CN101058059A

CN101058059A - 增强型复合材料中空膜的制造方法及设备

Info

Publication number: CN101058059A
Application number: CN 200710057539
Authority: CN
Inventors: 李新民; 温淑鸿; 肖放; 苗蕾
Original assignee: MOTIANMO ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd TIANJIN
Current assignee: Tianjin Motimo Membrane Technology Co Ltd
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2027-06-05
Also published as: CN100500271C

Abstract

本发明涉及一种增强型复合材料中空膜的制造方法及设备，该制造方法包括：1.编织三维立体管状增强织物，其特征在于还包括：2.对增强织物做通孔处理，使其为空心管状态；3.在保持增强织物空心管状态下将其输送到复合区，用温度为25－80℃、粘度为4000－8000厘帕的聚偏氟乙烯溶液均匀涂覆在增强织物的外表面；4.将涂层复合增强织物送入沉浸液中固化成型，制成增强型复合材料中空膜。该制造设备其特征在于它适用于本发明所述的制造方法，包括框式机架和按工艺路线顺序机械连接安装在机架上的退绕辊、通孔机、输送机、涂层复合机、固化槽、卷绕机和卷取辊以及它们的连接传动机构和控制机构。

Description

增强型复合材料中空膜的制造方法及设备

技术领域

本发明涉及复合膜制造技术，具体为一种利用三维立体编织材料与聚偏氟乙烯材料复合的方式，生产增强型复合材料中空膜的制造方法及设备，国际专利主分类号拟为Int.Cl.B01D69/00(2006.01)。

背景技术

中空纤维膜分离技术是利用混合物中各组分的选择渗透性的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术，具有能耗低、分离性能好、无二次污染等优点，在市政和生活污水、石化和纺织废水等处理回用工程中得到了大规模的推广应用。

膜材料，如聚偏氟乙烯中空纤维膜(参见中国专利文献CN1128176)在用于中空纤维膜装置运行过程中，为去除附着在膜材料表面的污物，需要采用气流振荡内外双洗的操作工艺，对膜材料进行清洗。在清洗过程中，膜材料在水流与气流的双重作用下发生抖动，以达到较好的清洗效果，但膜材料同时要承受较大的外力，容易造成膜材料的损害，甚至断裂，丧失其效能。尤其是在某些恶劣应用工艺，如膜生物反应器(MBR)技术的应用过程中，膜材料明显存在着强度不够高，局部易出现断丝的现象，很大程度上影响了其应用效果和使用寿命。有人研究了一种复合材料分离膜(参见专利文献：JP52-081076、US5472607)，它将多孔膜复合在中空线绳(增强材料)的外表面，以提高膜材料的强度，但这种增强效果的复合膜存在透水性能降低，多孔膜易剥落等新的技术问题。还有人研究了一种复合多孔膜及其制造方法(参见中国专利文献CN1711128)，它采用在线绳外表面涂敷两层致密层的技术，以解决涂层容易脱落问题，但该方法工艺过程复杂，成本较高，难于实际推广。

从生产或制造设备角度看，目前的增强织物复合膜基本为人工间歇制造或单台工序机械化生产，例如所编织的空心管状织物在制备、存储、运送等过程中不可避免地会在外力作用下被挤压为扁平状态，无法直接涂层复合，因此需对其做通孔处理，而通孔没有专门的通孔设备，只能由人工来处理，效率低下，劳动强度大，质量难以保证，也使得增强织物复合膜的制造不能实现连续化，不能规模化生产。在申请人检索的范围内，可连续生产的增强织物复合膜制造设备尚未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种增强型复合材料中空膜的制造方法及设备，该制造方法在保持原有聚偏氟乙烯膜材料过滤工艺特性的前提下，将其复合在三维立体编织空心织物的外侧，制造出复合结构的高强度中空膜，具有制造工艺简单，成本较低，适于实际推广应用的特点。该设备结构简单，可实现增强型复合材料中空膜的退绕、通孔、输送、涂层、固化、卷取等工艺过程的连续化生产制造，具有成本低、效率高、产品质量可控的特点。所得的中空膜具有较高的韧性与强度、耐清洗，寿命长，同时可保持聚偏氟乙烯膜固有的过滤分离性能。

