范围的温度、压力和流速下实施的多种类的过滤场合。得到的结构具有更好的耐用性，因为它是利用相对广泛种类的材料制造的，针对提供更坚固的产品结构降低了在过去通常采用限制策略的化学相容性的要求(例如，大量与环氧基封装材料有关的)。此外，因为不需要使用保护密封膜(例如在专利US.No.4392958中使用的)，可归因于这种膜的滤取材料的潜在来源也被缓和。
如上所述，热塑端盖均由预先选择的热塑材料制成。被选择的热塑材料具有的熔融温度基本上超过管状过滤介质承受形态变化时的熔融温度，这对于本发明的实施是重要的。例如，如果管状过滤介质是打褶的聚合物薄膜，被选择的热塑材料具有的熔融温度应当基本上低于用来制造所述打褶薄膜的聚合物的熔融温度。
用于构成热塑端盖12、14的热塑材料包括，但不限于，聚碳酸脂，尼龙，PTFE树脂和其它的含氟聚合物，丙烯酸和甲基丙烯酸树脂，聚砜，聚醚砜，聚芳砜，聚苯乙烯，聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯，ABS和它的合成物与混合物，聚亚氨脂，热固性聚合物，聚烯烃(例如，低密度的聚乙烯，高密度的聚乙烯，和超高分子比重的聚乙烯及其共聚物)，聚丙烯及其共聚物，和茂金属产生的聚烯烃。
除了与包覆和插入的管状过滤介质16的固定有关的结构特征外，热塑端盖12包括几个其它整体形成的能充当其它不相关功能的结构特征。这样特征的例子包括，但不限于，整体形成的入口(例如见图1和图2的入口1)，整体形成的歧管系统或者类似的流动路径或通道，用于辅助滤筒安装进外部过滤外壳的对准导引或者连接器，塞子和垫片，刚性加强肋，支柱和支架，和其它提供另外与过滤有关的、与配合有关的，和/或与制造有关的功能的类似结构。
管状过滤介质16(例如，“基本上为管状的”过滤介质16)由多孔或者纤维材料制成。这样的材料能具有，例如，或者单个整体的过滤介质，或者包括不止一层异种材料或者同种材料的整体复合过滤介质。此外，多孔或者纤维材料能形成例如打褶结构(其打褶线垂直于装置10的轴线A-A)，或者形成单层或多螺旋卷绕层的卷绕层结构。
多孔材料包括，例如，硝化纤维，醋酸纤维，聚碳酸脂，聚丙烯，PES，PVDF，聚砜薄膜。这样的薄膜可以是，例如大孔或者超大孔的，蒙皮或者不蒙皮的，对称或者不对称的，亲水的或者不亲水的，有载体的或者无载体的，合成的或者不是合成的。此外，所述薄膜还能包括或者被涂有或者另外包含助滤剂和类似的添加剂，或者其它扩大、降低、改变或者另外更改基体材料的分离特征和性质的材料，比如粘合物，移植物，或者在结合的色谱珠或颗粒上、或者在多孔材料本身上以特定结合位置或者配合基为目标的供应品。
纤维材料包括，例如，纺织纤维或者无纺纤维。所述纤维可以是天然的(例如，棉花、亚麻、黄麻、蚕丝和类似的)或者合成的(例如，纤维素、聚丙烯、尼龙和玻璃纤维)。当与针状的板条形或者针形颗粒比如高龄石、海泡石、坡缕石、和这种类型的硅镁土粘合时，可以使用金属纤维比如铁、铜、铝、不锈钢、黄铜、银和钛。所述纤维可以制成不同厚度、孔隙率和密度的网格或者网眼。与多孔材料一样，纤维材料还能与过滤助剂和类似的添加剂结合。
无论使用何种材料，当被暴露在临近或者接近用于形成端盖12和14的热塑材料的熔融温度时，管状过滤介质和其中的空隙(如上所述)不应当破裂、收缩、变形或者其它的致使流体不渗透的。管状过滤介质发生这样的形态改变的温度应当基本上高于所述热塑材料的熔融温度。
如所述，所述端盖12、14的热塑材料，在互锁区12a、14a处渗透所述管状过滤介质16的多孔或者纤维材料。这样渗透的功能是为了将端盖和过滤介质机械地固定在一起。所述渗透过介质的上外表面的热塑材料在其深度内机械地配合，以相对固定和永久的方式将两个元件锁紧并配合在一起。
