一种高精度多通道大孔径玻璃质毛细管的生产方法

技术领域

本发明涉及多通道毛细管生产工艺，具体的说，涉及了一种高精度多通道大孔径玻璃质毛细管的生产方法。

背景技术

在烟草仪器行业，因为卷烟及滤棒检测的需要，需要做出在柱状体横截面上排列出环状毛细孔的吸阻及通风标准棒，以实现对烟支滤棒测试台进行标定，它通常具有稳定的吸阻，其关键是高精度的多孔结构实现的。

其孔径在通常在0.1-1.5毫米之间，但是，由于行业内惯用的标准柱状体截面直径往往是8毫米不变，环状排列的超大的毛细管直径，在拉伸过程中往往会让环状分布的毛细孔之间壁厚变得越来越薄，造成加工过程中孔壁变形甚至破裂，废品率居高不下。

另外，传统拉制手段过程中，毛细孔由粗变细，拉力和自身重量的影响导致拉伸过程的分布实际并不均衡，孔径尺寸的分布均衡性欠佳，故而作为标准棒使用的最终产品，其参数仍有大部分不合格，最终挑选作为标准棒使用的产品是优中选优，成本极高。而随着测试技术的进步和发展，孔径尺寸要求越来越精确，传统简易的拉制成形办法无法满足要求。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种提高毛细管尺寸精度控制、防止毛细管的间壁过薄容易破损变形的高精度多通道大孔径玻璃质毛细管的生产方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高精度多通道大孔径玻璃质毛细管的生产方法，包括以下部分内容：

第一部分：制造复合毛细管：

制造毛细玻璃套管胚料，所述毛细玻璃套管胚料的内径≥1.2mm、外径≥3mm、长度≥300mm，毛细玻璃套管胚料的其中一端封闭，在毛细玻璃套管胚料的内孔中填入外形尺寸精度高于毛细管内径要求精度的铜柱，所述铜柱的直径小于毛细玻璃套管胚料的内径，毛细玻璃套管胚料的另一端通过管道联通通气设备，然后送入加热炉中，在850℃-1200℃的高温中加热填充铜柱的毛细玻璃套管胚料，一方面，利用楔形模具塑造毛细玻璃套管胚料的外形轮廓，使外轮廓的横截面呈楔形；另一方面，利用通气设备向铜柱和毛细玻璃套管胚料之间的缝隙中注入惰性气体，以维持或扩大内径至设定尺寸，一般扩大的内径尺寸为0.1mm-0.3mm，形成复合毛细管；

第二部分：多孔毛细管装配：

将制造好的若干复合毛细管以楔形的侧面拼接合围成环形，装入外径≥9mm、壁厚≥3.7mm、长度≥300mm的玻璃外套管中，所述玻璃外套管的其中一端封口，复合毛细管连接管道的一端外露于玻璃外套管之外，在环形排列的复合毛细管之间填入对应形状的实体玻璃芯棒，组装成多孔毛细管的装配体；

第三部分：高温拉伸：

将多孔毛细管的装配体悬置的送入拉丝加热炉中，升温至1000℃-1200℃后，固定玻璃外套管的两端进行拉制，在开始拉制的第一时间段，通气设备向各个复合毛细管中注入惰性气体，利用惰性气体的正压支撑和拉制变形彼此配合，使复合毛细管、玻璃外套管和实体玻璃芯棒之间的缝隙消除，在开始拉制的第二时间段，通气设备向外抽气形成负压，复合毛细管的内径收缩并紧贴在铜柱表面，最终拉伸为玻璃外套管部分的长度≥350mm、外径8-9.0mm的复合多孔毛细管棒体；

第四部分：退火、成孔和精加工：

放入退火箱进行退火，退火完成后，温度下降至常温，由于铜柱的热膨胀系数大于玻璃的热膨胀系数，复合毛细管中的铜柱收缩幅度大于玻璃的收缩幅度，缝隙再次出现；同时对外观进行检查，判断是否充分融合，然后将两端不合格区域裁掉，取中间合格部分至设定长度，放入酸性腐蚀溶液中，使毛细孔中的铜柱腐蚀掉，清洗干净后得到成品。

