CN102596540A - 中空状连续体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种中空状连续体制造方法，将一对中空状物体配置成各自端部彼此相互接触、或者各自端部的外周面与一个连接用部件接触后，使其端部整体在被压缩变形后接合。

Description

中空状连续体的制造方法
技术领域
本发明涉及用于中空纤维膜制造的支撑体或者用作中空纤维膜等的中空状连续体的制造方法。
背景技术
近年，对于环境污染的关心增高，与环境相关的各种法律规定得以强化，在各种领域中采取了针对环境污染的对策。例如，在水处理领域，正在研究采用小型过滤膜的处理，来用于将污染物质高度分离。
但是，在将过滤膜用于水处理的情况下，要求具备高的机械物性(例如耐压性、抗拉强度等)。作为制造机械强度优异的多孔质过滤膜的方法，已经提出的中空纤维膜制造方法是将中空状的织成筒状的编带用作中空纤维膜支撑体(参照专利文献1、2、3)。该制造方法中，具体为从环状喷嘴的中心孔送出中空纤维膜制造用支撑体，在该中空纤维膜制造用支撑体外周涂敷从环状喷嘴外周排出的成膜原液并使其凝固，从而得到中空纤维膜。
在上述制造方法中，为了得到长的中空纤维膜，中空纤维膜制造用支撑体也有必要是长的物体，通常，由于所述中空纤维膜制造用支撑体的长度短于中空纤维膜的希望长度，因此必须将多个支撑体进行接合。
在中空纤维膜的制造工序中，通过工序中具有接近中空纤维膜的外径并且具有像管那样闭合形状的通过部。因此，使用通过将中空纤维膜制造用支撑体彼此相连等制作得到的连续体时，由于接合部的外径大于其他部分，因此难以使中空纤维膜连续移动地通过工序。
作为将中空纤维膜制造用支撑体彼此接合的方法，已知的有例如公知的采用接合器(splicer)的方法。但是，采用接合器的接合方法由于需要熟练的技术，因此难以将中空纤维膜制造用支撑体彼此适当接合，在它们未被适当接合的情况下，会产生接合强度不足、接合部直径大等不良状况。其结果会导致中空纤维膜制造用支撑体的接合部分在环状喷嘴的中心孔堵塞或者卡住，降低制造工序的稳定性。
而对于实心绳体的接合方法，至今已经提出有各种方法。例如，专利文献4中提出了如下方法：将塑料制圆绳平行地重合或者绞合，以一定间隔进行局部加热加压，从而交替形成热熔接部和非热熔接部，使绳体接合。
但是，在将专利文献4中记载的接合方法应用于中空纤维膜制造用支撑体这样的中空状物体的情况下，热熔接部为仅小于两根中空状物体重合后大小的程度，而且非热熔接部为两根中空状物重合后的大小。因此，使用专利文献4中记载的接合方法会在被接合的侧面形成高低差，在使所得到的连续体在环状喷嘴的中心孔等外径受到限制的部分穿过时，会产生堵塞或者卡住，中空纤维膜的制造稳定性下降。
另外，还提出有如下方法：在将伸缩绳体缠绕编织后，沿着针迹折叠重合，通过超声波振动或者加热来进行熔接(参照专利文献5)。但是，专利文献5中的熔接不是将两根绳体接合成一根连续体。另外，由于熔接对象物为实心绳体，因此在被接合的侧面的某个部分会形成高低差。
另一方面，还提出有如下方法：在中空状物体的中空部插入芯材，对芯材和中空状物体进行超声波熔接(参照专利文献6)。但是，在专利文献6的接合方法中，由于为了得到希望的接合强度而有必要将端部分别接合，因此接合部长。除此之外，由于将芯材插入中空部，因此接合部中空状物体的柔软性下降。在使中空状物体连续移动时，当用于移动方向变更等的转动引导部件、固定引导部件移动时，如上所述的接合部柔软性下降会导致对于引导的追随性下降，对中空状物体的稳定移动造成妨碍。尤其担心接合长度越长则其影响越大。而且，还需要使用芯材，能够想到成本以及操作性方面的负荷也会增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭52-81076号公报
