包覆管狀過濾介質的熱塑注射成型方法

2023-05-01 15:06:26

專利名稱：包覆管狀過濾介質的熱塑注射成型方法
技術領域：
本發明一般地涉及一種包覆管狀濾筒的方法，更具體地說，涉及一種在管狀過濾 介質上整體地注射成型熱塑端蓋的方法。
背景技術：
採用各種材料和結構的過濾元件已經得到商業利用，在美國專利US2732031 ； 3013667 ；3457339和3850813中描述了這樣的例子。如其中所述的，一片過濾材料形成為 通常帶有縱褶來增加過濾面積並且側邊和端部被密封的圓筒形或者類似形狀。所述端部的 密封通常是通過在固化的液體密封材料，比如環氧樹脂或者聚氨酯樹脂中，熔融熱塑性塑 料或者類似的材料中進行封裝。然後所述元件被安裝在支架中，以提供連接用來將要被過 濾的流體供應到過濾材料的上遊側並且從下遊側排出濾液。一般地，管狀元件包括金屬或 者塑料的內部中空多孔載體，流體被供應到過濾材料的外部，濾液從內部載體被排出。為了過濾細微顆粒，使用細纖維或者孔徑在0. 1至25微米的管狀微孔膜，它們具 有大約50-80%的體積作為空隙。這樣的薄膜相對脆弱並易碎，特別是當被打褶時。通常在 其一側或者兩側使用粗糙的滲水層用於支撐和維持打褶的薄膜褶層之間的流動通道。然而 即使當被支撐時，故障也時常在一個密封件發生，特別是在端部密封件和薄膜的上遊接點 處。已經開發了許多方法來改善管狀過濾元件的端部密封的可靠性。用於相互加強的 薄的、密集褶已經被採用。在所述端部已經使用額外的微孔薄膜層。一條柔性的塑料，例如 柔性的聚氨酯，已經被應用到薄膜中，用於薄膜和密封件的接點處的加強。任何一個都不是 令人完全滿意，特別是對於在苛刻條件下使用易碎的管狀微孔薄膜的情況。柔性的加強條 的使用引入了額外的材料和步驟，減少了有效的過濾面積，並且使可萃取的成分更多地進 入濾液。作為一種可選擇的方案，1983-7-12授予G. C. Ganzi和C. T. Paul的美國專利 No. US4392958描述了一種用於密封管狀過濾件端部的方法和結構。該方法包括沿著微孔過 濾材料片材的邊緣設置一條無孔薄膜，所述薄膜條在過濾材料的外部被連接到過濾材料的 流體密封處，但是在它的內部形成自由的薄片，用所述薄膜條在過濾材料的一端並在過濾 材料的上方構成所述元件，將所述端部嵌入液態密封件一定深度直到所述條的薄片部分之 上為止，凝固所述密封件。雖然由Ganzi等描述的所述「邊緣密封」方法在生產中被持續使用並得到良好的
4效果，研究用於密封管狀過濾元件的替代手段依然是有益的。

發明內容
對應上述需要，本發明提供了一種至少一邊採用熱塑性塑料端蓋的管狀過濾元件 的包覆成型方法。所述方法包括下列步驟提供一個具有這樣區域的壓模，即該區域的外形 基本上與所述熱塑端蓋的外形一致；然後將所述管狀過濾元件插進腔內，所述腔的至少一 個邊位於所述區域內；然後向所述模腔內注射足夠量的熔融熱塑性塑料，以填充所述區域 並且由此形成所述熱塑端蓋；和在所述熔融熱塑性塑料充分固化後，從所述壓模取出端部 密封的管狀過濾元件。本發明的包覆成型工藝能用於由空前範圍的聚合物材料和成分輕鬆並且低成本 地製造具有良好耐用性的濾筒。這樣的濾筒的一個實施例包括一對熱塑性塑料端蓋，每一個均由熱塑性塑料制 成；和一個具有第一端和第二端的管狀過濾介質，由多孔材料或者纖維材料製成，位於所述 熱塑性塑料端蓋之間，所述第一和第二端分別被固定於第一和第二互鎖區。按照本發明，所 述端蓋的熱塑材料在每一個所述區滲透進管狀過濾介質的多孔或者纖維材料中。按照上述內容，本發明的一個目的是提供一種為管狀過濾介質一端提供端蓋的方 法，其中所述方法不需要所述一端預製成薄片。