CN103492052A - 中空纤维膜组件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中空纤维膜组件的制造方法，在利用闸刀式切刀将中空纤维膜集束体的端部切断、开口时，能形成相对于中空纤维膜的长度方向垂直、且无缺口和毛刺等的良好的切断面。本发明涉及以下的中空纤维膜组件的制造方法，在用具有闸刀式切刀的切断装置将二根以上的中空纤维膜的端部由固定用树脂一体化后的中空纤维膜集束体的端部予以切断、使各中空纤维膜的端部开口时，一边利用弯曲弹性模量为1GPa以上、且厚度为1～5mm的支承片材，对中空纤维膜集束体的端部从下方进行支承，一边将所述端部与支承片材一起予以切断。

Description

中空纤维膜组件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种水处理等所使用的中空纤维膜组件的制造方法。

本申请以2011年4月28日在日本申请的专利特愿2011-102024号为基础而要求优先权，并将其内容引用在此。

背景技术

作为制造无菌水、饮料水和高度纯水等所使用的中空纤维膜组件，已知有一种在多根中空纤维膜的端部设有集水用壳体的形态的中空纤维膜组件(例如参照专利文献1)。

这种中空纤维膜组件可利用例如如下的方法进行制造。首先，将多根中空纤维膜收拢，将其端部放入容器。接着，通过将固定用树脂注入容器内使其硬化，从而将中空纤维膜的端部彼此固定、一体化，做成中空纤维膜集束体。

接着，在将中空纤维膜集束体从容器上取下后，切断被固定用树脂一体化的部分，使各中空纤维膜的端部开口。然后，将中空纤维膜集束体的开口后的端部插入壳体内，接着流入粘接用树脂，就可获得在中空纤维膜集束体端部上安装有壳体的中空纤维膜组件。当切断中空纤维膜集束体端部时，也可不取下容器而连容器一起进行切断。

在这种中空纤维膜组件的制造工序中，作为对中空纤维膜集束体端部进行切断的方法，有一种将中空纤维膜集束体放置在台上、用闸刀式的切刀进行切断的方法。具体来说，将中空纤维膜集束体放置成使所要切断的端部从台上露出，使闸刀式切刀下降对露出的部分进行切断。

专利文献1：日本专利特开2009-18283号公报

发明所要解决的课题

但是，在用这种方法切断端部的场合，有时形成的切断面相对于中空纤维膜长度方向不呈垂直的平面而是倾斜的，即不具有直角精度。另外，有时在切断面上还产生固定用树脂的缺口或毛刺。

若切断面倾斜或产生固定用树脂的缺口或毛刺，则在将中空纤维膜集束体插入框体内后就形成多余的间隙，粘接用树脂通过该间隙而流入到中空纤维膜的已开口的端部侧，有可能使中空纤维膜堵塞等。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做成的，其课题在于，提供一种这样的方法：在利用切刀将中空纤维膜集束体的端部进行切断时，能形成相对于中空纤维膜的长度方向垂直、且无缺口和毛刺等的良好的切断面。

用于解决课题的手段

本发明的中空纤维膜组件的制造方法的一形态，具有切断工序，该切断工序利用具有切刀的切断装置，将二根以上的中空纤维膜的端部由固定用树脂一体化后的中空纤维膜集束体的所述端部予以切断，使各中空纤维膜的端部开口，在所述切断工序中，一边利用弯曲弹性模量为1GPa以上、且厚度为1～5mm的支承片材，对所述中空纤维膜集束体的至少所述端部从下方进行支承，一边将所述端部与所述支承片材一起予以切断。