专利文献2：日本特开平5-7746号公报
专利文献3：国际公开第04/43579号小册子
专利文献4：日本特开昭50-4358号公报
专利文献5：日本专利第2962243号公报
专利文献6：日本特开2008-105014号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供一种如下的中空状连续体制造方法，其能够防止以中空纤维膜制造法支撑体为代表的中空状物体的接合部分的接合强度不足以及直径大等不良状况，在柔软性没有受到很大损害的情况下防止了中空纤维膜制造、加工时的工序稳定性下降。
用于解决课题的方法
本发明的主旨为一种中空状连续体制造方法，将一对中空状物体配置成各自端部彼此相互接触、或者各自端部的外周面与一个连接用部件接触后，使其端部整体在被压缩变形后接合。
发明的效果
根据本发明的中空状连续体制造方法，能够制造如下中空状连续体：能够防止中空状物体的接合部分的接合强度不足以及直径大等不良状况，在柔软性没有受到很大损害的情况下防止了中空纤维膜制造、加工时的工序稳定性下降。
附图说明
图1是表示本发明的中空状连续体制造方法的一个实施方式例中使用的连接装置的立体图。
图2是表示使中空状物相邻地插入连接夹具(jig)状态的图。
图3是表示将一对中空状物体的端部插入连接夹具的槽中形态的剖视图。
图4是表示插入槽中的一对中空状物体的端部通过超声波模具(horn)压缩变形后形态的剖视图。
具体实施方式
本申请发明中所说的中空状物体是指具有沿着长度方向连续的空间部的物体，例如内部为中空状的纤维、将实心的单丝或者复丝织成或者编成的内部为中空状的物体、像海绵那样的具有连续或者不连续的空隙部的多孔质体，更具体地可以列举中空纤维、中空编带(組紐)、中空针织绳(編紐)、中空纤维膜(系膜)等。
中空部的形状并没有特别限定，优选为大致圆形形状。中空状物体的外径并没有特别限定，优选为0.5～5mm。另外，其内径优选为0.2～4mm。此外，所述内径优选设定为使得中空状物体的中空部的体积达到根据中空状物体的外径求出的中空状物体体积容量的10～90％，优选达到20～80％。
中空状物体的材质并没有特别限定，优选能够熔接的材质。具体可列举聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚丙烯腈、纤维素乙酸酯、聚偏二氟乙烯等。它们可以单独使用，也可以组合多种来使用。
一对中空状物体可以由相同原材料构成，也可以不同，还可以是它们多个的组合。
本发明中，将一对中空状物体配置成各自端部彼此相互接触、或者各自端部的外周面与一个连接用部件接触。
在将一对中空状物体配置成各自端部彼此相互接触的情况下，接触部分的在纤维纵向接触部分的长度可根据所希望的接合强度、被接合的柔软性适当决定，但是考虑到反复使用所得到的中空状连续体时的稳定性等，优选(纤维纵向接触部分的长度A(mm))/(一对中空状物体各自的外径中较大一方的外径(mm))的比在1以上。该比超过30时，在接合时当使中空状物体变形时所需要的力增大，用于接合的装置具有大型化的倾向。
并且，中空状物体被接合部分与其它部分相比容易变得硬直，在使中空状连续体沿着引导部件等移动的情况下，接合部从引导部件表面上升，存在中空状物体从引导部件脱落的可能。
因此，之后相当于接合部分长度的接触部分长度A优选为5mm～150mm，更优选为5mm～100mm，最优选为10mm～40mm的范围。通过使接触部分长度为所述的范围并将该部分接合，能够得到接合强度高而且柔软性也优异的中空状连续体。
