CN102500237B - 一种采用卧式离心浇铸法制作中空纤维膜组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用卧式离心浇铸法制作中空纤维膜组件的方法，其在浇铸前使用有机硅胶封堵膜丝两端的膜壳，保证粘胶剂树脂胶水不会因为膜丝的毛细管作用而导致胶水深入膜丝，造成膜丝的报废；浇铸过程中分两次并从膜组件的侧端口加入粘结剂树脂，分两次加胶可以有效保护端面的膜丝不会因一次性加胶后胶水发热量过大而出现烧丝现象，也能有效的避免向组件内部加入粘胶剂树脂后因人为装配不当等因素而导致胶水被大量的甩出，从而造成胶水的浪费。

Description

一种采用卧式离心浇铸法制作中空纤维膜组件的方法

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜组件的制作方法，具体涉及中空膜组件的离心浇铸方法。

背景技术

膜分离技术是近十几年来发展起来的一门新兴的多学科交叉的高新技术，利用特殊选择透过性的有机高分子材料或无机材料，形成不同形态的膜。中空纤维膜是分离膜领域中的一个重要分支，其中空纤维壁具有选择透过性，可以使气体、液体混合物中某些组分从内腔向外或从外向内腔透过中空纤维壁，而同时对另一些组分具有截留作用。中空纤维膜由于比表面积大，膜组件的装填密度高，工艺简单，所以生产成本一般低于其它类型的膜，且由于没有支撑层故可以反向清洗。因此在大规模的水处理工程中，中空纤维膜的应用有其独特的优势，在城市生活污水处理及工业废水处理等领域受到广泛的关注。

中空纤维膜对物质的选择透过性不单单取决于膜丝使用的材质，还与后期膜丝的处理紧密相关。后期膜丝的处理要严格按照规定操作，如果操作不当会导致膜丝变得干燥、膜丝表面致密的表层被破坏等，降低膜丝的截留分离性能。

目前中空纤维膜的浇铸方法主要有直立式静置浇铸法和卧式离心浇铸法。直立式静置浇铸的主要过程如下：将有机玻璃膜壳直立，垂直放置于浇铸架上，中空纤维膜丝的丝束贯穿管内，丝束下端超过膜壳的端口。第一次配胶后，从膜壳的侧进胶口连接乳胶管进胶，待粘胶剂树脂固化成型后，将膜壳倒置于浇铸架上，第二次配制胶水并以同样方法从膜壳的侧进胶口进胶，等待粘胶剂树脂胶水固化后，将膜壳从浇铸架上取下，切除膜壳两端端口外侧的粘胶剂树脂，获得半成品的膜组件。这种方法虽然操作简单，但存在诸多弊端，诸如1)进胶速度不易控制，胶水固化过程中会释放大量的热，进胶速度过快容易导致局部高温造成膜丝水通量和截留性能的急剧下降；2)胶水固化时间较长，一般需要1～2天的时间，比较耗时；3)组件在直立放置的过程中，膜丝长时间的暴露在空气中，容易使得上端的膜丝变得干燥，造成膜丝性能的下降，影响产水水质；4)粘胶剂树脂胶水中容易夹杂有气泡，固化成型后很大程度上影响了浇铸层的机械强度，不能有效的承受进水的冲击负荷，出现漏水现象，严重影响产水水质；5)静置过程中下端膜丝容易弯曲折散，造成浇铸层膜丝的弯折，影响膜丝进出水的同时还影响了产品的美观。

现有的卧式离心浇铸法为将中空纤维膜丝装入膜组件外壳中，平行固定于离心浇铸机中，一次性将胶粘剂树脂经过离心机高速旋转将粘结剂充填到膜丝之间、膜丝和膜组件外壳之间，树脂在低速旋转状况下固化数小时，待完全固化后膜组件两端的环氧化树脂管板的加工。该方法虽然克服了直立式静置浇铸法的一些弊端例如可有效避免组件长时间直立放置造成上端膜丝过于干燥，下端膜丝过于潮湿的困境，保持膜丝的稳定。但该卧式离心浇铸法也存在其不足，例如，胶粘剂树脂胶水容易因膜丝的毛细管作用而导致胶水深入膜丝，造成膜丝的报废；一次性加胶后胶水发热量过大而出现烧丝现象；以及胶水容易被大量甩出，造成胶粘剂的浪费和环境的污染。此外，由于浇铸的时间需几个小时，中间没有任何检漏步骤，而一旦胶水大量甩出，最后获得的组件完全达不到要求，造成时间的浪费，大大降低了工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的中空纤维膜组件的卧式离心浇铸法。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种采用卧式离心浇铸法制作中空纤维膜组件的方法，其具体包括如下步骤：