本發明的另一個目的是提供一種為管狀過濾介質一端提供端蓋的熱塑性塑料注 射成型工藝，其中所述工藝能在不會導致管狀過濾介質產生不希望的形態改變的溫度和壓 力下實施。本發明的另一個目的是提供一種在管狀過濾材料上包覆成型熱塑性塑料端蓋的 方法，其中用於端蓋和用於過濾材料的材料是不同的。本發明的另一個目的是提供一種管狀過濾介質的濾筒，其置於熱塑端蓋之間，其 中所述端蓋的熱塑材料滲透到管狀過濾介質中，在其所述端產生所述的互鎖區。本發明的這些和其它目的按照下述連同附圖給出的詳細說明能被進一步理解。


圖1以橫截面圖的形式示意地示出了按照本發明的一個實施例製造的濾筒10，包 括插在包覆成型的熱塑端蓋12和14之間的管狀過濾介質16。圖2示意地示出了圖1中濾筒10的外形。圖3A，3B，3C示意地示出了按照本發明的一個實施例的在管狀過濾介質16上包覆 成型熱塑端蓋12的方法的步驟。
具體實施例方式如圖1和2所示，按照一個實施例，本發明提供了包括一對熱塑端蓋12、14的濾筒 10，管狀過濾介質16固定地置於兩者之間。每一個熱塑端蓋12、14由選擇的熱塑材料製成。一般，管狀過濾介質16包括多孔或者纖維材料。具有中心軸線A-A和第一與第二 端的管狀過濾介質16被置於熱塑端蓋12、14之間，於是它的第一和第二端分別固定在第一 與第二互鎖區12A、14A。在這些區域，端蓋12、14的熱塑材料滲透進所述管狀過濾介質16的多孔或者纖維材料中。按照本發明構造的濾筒10是非常耐用的，以適應在廣泛範圍的溫度、壓力和流速 下實施的多種類的過濾場合。得到的結構具有更好的耐用性，因為它是利用相對廣泛種類 的材料製造的，針對提供更堅固的產品結構降低了在過去通常採用限制策略的化學相容性 的要求(例如，大量與環氧基封裝材料有關的)。此外，因為不需要使用保護密封膜(例如 在專利US. No. 4392958中使用的)，可歸因於這種膜的濾取材料的潛在來源也被緩和。如上所述，熱塑端蓋均由預先選擇的熱塑材料製成。被選擇的熱塑材料具有的熔 融溫度基本上低於管狀過濾介質承受形態變化時的熔融溫度，這對於本發明的實施是重要 的。例如，如果管狀過濾介質是打褶的聚合物薄膜，被選擇的熱塑材料具有的熔融溫度應當 基本上低於用來製造所述打褶薄膜的聚合物的熔融溫度。用於構成熱塑端蓋12、14的熱塑材料包括，但不限於，聚碳酸脂，尼龍，PTFE樹脂 和其它的含氟聚合物，丙烯酸和甲基丙烯酸樹脂，聚碸，聚醚碸，聚芳碸，聚苯乙烯，聚氯乙 烯，氯化聚氯乙烯，ABS和它的合成物與混合物，聚亞氨脂，熱固性聚合物，聚烯烴(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，和茂金屬產生的聚烯烴。除了與包覆和插入的管狀過濾介質16的固定有關的結構特徵外，熱塑端蓋12包 括幾個其它整體形成的能充當其它不相關功能的結構特徵。這樣特徵的例子包括，但不限 於，整體形成的入口(例如見圖1和圖2的入口 1)，整體形成的歧管系統或者類似的流動路 徑或通道，用於輔助濾筒安裝進外部過濾外殼的對準導引或者連接器，塞子和墊片，剛性加 強肋，支柱和支架，和其它提供另外與過濾有關的、與配合有關的，和/或與製造有關的功 能的類似結構。管狀過濾介質16 (例如，「基本上為管狀的」過濾介質16)由多孔或者纖維材料制 成。這樣的材料能具有，例如，或者單個整體的過濾介質，或者包括不止一層異種材料或者 同種材料的整體複合過濾介質。此外，多孔或者纖維材料能形成例如打褶結構(其打褶線 垂直於裝置10的軸線A-A)，或者形成單層或多螺旋卷繞層的卷繞層結構。