CN103007778A - 一种增强型中空纤维复合膜的制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型中空纤维复合膜的制备方法以及制备增强型中空纤维复合膜的装置，制备装置包括纺丝釜，纺丝釜内的铸模液通过纺丝泵、过滤器进入喷丝头，长纤维自线盘引出后经过张力控制装置进入喷丝头，芯液罐内的芯液进入喷丝头后喷出，成型的增强型中空纤维复合膜经过凝胶槽凝胶后收于收丝轮上。本发明的纤维复合增强型中空纤维复合膜通过加入纤维后，一方面，提高了中空纤维复合膜的强度，在运行过程中可以加大曝气量，从而降低膜的污染；另一方面可以采用清洗剂对该膜进行反洗。
Description
技术领域
本发明涉及污水净化处理技术领域，具体的说，本发明涉及一种增强型中空纤维复合膜的制备方法及装置。
背景技术
中空纤维膜作为膜的一种形式，它具有抗压性能好、无需支撑体，膜组件可为任意大小和形状，在膜组件内具有填装密度高、单位体积的膜面积大、通量大等优点，现已被国内广泛应用于市政污水处理、中水回用和医药化工等领域中。然而，为了维持膜的通量和减少膜的污染，在工程运行中常采用紊流曝气间歇出水和空曝等措施，使得中空纤维膜在使用的过程中不断地摆动，在这过程中，中空纤维膜很容易由于强度不高，而发生断裂而影响出水的质量。
为了提高中空纤维膜的强度，许多高校和科学院所都在开展高强度中空纤维膜的研究，采用NIPS法制备中空纤维膜时，可通过调节膜材料和制备工艺或者在制备中加入纳米氧化物，在一定程度上可提高中空纤维膜的强度，但是，提高的效果不明显。采用TIPS法 制备中空纤维膜，在一定程度上也可提供中空纤维膜的强度，但是，该方法成本高，耗能大，制备出的中空纤维膜的抗污染性不好。
目前，用于制备高强度膜丝的常用方法是，在支撑管上涂覆一层铸膜液，然后进入凝固液进行相分离，从而制备增强型中空纤维膜，这种方法可以制备高强度的膜丝，但是这种增强中空纤维膜是先采用高速编织机编织外径为1-2mm的支撑管，然后采用特殊的涂膜头，在支撑管的外表面涂覆一层膜液，最后进入凝固浴凝胶制备膜。这种方法制备增强中空纤维膜分为两个步骤，一个是支撑管的编织，另一个是涂覆铸膜液成型。对于支撑管的编织由于不能使涂覆在支撑管表面的铸膜液渗透到支撑管内部，因此，编织的支撑管的密度大，生产过程分为两个步骤工艺复杂，这样制备的增强中空纤维膜的制造成本高。
针对现有技术存在的缺陷，提出本发明。
发明内容
鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种增强型中空纤维复合膜的制备方法，以及制备增强型中空纤维复合膜的装置。
为实现上述发明目的，一种增强型中空纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将长纤维从线盘中引出，长纤维经过张力控制装置，然后将长纤维穿过喷丝头上板上的针管；
（2）开启送丝机和收丝机，调节送丝机和收丝机的转速使整套装备稳定运转起来；
（3）向纺丝釜中加入铸膜液，然后向纺丝釜中加压，使铸膜液依次通过过滤器、纺丝泵后，进入喷丝头的锥形料腔内；
（4）向芯液罐中加入芯液，芯液为水和纺丝溶剂的混合液，然后向芯液罐加压，使芯液通过芯液管后从喷丝头喷出。
（5）铸模液与长纤维在喷丝头内的锥形料腔充分复合后，与芯液共同通过喷丝头喷出成型为增强型中空纤维复合膜，然后进入凝胶槽，最后收集于收丝轮上。
其中，
所述的步骤（1）中，所述的长纤维从线盘引出后，先经过有机溶剂进行预处理，使长纤维中的油洗净，使纤维能够分散开。
所述的步骤（3）中，向纺丝釜加压的压强为0.05～0.5MPa。
所述的步骤（4）中，所述芯液中，水和溶剂的比例为100：0-0：100，芯液罐加压压强为0.05～0.5MPa。
所述的步骤（4）中，所述的增强型中空纤维复合膜成型后，经过一段空气间隙后再进入凝胶槽。
