CN102120351B

CN102120351B - 一种膜组件的浇铸方法

Info

Publication number: CN102120351B
Application number: CN 201010590550
Authority: CN
Inventors: 刘家胜; 刘文杰; 孙友俊; 杨树明
Original assignee: Gd Loongwater Nanjing Mem-Technology Co Ltd
Current assignee: Guoneng Longyuan environmental protection Nanjing Co.,Ltd.
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: CN102120351A

Abstract

本发明涉及一种膜组件的浇铸方法，是关于将中空纤维超滤膜丝束的两端与膜管端头浇铸固定的工艺。本方法采用散热性好的铝质模具，铝质模具底部开有进胶孔，膜组件以直立方式对两端分别分步浇铸，分两次浇铸硬胶，第三次浇铸软胶；第一次硬胶浇铸后进行吹风降温使胶温迅速下降，控制固化温度，避免烧丝；每次浇铸后加入震动步骤，使胶内存有的气泡通过震动的方式被排出。本浇铸方法的设备投资成本低，同一台浇铸架可同时浇铸10支膜组件，生产效率高，同时又能克服因浇铸过程放热而高温烧丝及胶内存在气泡难以排出的问题，因而能得到高质量膜组件。

Description

一种膜组件的浇铸方法

技术领域：

本发明涉及中空纤维超滤膜组件的组装环节之一的一种膜组件的浇铸方法，是关于将中空纤维超滤膜丝束的两端与膜管端头浇铸固定的工艺。

背景技术

超滤作为新型的膜法分离技术，多用于液体的成分分离、净化或浓缩的过程，用途非常广泛，小至家用净水器，大到作为现代工业中的分离、净化或浓缩处理的化工单元或大型净水设备，都有不同规模的应用，而且在环境保护方面也有极大的使用潜力。近20多年来，中空纤维超滤膜发展迅速，已成为膜分离领域中广泛应用的品种之一。

中空纤维超滤膜通常以膜组件为一个渗透单元，膜组件是由成数千根高分子聚合物制成的中空纤维膜丝组装在一个管壳(称为膜管)内，膜丝两端通过浇铸环氧树脂而与膜管两端固化成型。膜组件的浇铸质量对渗透单元的超滤性能和效率关系重大。浇铸过程要求胶内不存留气泡，不出现机械性断丝或因胶温过高(环氧树脂与固化剂因交联反应放热)而烧丝的现象。目前常用的浇铸方法有卧式旋转浇铸法和立式静态浇铸法。

卧式旋转浇铸法主要过程是：装有膜丝的膜管两端加装模具后横放在浇铸机里面，通过浇铸机带动膜管高速旋转，同时从膜管两端进胶口缓慢进胶；在离心力的作用下，胶流至膜管两端模具表面，固化，成型。此方法边旋转，边浇铸，注入的胶受离心力作用被不断推向膜管的两端，容易将气泡赶出，而且旋转过程能带动空气流动，有利于胶的冷却，可防止烧丝现象，但缺点是：

(1)设备成本高：1台浇铸机需投资5-10万元，同时占地面积大；

(2)生产效率低：1台浇铸机一次只能生产1-4支膜组件，整个浇铸过程时间较长，需12小时以上；

(3)膜丝拉伸受力：由于浇铸机旋转速度较快，离心力作用使膜丝向两端受力拉伸，容易对膜丝过滤层造成破坏，从而影响膜分离的效率及分离所得产品的质量。

立式静态浇铸法的主要过程是：膜管下端加装模具，垂直放置在浇铸架上，先从膜管下端头的进胶口进胶，固化，成型，然后将膜管倒置，未浇铸的一端向下，加装模具，以同样方法向该端头进胶口进胶，固化，成型。该法设备成本低，1台浇铸架仅需1万元左右，并1台浇铸架可同时浇铸10支膜组件，生产效率高。出于生产成本的考虑，小型企业的超滤膜大多采用此法。但缺点是：

(1)进胶速度快，胶反应产生高温会造成烧丝(丝变黑)；

(2)胶中容易存有气泡，需要补胶，浪费人工和材料，且会漏水，影响产水水质；

(3)胶流淌不均匀：胶粘度大，流动性差，存在漏软胶，会造成漏水；

(4)密封性差：胶与膜丝之间粘接不牢，发生开裂现象，会造成漏水；

(5)软胶无法流到所有膜丝根部，不能起到保护膜丝的作用。

发明内容

根据目前超滤膜组件浇铸过程存在的上述弊端，本发明目的是提出一种膜组件浇铸方法，能够同时解决目前卧式旋转浇铸法和立式静态浇铸法存在的不足，降低成本，提高膜组件的浇铸质量。