多孔材料包括，例如，硝化纖維，醋酸纖維，聚碳酸脂，聚丙烯，PES，PVDF，聚碸薄 膜。這樣的薄膜可以是，例如大孔或者超大孔的，蒙皮或者不蒙皮的，對稱或者不對稱的，親 水的或者不親水的，有載體的或者無載體的，合成的或者不是合成的。此外，所述薄膜還能 包括或者被塗有或者另外包含助濾劑和類似的添加劑，或者其它擴大、降低、改變或者另外 更改基體材料的分離特徵和性質的材料，比如粘合物，移植物，或者在結合的色譜珠或顆粒 上、或者在多孔材料本身上以特定結合位置或者配合基為目標的供應品。纖維材料包括，例如，紡織纖維或者無紡纖維。所述纖維可以是天然的(例如，棉 花、亞麻、黃麻、蠶絲和類似的)或者合成的(例如，纖維素、聚丙烯、尼龍和玻璃纖維)。當 與針狀的板條形或者針形顆粒比如高齡石、海泡石、坡縷石、和這種類型的矽鎂土粘合時， 可以使用金屬纖維比如鐵、銅、鋁、不鏽鋼、黃銅、銀和鈦。所述纖維可以製成不同厚度、孔隙 率和密度的網格或者網眼。與多孔材料一樣，纖維材料還能與過濾助劑和類似的添加劑結
I=I O無論使用何種材料，當被暴露在臨近或者接近用於形成端蓋12和14的熱塑材料 的熔融溫度時，管狀過濾介質和其中的空隙(如上所述)不應當破裂、收縮、變形或者其它
6的致使流體不滲透的。管狀過濾介質發生這樣的形態改變的溫度應當基本上高於所述熱塑 材料的熔融溫度。如所述，所述端蓋12、14的熱塑材料，在互鎖區12A、14A處滲透所述管狀過濾介質 16的多孔或者纖維材料。這樣滲透的功能是為了將端蓋和過濾介質機械地固定在一起。所 述滲透過介質的上外表面的熱塑材料在其深度內機械地配合，以相對固定和永久的方式將 兩個元件鎖緊並配合在一起。這樣材料的這種滲透的存在及其滲透程度能夠例如通過顯微鏡觀察介質與端蓋 匯合的面積或者區域的適當橫截面得到確定。這樣的顯微鏡觀察應當顯示在所述接頭的外 界面之下至少部分浸入。因為沒有利用任何邊緣薄膜，熱塑材料將基本上穿過聯鎖區12A、 14A的浸入區與多孔或者纖維材料直接接觸。此外，在聯鎖區內的熱塑材料將顯得基本連 續，並具有與構成端蓋的主要部分(如果不是整個的)的熱塑材料一樣的化學成分。浸入的程度將根據需要和工藝進行改變。完全浸入是不需要的，雖然特別是對於 用來高度調整的或者其它需要藥理過程的過濾裝置，它是優選的，以確保浸入至少是足夠 的(即，沒有氣隙和氣孔)，例如為了使所謂的「死區」最低化和/或使產品耐用性、完整性、 安全性和/或應用性最大化。在本發明的希望的實施例中，管狀過濾介質16被置於熱塑端蓋12、14之間，與內 外耐用件18和20成為一體並位於兩者的中心。在一個實施例中，內外耐用件是剛性的管 狀網格，除了其它功能外，一般輔助限定和/或限制管狀過濾介質16的管狀形狀。典型地，外部耐用件18提供保護功能，將管狀過濾介質與例如在濾筒10安裝進過 濾外殼的過程中發生的機械應力和操作隔離。內部耐用件一般一定程度上也提供保護功 能，但是，特別是在卷繞過濾材料的情況下，也為所述材料提供一個剛性的中心線軸或者說 底座。按照下面進一步描述的熱塑包覆成型工藝，在濾筒10的製造過程中，內外耐用件 18和20的使用是特別有用的。在這種方法中，內外耐用件18和20防止管狀過濾介質彎曲 或者不希望因施加給它的熔融熱塑材料的重量而屈服。除了它不能在本發明的包覆成型方法中預期的溫度和其它條件下承受形態改變 外，對於內外耐用件的形狀、功能、剛度或者成分沒有任何具體限制。因此，在所有可能性情 況中，內外耐用件18和20的成分不同於用來形成熱塑端蓋12和14的特定熱塑材料。