本发明专利技术涉及一种方法和设备，其用于将包含节流气体和低温流体的合成流体（３２）的温度受控的流排放到材料（１４）上，以在机械加工期间将材料的温度保持在希望的温度范围内并低于材料的玻璃化温度。还公开了一种设备和方法，其用于通过将合成流体（１３２）的温度受控的流排放到被机械加工的材料（１１４）上以硬化毛刺（１３４ａ）而对被机械加工的材料进行去毛刺或去胶边，然后刷擦材料（１１４）以去除变硬的毛刺（１４３ａ）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2007年9月21日提交的第60/994，787号美国临时申请和2007年12 月10日提交的第61/012，653号美国临时申请的权益，通过引用视同全文阐述将这两个申请结合于本文中。 通过引用视同全文阐述将2008年8月27日提交的PCT/US08/074506号PCT国际 申请结合于本文中。
本专利技术涉及一种使用受控制的低温冷却来机械加工聚合物的设备和方法。
技术介绍
聚合材料的使用在生物医学行业中日益被接受。许多用于生物医学产品的聚合物 零件(本文中被称为“生物聚合物”)以小规模批量和中等规模批量生产。因此，由于与加 工工具(tooling)相关联的成本，生物聚合物的机械加工代表替代模制或挤出的成本划算 的方案。遗憾的是，一些聚合物材料的物理特征、许多生物医学产品中所需的紧密度容限 (tight tolerance)以及与生物聚合物(其将被包埋在人体中)相关联的工艺限制对常规 机械加工工艺提出了挑战。聚合物材料的机械加工性主要取决于材料性能(玻璃化温度[Tg]、熔化温度 [Tm]、分子重量和粘度)以及机械加工工艺条件(切削速度、切削刃半径、刀具角度和刀具 表面摩擦特性)。大多数聚合物的硬度高度依赖于温度。随着聚合物冷却经过并低于它们 的Tg，它们的硬度典型地以若干数量级显著增加。对于具有在室温附近或低于室温的Tg的聚合物(例如，丙烯基疏水共聚物，具有 5°C至20°C的Tg)而言，如果在典型的室温/室内环境温度(例如，介于20°C与30°C之间) 机械加工聚合物，则很难产生平滑、均勻的机械加工表面。对于具有比室温高很多的Tg的 聚合物而言，诸如具有110°C至120°C的Tg的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或具有138°C至 149°C的Tg的聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)，也需要改进的冷却技术。在未充 分冷却的情况下，机械加工这种聚合物可导致材料拖尾(smear)，因为机械加工温度变得高 于玻璃化温度。这还可导致增加的毛刺形成、局部熔化和表面波纹。已尝试通过使用“冰堵(ice-blocking) ”、冷空气枪和低温冷却来降低聚合物的温 度以增加聚合物的硬度。这些冷却方法每一个都具有妨碍它们有效的严重缺陷。特别是对 于玻璃化温度比室温低很多的聚合物(例如，具有_90°C至_120°C Tg的硅胶)而言，冰堵 和冷空气枪不能够将聚合物冷却至足够低的温度。例如，用压缩空气冷却在室温机械加工 丙烯基疏水坯料导致材料的明显撕裂，导致不能接受的表面光洁度(参见图2A)。另外，将 湿气(moisture)引导到疏水聚合物上和/或在生物聚合物上遗留残留物的任何冷却技术 也会是有问题的。已尝试在机械加工工艺期间使用常规低温冷却技术来冷却聚合物。这种尝试，部分由于常规的低温冷却系统不能够在比低温流体的蒸发温度高很多的温度提供受控冷却 而被证实是有问题的。因此，在零件上喷射致冷剂使零件温度快速降低至比Tg低很多的温 度，这可导致在机械加工期间零件的开裂或脆性断裂。诸如PEEK的聚合物的干法机械加工可产生大量毛刺。目前，业内去除毛刺的做法 包括耗时的通过刷擦和喷射碾磨剂溶液手工去除的做法。在室温刷擦通常是无效的，因为 机械加工工艺通常由于毛刺的小质量而遗留下柔软和易曲的毛刺。喷射碾磨剂溶液由于它 可导致去除材料的微观特征和/或熔化材料而是有问题的。常规的低温冷却技术遭受与机 械加工期间的低温冷却相关联的相同的过冷问题。因此，需要一种用于对被机械加工的聚 合物去除毛刺和胶边(flashing)的改进的工艺。
技术实现思路
在一方面，本专利技术包括一种方法，该方法包括使用包括节流气体和低温流体的合 成流体(resultant fliud)将材料的一部分的温度保持成处于或低于材料的玻璃化温度， 该合成流体具有实质上高于低温流体的蒸发温度的温度；以及机械加工材料的该部分，同 时将材料的该部分的温度保持成处于或低于材料的玻璃化温度。在另一方面，本专利技术包括一种方法，该方法包括将节流气体和至少部分处于液相 中的低温流体结合以形成合成流体；经至少一个喷嘴将合成流体排放到材料的至少一部分 上，当合成流体从各该至少一个喷嘴排放时，合成流体包含有不超过10% (以体积计)的液 相低温流体；机械加工材料；以及贯穿机械加工步骤继续排放步骤。在再另一方面，本专利技术包括一种方法，该方法包括机械加工材料的一部分；使用 包括节流气体和低温流体的合成流体至少冷却材料的该部分，使得材料的该部分的温度在 机械加工步骤结束时在第一温度范围内，该合成流体具有实质上高于该低温流体的蒸发温 度的温度，该第一温度范围具有不低于环境温度的温度下限和处于或低于材料的玻璃化温 度的温度上限。在再另一方面，本专利技术包括一种方法，该方法包括将合成流体排放到被机械加工 的材料中包含突起的一部分上，该合成流体包括节流气体和低温流体，该低温流体具有高 于低温流体的蒸发温度的温度；以及在排放步骤后刷擦被机械加工的材料的该部分以去除 至少一些突起。