本发明解决所述制造方法技术问题的技术方案是：设计一种增强型复合材料中空膜的制造方法，该制造方法包括：

1.编织壁厚为0.5-1.5mm的三维立体管状增强织物，编织时增强织物所受拉力控制在0.5N以下；其特征在于该制造方法还包括以下工艺：

2.对增强织物做通孔处理，使其为空心管状态；

3.在保持所述增强织物空心管状态下将其输送到复合区，在复合区把温度为25-80℃、粘度为4000-8000厘帕的聚偏氟乙烯涂覆溶液均匀涂覆在所述空心管状态增强织物的外表面，制成具有聚偏氟乙烯涂层的复合增强织物；所述聚偏氟乙烯溶液涂层的厚度控制在0.1-1mm；

4.将所述复合增强织物送入沉浸液中固化24小时成型，制成增强型复合材料中空膜；所述沉浸液的温度为25-70℃。

本发明解决所述制造设备技术问题的技术方案是，设计一种增强型复合材料中空膜制造设备，其特征在于它适用于本发明所述增强型复合材料中空膜的制造方法，包括：一个至少三层的框式机架和按工艺路线顺序机械连接安装在机架上的退绕辊、通孔机、输送机、涂层复合机、固化槽、卷绕机和卷取辊以及它们的连接传动机构和控制机构，所述退绕辊安装在机架的中层；所述的输送机包括按增强织物输送工艺路线排列的至少三组输送辊：第一输送辊、第二输送辊和第三输送辊，且所述的第一输送辊和第三输送辊安装在机架的上层，而所述第二输送辊安装在机架的中层；所述的固化槽安装在机架下方的地面上；所述卷绕机包括按工艺路线排列的至少三组传动辊：第一传动辊、第二传动辊和第三传动辊，且所述第一传动辊和第三传动辊安装在所述的固化槽内，而所述第二传动辊安装在机架的中层或上层；所述的卷取辊安装在所述固化槽的上方或机架的中层。

与现有技术相比，本发明增强型复合材料中空膜的制造方法的最大特点是利用通孔技术和复合技术将三维立体编织管状织物与聚偏氟乙烯有效复合，连续制造出高强度的复合中空纤维膜。本发明中空膜中的编织增强织物具有良好的韧性、强度、透水性，起到支撑层作用，主要承担外力，可明显避免膜丝材料在使用过程中的断裂现象，而膜材料仍然保持良好的过滤分离作用；同时编织增强织物还可作为过滤后清水的导路。

附图说明

图1为本发明增强型复合材料中空膜制造方法的工艺流程框图；

图2为本发明增强型复合材料中空膜的制造方法及配套设备的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但本发明不受实施例的限制：

本发明设计的增强型复合材料中空膜(以下简称增强膜)的制造方法(以下简称制造方法，参见图1)，该制造方法包括：

1编织壁厚为0.5-1.5mm的三维立体管状增强织物，编织时增强织物所受拉力控制在0.5N以下；其特征在于该制造方法还包括以下工艺：

2对增强织物做通孔处理，使其为空心管状态；

3在保持所述增强织物空心管状态下将其输送到复合区，在复合区把温度为25-80℃、粘度为4000-8000厘帕的聚偏氟乙烯涂覆溶液均匀涂覆在所述空心管状态增强织物的外表面，制成具有聚偏氟乙烯涂层的复合增强织物；所述聚偏氟乙烯溶液涂层的厚度控制在0.1-1mm；

4将所述复合增强织物送入沉浸液中固化24小时成型，制成增强型复合材料中空膜；所述沉浸液的温度为25-70℃。

本发明制造方法包括：增强织物的编织工艺、增强织物的通孔或扩孔工艺、增强织物的输送工艺、增强织物的涂层复合工艺、涂层材料的沉浸固化工艺和产品卷取工艺等过程。除所述的增强织物编织工艺外，其他每个工艺过程既可以相对独立操作，也可以部分或全部相互连接，依次协调连续工作，完成本发明的增强型复合材料中空膜的制造。本发明实施例的制造方法除增强织物编织工艺外，其余工艺过程连续进行。显然，连续进行的工艺方法更为复杂。