記 住這一點，合適的材料包括，但不限於，聚碳酸脂，尼龍，PTFE樹脂和其它的含氟聚合物，丙 烯酸和甲基丙烯酸樹脂，聚碸，聚醚碸，聚芳碸，聚苯乙烯，聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯，ABS和 它的合成物與混合物，聚亞氨脂，熱固性聚合物，聚烯烴(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，和茂金屬產生的聚烯 烴。本發明方法的第一步是提供具有內膜腔32和與其連接的供應管道34的壓模30， 如圖3A所示。既然各種變化結構的注射成型設備目前是可以利用的，不應當看作對於這種壓模 使用的具體結構或者機制有任何限制。實施本發明的本領域普通技術人員能採用那些最合 適他們需要的壓模。然而，在本發明的實施中，壓模30的內膜腔32應當被加工、製造或者 作其它準備以具有區域32A，該區域的形狀基本上與所述熱塑端蓋12的預期外形一致。
然而，對於符合「基本」一致，即區域32A正好與適於銷售的成品的預期外形相同， 不是必要條件。對於具體的濾筒產品設計，壓模後的處理步驟能採用，例如，磨光端蓋，清除 毛刺和熔渣，和/或提供另外的結構特徵(例如，鑽出入孔或者出孔)或裝飾特徵(例如， 在用戶的汽車過濾器上熱印公司的標誌)。在每種這樣的情況中，「成品的」濾筒的外形不 會與壓模的區域32A—致。無論如何，如果不是在「最終」產品中，那麼在「中間」產品中， 它們都是「基本」 一致。在得到和準備使用適當的壓模30之後，該方法包括準備管狀過濾元件並將其插 進內膜腔32，於是所述管狀過濾元件的主體邊緣16B位於所述區域32A內。由於這些步驟，管狀過濾元件可以包括或者(a)單獨的管狀過濾介質16或者(b) 與內和/或外耐用件18和20共同布置的管狀過濾介質16。管狀過濾元件的這種選擇方案 的詳情已經在上面詳細描述。關於用於製藥場合的這種類型的打褶薄膜濾筒的製造，與耐 用件18和20的結合，一定程度上希望它對相對精密的打褶薄膜提供更好的保護和支撐。管狀過濾元件的主體邊緣進入所述壓模30的區域32A的程度可以變化，這取決 於，例如，希望端蓋安裝的持久度和強度，熔融熱塑材料的化學性質、粘性和流變能力；管狀 過濾介質16的氣孔率或者透氣性；管狀過濾介質16的構造(例如，打褶的，螺旋纏繞的， 等)；內和/或外耐用件18和20的使用(或者不使用)；希望用於壓制的壓力和熱度；注 射成型裝置的操作和機械特性；和贊成或者不贊成更高或者更低成品收率和/或生產量的 商業製造因素。為了確保貫穿所述壓模30的區域32A熔融熱塑材料無阻礙並適當地流動，管狀過 濾元件不應當被完全推進壓模，於是其主體邊緣觸及所述壓模的表面，並且因此潛在地阻 礙從所述供應管道34到區域32A的外周邊的流動。在一種希望的操作模式中，根據注射成型中的通常慣例，通過作為壓模30的必須 對應的另一半的支撐件36，管狀過濾元件被插進壓模30的區域32A。在操作中，支撐件36 與壓模30配合或者耦合以密封內部膜腔，使得能施加壓力並維持壓制溫度。如圖3B所示，支撐件36被製成為可靠並牢固地固定管狀過濾元件，於是當支撐件 36與壓模30配合時，管狀過濾元件的主體邊緣16B被帶進壓模的區域32A內希望的位置。還如圖3B所示，支撐件優選地備有在管狀過濾元件的內腔(見圖1的通道22)內 相對緊貼地(但可移動地)安裝的塞子36A。所述塞子如希望地具有(a)末端，其構造能基 本上阻塞在此通過並進一步進入所述內腔的流體，和(b)足夠的長度以能夠在所述管道內 插入足夠的深度，於是所述末端基本上與所述熱塑端蓋12的外形一致。塞子36A或者與所述支撐件36成為一體，或者是單獨的獨立件(例如，一個可拆 卸的軟木塞或者塞子)。