这样材料的这种渗透的存在及其渗透程度能够例如通过显微镜观察介质与端盖汇合的面积或者区域的适当横截面得到确定。这样的显微镜观察应当显示在所述接头的外界面之下至少部分浸入。因为没有利用任何边缘薄膜，热塑材料将基本上穿过联锁区12a、14a的浸入区与多孔或者纤维材料直接接触。此外，在联锁区内的热塑材料将显得基本连续，并具有与构成端盖的主要部分(如果不是整个的)的热塑材料一样的化学成分。
浸入的程度将根据需要和工艺进行改变。完全浸入是不需要的，虽然特别是对于用来高度调整的或者其它需要药理过程的过滤装置，它是优选的，以确保浸入至少是足够的(即，没有气隙和气孔)，例如为了使所谓的“死区”最低化和/或使产品耐用性、完整性、安全性和/或应用性最大化。
在本发明的希望的实施例中，管状过滤介质16被置于热塑端盖12、14之间，与内外耐用元件18和20成为一体并位于两者的中心。在一个实施例中，内外耐用件是刚性的管状网格，除了其它功能外，一般辅助限定和/或限制管状过滤介质16的管状形状。
典型地，外部耐用件18提供保护功能，将管状过滤介质与例如在滤筒10安装进过滤外壳的过程中发生的机械应力和操作隔离。内部耐用件一般一定程度上也提供保护功能，但是，特别是在卷绕过滤材料的情况下，也为所述材料提供一个刚性的中心线轴或者说底座。
按照下面进一步描述的热塑包覆成型工艺，在滤筒10的制造过程中，内外耐用件18和20的使用是特别有用的。在这种方法中，内外耐用件18和20防止管状过滤介质弯曲或者不希望因施加给它的熔融热塑材料的重量而屈服。
除了它不能在本发明的包覆成型方法中预期的温度和其它条件下承受形态改变外，对于内外耐用件的形状、功能、刚度或者成分没有任何具体限制。因此，在所有可能性情况中，内外耐用件18和20的成分不同于用来形成热塑端盖12和14的特定热塑材料。记住这一点，合适的材料包括，但不限于，聚碳酸脂，尼龙，PTFE树脂和其它的含氟聚合物，丙烯酸和甲基丙烯酸树脂，聚砜，聚醚砜，聚芳砜，聚苯乙烯，聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯，ABS和它的合成物与混合物，聚亚氨脂，热固性聚合物，聚烯烃(例如，低密度的聚乙烯，高密度的聚乙烯，和超高分子比重的聚乙烯及其共聚物)，聚丙烯及其共聚物，和茂金属产生的聚烯烃。
本发明方法的第一步是提供具有内膜腔32和与其连接的供应管道34的压模30，如图3A所示。
既然各种变化结构的注射成型设备目前是可以利用的，不应当看作对于这种压模使用的具体结构或者机制有任何限制。实施本发明的本领域普通技术人员能采用那些最合适他们需要的压模。然而，在本发明的实施中，压模30的内膜腔32应当被加工、制造或者作其它准备以具有区域32a，该区域的形状基本上与所述热塑端盖12的预期外形一致。
然而，对于符合“基本”一致，即区域32a正好与适于销售的成品的预期外形相同，不是必要条件。对于具体的滤筒产品设计，压模后的处理步骤能采用，例如，磨光端盖，清除毛刺和熔渣，和/或提供另外的结构特征(例如，钻出入孔或者出孔)或装饰特征(例如，在用户的汽车过滤器上热印公司的标志)。在每种这样的情况中，“成品的”滤筒的外形不会与压模的区域32a一致。无论如何，如果不是在“最终”产品中，那么在“中间”产品中，它们都是“基本”一致。
在得到和准备使用适当的压模30之后，该方法包括准备管状过滤元件并将其插进膜腔32，于是所述管状过滤元件的主体边缘16b位于所述区域32a内。
由于这些步骤，管状过滤元件可以包括或者(a)单独的管状过滤介质16或者(b)与内和/或外耐用件18和20共同布置的管状过滤介质16。管状过滤元件的这种选择方案的详情已经在上面详细描述。关于用于制药场合的这种类型的打褶薄膜滤筒的制造，与耐用件18和20的结合，一定程度上希望它对相对精密的打褶薄膜提供更好的保护和支撑。