本发明制造方法所述的编织工艺是指管状空心增强织物的三维立体编织工艺。该增强织物编织工艺系现有技术。本发明实施例的增强织物是采用22tex至88tex普通复合涤纶长丝或丙纶长丝，分别在16锭、24锭编织机上进行三维立体编织而得。所编织的增强织物是内径为Φ0.8-Φ2.5mm、管壁厚度为0.1-0.3mm的空心管状织物(参见实施例1-3)。增强织物所用纤维的粗细和织物管经的大小及管壁的厚薄取决于增强膜的设计要求。一般而言，所述的增强织物编织工艺可以相对独立操作。所编织的增强织物卷绕成筒子备用。

本发明制造方法所述的通孔工艺是指利用人工或机械方法把所述的增强织物退绕，并把其由卷绕/退绕时的扁平状态通扩为空心管状态(织物横截面形状为圆环形或近似为圆环形)，并保持其空心管状态。因为所编织的空心管状织物在制备、存储、运送等过程中常会在外力作用下被挤压为扁平状态，因此需对其做通孔处理，使其形成并保持横截面形状近似为圆环形的空心管状态。当采用人工方法通孔时，所述通孔工艺与其前后工艺为非连续或半连续的操作。当采用机械方法通孔时，所述通孔工艺与其前后工艺为连续操作，但需要设计专门的通孔机或通孔装置。本发明实施例的通孔机或通孔装置另案提出申请。

本发明制造方法所述的输送工艺是指利用人工或机械的方法把通孔好的增强织物在保证其空心管状形态下运送给其后的涂层复合工艺。当输送工艺采用人工方法输送所述空心管状增强织物时，可以把其前面的人工通孔工艺与之连接起来，即把人工通孔好的所述空心管状增强织物直接喂入涂层复合机。而当采用机械方法输送所述增强织物时，则需要设计输送机或输送机构。所述的输送机或输送机构应当满足以下工艺要求：保证空心管状织物受拉力小，使其不会变形；保证管状织物按一定的工艺速度正确传送。

本发明制造方法所述的涂层复合工艺是指在所述空心管状增强织物的外表面或外层织物上涂覆复合材料的工艺。本发明实施例所述的涂覆复合材料是聚偏氟乙烯(PVDF)涂覆或涂层溶液。涂覆溶液的涂层厚度根据增强膜的设计要求确定，并与增强织物的管壁厚度有关。一般要求PVDF涂层溶液的粘度为4000-8000厘帕，涂层厚度控制在0.1-0.5mm。实施例的PVDF涂层厚度为0.1-0.3mm。

本发明制造方法所述的涂层限于增强织物的外表面或外层织物，有别于增强织物被完全复合的中空膜，其优点是在保持良好的膜过滤分离作用的同时，有利于增加增强膜的弹性和韧性，避免膜丝材料在使用过程中的断裂，同时内层编织增强织物还可作为过滤后清水的导路，以利于清水的汇集和导出。

所述的涂层复合工艺可由涂层复合机或装置来完成。复合机使聚偏氟乙烯(PVDF)材料以要求的厚度复合在所述三维立体编织的空心管状增强织物上。本发明实施例的涂层复合机适用于现有技术。

本发明制造方法所述的沉浸固化工艺是指把涂层复合好的增强织物(复合丝)送入固化槽的沉浸液中，使所述的涂层复合织物固化的工艺。所述的沉浸液是指可以使涂层复合材料固化的凝固浴。实施例采用了纯水为沉浸液或凝固浴。沉浸液的温度应控制在25-70℃。复合丝在所述沉浸液中的停留时间为24小时以上，以保证良好的复合固化。复合固化好的增强织物即为本发明方法制造的增强型复合材料中空膜。所得的增强膜可以按产品要求卷绕起来。实施例的卷绕机为现有技术，可安装在所述的固化槽中，卷取机的工艺速度为0.3-1.5米/分。产品卷绕后，应在沉浸液中浸泡24小时。