并且，在使中空状物体彼此接触时，由于能够容易制造侧面不具有高低差的中空状连续体，因此优选以各中空状物体端部轴心位于沿垂直方向的同一直线上来接触。
以下，针对将一对中空状物体配置成各自端部的外周面与一个连接用部件接触的情况进行说明。
连接用部件是用于将中空状物体彼此接合的部件，优选能够容易与中空状物体接合并且能够维持稳定通过中空纤维膜制造工序、加工工序所需要的接合强度、柔软性的部件，具体可列举纤维束、中空或者是实心的编带、中空或者实心的编带、纤维编织物的带状物、多孔质棒状物、多孔质带状物等。另外，在使接合部压缩变形并接合时，从得到侧面没有高低差的中空状连续体方面讲，优选压缩变形时的体积减少率大的物体作为连接用部件，作为这种连接用部件，可列举中空纤维束、中空编带、中空针织绳、中空纤维膜、中空状多孔质物、中空状网、管(tube)等。
作为连接用部件，从热特性、抗药品特性等方面讲，优选使用由与进行接合的中空状物体相同的原材料构成的部件。
连接用部件配置成与一对中空状物体各自端部的外周面接触。
该情况下，由于接触部成为连接部，因此为了有效进行连接，优选使得接触面大，尽量不产生间隙地进行密合。
本发明中，将一对中空状物体配置成各自端部彼此相互接触、或者各自端部的外周面与一个连接用部件接触后，使其端部压缩变形。
作为进行压缩变形的方法，并没有特别限定，例如可以列举通过重锤、气缸等施加一定负载的方法。尤其是在采用气缸的情况下，能够通过供给空气压力的增减来变更所施加的负载，而且能够通过阀等使供给空气的气缸供给方向反转，简便地进行负载的施加、去除。
本发明中，在使中空状物体的端部压缩变形后，进行中空状物体彼此或者中空状物体与接合用部件的接合。
作为进行接合的方法，可列举通过粘接剂进行接合的方法、通过熔接进行接合的方法。
通过粘接剂进行接合的情况下，其方法并没有特别限定，例如可列举下述等方法：在中空状物体彼此或者中空状物体与接合用部件的连接面上涂敷适量的粘接剂后插入连接夹具，在使其压缩变形的状态下使粘接剂固化，以所希望的形状进行接合。作为使用的粘接剂，可列举溶剂蒸发型、热熔型、反应固化型等。另外，根据连接时间、柔软性、连接强度等所希望的条件来适宜选择粘接剂即可。另外，作为用于接合的粘接剂量，优选根据中空状物体或者接合用部件的空隙率选择如下程度的量：在使接合部压缩变形时，粘接剂在中空状物体彼此或者中空状物体与接合用部件的接合面上充分浸透，从接合面向外部大量流出，不附着在连接夹具上。另外，在粘接剂附着在连接夹具内表面并固化的情况下，为了使粘结部与连接夹具能够容易地分离，可预先进行剥离性表面处理，例如涂敷氟系树脂。
通过熔接进行接合的情况下，其方法并没有特别限定，例如可列举下述等方法：使加热后的连接夹具直接与中空状物体接触的同时使中空状物体压缩变形，以所希望的形状进行熔接从而接合的方法；使用预先未加热的连接夹具进行压缩变形后，与加热后的连接夹具接触，进行熔接从而接合的方法。关于此时的加热温度，例如在使聚对苯二甲酸乙二醇酯熔接的情况下，优选为熔点附近温度的250℃至280℃程度。另外，本发明中所说的熔接是指将一对中空状物体端部彼此重合后部分的局部或者全部熔融后的状态。另外，有备于熔接时熔融后的中空状物体彼此或者接合用部件附着在连接夹具内表面并且冷却固化的情况，为了使粘接部与连接夹具能够容易地分离，优选预先实施剥离性表面处理，在熔接温度高的情况下，优选预先实施耐热剥离性表面处理。
通过熔接进行接合的情况下，在熔接状态下撤离加热后的连接夹具时，由于熔接物的形状未被固定，因此有必要暂且使连接夹具冷却，但采用超声波进行熔接时，由于进行熔接的超声波模具、连接夹具等未加热，并且能够实现短时间处理，因此最优选进行采用超声波进行熔接。另外，在超声波熔接的情况下，由于连接夹具的温度不上升，因此连接夹具内表面的剥离性表面处理能够采用通常的氟系树脂涂敷。