管状过滤元件的主体边缘进入所述压模30的区域32a的程度可以变化，这取决于，例如，希望端盖安装的持久度和强度，熔融热塑材料的化学性质、粘性和流变能力；管状过滤介质16的气孔率或者透气性；管状过滤介质16的构造(例如，打褶的，螺旋缠绕的，等)；内和/或外耐用件18和20的使用(或者不使用)；希望用于压制的压力和热度；注射成型装置的操作和机械特性；和赞成或者不赞成更高或者更低成品收率和/或生产量的商业制造因素。
为了确保贯穿所述压模30的区域32a熔融热塑材料无阻碍并适当地流动，管状过滤元件不应当被完全推进压模，于是其主体边缘触及所述压模的表面，并且因此潜在地阻碍从所述供应管道34到区域32a的外周边的流动。
在一种希望的操作模式中，根据注射成型中的通常惯例，通过作为压模30的必须对应的另一半的支撑件36，管状过滤元件被插进压模30的区域32a。在操作中，支撑件36与压模30配合或者耦合以密封内部膜腔，使得能施加压力并维持压制温度。
如图3B所示，支撑件36被制成为可靠并牢固地固定管状过滤元件，于是当支撑件36与压模30配合时，管状过滤元件的主体边缘16b被带进压模的区域32a内希望的位置。
还如图3B所示，支撑件优选地备有在管状过滤元件的内腔(见图1的通道22)内相对紧贴地(但可移动地)安装的塞子36a。所述塞子如希望地具有(a)末端38，其构造能基本上阻塞在此通过并进一步进入所述内腔的流体，和(b)足够的长度以能够在所述管道内插入足够的深度，于是所述末端38基本上与所述热塑端盖12的外形一致。
塞子36a或者与所述支撑件36成为一体，或者是单独的独立件(例如，一个可拆卸的软木塞或者塞子)。
应当意识到，当被采用时，特别是当熔融热塑材料向下或者从侧面(没有画出)流进一体的膜腔(如图3A-3C)时，塞子不但起阻止熔融材料从供应管道流进并填充内腔的作用，而且它还起着确保熔融材料也朝着区域32a的外周边径向向外流动的作用。在涉及低粘性熔融材料被向上(与重力相反)泵送进内膜腔32的情况下，塞子36a的使用就没有必要了。
如图3C所示，一旦管状过滤元件被适当地插进所述压模腔32，熔融热塑材料通过所述供应通道以足够填充所述区域32a的量被注射进所述内部膜腔32，于是形成所述热塑端盖12。在形成热塑端盖12的所述熔融热塑材料充分固化后，端部包覆的管状过滤元件被从所述压模30上取下。
如上建议，当被注射进膜腔时，熔融热塑材料渗透流体入孔和管状过滤元件的过滤材料16的其它类似空隙区域。渗透发生的程度取决于与决定插入深度有关的同样因素，比如气孔率，粘度，压力，热量和时间。优选地，为了实现高强度的连接，应当在区域32a内寻求穿过过滤材料16的整个厚度和深度12a的完全渗透(即，没有气穴，气泡，裂纹和裂缝)。
如果熔融热塑材料的温度基本低于引起管状过滤材料16形态变化的水平，其气孔(或者类似的)的破裂和/或压缩不会发生，于是使得工作条件适合所述熔融材料的良好渗透。
最后，关于包覆的渗透元件从压模30中取出，那些在本领域的技术人员应当认识到，在取出之前，熔融材料完全固化是不必要的。一般，热塑材料一旦充分硬化到维持它的形状，该零件就能被取出，因此，例如在接下来的退火工艺中，能完成进一步的固化。
虽然参照几个具体实施例已经对本发明进行了说明，那些本领域的技术人员，由于得益于本发明在此提出的教导，能实现无数改进方案。所述改进方案被看做包含在由附加的权利要求提出的本发明的范围内。
权利要求
1.一种滤筒，包括一对由热塑材料形成的热塑端盖；和具有第一和第二端的管状过滤介质，其包括多孔材料或者纤维材料，通过将所述第一和第二端分别固定在第一和第二互锁区，管状过滤介质置于热塑端盖之间；其中所述端盖的热塑材料在每一个所述互锁区渗透到所述管状过滤介质的所述多孔材料或者纤维材料中。
2.如权利要求1所述的滤筒，其特征在于，其中所述管状过滤介质包括由聚合物材料制成的打褶薄膜。