本发明制造方法的配套设备称为增强膜复合机。除所述的增强织物编织工艺外，增强膜复合机可实现增强膜的退绕、通孔、输送、涂层、固化、卷取等工艺过程的连续化生产制造。所述增强膜复合机适用于本发明所述增强膜的制造方法。作为一个实施例，它包括(参见图2)：包括：一个至少三层的框式机架2和按工艺路线顺序机械连接安装在机架2上的退绕辊1、通孔机3、输送机5、涂层复合机6、固化槽7、卷绕机8和卷取辊9以及它们的连接传动机构和控制机构，所述退绕辊1安装在机架2的中层；所述的输送机5包括按增强织物输送工艺路线排列的至少三组输送辊：第一输送辊51、第二输送辊52和第三输送辊53，且所述的第一输送辊51和第三输送辊53安装在机架2的上层，而所述第二输送辊52安装在机架2的中层；所述的固化槽7安装在机架2下方的地面上；所述卷绕机8包括按工艺路线排列的至少三组传动辊：第一传动辊81、第二传动辊82和第三传动辊83，且所述第一传动辊81和第三传动辊83安装在所述的固化槽7内，而所述第二传动辊82安装在机架2的中层或上层；所述的卷取辊9安装在所述固化槽7的上方或机架2的中层。

本发明制造方法和配套设备的工作原理和过程如下(参见图1、2)：首先按所述增强膜的设计要求编织所述的增强织物，并卷绕好；增强织物的编织为相对独立的工艺环节。然后在增强膜复合机的机架2的退绕辊1上退绕喂入所述卷装好的所述增强织物；所述的增强织物经过通孔机3使其内孔由扁平状态通扩为圆形状态，成为空心管状态的增强织物；在保持其圆形空心管状态的情况下，把所述增强织物通过所述输送机5的至少三组输送辊：第一输送辊51、第二输送辊52和第三输送辊53的传送，使所述增强织物稳定地输进到涂层复合机6(复合区)中；所述的第一输送辊51、第二输送辊52和第三输送辊53按增强织物的输送工艺路线排列，且所述的第一输送辊51和第三输送辊53安装在机架2的上层，而第二输送辊52安装在机架2的中层，使增强织物的输送工艺路线上下迂回运行；在涂层复合机6中预置了配制好的粘度为4000-8000厘帕的聚偏氟乙烯溶液，通过涂层复合机6将聚偏氟乙烯溶液均匀涂覆在所述增强织物的外表面或外层织物上，实现两种材料的有效复合，制成具有聚偏氟乙烯涂层的复合增强织物4，或称复合丝4；再将所述复合增强织物4送入固化槽7里的沉浸液中固化一定时间成型。实施例设计的固化槽7安装在所述机架2的下方地面上，在固化槽7中注入沉浸液(沉浸液实施例为纯水)，所述沉浸液温度应控制在25-70℃，并使复合丝4在固化槽7的沉浸液中留置24小时，以保证PVDF与增强织物的外表面或外层织物的紧密结合，凝固成型，复合质量良好，制成本发明所述的增强型复合材料中空(纤维)膜。

为保证复合丝4在固化槽7中保持或运行一定的时间，实施例的卷绕机8至少设计了按工艺路线排列的三组传动辊：第一传动辊81、第二传动辊82和第三传动辊83，且第一传动辊81和第三传动辊83安装在所述固化槽7内，而第二传动辊82安装在机架2的上中层或上层，迂回设计的至少三组传动辊可保证有足够的时间将所述复合丝4逐渐固化稳定，成为质量良好的增强膜，同时将所得增强膜引导到并在卷取辊9上卷绕成型，成为产品增强膜。卷取辊9的卷绕速度设计为0.3-1.5米/分。

利用本发明所述的制造方法和设备，可连续生产出所述的增强膜。本发明所得的增强膜横截面形状为内径Φ0.8-Φ4.5mm、壁厚0.3-1.2mm的圆环形，且质地均匀、弹性良好，强力较高，寿命较长，耐清洗，同时保持了聚偏氟乙烯膜固有的通透量大等过滤分离性能。

