CPC防溢连接器的小型化
文章来源：弗戈工业在线 发布时间：2015-04-02

从工业应用到生物医学应用，准确的流体处理都具有至关重要的意义，任何类型的渗漏都可能产生重大影响。例如，在大幅面印刷领域，油墨从供墨管道和墨盒漏出可能会损坏昂贵的设备，并可能会破坏全部印刷品。而在医院，风险则更高，检测设备的渗漏可能造成有害化学品进入环境中，这不仅会影响分析结果，还会危害操作人员或患者的安全。尽管操作人员可能并不总了解背后起作用的技术，但目前有各种不同产品可以用于管理流体输送并降低发生溢漏的可能性，例如鲁尔接头、软管倒钩配件等传统产品，以及更先进的创新防溢连接器。

数十年来，CPC等行业引领者开发的防溢连接器是流量管理应用场合的一个组成部分。用户借助CPC的防溢连接器连接和断开管道，不会有任意一滴液体从流体系统中漏出。对于需要经常连接和断开管道或配件的系统而言，该产品适合用于构建密闭系统，以防出现流体泄漏或流动中断，这对确保准确的性能而言具有重要意义。

然而，行业的需求在不断发生变化，以更小、更紧凑的产品为趋势。2011年，CPC的设计师们面临着设计出一种尺寸仅为现有小产品四分之一的新型防溢连接器的需求。使用尺寸只有1/16”部件，对工程师们而言是独特的挑战，需要将CPC在连接器设计、材料创新和加工方面的专长结合起来，以此来创造出迄今为止小的塑料防溢连接器—NS1。

NS1 Series Couplings

防溢连接器的演变

防溢解决方案，例如CPC的 NS 连接器系列，在插头和连接器本体上都有固定件和运动件，连接器本体内部的刚性芯柱将一个阀门压在插头上，该插头保持连接器本体上的外部套筒打开。而只有这两个条件均得以满足时，流动通道方才打开 — 否则，流动通道将默认保持关闭且无渗漏，因此此类连接器非常适合用于输送有毒、生物、昂贵或者仅仅是肮脏的流体。

CPC在十多年前就开始研发防溢连接器产品系列，并推出 3/8” 流量连接器，命名为 NS6(表示内孔径为 6/16”)。之后不久，CPC又于 2003 年推出 NS4(1/4”流量)连接器，该产品已经被证明是CPC的标志性技术之一。该连接器以直观的接口为特点，可以发出“咔嗒”声，便于操作者们确认连接是否稳妥，并且还配有一个简单的按锁，可轻松断开。从先进的低温治疗仪到化学系统的清洁和流体收集，NS4 在对可靠插拔有所要求的各种应用场合广泛应用。2007 年，CPC又推出NS2 1/8” 流量连接器。与以往的产品类型不同，这款连接器上没有按锁，代之以旋接式机构，以满足对更小、更具成本效益的工业接头的需求。

随着 NS2 被广泛接受，人们对小型、可靠防溢接头能够为设备或机器带来的好处认识更加深刻。客户对新应用的反馈以及对更小尺寸产品的要求，说明需要进一步缩小产品尺寸。同样明显的是，某些行业和应用正在寻求采用小尺寸的防溢连接器来降低操作风险。在某些情况下，现有技术的尺寸缩小使得该需求应运而生，需要有新一代的连接器，而在其他的情况下，则是由于新的目标应用场合尺寸较小，导致现有技术无法与之配套。

工业印刷

大型工业打印机的油墨管理就是现有的此类市场。传统工业印刷采用水性或溶剂油墨。在具体材料上应用时，对印刷品进行操作之前，必须首先进行干燥处理 — 即，将水分或溶剂蒸发掉，而这就降低了整个工艺的处理效率。

如今，工业打印机主要采用紫外光固化油墨，使用高强度紫外线瞬间固化或“干燥”油墨。尽管这种方法大大提高了印刷工艺的效率，但却仍然存在有一个难题，也就是说，溢出的油墨暴露在空气中时不会蒸发，反而长时间地保持“潮湿”。如果有油墨从连接器或管道漏进设备中或者在印刷的过程中发生油墨渗漏，则可能会造成全部印刷品浪费掉，并且耗费较高的清理成本。在这些高性能、高成本打印机里，防溢连接器是一个重要组成部分。但是由于设计不断规定缩小形状系数，尺寸更小的连接器成为一项必要要求。

在许多印刷应用中，保持空气在墨路外与保持油墨在系统内具有同等的重要性。有空气混入(墨道内有气泡)可能需要往系统内注液，或者引起打印头故障。防溢连接器在防止空气进入密闭系统方面发挥着至关重要的作用。