以下，针对进行超声波熔接情况下的制造例进行具体说明。
本制造例中，为了将相邻的一对中空状物体的端部整体以所述端部彼此相互重合的方式压缩变形，采用图1以及图2所示的具备超声波模具1和连接夹具2的连接装置。
本制造例的超声波模具1的下表面1a是与中空状物体3a以及3b接触的面，从下表面向中空状物体3a、3b传播超声波。
本制造例的连接夹具2是矩形形状的板，从板的一边朝向与该边相对的边以直线形成有槽2a，该槽2a的深度为能够将一对中空状物体3a、3b重叠收纳。
在使用了上述超声波模具1和连接夹具2的熔接中，如图3所示，将中空状物体的端部3c、3d分别插入连接夹具2的槽2a中，接着，如图4所示，将超声波模具1的前端插入槽2a中将端部3c、3d挤压到槽2a的底部，以端部3c、3d彼此重合的方式使相邻的中空状物体3a、3b的端部3c、3d压缩变形。然后，维持该压缩变形状态，在该状态下，从超声波模具1向相邻的中空状物体3a、3b的端部3c、3d传播超声波来进行熔接。
在使用上述超声波模具1将中空状物体3a、3b彼此熔接的情况下，在中空状物体3a、3b的接触部产生摩擦引起的局部发热，导致被接合部分产生热变形，进行熔接，或者表面的氧化覆膜消失导致界面活性化，产生分子间结合，因此，即使在中空状物体3a、3b的纤维间或多孔质部等存在水等液体的湿状态下，液体也从熔接界面蒸发、移动，能够进行熔接。
该压缩变形的情况下，所得到的中空状连续体的工序稳定性更高，因此，优选使压缩变形后的、一对中空状物体的端部彼此重合部分的、垂直于长度方向的截面的形状(以下称作截面形状)与压缩变形前的一个中空状物体的截面形状大致相同，也就是为大致圆形形状。
为了使压缩变形后的、一对中空状物体的端部彼此重合部分的截面形状与压缩变形前的一个中空状物体的截面形状大致相同，能够采用如下方法：例如，如图1所示，作为超声波模具1，使用在下表面1a形成有凹陷为圆弧状的槽的模具，作为连接夹具2，使用形成有U字状槽2a的夹具。在上述连接夹具2的槽2a中插入超声波模具1时，形成截面形状大致为圆形的空洞部。
在使用上述连接夹具2以及超声波模具1的情况下，有时在它们之间产生微小间隙，在超声波熔接后产生毛刺状物体，但是只要无损工序通过性，即便产生毛刺状物体也无所谓。
使用上述连接夹具2和超声波模具1时，能够将相邻的中空状物体3a、3b的端部3c、3d一次性熔接。通过将相邻的中空状物体3a、3b的端部3c、3d一次性熔接，能够更容易地得到所希望的接合强度。
关于使中空状物体的各端部压缩变形的同时进行超声波熔接处理时的、为了使中空状物体压缩变形而施加的推力(表面压力)以及超声波振荡时间，根据超声波模具的种类、中空状物体的种类、所希望的接合强度以及柔软性来适当选择即可。
另外，关于用于进行超声波熔接的超声波焊接机(welder)的最大功率、振荡频率，只要能够进行熔接，则没有特别限定，根据接合条件适当选择最大功率为30W至2500W、振荡频率为60kHz至15.15kHz程度范围的市场销售的焊接机即可。
关于为了使中空状物体压缩变形而施加的推力(表面压力)，只要能够施加所希望的推力，则可以使用任何方法。例如，可列举利用了重锤、弹簧、人力的方法或者使用空气压力、液压的方法等。其中，利用了空气压力的气缸的动力源是空气，使用市场销售的压缩器等，使用调节器调整至所希望的压力，能够容易地提供。气缸能够通过改变供给压力而容易地变更推力，能够应对各种条件，使用便利。关于该情况下的推力，能够通过由气缸直径求得的截面积与气缸供给压力的积来求出推力。