本发明还提供了一种用于制备增强型中空纤维复合膜的装置，包括纺丝釜，纺丝釜内的铸膜液通过纺丝泵、过滤器进入喷丝头，长纤维自线盘引出后经过张力控制装置进入喷丝头，芯液罐内的芯液进入喷丝头后喷出，成型的增强型中空纤维复合膜经过凝胶槽凝 胶后收于收丝轮上，喷丝头包括密封盖合上板和下板，下板中部设有锥形料腔，下板的底面设有一喷丝口与锥形料腔的顶部连通，下板的侧面开设有进料通道，进料通道与锥形料腔连通，上板的中心位置开设有一容纳芯液管的圆孔，芯液管嵌入圆孔后，芯液管的末端端部伸至喷丝口处；圆孔的四周开设有容纳长纤维针管的针孔，长纤维针管嵌入针孔后，长纤维针管的末端端部伸至锥形料腔的锥顶部内，长纤维针管的末端端部与喷丝口的间距为2-10mm。
所述的圆孔四周均布有四个针孔，针孔外圆与圆孔外圆相切设置。
所述的上板下部设有一圆台，所述的下板上部设有一与圆台配合实现密封盖合的内凹部。
所述的下板底面一体设有一凸起圆柱，凸起圆柱内设有一通孔，该通孔与所述的喷丝口连通。
所述的上板通过螺栓固定在下板上。
本发明的有益效果是：本发明的纤维复合增强型中空纤维复合膜通过加入纤维后，一方面，提高了中空纤维复合膜的强度，在运行过程中可以加大曝气量，从而降低膜的污染；另一方面可以采用清洗剂对该膜进行反洗。再者，可以采用内压的形式运行该增强膜，从而扩大了该膜的使用范围。本发明制备增强型中空纤维膜是一步成型，制造工艺简单，操作简便，大大降低了制备增强中空纤维膜的成本。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1是本发明总体结构示意图；
图2为本发明的总体结构示意图；
图3为图2中I部局部俯视放大图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施例进行说明。参照附图，
本实施例首先详细介绍增强型中空纤维复合膜制备装置，然后结合装置具体介绍本发明的增强型中空纤维复合膜的制备方法。
如图1、图2、图3所示，本发明的制备增强型中空纤维复合膜的装置，包括纺丝釜9，纺丝釜9内的铸膜液通过过滤器10、纺丝泵11进入喷丝头16，长纤维自线盘12引出后经过溶剂槽13预洗后，在张力控制装置14的导向下进入喷丝头16，芯液罐15内的芯液进入喷丝头16后喷出，成型的增强型中空纤维复合膜经过凝胶槽17、18凝胶后收于收丝轮19上。
其中，喷丝头16包括密封盖合上板2和下板1，下板1中部设有锥形料腔3，下板1的底面设有一喷丝口4与锥形料腔3的顶部连通，锥形料腔3用于容纳铸膜液，下板1的侧面开设有使铸膜液进入的进料通道5，进料通道5与锥形料腔3连通，上板2的中心位置开设有一容纳芯液管6的圆孔7，芯液管6嵌入圆孔7后，芯液管6的末端端部伸至喷丝口4处；圆孔7的四周均布开设有四个针孔8，针孔8外圆与圆孔7外圆相切设置。长纤维针管9嵌入针孔8后，长纤维针管91的末端端部伸至锥形料腔3的锥顶部31内，长纤维针管91的末端端部与喷丝口4的间距为2-10mm。
其中，上板2下部设有一圆台21，下板1上部设有一与圆台21配合实现密封盖合的内凹部。下板1底面一体设有一凸起圆柱11，凸起圆柱111内设有一通孔121，该通孔121与喷丝口4连通。上板2通过螺栓101固定在下板1上。
长纤维通过长纤维针管3进入锥形料腔3内的铸膜液中，由于长纤维针管3与喷丝口4之间有间距，使得长纤维在喷出喷丝口4之前，充分与铸膜液进行复合，之后通过芯液管6与喷丝口4之间的间隙喷出。
下面，具体介绍本发明增强型中空纤维复合膜的制备方法。
实施例1：
一种纤维复合增强型中空纤维复合膜，按照聚偏氟乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇按照重量比6：14：70：1：9混合配料，在65℃左右下进行搅拌，形成均 相溶液，然后采用负压0.1MPa进行脱泡6h，脱泡后制成的铸膜液放置于纺丝釜9中，然后，按照以下方法制备纤维复合增强型中空纤维复合膜：
（1）将2根涤纶纤维从线盘12中引出，然后经过溶剂槽13进行预处理，使涤纶纤维中的油洗净，使其微细纤维能分散开；
（2）将涤纶纤维经过张力控制装置14，然后将涤纶纤维穿过喷丝头16上相应的针管；
（3）然后依次将涤纶纤维通过导轮进入1#凝胶槽17）、2#凝胶槽18和收丝轮19，收丝机收卷速度10m/min；
（4）将铸膜液原料通入纺丝釜9中，然后向纺丝釜9中加压0.2MPa，使铸膜液依次通过过滤器10、纺丝泵11和喷丝头16；
（5）向芯液罐15中加入溶液，该溶液是水和二甲基甲酰胺的混合物，比为90：10。然后向芯液罐中加压0.2MPa，使芯液通过喷丝头16；