所述支承片材的弯曲弹性模量最好是75GPa以下。

所述支承片材的表面粗糙度用中心线平均粗糙度Ra来表示，最好是0.5μm～10μm。

所述支承片材的材质最好是聚丙烯。

最好是，分二次以上进行所述切断工序。

最好是，在所述切断工序中，一边利用夹具对所述中空纤维膜集束体从上方进行按压一边进行切断，所述夹具的按压面由肖氏硬度A60～99的弹性体形成。

所述支承片材的静止摩擦系数最好是0.2～0.9。

所述切刀的HRC硬度最好是50～65。

所述切刀的向长度方向倾斜的角度最好是5°～20°。

最好是，在所述切断装置，在所述切刀的下方设有引导构件，该引导构件形成有将所述切断工序所产生的切屑引导到规定位置用的斜坡。

发明的效果

采用本发明，当利用切刀切断中空纤维膜集束体的端部时，能形成相对于中空纤维膜的长度方向垂直，且无缺口、毛刺等的良好的切断面。

附图说明

图1是表示用本发明的制造方法制造的中空纤维膜组件的一例子的立体图。

图2是沿图1的中空纤维膜组件的X-X’线的剖视图。

图3A是说明图1的中空纤维膜组件的制造方法的立体图。

图3B是说明图1的中空纤维膜组件的制造方法的立体图。

图3C是说明图1的中空纤维膜组件的制造方法的立体图。

图4是说明切断工序的模式图。

图5是说明切断工序的模式图。

符号说明

10   中空纤维膜组件

20   中空纤维膜集束体

21   中空纤维膜

41   固定用树脂

60   切断装置

62   夹具

62a  按压面

63   闸刀式切刀

65   引导构件

65a  斜坡

68   切屑

70   支承片材

具体实施方式

下面，详细说明本发明。

图1是表示用本发明的制造方法制造的中空纤维膜组件一例子的立体图，图2是沿图1中X-X’线的剖视图。

本例的中空纤维膜组件10包括：具有二根以上的中空纤维膜21的中空纤维膜集束体20；以及设在中空纤维膜集束体20两端部上的集水用的壳体30。在中空纤维膜21的两端部开口并与壳体30内的流道31连通的状态下，利用树脂40固定在壳体30内。

作为中空纤维膜21的材质，例如有聚砜系树脂、聚丙烯腈、纤维素衍生物、聚乙烯和聚丙烯等的聚烯烃、聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯等的氟系树脂、聚酰胺、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯等，可使用含有这些之中一种以上的树脂。另外，也可是这些树脂的共聚物或一部分导入置换基后的材质。

作为壳体30的材质，适合使用具有机械强度和耐久性的材质，例如有聚碳酸酯、聚砜、聚烯烃、PVC(聚氯乙烯)、丙烯基树脂、ABS树脂和改性PPE(聚苯醚)等，可使用含有这些之中一种以上的树脂。

在制造这种中空纤维膜组件10的场合，如图3A所示，首先，将二根以上的中空纤维膜21收拢成片材状，将其两端部放入容器50。接着，在容器50内注入固定用树脂41并使其硬化。固定用树脂41硬化后，在本例中，如图3B所示，从固定用树脂41上取下容器50。由此，获得中空纤维膜21的端部彼此被固定、一体化的中空纤维膜集束体20。作为固定用树脂41，例如有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨脂树脂、硅酮系充填材料和各种热熔树脂。

在中空纤维膜集束体20中，用如下说明的切断装置将被固定用树脂41一体化的部分予以切断，并如图3C所示，使各中空纤维膜21的端部开口(切断工序)。在切断工序中，也可不从中空纤维膜集束体20的端部取下容器50而连容器50一起进行切断。

图4是切断工序所使用的切断装置60。该切断装置60具有：放置作为被切断物的中空纤维膜集束体20的台61；从上方按压以使得切断时中空纤维膜集束体20不移动的液压缸式的夹具62；以及将中空纤维膜集束体20中被固定用树脂41一体化的端部予以切断的闸刀式切刀63。有时将被固定用树脂41一体化的由切断装置60切断的部分称为切断部。

切刀63的下端是刀刃63a，是通过操作切刀驱动构件64并使切刀63从上方向下方铅垂下降、从而将切断部切断的闸刀式的切刀。

夹具62的下表面(按压面)62a，由肖氏硬度A60～99的橡胶等材料形成。

另外，在切断装置60，在闸刀式切刀63的下方，设有引导构件65，该引导构件65形成有将切断工序所产生的切屑引导到规定位置用的斜坡65a。在本例中，在规定位置配置有接收切屑用的箱状的屑容器66.