基上所述，在多孔毛细管装配结束后，将玻璃外套管的另一端抽真空后烧熔封闭，使毛细玻璃套管、复合毛细管和实体玻璃芯棒熔接在一起。

基上所述，多孔毛细管装配过程中，楔形的复合毛细管合围后，在中间区域所形成的空间横截面为多边形或圆形，所述实体玻璃芯棒的横截面为多边形或圆形。

基上所述，所述酸性腐蚀溶液包括硝酸或盐酸。

基上所述，铜柱腐蚀掉并清洗结束后，使用含有硬质微粉的清洗液对毛细孔进行连续冲刷，进行微整形，去除毛细孔内的玻璃质毛刺和微颗粒。

基上所述，所述复合毛细管的数量为8-12个。

基上所述，所述铜柱为铜合金或纯铜。

基上所述，所述玻璃为低膨胀硬质玻璃如高硼硅玻璃。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

1.将多孔毛细管的胚料结构进行分解，分解为多个复合有铜柱填充的复合毛细管，然后与玻璃外套管和实体玻璃芯棒装配后拉伸，一方面可以利用铜柱良好的热稳定性，预成型复合毛细管的过程中，利用铜柱作为整个毛细管胚料的支撑，另一方面，铜柱和毛细管胚料之间的缝隙分布十分均匀，正压气流围绕铜柱分布的均匀性也更好，形成了稳定的气流层，进而确保了第一步形成复合毛细管过程中内孔的精度。

2.在拉制融合的过程中，拼装间隙的消除和融为一体需要消耗一定的拉制时间，在此过程中，铜柱仍然起到支撑整个多孔毛细管的作用，而且，在融合过程中，正压气流向外的扩充能力可用于对抗拉伸导致的自外而内的挤压力，避免拉伸过程对内径尺寸的影响过大。

3.在拉制融合过程的第二阶段中，正压改为负压，高温下的毛细管孔道向内形变收缩，紧贴在铜柱表面，铜柱由于自身精度较高，且该温度下的形变量有限，就可以保证毛细孔的基本精度复合要求，避免了由于自重、拉伸力不均衡等其它因素导致毛细孔的形变问题。

4.由于采用两次成型的方式制作毛细管，毛细管间壁尺寸也得到了两次控制，第一次能够通过控制复合毛细管的壁厚来保证后续拉制过程中的壁厚不破损，第二次拉制则通过融合的过程控制形变程度，保证了间壁均衡不破损。

附图说明

图1是本发明中复合毛细管的结构示意图。

图2是本发明中多孔毛细管装配的结构示意图。

图3是本发明中多孔毛细管拉制后的结构示意图。

图4是去除铜柱后的多孔毛细管的结构示意图。

图中：1.毛细玻璃套管胚料；2.铜柱；3.玻璃外套管；4.复合毛细管；5.实体玻璃芯棒；6.毛细孔。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

一种高精度多通道大孔径玻璃质毛细管的生产方法，包括以下部分内容：

第一部分：制造复合毛细管：

如图1所示，制造毛细玻璃套管胚料1，所述毛细玻璃套管胚料1的内径≥1.2mm、外径≥3mm、长度≥300mm，毛细玻璃套管胚料的其中一端封闭，在毛细玻璃套管胚料的内孔中填入外形尺寸精度高于毛细管内径要求精度的铜柱2，铜柱2的材料可以是铜合金或纯铜，所述铜柱2的直径小于毛细玻璃套管胚料的内径，毛细玻璃套管胚料1的另一端通过管道联通通气设备，然后送入加热炉中，在≥850-1200℃的高温中加热填充铜柱的毛细玻璃套管胚料，一方面，利用楔形模具塑造毛细玻璃套管胚料的外形轮廓，使外轮廓的横截面呈楔形；另一方面，利用通气设备向铜柱和毛细玻璃套管胚料之间的缝隙中注入惰性气体，以维持或扩大内径至设定尺寸，扩大的内径尺寸为0.1mm-0.3mm，形成复合毛细管4。扩大的尺寸十分有限，以保证精度。