(1)、使膜壳平躺放置，将中空纤维膜丝填装在该膜壳内，丝束的长度大于膜壳的长度，根据端盖的纵深长度切齐两端的膜丝，保证端盖闭合时膜丝恰好触碰到端盖的底部；

(2)、使用有机硅胶对中空纤维膜丝的两端面进行封端处理，使得两端面的膜丝的膜孔全部封堵，用螺旋卡圈将端盖固定在膜壳的端面，旋合拧紧卡圈，得膜组件，将其装入离心浇铸设备中；

(3)、配制粘胶剂，备用；

(4)、第一次进胶：将粘胶剂的60％～85％通过加胶机和进胶管从所述膜壳的侧面加入到所述膜壳内，进胶完毕，启动离心浇铸设备，对膜组件进行离心浇铸，转速为100转/min～120转/min，离心浇铸时间为1～3min，完毕，检查浇铸的情况；

(5)、第二次进胶：将剩余的粘胶剂以与步骤(4)相同的方式加入到所述膜壳内，进胶完毕，再次启动离心浇铸设备，对膜组件进行离心浇铸，转速为100转/min～120转/min，离心浇铸时间为20～35min，完毕，检查浇铸的情况；

(6)、在确认无漏胶情况后，再次启动离心浇铸设备，对膜组件进行离心浇铸，转速为90转/min～110转/min，且该步骤的转速小于步骤(4)和(5)的转速，离心浇铸时间为2～3h，完毕，将膜组件取出；

(7)、将膜组件上的螺旋卡圈和端盖取下，将膜壳两端端口外侧的粘胶剂连同中空纤维膜丝一起切平，即得所述中空纤维膜组件。

根据本发明的一个方面，所述进胶管优选为透明的乳胶管，且其管径为2～3mm。步骤(4)中，第一次进胶的量优选为粘胶剂总量的65％～80％。离心浇铸的时间优选为2～5min。步骤(5)中，离心浇铸的时间优选为25～30min。步骤(4)和(5)中，在进胶前，先把粘胶剂分成2～5等重量份，再依次加入。

优选地，所述端盖的材质为铝合金，采取铝合金材质的端盖，散热性能好。

优选地，步骤(2)中，使用的有机硅胶为常温固化型硅胶水，将其均匀涂抹于中空膜丝的两端膜孔，很短一段时间后，即可将膜孔封堵。

根据一个具体方面，步骤(3)中，所述粘胶剂由环氧树脂和缩胺类胶水按照重量比2～5∶1混合而成，该粘胶剂的配制可在常温下进行，不需要加热操作，大大缩短了浇铸过程的时间。

根据又一具体方面，步骤(3)中，所述粘胶剂由环氧树脂、缩胺类胶水以及溶剂混合而成，其中，环氧树脂与缩胺类胶水的重量比为2～5∶1，所述溶剂的添加量占粘胶剂总重量的2％～5％。用于此处的溶剂可以为丙酮，丁酮等溶剂中的一种或多种，没有特别限制。溶剂的加入有利于减缓胶水固化时的放热。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明使用有机硅胶将膜丝两端的膜孔封堵住，并且采取分二次进胶，对进胶的位置(膜壳的侧面)、每次进胶的量以及离心浇铸的时间进行控制，与现有离心浇铸法相比具有如下优势：1)可避免胶水由于膜丝的毛细管效应深入膜丝造成膜丝的不可逆堵塞，防止膜丝报废；2)有效保护端面的膜丝不会因发热量过大而出现烧丝现象；3)有效的避免胶水被大量的甩出，避免胶水的浪费；4)在两次进胶后即对浇铸情况进行检查，一旦发现有漏胶的情况，可采取适当措施补救或重新制作，提高中空纤维膜组件的制作效率。