（6）纤维复合增强型中空纤维复合膜在通过喷丝头16成型后，经过20cm的空气间隙，然后依次进入1#凝胶槽17）、2#凝胶槽18，最后收于收丝轮19上。
（7）收丝轮收集一定数量的膜丝后，剪切收捆进行后处理。
得到的纤维复合增强型中空纤维复合膜进行下述性能测定：
（1）使用半干法孔径测定仪测定了所得到中空纤维复合膜的平均孔径是0.1微米；
（2）使用拉伸机测定的中空纤维复合膜的断裂拉伸力是12.5N；
（3）使用通量测定仪在0.lMPa压力下测定的所述中空纤维复合膜在25℃与1大气压下的纯水通量是280L/m2.h。
比较例1
中空纤维复合膜，按照聚偏氟乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇按照重量比6：14：70：1：9混合配料，在65℃下搅拌，形成均相溶液，然后采用负压0.1MPa进行脱泡6h，脱泡后制成的铸膜液放置于纺丝釜9中，然后，按照以下方法制备中空纤维复合膜：
（1）开启收丝机，将收丝机的速度调为10m/min;
（2）将铸模液原料通入纺丝釜9中，然后向纺丝釜9中加压0.2MPa，使铸膜液依次通过过滤器10、纺丝泵11和喷丝头16；
（3）向芯液罐15中加入溶液，该溶液是水和二甲基甲酰胺的混合物，比为90：10。然后向芯液罐15中加压0.2MPa，使芯液通过喷丝头16；
（4）铸膜液在通过喷丝头16成型后，经过20cm的空气间隙，然后依次进入1#凝胶槽17）、2#凝胶槽18，最后收于收丝轮19上；
（5）收丝轮收集一定数量的膜丝后，剪切收捆进行后处理；得到的纤维复合增强型中空纤维复合膜断裂拉伸力是3.5N。
实施例2
一种纤维复合增强型中空纤维复合膜，按照聚偏氟乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇按照重量比1：16：70：12：1混合配料，在65℃下搅拌，形成均相溶液，然后采用负压0.1MPa进行脱泡6h，脱泡后制成的铸膜液放置于纺丝釜9中，然后，按照以下方法制备纤维复合增强型中空纤维复合膜：
（1）将4根芳纶纤维从线盘12中引出，然后经过溶剂槽13进行预处理，使芳纶纤维中的油洗净；
（2）将芳纶纤维经过张力控制装置14，然后将芳纶纤维穿过喷丝头16上的相应的针管；
（3）然后依次将芳纶纤维通过导轮进入1#凝胶槽17）、2#凝胶槽18和收丝轮19，收丝机收卷速度8m/min；
（4）将铸模液原料通入纺丝釜9中，然后向纺丝釜9中加压0.2MPa，使铸膜液依次通过过滤器10、纺丝泵11和喷丝头16；
（5）向芯液罐15中加入溶液，水和二甲基甲酰胺比为100：0。然后向芯液罐中加压0.2MPa，使芯液通过喷丝头16；
（6）纤维复合增强型中空纤维复合膜在通过喷丝头16成型后，经过18cm的空气间隙，然后依次进入1#凝胶槽17）、2#凝胶槽18，最后收于收丝轮19上；
（7）收丝轮收集一定数量的膜丝后，剪切收捆进行后处理。
得到的纤维复合增强型中空纤维复合膜进行的性能为：
平均孔径是0.2微米，内径为1.0毫米，外径为1.8毫米；拉伸断裂力是58.3N；在25℃与1大气压下的纯水通量是1050L/m2.h。
比较例2
纺丝时不加芳纶纤维，其余同上。所得膜丝拉伸断裂力是3.1N。
实施例3
一种纤维复合增强型中空纤维复合膜，按照聚偏氟乙烯树脂、聚醚砜、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和氯化锂按照重量比16：3：70：2：8：1混合配料，在70℃下搅拌，形成均相溶液，然后采用负压0.1MPa进行脱泡12h，脱泡后制成的铸膜液放置于纺丝釜9中，然后，按照以下方法制备纤维复合增强型中空纤维复合膜：
（1）将3根涤纶纤维从线盘12中引出，然后经过溶剂槽13进行预处理，使涤纶纤维中的油细净，使其微细纤维能分散开；
（2）将涤纶纤维经过张力控制装置14，然后将芳纶纤维穿过喷丝头16上相应的针管；
（3）然后依次将涤纶纤维通过导轮进入1#凝胶槽17）、2#凝胶槽18和收丝轮19，收丝机收卷速度8m/min。
（4）将铸模液原料通入纺丝釜9中，然后向纺丝釜9中加压0.2MPa，使铸膜液依次通过过滤器10、纺丝泵11和喷丝头16；