在利用这种切断装置60进行切断工序时，如图4所示，在台61上水平放置弯曲弹性模量为1GPa以上且厚度为1～5mm的支承片材70，在此之上，放置中空纤维膜集束体20。具体来说，放置成：切断部从台61露出即从台61向切刀63侧延伸，从而当闸刀式切刀63下降时，切刀63的刀刃63a与切断部抵接，能进行切断。此时，支承片材70也配置成从台61露出，支承片材70设置成能对中空纤维膜集束体20的至少切断部从下方进行支承。接着，操作夹具驱动构件67而使夹具62下降，使按压面62a与固定用树脂41接触，从上方按压中空纤维膜集束体20后，如图5所示，操作切刀驱动构件64而使切刀63向下方下降，将切断部与支承片材70一起切断。产生的切屑68顺着引导构件65的斜坡65a而滑落，被收集到屑容器66内。

在如此进行切断工序、且如图3C所示那样使各中空纤维膜21的端部开口后，将该中空纤维膜集束体20的已开口的端部插入壳体30内，接着，流入粘接用树脂42，通过对它们进行粘接，而获得图1及图2的中空纤维膜组件10。作为粘接用树脂42，例如有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨脂树脂、硅酮系树脂等各种树脂。另外，对于粘接用树脂42，从粘接作业上的处理方面看，较好的是使用热熔粘接剂。

在这种切断工序中，由于用支承片材70对中空纤维膜集束体20的切断部从下方进行支承并进行切断，故即使在切断部上作用有来自切刀63的剪切力，切断部也不会向下方挠曲。因此，形成的切断面相对于中空纤维膜21的长度方向大致垂直，直角精度良好，且在切断面也不会产生固定用树脂41的缺口或毛刺。这里，在假设不使用支承片材的场合，中空纤维膜集束体因剪切力而向下方挠曲，因此，切断面倾斜，没有直角精度，发生切断面产生固定用树脂的缺口或毛刺等的问题。

支承片材70的弯曲弹性模量其下限值是1GPa以上，较好的是2GPa以上。低于下限值的支承片材，不能有效地支承中空纤维膜集束体。

另一方面，支承片材70的弯曲弹性模量，较好的是75GPa以下。当支承片材的弯曲弹性模量超过75GPa时，支承片材会过硬，所述切断面产生不良情况。此外，对于切刀63，必需更高的切断力，为了提高切刀63的强度，必须加厚切刀63的刃厚，生产成本上升。此外，刀刃容易出现缺口，增加刀的更换频度，生产成本进一步上升。

另外，弯曲弹性模量的上限值更好的是30GPa以下，还要好的是15GPa以下，特别好的是10GPa以下。支承片材70的弯曲弹性模量为15GPa以下的片材材质往往是树脂性的，容易加工。

这里，支承片材的弯曲弹性模量，可用JIS K7171(塑料-弯曲特性的求出方法)所记载的试验方法来求出。

支承片材也可是使用了铝(模量≒70GPa)的铝片材。

作为参考，现记载金属材料的弯曲弹性模量。铁的弯曲弹性模量是210GPa，铜的弯曲弹性模量大约是130GPa，银和金的弯曲弹性模量大约是78～83GPa。

支承片材70的厚度是1～5mm。更好的是1.5～5mm，还要好的是2～4mm。厚度小于1mm的支承片材不能有效支承中空纤维膜集束体。若厚度是5mm以下，则抑制支承片材70的成本。