附图说明

图1为本发明的膜组件及其进胶装置的示意图；

其中：1、加胶罐进胶口；2、加胶罐；3、加胶管；4、侧进胶口；5、螺旋卡圈；6、有机玻璃膜壳；7、端盖；8、膜组件。

具体实施方式

本发明的主要构思为在现有卧式离心浇铸方法的基础上做如下改进：1)浇铸前使用有机硅胶封堵膜丝两端的膜壳，保证粘胶剂树脂胶水不会因为膜丝的毛细管作用而导致胶水深入膜丝而造成膜丝的报废；2)浇铸过程中分两次并从膜组件的侧进胶口加入粘胶剂，如此可以有效保护端面的膜丝不会因一次性加胶后胶水发热量过大而出现烧丝现象，也能有效的避免向组件内部加入粘胶剂树脂后因人为操作不当等因素而导致胶水被大量的甩出，从而造成胶水的浪费；3)胶水中添加了溶剂，可以有效的减缓胶水固化时的快速发热过程。

参见图1，将膜丝装填入膜壳6后使用有机硅胶均匀的涂抹膜丝的两端膜孔，并使用散热性能优异的铝合金端盖7衔接组件的两端面，铝合金端盖7通过螺旋卡圈5与膜壳1端头的螺纹相固定连接，膜组件8通过浇铸设备内置的支撑架上部的夹持圆孔固定，支撑架上设置有用于临时放置加胶罐2(筒型容器)，加胶罐2的一端的螺旋圆孔连接加胶管3(透明乳胶管，管径2～3mm)，加胶管3的另一端接入膜壳6的侧进胶口4，膜组件8以平躺方式置放。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明的中空纤维膜组件的制作方法，其包括如下步骤：

(1)、将有机玻璃膜壳6平躺放置，将中空纤维膜丝装填在有机玻璃膜壳6内，丝束的长度大于有机玻璃膜壳6的长度，根据铝合金端盖7的纵深长度将膜丝的两个端面切齐，保证铝合金端盖7闭合时膜丝恰好触碰到端盖7的底部。

(2)、用有机硅胶对中空纤维膜丝的两端面进行封端处理，保证端面膜丝的膜孔全部封堵，用螺旋卡圈5将铝合金端盖7固定在有机玻璃膜壳6的两侧端面，旋合拧紧螺旋卡圈5后，将膜组件8装入离心浇铸设备中。

(3)、将环氧树脂和缩胺类胶水按照重量比2～5∶1配比(或还可以加入占胶粘剂总量的2wt％～5wt％的溶剂例如丙酮，丁酮等)，混合搅拌均匀后制成粘胶剂备用。

(4)、第一次进胶：将大部分(60％～80％)的粘胶剂均分为两份从加胶罐进胶口1处快速加入加胶罐2中，开启离心浇铸设备的驱动电机，频率为10～15Hz，转速为100转/min～120转/min，1～3min后关闭电机；

(5)、第二次进胶：将剩余的粘胶剂均分两份快速加入加胶罐2中，开启电机，设置频率为10～15Hz，转速为100转/min～120转/min，20～35min后关闭浇铸机，检查浇铸情况，观察是否有漏胶情况。

(6)、确认无漏胶后，启动电机，设置电机频率为8～13Hz，转速为90转/min～110转/min，2～3h后关闭电机，将膜组件8取出。

(7)、将螺旋卡圈5和铝合金端盖7取下，用锯刀将膜壳两端端口外侧的粘胶剂树脂连同中空纤维膜丝一起切下，再用手术刀修饰切口端面，使端面平整即得中空膜组件。

按照上述方法浇铸的膜组件的外观形态和测试性能如下：

1、两端膜丝的颜色没有发生变化，说明在浇铸过程中分布加胶有效减缓了粘胶剂树脂放热量过大对膜丝的影响；

2、浇铸端面切开后，端面膜丝较平整，没有出现折散现象，说明卧式浇铸能有效的解决常规静置浇铸端面膜丝折散的情况；

3、对膜组件进行最大进水压力测试后，测得膜组件在使用中最大的进水压力为0.3Mpa，完全符合常规组件的性能要求，说明从组件侧进胶口进入组件内部的粘胶剂树脂与膜壳内壁的结合性能很好；