本发明制造方法未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明制造方法的具体实施例：

实施例1

采用22tex的普通复合涤纶长丝，在16锭的编织机上进行三维立体编织；编织好的增强织物内径为Φ1.0mm、管壁厚度为0.1mm的空心管状织物；利用本发明所述的设备和制造方法，顺序经过通孔、复合、沉浸等处理工艺，即可生产出所述增强膜。所述复合区涂覆溶液的温度为30℃、粘度为4000厘帕；所述沉浸液的温度为30℃；所述的卷取速度为0.4米/分；所述的高强度复合中空纤维膜的涂层厚度为0.2mm，内径为1.0mm；所得增强膜横截面形状为内径为Φ1.0mm、壁厚为0.3mm的圆环形。

实施例2

采用88tex的普通复合涤纶长丝，在24锭的编织机上进行三维立体编织。所编织的增强织物是内径为Φ2mm，管壁厚度为0.4mm的空心管状织物；利用本发明所述的设备和制造方法，顺序经过通孔、复合、沉浸等处理工艺即可生产出涂层厚度为0.4mm，内径为2mm的高强度复合中空纤维膜。所述复合区涂覆溶液的温度为50℃、粘度为5500厘帕；所述沉浸液的温度为40℃；所述的卷取速度为1.2米/分；所得增强膜横截面形状为内径为Φ2.0mm、壁厚为0.8mm的圆环形。

实施例3

采用66tex的普通复合丙纶长丝，在24锭的编织机上进行三维立体编织。所编织的增强织物是内径为Φ1.8mm，管壁厚度为0.3mm的空心管状织物。利用本发明所述的设备和制造方法，顺序经过通孔、复合、沉浸等处理工艺即可生产出涂层厚度为0.3mm，内径为1.8mm的高强度复合中空纤维膜丝。所述复合区涂覆溶液的温度为80℃、粘度为7000厘帕；所述沉浸液的温度为60℃；所述的卷取速度为0.8米/分；所得增强膜横截面形状为内径为Φ1.8mm、壁厚为0.6mm的圆环形。

Claims

1.一种增强型复合材料中空膜的制造方法，该制造方法包括：

(1)编织壁厚为0.5-1.5mm的三维立体管状增强织物，编织时增强织物所受拉力控制在0.5N以下；其特征在于该制造方法还包括以下工艺：

(2)对增强织物做通孔处理，使其为空心管状态；

(3)在保持所述增强织物空心管状态下将其输送到复合区，在复合区把温度为25-80℃、粘度为4000-8000厘帕的聚偏氟乙烯涂覆溶液均匀涂覆在所述空心管状态增强织物的外表面，制成具有聚偏氟乙烯涂层的复合增强织物；所述聚偏氟乙烯溶液涂层的厚度控制在0.1-1mm；

(4)将所述复合增强织物送入沉浸液中固化24小时成型，制成增强型复合材料中空膜；所述沉浸液的温度为25-70℃。

2.一种增强型复合材料中空膜制造设备，其特征在于它适用于权利要求1所述增强型复合材料中空膜的制造方法，包括：一个至少三层的框式机架和按工艺路线顺序机械连接安装在机架上的退绕辊、通孔机、输送机、涂层复合机、固化槽、卷绕机和卷取辊以及它们的连接传动机构和控制机构，所述退绕辊安装在机架的中层；所述的输送机包括按增强织物输送工艺路线排列的至少三组输送辊：第一输送辊、第二输送辊和第三输送辊，且所述的第一输送辊和第三输送辊安装在机架的上层，而所述第二输送辊安装在机架的中层；所述的固化槽安装在机架下方的地面上；所述卷绕机包括按工艺路线排列的至少三组传动辊：第一传动辊、第二传动辊和第三传动辊，且所述第一传动辊和第三传动辊安装在所述的固化槽内，而所述第二传动辊安装在机架的中层或上层；所述的卷取辊安装在所述固化槽的上方或机架的中层。

3.一种增强型复合材料中空膜，其特征在于它采用权利要求1所述的制造方法和/或权利要求2所述的制造设备制成，所得的增强膜横截面形状为内径Φ0.8-Φ4.5mm、壁厚0.3-1.2mm的圆环形。