医学实验室

不光是现存市场对较小的防溢连接器有需求，公司还发现了向新的应用场合进军的机遇。在这些应用场合中，原先的 NS 系列及其姊妹产品 — PMC 系列并非佳适用产品。

医院实验室内的大容量检测需要在有限的空间内频繁地连接和断开试验设备、试剂容器和化学品包装瓶。这种设备经常采用半刚性微孔管道，接在鲁尔接头或者直接固定在包装瓶上，通常一个容器上连接有多根管路。设计工程师们发现，防溢连接器可以为这些应用场合带来益处，能够防止化学品蒸发，以免化学品浓度降低而导致终试验结果受影响。同时，公司的现有连接器产品(例如PMC12)体积过大，无法在一个容器盖上并接4至5个连接器，而且具体应用要求采用占地面积明显更小的解决方案。

为了解某个解决方案的使用细节，CPC和工业及医疗行业的客户展开的初步讨论，据此确定需要设计出一种全新的连接器，其流量尺寸仅为NS2的一半，但仍然配有用户熟知的使NS4和NS6易于操作的按锁。

这个想法表面上挺简单 — 也就是将NS4设计微型化处理成1/16”的流量连接器，命名为NS1。

克服微型化道路上的挑战

目前，市场上很少有 1/16” 流量规格的防溢连接器，而且即便有，也是用铜或不锈钢材料制成的。不锈钢的价格较高，铜的化学相容性较低，因此这类防溢连接器不适合在许多场合使用。而塑料呢，更具成本效益且耐化学腐蚀，因此是新连接器设计可采用的理想材料。

在着手进行 NS1 产品设计的过程中，CPC的工程师们已经拥有缩小 NS 系列产品方面的经验。然而，尽管 NS2 以不同的连接件为特征，该产品本质上其实是一个尺寸缩小了的 NS4。对于NS1，人们很快意识到这种规模的小型化要求将更加苛刻。

NS2 的设计在很大程度上就是将各个组件的尺寸缩小，问题集中在产品内部及其本身，而对于 NS1，由于有一个重要障碍存在，设计者们无法使用类似的方法：尽管连接器单个部件的尺寸基本上等于NS4各对应部件尺寸的四分之一，但还必须保证容差和性能仍然和大尺寸连接器保持一致。

CPC发现有些配件很容易缩小，但是在其他某些配件上，当缩小超过某个点时，却无法再使用同样的方法进行处理。例如，塑料的厚度越小，意味着配件能够承受的应力更小，并且可能会开始出现弯曲。在有些情况下，防溢阀门本身也是个问题 — 阀体上的阀杆太薄以至于无法在重复使用中保持坚硬，在压力作用下，会出现纵向弯曲，导致无法推开阀门。即便是再简单不过的按锁同样也被证明是个难题。有试验用户抱怨说他们无法轻松地断开连接器，因为按锁太小了，致使他们不能舒服地按下。

显然，要想在 NS1 上获得成功，唯一途径就是对 NS4 的各个配件以及制造商用于加工的各个工艺逐一进行审查 — 从而了解需要调整的部位，并对替代方法进行评估。

终确定，连接器的视觉和功能设计将保持不变，但按锁除外。因为CPC发现，各方面尺寸只有 NS4 四分之一大小的连接器无法在手掌心轻松操作。而且，在用户尝试使用对应的小按锁时发现，要想将按锁推到位以将它打开，这个动作很别扭。与直觉相反，CPC决定转而设计出一个在比例上“过大”的按锁 — 相比连接器的其他部分而言，这个按锁显得相对较大。这样，用户就能轻松而又直观地使用按锁了。根据无数次的试验以及多次客户反馈，终确定约为 NS4 按锁一半大小的新按锁还是能让用户舒服地按住的，无需显著增大连接器的形状系数。

材料选择同样重要。NS4 系列主要采用聚丙烯材料，但是CPC发现，随着厚度减小，这种材料会变得太软且太容易弯曲，导致早期的模型快速变形和弯曲。相反，工程师们回归到 NS1 的原型，该原型原本被考虑用于军事应用，而坚固性和高耐化学性正是军事应用的关键考虑要素。原设计者曾建议使用一种替换材料 — 聚醚醚酮或PEEK 。这种材料能提供所需的机械和化学性能，满足在较小的形状系数下仍然具备较高的设计公差的要求。尽管完全采用PEEK 制造NS1成本高昂，CPC认识到，更结实更坚硬的塑料是按锁和阀杆的不二之选，因为这两样容易发生变形。

不过，光是采用新材料是无法解决所有难题的。尽管可以用 PEEK 代替连接器的某些部件，但连接器的其他部位，尤其是连接器本体用于安装配件的两半部分，将仍然采用聚丙烯材料。之后，需要通过旋转焊接的方法这两半部分粘合在一起，也就是保持其中一半固定不动，将另一半通过焊接粘上，然后再高速旋转以形成摩擦力，使塑料充分熔化，从而将各部分粘在一起。目前所用的设备并不适合 NS1，因为 NS1 的部件比较小，机器无法握紧，导致有自由转动，无法使连接器本体的两半部分旋转。这就需要对工艺进行完整的重新设计。