本发明膜组件的浇铸方法采用铝质模具，铝质模具底部开有进胶孔，浇铸过程包括以下步骤：

1.将两端连接有端头的膜管直立，中空纤维膜丝的丝束贯穿管内，丝束的下端超过端头的端口，将该直立膜管的下端装入铝质模具中，并使该端的端头与铝质模具内表面留有间距。

2.将环氧树脂及胺类固化剂在65℃条件下加热0.5小时，混合、搅拌，真空脱泡15分钟，配成第一次硬胶。

3.从铝质模具底部进胶口缓慢进胶，至胶液面充满铝质模具与端头之间的间距空间并继续上升至端头的端口以上，膜管的管口以下的高度，停止进胶，对铝模具进行风冷，控制铝模具温度低于80℃。同时启动震动器，使膜管在5HZ频率下原位震动0.5小时，固化4小时。

4.将环氧树脂及固化剂在70℃条件下加热0.5小时，混合、搅拌，真空脱泡，配成第二次硬胶。

5.从膜管的端头进胶口侧向进胶，使胶液复盖在一次硬胶的表面并至胶液面略有上升，停止进胶后启动震动器，使膜管在5HZ频率下原位震动0.5小时，固化3小时。

6.将聚氨酯及酸酐类固化剂在50℃条件下加热1小时，混合，搅拌，配成软胶。

7.从膜管的端头进胶口侧向进软胶，使胶液面低于端头进胶口位置，进完胶后开启震动器，使膜管在5HZ频率下原位震动0.5小时，固化4小时。

8.脱模，将膜管已浇铸端的端头外侧多余的一段硬胶连同中空纤维束端部切断，制成膜组件的出液端。

9.将膜管的出液端向上，另一端连同端头向下，直立装入铝质模具之中，端头的下端抵达铝质模具内表面。

10.重复步骤2～步骤7，然后脱模，制成膜组件的进液端。

另外，端头的端口部内壁加强筋的径向宽度设计成向端口方向渐减。

采用本发明浇铸方法，膜组件以直立方式对两端分别分步浇铸，并采用散热性较好的硬铝质模具，第一次硬胶浇铸后增加吹风降温和震动步骤，使胶温迅速下降，控制固化温度，避免烧丝，胶内存有的气泡通过震动的方式被排出。硬胶分两次浇铸，也有利于气泡的排出和降温固化，不会烧丝，解决因烧丝而变黄、变黑、变脆的问题。浇铸两次硬胶后再浇铸一层软胶，增加震动步骤，软胶流淌均匀，起到保护膜丝根部的作用，避免断丝。胶与膜丝之间密封性好，避免胶体开裂。浇铸过程中膜丝不受力，膜丝处于自然状态，另外，膜管端头内壁的各加强筋的径向宽度向端口方向渐减而呈斜面，可避免加强筋下侧形成死角，阻挡胶内气泡的上升。

综上所述，本浇铸方法既具有直立静态法的设备投资成本低，生产效率高，1台浇铸架可同时浇铸10支膜组件，又能克服现有的直立静态法易烧丝，难以排出气泡的缺点，得到高质量膜组件。

附图说明

图1是超滤膜组件出液端浇铸状态剖面图。

图2是超滤膜组件进液端浇铸状态剖面图。

图中，1-膜管；2、2’-端头；3、3’-端头侧向进胶口；4、4’-加强筋；5-铝质模具；6-底部进胶口；7-震动器；8-进胶管；9-进胶漏斗；10-中空纤维膜丝；11-待切除段(多余的浇铸段)。

具体实施方式

下面结合附图说明本方法的实施例。

实施例1膜组件的浇铸

膜组件的材料及规格如下：

膜管：外径8英寸，管长1400mm

端头：内径8英寸，高度180mm，端头内侧加强筋为斜角形(如图1和图2中的4和4’)

中空纤维超滤膜丝：PVDF材质，内经0.75mm，外径1.5mm，数量8000根，

硬胶：环氧树脂，胺类固化剂，

软胶：聚氨酯，酸酐类固化剂。

浇铸过程如下：

步骤一浇铸膜组件的出液端，见图1。首先将膜管1与端头2组装为一体，然后将装有8000根中空纤维膜丝10的膜管1和丝束悬挂在浇铸架横梁上，放下膜管，其下端的端头4装入铝质模具5之中，端头4的下端面距离铝模具内底面10mm(待浇铸完成后将该段切除)，膜丝10的下端从端头4伸出并距离铝质模具5内底面约5mm。

步骤二配硬胶：将环氧树脂及固化剂在65℃条件下加热0.5小时，然后混合、搅拌，真空脱泡15分钟。

步骤三第一次进硬胶：向进胶漏斗9中加胶，胶从进胶管8流入铝质模具底部进胶口6，进胶2.0kg，耗时14分钟，胶液面升至加强筋4的上部；进完胶后，对铝质模具4进行风冷，铝质模具最高温度为77℃。同时开启震动器7，原位震动，频率为5HZ，震动时间为0.5小时，固化4小时。

步骤四配硬胶，将环氧树脂及固化剂在70℃条件下加热0.5小时，然后混合、搅拌，真空脱泡15分钟。

步骤五第二次进硬胶，从端头4的侧向进胶口3进胶0.5kg，进完胶后开启震动器7，原位震动，频率为5HZ，震动时间为0.5小时，固化时间3小时。

步骤六配软胶，将聚氨酯及固化剂在50℃条件下加热1小时，然后混合，搅拌。

步骤七进软胶，从端头4的侧向进胶口3进软胶1.0kg，进完胶后开启震动器7，原位震动，频率为5HZ，震动时间为0.5小时，固化时间4小时。

步骤八脱模，通过锯床沿着端头4的端口切割，多余的浇铸段11连同中空纤维束各膜丝10被切除，切割后，膜组件形成多孔截面，膜丝开孔率为99％。然后将端面修磨平整，制成膜组件的出液端(即膜透过液的流出端)。