應當意識到，當被採用時，特別是當熔融熱塑材料向下或者從側面(沒有畫出)流 進一體的膜腔(如圖3A-3C)時，塞子不但起阻止熔融材料從供應管道流進並填充內腔的作 用，而且它還起著確保熔融材料也朝著區域32A的外周邊徑向向外流動的作用。在涉及低 粘性熔融材料被向上(與重力相反)泵送進內膜腔32的情況下，塞子36A的使用就沒有必 要了。如圖3C所示，一旦管狀過濾元件被適當地插進所述壓模腔32，熔融熱塑材料通過 所述供應通道以足夠填充所述區域32A的量被注射進所述內部膜腔32，於是形成所述熱塑
8端蓋12。在形成熱塑端蓋12的所述熔融熱塑材料充分固化後，端部包覆的管狀過濾元件被 從所述壓模30上取下。如上建議，當被注射進膜腔時，熔融熱塑材料滲透流體入孔和管狀過濾元件的過 濾材料16的其它類似空隙區域。滲透發生的程度取決於與決定插入深度有關的同樣因素， 比如氣孔率，粘度，壓力，熱量和時間。優選地，為了實現高強度的連接，應當在區域32A內 尋求穿過過濾材料16的整個厚度和深度12A的完全滲透(即，沒有氣穴，氣泡，裂紋和裂 縫)。如果熔融熱塑材料的溫度基本低於引起管狀過濾材料16形態變化的水平，其氣 孔(或者類似的)的破裂和/或壓縮不會發生，於是使得工作條件適合所述熔融材料的良 好滲透。最後，關於包覆的滲透元件從壓模30中取出，那些在本領域的技術人員應當認識 到，在取出之前，熔融材料完全固化是不必要的。一般，熱塑材料一旦充分硬化到維持它的 形狀，該零件就能被取出，因此，例如在接下來的退火工藝中，能完成進一步的固化。雖然參照幾個具體實施例已經對本發明進行了說明，那些本領域的技術人員，由 於得益於本發明在此提出的教導，能實現無數改進方案。所述改進方案被看做包含在由附 加的權利要求提出的本發明的範圍內。
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權利要求
一種濾筒，包括具有第一和第二端的管狀過濾介質(16)，其包括多孔材料或者纖維材料；和一對由熱塑材料形成的熱塑端蓋(12，14)，通過將所述管狀過濾介質的第一和第二端分別固定在第一和第二互鎖區，管狀過濾介質(16)置於熱塑端蓋之間；其中所述端蓋的熱塑材料在每一個所述互鎖區滲透到所述管狀過濾介質的所述多孔材料或者纖維材料中，並且用於所述端蓋的熱塑材料與所述管狀過濾介質的材料不同，所述熱塑材料的熔融溫度低於所述管狀過濾介質承受形態變化時的熔融溫度；以及其中置於熱塑端蓋之間的所述管狀過濾介質的邊不需要預製成薄片或使用保護密封膜。
2.根據權利要求1所述的濾筒，其特徵在於，其中所述多孔材料包括硝化纖維、醋酸纖 維、聚碳酸脂、聚丙烯、PES、PVDF、聚碸的薄膜。
3.根據權利要求1所述的濾筒，其特徵在於，其中所述纖維材料包括紡織纖維、無紡纖 維、天然纖維、合成聚合纖維、玻璃纖維和金屬纖維。
4.根據權利要求1所述的濾筒，還包括與所述管狀過濾介質的內表面重合的內部耐用 件，和與所述管狀過濾介質的外表面重合的外部耐用件，所述內、外部耐用件構成流體從中 穿過的通道。
5.根據權利要求4所述的濾筒，其特徵在於，所述熱塑端蓋以及內部耐用件和外部耐 用件包括聚碳酸脂、聚酯、尼龍、PTFE樹脂、含氟聚合物、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚 碸、聚醚碸、聚芳碸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、ABS、聚亞氨脂、聚烯烴、低密度的 聚乙烯、高密度的聚乙烯、超高分子比重的聚乙烯、聚乙烯茂金屬產生的聚烯烴、熱固性聚 合物及其共聚物。