例如，使用最大功率为300W、振荡频率为28.5kHz的超声波焊接机和直径为32mm的气缸，使外径为2.5mm、内径为1.2mm程度的中空状编带(聚对苯二甲酸乙二醇酯，830dtex-96fil×16打)彼此并排成2.5～30mm程度来接合，该情况下，优选使振荡时间为0.4～2秒程度，推力为50～400N程度(气缸供给压力为0.06MPa～0.51MPa程度)。
如上所述，本制造例的制造方法中，由于使相邻的一对中空状物体的端部整体而不是局部以所述端部彼此相互重合的方式压缩变形并熔接，因此能够防止中空状物体的接合部分的接合强度不足以及直径大等不良状况，能够防止所得到的中空状连续体的侧面产生高低差。这是由于通过超声波熔接处理压缩了中空状物体的空间部，发生如空间部减少或者消失那样的变形。
因此，所得到的中空状连续体成为一条直线状，在外径受到限制的部分穿过时难以堵塞或者卡住。另外，由于柔软性没有受到很大损害，因此中空状物体的移动稳定，防止了中空纤维膜制造、加工时的工序稳定性下降。
另外，根据上述制造例的中空状连续体制造方法，不仅能够缩短接合时间，而且由于不需对超声波模具、连接夹具等加热，因此防止了对它们的熔接。另外，由于进行超声波熔接，所以无论中空状物体为干还是湿的状态，都能在相同条件下接合。因此，能够高效制造中空状连续体。
通过上述制造方法得到的中空状连续体能够适宜于作为制造中空纤维膜时使用的支撑体。
作为使用中空状连续体作为支撑体来制造中空纤维膜的具体方法，可列举下述方法：从环状喷嘴的中心孔送出中空状连续体，在该中空状连续体外周涂敷从环状喷嘴外周排出的成膜原液并使其凝固，从而形成中空纤维膜的连续体，将其切断来得到中空纤维膜。
另外，将压缩变形后的、一对中空状物体的一个端部彼此重合部分截面形状设为了大致圆形形状，但只要不损害外径受到限制的部分的通过性，可以为任何形状(例如椭圆形、三角形、四边形等)。
并且，本发明中也可以将相邻的一对中空状物体的端部分别进行熔接并最终将整体熔接。但是，该情况下，会存在熔接部热收缩而非熔接部膨胀从而有损所得到的中空状连续体的移动稳定性。另外，由于后续熔接处理作用于在先进行熔接处理的端部而成为过熔，因此有时得不到所希望的接合强度。由于这些情况，优选如上述实施方式例那样使相邻的一对中空状物体的端部整体一次性熔接。
实施例
以下，基于实施例进一步详细说明本发明。
此外，在中空状物体的接合中，使用了图1以及图2所示的具备连接夹具2和超声波模具1的超声波焊接机。
(连接夹具)
使用了凹陷成U字状的深度C为6.1mm的槽2a形成为直线的连接夹具。
(超声波焊接机)
使用了精电舍电子工业株式会社制作的SONOPET 302S-G-M(最大输出功率为300W，振荡频率为28.5kHz)。
关于所使用的超声波模具1，其前端宽度E为2.2mm，长度D为40mm，在作为挤压面的下表面1a上形成有沿着长度方向凹陷成圆弧状的槽，沿垂直方向上下移动。另外，超声波模具1设置成其前端能够进入连接夹具2的槽2a。
使用低速度用气缸提供超声波模具1上下移动的动力。向该气缸供给通过减压阀调整了压力并通过低速度用速度控制器调整了排气速度的空气。
设置限制器(stopper)以使超声波模具1的前端在即将达到连接夹具2的槽2a的底面之前停止，防止了超声波模具1的前端与连接夹具2的槽2a的底面的接触。
(实施例1～18)
将表1～3所示组合的中空状物体(A)3a与中空状物体(B)3b接合来得到中空状物体的连续体。
具体地，在连接夹具2的槽2a内插入中空状物体(A)3a的端部3c，接着，将中空状物体(B)3b的端部3d以表1～3所示并排长度并排着插入。接着，在表1～3所示条件下，向气缸供给空气使超声波模具1下降，向中空状物体(A)3a以及中空状物体(B)3b施加推力(表面压力)。