支承片材70的硬度要求比切刀63的硬度小，以防止切刀63的变形、开裂和磨损。例如，用作为切刀63材料的工具钢的硬度，用主要表示金属硬度的指标即洛氏硬度HRC(HRC硬度)来表示，较好的是55～65，因此硬度更小的金属或塑料可用作为支承片材。

另外，支承片材的硬度，用主要表示树脂硬度的指标即布氏硬度(HB硬度)来表示，较好的是5～50，更好的是10～40。处于上述范围内的塑料，比金属柔软而不用担心伤害刀具，较轻从而操作性好，特别理想。这里，布氏硬度的测定，可根据JIS Z2243所记载的方法进行。

所述支承片材的表面粗糙度用中心线平均粗糙度Ra来表示，是0.5μm～10μm，较好的是1.0μm～8μm，更好的是2.0μm～7μm。若支承片材的中心平均线粗糙度处于前述范围内，则在切断时固定用树脂41不会滑动，能切断所述切断部。

这里，所述支承片材的表面粗糙度的中心线平均粗糙度Ra，可根据JIS B0601所记载的试验方法而求出。

所述支承片材的静止摩擦系数是0.2～0.9，较好的是0.2～0.8，更好的是0.2～0.7.若支承片材的静止摩擦系数是前述数值的范围内，则在切断时固定用树脂41不会滑动，能良好地切断所述切断部。

作为支承片材的材质，如有PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、ABS(丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物)、PVC(聚氯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等。作为支承片材的材质，较好的是PP(聚丙烯)。当烯烃系的PP(聚丙烯)废弃时即使进行焚烧，也不产生有害气体，有利于环境，且价廉。

另外，作为支承片材的材质，也可例举铝等。

另外，本例的切断装置60，由于作为按压中空纤维膜集束体20的夹具62具有与固定用树脂41接触的按压面62a由肖氏硬度A60～99的弹性体形成的结构，故在切断工序中能可靠地按压中空纤维膜集束体20，能更提高切断面的直角精度。按压面62a的肖氏硬度A较好的是65～90，更好的是70～85。按压面62a的肖氏硬度A若是60以上，则在切断部即使被作用来自切刀63的剪切力，也可克服该剪切力，能够可靠地对中空纤维膜集束体20进行按压。另一方面，肖氏硬度A若是99以下，则用夹具62按压的固定用树脂41的外形即使多少有些不平整，也能吸收该不平整，能可靠地按压中空纤维膜集束体20。这里，肖氏硬度A可根据JIS K6301所示的方法来测定。

作为肖氏硬度A为60～99的弹性体，如有硬质橡胶。与塑料或金属相比，硬质橡胶摩擦系数也大，能抑制固定用树脂41的滑动而形成良好的切断面。具体来说，能例举U(聚氨酯橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、EPDM(乙烯丙烯橡胶)、BR(丁二烯橡胶)、SBR(苯乙烯丁二烯橡胶)、CR(氯丁橡胶)、SR(硅酮橡胶)和NR(天然橡胶)等。它们当中，从耐久性优异考虑，较好的是聚氨酯橡胶。

从上述观点看，支承片材的材质使用PP(聚丙烯)、夹具的按压面使用硬质橡胶的组合是最佳的。

作为用作切刀63材料的工具钢硬度的一例子，就是上述的洛氏硬度HRC(HRC硬度)55～65。用作为切刀63材料的工具钢的洛氏硬度HRC，更好的是58～63，还要好的是59～62。若用作为切刀63材料的工具钢的洛氏硬度HRC是前述数值的范围内，则刀的韧性高，作业效率高。

所述切刀，向长度方向倾斜的角度是5°～20°。所述角度较好的是7°～18°，更好的是10°～15°。切刀的向长度方向倾斜的角度由于是前述数值的范围内，因此，刀的韧性高，作业效率高。