6. 一種用於製造濾筒的方法，所述濾筒包括至少在其一個邊被熱塑端蓋包覆的管狀過 濾元件，其中所述方法不需要預製成薄片或使用保護密封膜，所述方法包括下述步驟(a)提供具有內膜腔的壓模，供應通道與所述內膜腔連接，內膜腔具有一個其形狀與所 述熱塑端蓋的外形基本一致的區域；(b)提供所述管狀過濾元件，所述管狀過濾元件具有所述的至少一個邊，並且包括多孔 或者纖維材料；與所述管狀過濾介質的內表面重合的內部耐用件；和與所述管狀過濾介質 的外表面重合的外部耐用件，所述內、外部耐用件構成流體從中穿過的通道；(c)將所述管狀過濾元件插進內膜腔，使得所述至少一個邊位於所述區域內；(d)通過所述供應通道向所述內膜腔內注射足夠量的熔融熱塑材料以填充所述區域， 於是形成所述熱塑端蓋，所述熱塑材料的熔融溫度低於所述管狀過濾元件承受形態變化時 的熔融溫度；和(e)在所述熔融熱塑材料充分固化後，從所述壓模取下端部包覆的管狀過濾元件。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，在步驟(d)中所述熔融熱塑材料滲透進所述至少 一個邊的多孔或者纖維材料中。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述管狀過濾元件具有沿著其長度方向 基本同軸延伸的通道，並且其中所述方法還包括如下步驟在所述注射步驟(d)之前將一個塞子可拆卸地插進所述管狀過濾元件的通道內，所述塞子具有這樣的末端，即該末端的形狀設置為基本阻塞流體在所述通道內流動；所述塞子 被充分地插入所述通道，於是所述末端基本與所述熱塑端蓋的希望外形一致。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，其中所述多孔材料包括硝化纖維、醋酸纖 維、聚碳酸脂、聚丙烯、PES、PVDF、聚碸的薄膜。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，其中所述纖維材料包括紡織纖維、無紡 纖維、天然纖維、合成聚合纖維、玻璃纖維和金屬纖維。
11.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述熱塑端蓋以及內部耐用件和外部耐 用件包括聚碳酸脂、聚酯、尼龍、PTFE樹脂、含氟聚合物、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚 碸、聚醚碸、聚芳碸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、ABS、聚亞氨脂、熱固性聚合物、聚 烯烴、低密度的聚乙烯、高密度的聚乙烯、超高分子比重的聚乙烯、聚乙烯茂金屬產生的聚 烯烴及其共聚物。
全文摘要
一種用於包覆成型管狀過濾元件(16)的方法，至少在其一端(16b)具有熱塑端蓋(12)。所述包覆成型方法能用於由空前範圍的聚合物材料和成分輕鬆地並且低成本地製造具有良好耐用性的濾筒。所述熱塑包覆成型方法不需要所述一端(16b)預製成薄片，並且能在不會導致管狀過濾介質產生不希望的形態改變的溫度和壓力下實施。通過所述包覆成型方法製造的示範性濾筒包括置於熱塑端蓋之間的管狀過濾介質，所述端蓋的熱塑材料滲透進管狀過濾介質，於是在其端部產生機械的互鎖區。
文檔編號B01D29/31GK101912701SQ20101024380
公開日2010年12月15日 申請日期2005年12月22日 優先權日2004年12月23日
發明者布賴恩·希利爾, 戴維·德科斯特, 史蒂芬·P·普羅克斯 申請人:米利波爾公司