4、在对膜组件进行检漏的过程中，没有发现有断丝的情况，说明在浇铸的过程中离心力不会使膜丝出现断丝的现象，不会影响膜丝的后处理操作；

5、在对膜丝产水流量进行测试后，测得水通量为2.5t/h，满足设计要求，设计要求为2t/h。

6、使用牛血清蛋白测试膜丝的截留率，测得数据为对切割分子量为67000的牛血清蛋白截留率为99％，完全符合设计要求。

以下是根据本发明的具体实施例以及对比例。

实施例1～4

按照规定的配比(环氧树脂∶缩胺类固化剂＝3∶1)将环氧树脂和缩胺类固化剂混合搅拌，采用搅拌的方式使环氧树脂和缩胺类固化剂混合均匀，在进行中空纤维膜组件的浇铸时，分两次将胶水加入到浇铸部位，第一次加入胶水总量的70～80％，2～5min后第二次将剩余的胶水全部加入到浇铸部位。按照前述的具体操作流程浇铸四支膜组件，浇铸完成后，将膜壳两端外侧的粘胶剂树脂连同中空纤维膜丝一齐切平，然后观察浇铸层内部的浇铸情况，结果参见表1。

对比例1～4

按照规定的配比(环氧树脂∶缩胺类固化剂＝3∶1)将环氧树脂和缩胺类固化剂混合搅拌，采用搅拌的方式使环氧树脂和缩胺类固化剂混合均匀，在进行中空纤维膜组件的浇铸时，一次性将胶水加入到浇铸部位。按照前述的具体操作流程浇铸四支膜组件，浇铸完成后，将膜壳两端外侧的粘胶剂树脂连同中空纤维膜丝一齐切平，然后观察浇铸层内部的浇铸情况，结果参见表1。

表1实施例1～4及对比例1～4的浇铸情况

实施例	加胶次数	浇铸情况
			实施例1	2	浇铸层端面符合要求
实施例2	2	浇铸层端面符合要求
			实施例3	2	浇铸层端面符合要求
实施例4	2	浇铸层端面符合要求
			对比例1	1	浇铸层端面变黑
对比例2	1	浇铸层端面变黑
			对比例3	1	管壳边缘和设备内部出现大量胶水
对比例4	1	浇铸层端面变黑

从表1可以看出，采用两次加胶的方式所制备的膜组件，其浇铸层端面切开后，通过观察浇铸层发现端面膜丝颜色没有发现变化，无胶水甩出情况。而一次性加入全部胶水的方式所制备的膜组件，会出现以下两种情况：1、浇铸端面切开后，发现与浇铸层接触的膜丝全部变黑，出现烧丝现象；2、大部分胶水被甩出。

实施例5～8

将膜丝装填入膜壳中，根据铝合金端盖的纵深长度切齐两端的膜丝，使用抹胶刀将有机硅胶均匀的涂抹在膜组件两端的端面，涂抹力度保持适中，只需保证有机硅胶能将膜丝端面的膜孔全部封堵即可，涂抹结束后检查膜孔是否完全封堵。待硅胶凝固后，轻轻挤压膜丝端面，使膜丝与膜丝之间分散开，并再次检查膜孔是否有脱胶情况，并及时修补，等胶水凝固后即可进行下一步操作。按照前述的具体操作流程浇铸四支膜组件，浇铸完成后，将膜壳两端外侧的粘胶剂树脂连同中空纤维膜丝一齐切平，然后观察浇铸层内部的浇铸情况，结果参见表2。

对比例5～8

将膜丝装填入膜壳中，根据铝合金端盖的纵深长度切齐两端的膜丝，用螺旋卡圈将铝合金端盖固定在膜壳的端面，旋合拧紧卡圈后将膜组件装入浇铸设备中进行浇铸操作。省去在膜丝端面的膜壳涂覆有机硅胶步骤，其他操作按照前述的具体操作流程浇铸四支膜组件，浇铸完成后，将膜壳两端外侧的粘胶剂树脂连同中空纤维膜丝一齐切平，然后观察浇铸层内部的浇铸情况，结果参见表2。

表2实施例5～8及对比例5～8的浇铸情况

从表2可以看出，在膜丝的端面膜孔涂覆有机硅胶可以有效的解决膜组件浇铸过程中出现粘胶剂树脂胶水容易因为膜丝的毛细管作用而深入膜丝内部，造成膜丝的不可逆封堵，降低膜组件的过滤截留性能。