另外，对于本例的切断装置60，在闸刀式切刀63的下方设有形成有斜坡65a的引导构件65，切断工序所产生的切屑68利用斜坡65a而被引导到屑容器66内。因此，作业者可从处于离开闸刀式切刀63的安全位置的屑容器66回收所积存的切屑68，排出到切断装置60外。这里，若没有斜坡，切屑就会积存在闸刀式切刀的大致正下方，有安全方面的问题。另外，作业者必须要小心注意不碰触到刀刃地回收切屑，故生产率下降。

这种切断工序，较好的是分二次以上进行。通过分二次以上进行切断工序，从而可更提高切断面的直角精度。另外，由于可减少每次的切断力，故可延长切刀的寿命，且可获得良好的切断面。若例如进行二次切断工序，则在第一次的切断工序中，进行以使中空纤维膜21端部可靠地开口为目的的切断(粗切)，接着，在第二次的切断工序中，可进行以形成切断面直角精度为目的的切断(精切)。在第一次切断中，例如切下5～50mm左右，在第二次切断中，例如切下0.5～5mm左右。若切断工序仅是一次，则根据固定用树脂41的种类等，有可能不形成充分的直角精度，或有可能产生固定用树脂41的缺口，进而切下的长度过长，有可能在切刀63上施加负荷，切刀63产生缺口。切断工序也可例如进行三次以上，但从生产率方面看，较好的是进行二次。

如以上说明那样，当用具有闸刀式切刀63的切断装置60对二根以上的中空纤维膜21端部由固定用树脂41一体化后的中空纤维膜集束体20端部进行切断、使各中空纤维膜21端部开口时，利用弯曲弹性模量为1GPa以上、且厚度为1～5mm的支承片材70对中空纤维膜集束体20的至少要切断的端部从下方进行支承，同时将该端部与支承片材70一起予以切断，采用这种方法，能形成相对于中空纤维膜21的长度方向垂直、且无缺口、毛刺等的良好的切断面。

产业上的实用性

采用本发明，在利用切刀将中空纤维膜集束体的端部切断时，由于能形成相对于中空纤维膜的长度方向垂直、且无缺口、毛刺等的良好的切断面，因此，在产业上是非常有用的。

Claims (10)

1.一种中空纤维膜组件的制造方法，具有切断工序，该切断工序利用具有切刀的切断装置，将二根以上的中空纤维膜的端部由固定用树脂一体化后的中空纤维膜集束体的所述端部予以切断，使各中空纤维膜的端部开口，该中空纤维膜组件的制造方法的特征在于，

在所述切断工序中，一边利用弯曲弹性模量为1GPa以上、且厚度为1～5mm的支承片材，对所述中空纤维膜集束体的至少所述端部从下方进行支承，一边将所述端部与所述支承片材一起予以切断。

2.如权利要求1所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，所述支承片材的弯曲弹性模量是75GPa以下。

3.如权利要求1或2所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，所述支承片材的表面粗糙度用中心线平均粗糙度Ra来表示，是0.5μm～10μm。

4.如权利要求1～3中任一项所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，所述支承片材的材质是聚丙烯。

5.如权利要求1～4中任一项所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，在所述切断工序中，一边利用夹具对所述中空纤维膜集束体从上方进行按压一边进行切断，所述夹具的按压面由肖氏硬度A60～99的弹性体形成。

6.如权利要求1～4中任一项所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，所述支承片材的静止摩擦系数是0.2～0.9。

7.如权利要求1～5中任一项所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，所述切刀的HRC硬度是50～65。

8.如权利要求1～6中任一项所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，所述切刀的向长度方向倾斜的角度是5°～20°。

9.如权利要求1所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，分二次以上进行所述切断工序。

10.如权利要求1～9中任一项所述的中空纤维膜组件的制造方法，其特征在于，在所述切断装置，在所述切刀的下方设有引导构件，该引导构件形成有将所述切断工序所产生的切屑引导到规定位置用的斜坡。

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