步骤九浇铸膜组件的进液端，见图2。将上述出液端浇铸完成的膜管1倒置悬挂在浇铸架横梁上，即出液端向上，另一端向下放下膜管1；其下端的端头2，装入铝质模具5中，端头2’的下端面抵达铝质模具5的内底面，膜丝10下端距离铝质模具5的内底面7mm。

步骤十配硬胶，将环氧树脂及其固化剂在65℃条件下加热0.5小时，然后混合、搅拌，真空脱泡15分钟。

步骤十一第一次进硬胶，向进胶漏斗9中加胶，胶流入进胶管8，从铝质模具5底部进胶口6进胶1.8kg，耗时12分钟，进完胶后对模具进行风冷，铝质模具5最高温度为75℃，同时开启震动器7，原位震动，频率为5HZ，震动时间为0.5小时，固化4小时。

步骤十二配硬胶，将环氧树脂及固化剂在70℃条件下加热0.5小时，然后混合、搅拌，真空脱泡15分钟。

步骤十三第二次进硬胶，从端头侧向进胶口3’进胶0.5kg，进完胶后开启震动器7，原位震动，频率为5HZ，震动时间为0.5小时，固化时间3小时。

步骤十四配软胶，将聚氨酯及固化剂在50℃条件下加热1小时，然后混合、搅拌。

步骤十五进软胶，从端头侧向进胶口3’进胶1.0kg，进完胶后开启震动器7，原位震动，频率为5HZ，震动时间为0.5小时，固化时间4小时。脱模即成膜组件的进液端(该端膜丝端口被硬胶封闭)。

浇铸成的膜组件品质评价如下：

1、进液端和出液端的膜丝均呈白色(原色)，没有烧丝现象；

2、进液端和出液端胶表面完好，胶体中没有可见气泡，无需修补；

3、进液端和出液端胶表面完好，没有开裂现象；

4、从进液端和出液端的胶面向内观察，看不到软胶，没有漏软胶现象，说明胶流淌均匀；

5、膜组件检漏过程中，补了3根膜针，说明胶与膜丝之间粘接牢固，软胶起到了保护作用，没有出现断丝和气泡现象；

6、膜组件测试过程中，纯水通量为11.2t/h，满足了设计要求，设计要求为9-12t/h；

7、利用自来水打压测试水质，污染指数(SDI)为1.2，满足技术要求，要求为SDI≤2；

8、浇铸1支膜组件，共耗电8度，与离心浇铸法相比，大大节约了能源。

该膜组件浇铸方法达到了预期效果。

Claims

1.膜组件的浇铸方法，其特征是采用铝质模具，铝质模具底部开有进胶孔，浇铸过程包括以下步骤：

(1).将两端连接有端头的膜管直立，中空纤维膜丝的丝束贯穿管内，丝束的下端超过端头的端口，将该直立膜管的下端装入铝质模具中，并使该端的端头与铝质模具内底面留有间距；

(2).将环氧树脂及胺类固化剂在65℃条件下加热0.5小时，混合、搅拌，真空脱泡15分钟，配成第一次硬胶；

(3).从铝质模具底部进胶口缓慢进第一次硬胶，至胶液面充满铝质模具与端头之间的间距空间并继续上升至端头的端口以上，膜管的管口以下的高度，停止进胶，对铝模具进行风冷，控制铝模具温度低于80℃，同时启动震动器，使膜管在5HZ频率下原位震动0.5小时，固化4小时；

(4).将环氧树脂及固化剂在70℃条件下加热0.5小时，混合、搅拌，真空脱泡15分钟，配成第二次硬胶；

(5).从膜管的端头进胶口侧向进第二次硬胶，使胶液覆盖在第一次硬胶的表面并至胶液面略有上升，停止进胶后启动震动器，使膜管在5HZ频率下原位震动0.5小时，固化3小时；

(6).将聚氨酯及酸酐类固化剂在50℃条件下加热1小时，混合，搅拌，配成软胶；

(7).从膜管的端头进胶口侧向进软胶，使胶液面低于端头进胶口位置，进完胶后开启震动器，使膜管在5HZ频率下原位震动0.5小时，固化4小时；

(8).脱模，将膜管已浇铸端的端头外侧多余的一段硬胶连同中空纤维束端部切断，制成膜组件的出液端；

(9).将膜管的出液端向上，另一端连同端头向下，直立装入铝质模具之中，端头的下端抵达铝质模具内底面；

(10).重复步骤2～步骤7，然后脱模，制成膜组件的进液端。

2.根据权利要求1所述的膜组件的浇铸方法，其特征是将端头的端口部内壁加强筋径向宽度设计成向端口方向渐减。