3.如权利要求2所述的滤筒，其中所述热塑材料的熔融温度基本低于制成所述打褶薄膜的聚合物材料的熔融温度。
4.如权利要求1所述的滤筒，还包括与所述管状过滤介质的内表面重合的内部耐用件，和与所述管状过滤介质的外表面重合的外耐用件，所述内外耐用件构成流体从中穿过的通道。
5.一种用于制造滤筒的方法，所述滤筒包括至少在其一个边被热塑端盖包覆的管状过滤元件，所述方法包括下述步骤(a)提供具有内膜腔的压模，供应通道与所述内膜腔连接，内膜腔具有一个其形状与所述热塑端盖的外形基本一致的区域；(b)提供所述管状过滤元件，所述管状过滤元件具有所述的至少一个边；(c)将所述管状过滤元件插进膜腔，使得所述至少一个边位于所述区域内；(d)通过所述供应通道向所述内膜腔内注射足够量的熔融热塑材料以填充所述区域，于是形成所述热塑端盖；和(e)在所述熔融热塑材料充分固化后，从所述压模取下端部包覆的管状过滤元件。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述管状过滤元件包括具有所述至少一边的多孔或者纤维材料，并且其中，在步骤(d)中所述熔融热塑材料渗透进所述边的多孔或者纤维材料中。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述管状过滤元件具有沿着其长度方向基本同轴延伸的通道，并且其中所述方法还包括如下步骤在所述注射步骤(d)之前将一个塞子可拆卸地插进所述管状过滤元件的通道内，所述塞子具有这样的末端，即该末端的形状设置为基本阻塞流体在所述通道内流动；所述塞子被充分地插入所述通道，于是所述末端基本与所述热塑端盖的希望外形一致。
8.一种按照权利要求7的方法制造的滤筒。
9.一种密封管状过滤介质的方法，包括(a)提供具有内膜腔的压模，供应通道与所述内膜腔连接，内膜腔具有一个其形状与所述热塑端盖的外形基本一致的区域；(b)提供所述管状过滤元件，所述管状过滤元件具有至少一个边；(c)将所述管状过滤元件插进膜腔，使得所述至少一个边位于所述区域内；(d)通过所述供应通道向所述内膜腔内注射足够量的熔融热塑材料以填充所述区域，于是形成所述热塑端盖；和(e)在所述熔融热塑材料充分固化后，从所述压模取下端部包覆的管状过滤元件。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述管状过滤元件具有沿着其长度方向基本同轴延伸的通道，并且其中所述方法还包括以下步骤在所述注射步骤(d)之前，将一个塞子可拆卸地插进所述管状过滤元件的通道内，所述塞子具有这样的末端，即该末端的形状设置为基本阻塞流体在所述通道内流动；所述塞子被充分地插入所述通道，于是所述末端基本与所述热塑端盖的希望外形一致。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其中所述管状过滤元件包括具有所述至少一边的多孔或者纤维材料，并且其中，在步骤(d)中所述熔融热塑材料渗透进所述边的多孔或者纤维材料中。
全文摘要
一种用于包覆成型管状过滤元件(16)的方法，至少在其一端(16b)具有热塑端盖(12)。所述包覆成型方法能用于由空前范围的聚合物材料和成分轻松地并且低成本地制造具有良好耐用性的滤筒。所述热塑包覆成型方法不需要所述一端(16b)预制成薄片，并且能在不会导致管状过滤介质产生不希望的形态改变的温度和压力下实施。通过所述包覆成型方法制造的示范性滤筒包括置于热塑端盖之间的管状过滤介质，所述端盖的热塑材料渗透进管状过滤介质，于是在其端部产生机械的互锁区。
文档编号B29C45/14GK1803249SQ20051002297
公开日2006年7月19日 申请日期2005年12月22日 优先权日2004年12月23日
发明者斯蒂芬·P·普罗克斯, 布赖恩·希利尔, 戴维·德科斯特 申请人:米利波尔公司