就拿再简单不过的 O 型密封圈来说。在连接过程中，O 型密封圈被放在凹槽中并压紧，目的是在接口处形成严密的封口，因此需要对 O 型密封圈进行检查和处理。缩小 O 型密封圈就需要缩小横截面，而这有意味着，材料更加苛刻。在 NS4 上，O 型密封圈可伸展覆盖住插件边缘，然后与凹槽的尺寸对齐。但是当工程师们尝试在 NS1 照此模仿时，垫片要么由于过度拉伸而折断，要么在经过边缘时无法缩回原来的大小。终，通过对设备做相应调整解决了这个难题。现在，连接器采用新的制造工艺和新的设备组装，可以减小作用在小尺寸 O型密封圈上的作用力。

NS1 简介

从早期的构思到复杂的创造过程，在2013年夏天正式推出之前，NS1 的设计和开发经历了数次根本性转变。

终端用户体验具有关键性的意义。终设计采用放大的按锁，配有一个弹簧，能够发出直观的“咔嗒”声，向工作人员再次确定连接有效完成 — 这也是 CPC 可靠连接的标志。NS1 采用标准和玻璃填充聚丙烯材料，包括一个 PEEK 按锁和一个 EPDM O 型密封圈，具有严格的连接器内径公差，而且作为CPC的一项标准，已通过相关检测可运行多年、完成成千上万次插拔操作。

同时，NS1 继续满足CPC要求全部防溢连接器与客户要求响应的高标准。旋转式设计可以实现自由移动或松开管道，不会产生扭折或渗漏，从而形成了一个无滴漏插拔且空气进入量超低的密闭系统，把污染物降到低，并且不需要将气泡从系统排出。目前有软管倒钩和 1/4-28 螺纹端接两种方式可供选择，NS1 是对性能要求较高的各种苛刻应用场合的理想选择，包括分析实验室的仪器、印刷、油墨管理等。

经过两年半时间的改进和完善，CPC公司的 NS1 产品是目前市场上先进且小的塑料防溢连接器。

在 NS1 的开发过程中，材料考虑因素一直是一个关键问题。这种连接器初是设想用于军事应用场合的，特别是燃料电池的新兴市场，这种电池预期将取代较大的电池作为电源使用。很快，人们便发现诸如聚丙烯之类的传统塑料并不适合这种应用场合，因为主要的使用化学品可能是腐蚀性极强的硝酸。

聚醚醚酮(PEEK )通常被称作为金属替代塑料，以其较高的强度和对腐蚀性极强的化学品(如硝酸)的杰出耐受性而受到推崇。NS1 初是全部采用 PEEK 制成的，但即便应用焦点转向了化学和医疗市场，它仍然是帮助连接器满足规定机械和设计公差的一项关键因素。

如今，NS1 是一种混合型产品 — 大多数配件采用聚丙烯材料制成，但有些配件(主要是按锁和阀杆)要求采用性能优越的PEEK。

侧2 – 鲁尔连接器、螺母和套圈

在CPC开始新解决方案的开发过程时，工程师们需要考察的一个关键领域就是已经在使用的技术，以及设计师们能如何对这些技术进行改进。对于医院实验室中的大容量检测，CPC发现现有的解决方案都不是理想的选择。

在很多情况下，实验室仍然依靠鲁尔接头连接容器和微孔管道，但这些不大可靠的设备却造成了问题，其主要原因是由于连接器本身容易发生渗漏和溢出。因此，工程师们要么发现有化学品从设备中漏出 — 这对操作人员造成潜在威胁 — 要么发现有气泡进入系统，而这就需要随后采取措施将气泡从系统中排出，即费时又费料。一个有效的防溢连接器即可解决这两大问题。

在其他情况下，实验室优先选择螺母和套圈组合。这种组合能够通过加压的方式有效地固定住管道，但却不是断开连接的理想选择。所以，每次更换容器时，操作人员都需要手动拧下接头，然后再重新拧上接头。这不仅费时，而且经常拧上拧下意味着接头容易过度紧缩，随着时间的推移，可能会对管道造成压迫，并对流量形成限制。

CPC的解决方案是转而采用一种较小的防溢连接器，这种连接器的一端可以接到容器上，另一端接到螺母和套圈上(永久连到微孔管道上)。这样，当需要更换化学品时，操作人员只需对管路和化学品包装瓶进行快速插拔操作，更换容器，然后听到一声“咔嗒声”之后即可确认管路已快速接好。

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