附图说明图1是机械加工和冷却系统的第一实施例的示意图；图2A是在被冷空气冷却的同时被机械加工而成的镜头的照片；图2B是由与图2A所示的镜头相同的材料制成的镜头的照片，该镜头在被处于低 温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被机械加工而成；图3A是具有形成在其中的干法机械加工出的狭槽并由PEEK制成的零件的照片；图3B是由与图3A所示的零件相同的材料制成的零件的照片，该零件在被处于低 温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被机械加工而成；图4是示出了用于在使用处于低温温度的温度受控的合成流体冷却毛刺后对被 机械加工的零件进行刷擦去毛刺的设备和工艺的示意图5A是具有形成在其中的干法机械加工出的狭槽并由PEEK制成的零件在无任何 冷却的情况下被刷擦去毛刺后的照片；图5B是由与图3A中所示的零件相同的材料制成的零件的照片，该零件在被处于 低温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被机械加工而成，并在使用处于低温温度的温 受控合成流体冷却毛刺后被刷擦去毛刺；图6A是在无任何冷却的情况下被干法铣削和刷擦去毛刺的由PEEK制成的零件的 照片；图6B是由与图3A中所示的零件相同的材料制成的零件的照片，该零件在被处于 低温温度的温度受控的合成流体冷却的同时被铣削而成，并在使用处于低温温度的温度受 控的合成流体冷却毛刺后被刷擦去毛刺；图7是显示了来自在被机械加工的零件的十个样本上执行的测试的数据的表格，一些零件被干法机械加工，而其它零件则使用三种不同的合成流体设定温度被机械加工； 以及图8是显示了在零件被机械加工的同时冷却低Tg材料的一种方法的流程图。具体实施方式接下来的详细描述仅提供优选的示例性实施例，且并非意图限制本专利技术的范围、 实用性或构造。相反，接下来对优选的示例性实施例的详细描述将提供能够使本领域技术 人员实施本专利技术的优选的示例性实施例的描述。应该理解的是，可在元件的功能和设置中 作出各种改变而不脱离如所附权利要求中所阐述的本专利技术的精神和范围。为了帮助描述本专利技术，方向术语可用于本说明书和权利要求中以描述本专利技术的各 部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向术语的意图只是协助描述本专利技术和主张本专利技术的 权利，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包括：使用包括节流气体和低温流体的合成流体将材料的一部分的温度保持成处于或低于所述材料的玻璃化温度，所述合成流体具有实质上高于所述低温流体的蒸发温度的温度；以及机械加工所述材料的所述部分，同时将所述材料的所述部分的温度保持成处于或低于所述材料的玻璃化温度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-21 60/994,787;US 2007-12-10 61/012,653一种方法，包括使用包括节流气体和低温流体的合成流体将材料的一部分的温度保持成处于或低于所述材料的玻璃化温度，所述合成流体具有实质上高于所述低温流体的蒸发温度的温度；以及机械加工所述材料的所述部分，同时将所述材料的所述部分的温度保持成处于或低于所述材料的玻璃化温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述机械加工步骤之前，使用所述合成流体将所述材料的被机械加工的部分冷却至 第一温度，所述第一温度处于或低于所述材料的玻璃化温度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械加工步骤包括机械加工具有低 于30°C的玻璃化温度的材料的一部分。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤包括保持材料的一部分的 温度，所述材料包括生物聚合物。5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述机械加工步骤包括刷擦所述材料以去除 位于所述材料上的突起。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤还包括使用喷嘴以在所述 合成流体接触所述材料之前导致所述低温流体的任何液相部分蒸发的方式将所述合成流 体排放到所述材料上。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤还包括从至少一个喷嘴排 放所述合成流体，当所述合成流体从所述至少一个喷嘴排放时，合成流体包含以体积计不 超过10%的液相。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述保持步骤还包括保持材料的一部分的温度低于所述材料的玻璃化温度至少20°C ；以及所述机械加工步骤还包括机械加工所述材料的所述部分，同时保持所述材料的所述部 分的温度低于所述材料的玻璃化温度至少20°C。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保持步骤还包括使用包括节流气体 和低温流体的合成流体保持材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：R戈什，JA诺普夫，DJ吉布森，T梅布拉图，KJ贾尔迪尼尔，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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