实施例9～12

取4捆长度为10cm的膜丝，将膜丝分别装置于4只塑料杯中，按照规定的配比(环氧树脂∶缩胺类固化剂＝2～5∶1)将环氧树脂和缩胺类固化剂混合搅拌均匀，随后加入胶水总重量2～5％的溶剂，搅拌均匀后得粘胶剂，分别在4只装有膜丝的塑料杯中加入等量的粘胶剂，1h后观察浇铸层内部的浇铸情况，结果参见表3。

对比例9～12

取4捆长度为10cm的膜丝，将膜丝分别装置于4只塑料杯中，按照规定的配比(环氧树脂∶缩胺类固化剂＝2～5∶1)将环氧树脂和缩胺类固化剂混合搅拌均匀得粘胶剂，分别在4只装有膜丝的塑料杯中加入等量的不添加溶剂的胶水，1h后观察浇铸层内部的浇铸情况，结果参见表3。

表3实施例9～12及对比例9～12的浇铸情况

实施例	是否添加溶剂	浇铸情况
			实施例9	是	浇铸层上部和内部膜丝符合要求
实施例10	是	浇铸层上部和内部膜丝符合要求
			实施例11	是	浇铸层上部和内部膜丝符合要求
实施例12	是	浇铸层上部和内部膜丝符合要求

对比例9	否	浇铸层上部和内部膜丝变黑
			对比例10	否	浇铸层上部和内部膜丝变黑
对比例11	否	浇铸层上部和内部膜丝变黑
			对比例12	否	浇铸层上部和内部膜丝变黑

从表3可以看出，在粘胶剂树脂胶水中添加固定比例的溶剂能有效的减缓浇铸过程中胶水固化过程中的发热情况，从而有效保护端部的膜丝不会因为胶水固化过程中短时间内发热量过大发生烧丝的现象。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种采用卧式离心浇铸法制作中空纤维膜组件的方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：

（1）、使膜壳平躺放置，将中空纤维膜丝填装在该膜壳内，丝束的长度大于膜壳的长度，根据端盖的纵深长度切齐两端的膜丝，保证端盖闭合时膜丝恰好触碰到端盖的底部；

    （2）、使用有机硅胶对中空纤维膜丝的两端面进行封端处理，使得两端面的膜丝的膜孔全部封堵，用螺旋卡圈将端盖固定在膜壳的端面，旋合拧紧螺旋卡圈，得膜组件，将其装入离心浇铸设备中；

    （3）、配制粘胶剂，备用；   

    （4）、第一次进胶：将粘胶剂的60%~85%通过加胶机和进胶管从所述膜壳的侧面加入到所述膜壳内，进胶完毕，启动离心浇铸设备，对膜组件进行离心浇铸，转速为100转/min~120转/min，离心浇铸时间为 1~3min，完毕，检查浇铸的情况；

（5）、第二次进胶：将剩余的粘胶剂以与步骤（4）相同的方式加入到所述膜壳内，进胶完毕，再次启动离心浇铸设备，对膜组件进行离心浇铸，转速为100转/min~120转/min，离心浇铸时间为20~35min，完毕，检查浇铸的情况；

（6）、在确认无漏胶情况后，再次启动离心浇铸设备，对膜组件进行离心浇铸，转速为90转/min~110转/min，且该步骤的转速小于步骤（4）和（5）的转速，离心浇铸时间为2~3h，完毕，将膜组件取出；

（7）、将膜组件上的螺旋卡圈和端盖取下，将膜壳两端端口外侧的粘胶剂连同中空纤维膜丝一起切平，即得所述中空纤维膜组件。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述进胶管为透明的乳胶管，且其管径为2~3mm。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中，第一次进胶的量为粘胶剂总量的65%~80%。

4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中，所述离心浇铸的时间为25~30min。

5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）和（5）中，在进胶前，先把粘胶剂分成2~5等重量份，再依次加入。

6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述端盖的材质为铝合金。

7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，使用的有机硅胶为常温固化型硅胶水。

8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述粘胶剂由环氧树脂和缩胺类胶水按照重量比2~5:1混合而成。

9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述粘胶剂由环氧树脂、缩胺类胶水以及溶剂混合而成，其中，环氧树脂与缩胺类胶水的重量比为2~5:1，所述溶剂的添加量占粘胶剂总重量的2%~5%。

10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮或丁酮或二者的混合物。