第二部分：多孔毛细管装配：

如图2所示，将制造好的若干复合毛细管4以楔形的侧面拼接合围成环形，本实施例中，数量为8-12个，装入外径≥9mm、壁厚≥3.7mm、长度≥300mm的玻璃外套管3中，所述玻璃外套管3的其中一端封口，复合毛细管4的其中一部分外露，在环形的复合毛细管之间填入对应形状的实体玻璃芯棒5，组装成多孔毛细管的装配体，实体玻璃芯棒的截面形状可以是多边形或圆形，以便于中间所留的空间截面相适配；然后将玻璃外套管的另一端烧熔封闭，使毛细玻璃套管、复合毛细管和实体玻璃芯棒熔接在一起，需要说明的是，通气设备和管道并不拆除。

第三部分：高温拉伸：

如图3所示，将多孔毛细管的装配体悬置的送入拉丝加热炉中，升温至1000℃-1200℃后，固定玻璃外套管的两端进行拉制，在开始拉制的第一时间段，通气设备向各个复合毛细管中注入惰性气体，利用惰性气体的正压支撑和拉制变形彼此配合，使复合毛细管、玻璃外套管和实体玻璃芯棒之间的缝隙消除，在开始拉制的第二时间段，通气设备向外抽气形成负压，复合毛细管的内径收缩并紧贴在铜柱表面，最终拉伸为玻璃外套管部分的长度≥350mm、外径8.0mm-9.0mm的复合多孔毛细管棒体；

第四部分：退火、成孔和精加工：

如图4所示，放入退火箱进行退火，退火完成后，温度下降至常温，由于铜柱的热膨胀系数大于玻璃的热膨胀系数，复合毛细管中的铜柱收缩幅度大于玻璃的收缩幅度，缝隙再次出现；同时对外观进行检查，判断是否充分融合，然后将两端不合格区域裁掉，取中间合格部分至设定长度，放入酸性腐蚀溶液中，使毛细孔中的铜柱腐蚀掉，所述酸性腐蚀溶液包括硝酸或盐酸，清洗干净后得到成品。

铜柱腐蚀掉并清洗结束后，使用含有硬质微粉的清洗液对毛细孔6进行连续冲刷，进行微整形，去除毛细孔内的玻璃质毛刺和微颗粒。

最后对产品的进行测试，一般情况下，利用图像处理系统可对尺寸进行测量。高温精密拉制工艺生产的玻璃管，几何尺寸精度，一般包括管材的内径、外径、椭圆度、同心度等参数。玻璃管的性能指标与生产工艺及使用要求有关。玻璃管内孔通常一般要求内径尺寸公差为正负5微米，椭圆小于10微米。

应力测试标准方法是将玻璃管封装在器件中，并将其置于高低温测试盒中进行测试。这个方法很费时。快速检测方法是把玻璃管子放在温度为600摄氏度的容器中，然后迅速取出，置于常温水中。这样重复3次，若玻璃管没有发生破裂，即为合格产品。

实施例1该实例可作为单独一种专利，在此不合适

最终裁剪制备而成的通风率标准棒长度为120mm，直径为8mm，截面是十孔环状排列，纵向是十孔彼此相互平行，且环状分布的孔是等直径的，在同一端侧面距离端面10-12.5mm的位置打孔，侧面开孔孔径均为0.6毫米，利用紫外激光打孔机进行打孔，以确保质量。

本实施例中以多组不同内孔直径的通风率标准棒为例进行检测，表1-表3为检测示值随孔径的变化状态。

表1棒体侧面开孔数为1个时通风率值

表2棒体侧面开孔数为3个时通风率值

表3棒体侧面开孔数为6个时通风率值

当闭吸阻是0.6-0.8kPa时，毛细孔直径为0.65-0.70毫米，此时开单孔通风率约15％-20％。开三个孔通风率约为40％打5到6个孔通风率约70％。

当闭吸阻是约1.0kPa时，孔直径为0.60-0.61毫米，此时开单孔通风率约20％-25％。开三个孔通风率约为45％-50％，开5到6个孔通风率约75％-80％。

当闭吸阻是约2.0kPa时，孔直径为0.49-0.50毫米，此时开单孔通风率约28％-32％。开三个孔通风率约为60-62％，开5到6个孔通风率约80％-85％。

通风率值和棒的闭吸阻值呈现正相关的关系，通风率值和毛细孔直径呈反相关的关系。

根据表1-表3中测得的数值可知，所生产的通风率标准棒的测量数值和孔径变化符合要求，说明该方法生产的标准棒的精度和稳定性较高。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。