然后，使相邻的中空状物体(A)3a以及中空状物体(B)3b的端部3c、3d的整体以端部3c、3d彼此相互重合的方式压缩变形(参照图4)，在该状态下振荡产生超声波。由此，使中空状物体(A)3a与中空状物体(B)3b进行超声波熔接并接合，得到中空状连续体。实施例18中，从与实施例16相同的中空状物体(A)、(B)各自的端部向中空部插入能够供给水的注射器(syringe)的针头，在200KPa的加压压力下向中空部供给水，供给至水从中空状物体端部的外表面流出，使中空状物体为湿状态。
使用株式会社今田(IMADA CO.，LTD)制作的数字式测力计(ZP-500N)如下测定所得到的中空状连续体的接合部分的接合强度。
首先，在中空状连续体的两端制作能够挂住钩(hook)的环，将一个环挂在固定的钩上，将另一个环挂在数字式测力计的钩上。接着，使数字式测力计的拉伸移动方向为大致垂直方向或者水平方向，在中空状连续体上不作用拉伸张力的状态下接通数字式测力计的电源，将显示值复位为0。然后，手动进行拉伸，利用峰值保持功能测定了断裂负载。断裂负载的测定进行两次，求出其平均值。测定结果表示在表1～3中。
表1：
Figure BDA0000143686480000101
Figure BDA0000143686480000111
表2：
Figure BDA0000143686480000112
表3：
Figure BDA0000143686480000122
实施例1～18中均为所得到的中空状连续体的接合部分的断裂负载都充分高。另外，接合部分的截面形状与压缩变形前的中空状物体的截面形状基本相同。因此，使实施例1～11中所得中空状连续体穿过环行喷嘴的中心孔时，在接合部分没有卡住，顺畅地通过。另外，使实施例12～18中所得中空状连续体通过中空纤维膜制造工序时，同实施例1～11一样，在接合部分没有卡住，顺畅地通过。因此，防止了中空纤维膜制造中工序稳定性下降。
另外，通过比较实施例16与实施例18判明，无论接合的中空状物体是干还是湿，均体现出充分的接合强度。
产业上的可利用性
本发明的制造方法可用于防止了中空状物体的接合部分的接合强度不足以及直径大等不良状况、在柔软性没有受到很大损害的情况下防止了中空纤维膜制造、加工时的工序稳定性下降的、中空状连续体的制造。
符号说明：
1-超声波模具，1a-下表面，2-连接夹具，2a-槽，3a、3b-中空状物体，3c、3d-端部，A-并排长度，B-槽宽，C-槽深，D-超声波模具长度，E-超声波模具宽度，d1-中空状物体外径，d2-中空状物体内径。

Claims (7)

1.一种中空状连续体制造方法，其特征在于，
将一对中空状物体配置成各自端部彼此相互接触、或者各自端部的外周面与一个连接用部件接触后，使其端部整体在被压缩变形后接合。
2.根据权利要求1所述的中空状连续体制造方法，其特征在于，
通过熔接来接合端部。
3.根据权利要求2所述的中空状连续体制造方法，其特征在于，
通过超声波熔接来接合端部。
4.根据权利要求1所述的中空状连续体制造方法，其特征在于，
被接合的部分在纤维纵向的长度为150mm以下。
5.根据权利要求1所述的中空状连续体制造方法，其特征在于，
中空状物体为从编带、针织绳、中空纤维膜选择的任意一种以上。
6.根据权利要求1所述的中空状连续体制造方法，其特征在于，
连接用部件为中空状。
7.根据权利要求6所述的中空状连续体制造方法，其特征在于，
连接用部件由与中空状物体相同的原材料构成。
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