（5）向芯液罐15中加入溶液，该溶液是水和二甲基甲酰胺的混合物，比为80：20。然后向芯液罐中加压0.2MPa，使芯液通过喷丝头16；
（6）纤维复合增强型中空纤维复合膜在通过喷丝头15成型后，经过25cm的空气间隙，然后依次进入纯水入1#凝胶槽17）、2#凝胶槽18，最后收于收丝轮19上；
（7）收丝轮收集一定数量的膜丝后，剪切收捆进行后处理。得到的纤维复合增强型中空纤维复合膜的性能为：平均孔径是0.05微米，内径为0.8毫米，外径为1.3毫米；拉伸断裂力是25.2N；在25℃与1大气压下的纯水通量是250L/m2.h。
比较例3
纺丝时不加涤纶纤维，其余同上。所得膜丝拉伸断裂力是2.8N。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种增强型中空纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将长纤维从线盘中引出，长纤维经过张力控制装置，然后将长纤维穿过喷丝头上板上的针管；
（2）开启送丝机和收丝机，调节送丝机和收丝机的转速使整套装备稳定运转起来；
（3）向纺丝釜中加入铸膜液，然后向纺丝釜中加压，使铸膜液依次通过过滤器、纺丝泵后，进入喷丝头的锥形料腔内；
（4）向芯液罐中加入芯液，然后向芯液罐加压，使芯液通过芯液管后从喷丝头喷出。
（5）铸膜液与长纤维在喷丝头内的锥形料腔充分复合后，与芯液共同通过喷丝头喷出成型为增强型中空纤维复合膜，然后进入凝胶槽，最后收集于收丝轮上。
2.根据权利要求1所述的一种增强型中空纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，所述的长纤维从线盘引出后，先经过有机溶剂进行预处理，使长纤维中的油洗净，使纤维能够分散开。
3.根据权利要求1所述的一种增强型中空纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，向纺丝釜加压的压强为0.05～0.5MPa。
4.根据权利要求1所述的一种增强型中空纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（4）中，所述芯液为水、溶剂或者二者的混合，其中，水和溶剂的比例为100：0-0：100，芯液罐加压压强为0.05～0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的一种增强型中空纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤（4）中，所述的增强型中空纤维复合膜成型后，经过一段空气间隙后再进入凝胶槽。
6.一种用于制备增强型中空纤维复合膜的装置，包括纺丝釜，纺丝釜内的铸膜液通过纺丝泵、过滤器进入喷丝头，长纤维自线盘引出后经过张力控制装置进入喷丝头，芯液罐内的芯液进入喷丝头后喷出，成型的增强型中空纤维复合膜经过凝胶槽凝胶后收于收丝轮上，其特征在于，所述的喷丝头包括密封盖合上板和下板，下板中部设有锥形料腔，下板的底面设有一喷丝口与锥形料腔的顶部连通，下板的侧面开设有进料通道，进料通道与锥形料腔连通，上板的中心位置开设有一容纳芯液管的圆孔，芯液管嵌入圆孔后，芯液管的末端端部伸至喷丝口处；圆孔的四周开设有容纳长纤维针管的针孔，长纤维针管嵌入针孔后，长纤维针管的末端端部伸至锥形料腔的锥顶部内，长纤维针管的末端端部与喷丝口的间距为2-10mm。
7.根据权利要求6所述的一种用于制备增强型中空纤维复合膜的装置，其特征在于，所述的圆孔四周均布有四个针孔，针孔外圆与圆孔外圆相切设置。
8.根据权利要求6所述的一种用于制备增强型中空纤维复合膜的装置，其特征在于，所述的上板下部设有一圆台，所述的下板上部设有一与圆台配合实现密封盖合的内凹部。
9.根据权利要求6所述的一种用于制备增强型中空纤维复合膜的装置，其特征在于，所述的下板底面一体设有一凸起圆柱，凸起圆柱内设有一通孔，该通孔与所述的喷丝口连通。
10.根据权利要求6所述的一种用于制备增强型中空纤维复合膜的装置，其特征在于，所述的上板通过螺栓固定在下板上。
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