CN103785295B - 一种中空纤维膜组件浇注装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空纤维膜组件浇注装置及其方法，其中膜组件浇注装置由柔性垫、膜组件外壳、连接件、浇注模具、胶粘剂搅拌罐构成。通过添加具有均匀分布孔的柔性垫使得中空纤维膜丝分布均匀且保护膜丝的根部，采用密封剂封堵膜丝的两端防止胶粘剂进入膜丝内部，在胶粘剂搅拌罐中增设超声脱泡装置提高脱泡效率同时使胶粘剂各组分分散均匀，提高膜组件的机械强度。本发明膜组件封头浇注均匀无气泡，避免漏胶开裂现象，同时可有效保护膜丝根部，防止断丝发生。不仅有利于提高中空纤维膜组件的浇注质量，延长膜组件的使用寿命，而且设备投资小，操作便捷，易于实现规模化工业应用。

Description

一种中空纤维膜组件浇注装置及其方法

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，特别是涉及一种中空纤维膜组件浇注装置及其方法。

背景技术

膜分离技术是一种广泛用于液体或气体分离、提纯或浓缩的高新技术。中空纤维膜由于其比表面积大、装填密度高、工艺简单、无支撑层以及生产成本低等特点，成为膜分离技术中的重要分支，广泛应用于化工、环保以及医药等领域。中空纤维膜通常以膜组件为渗透单元，膜组件是由大量中空纤维膜丝通过胶粘剂固化在膜壳体内，形成相对封闭的分离环境。膜组件的浇注质量对渗透单元的性能和效率影响重大，浇注过程中要求胶粘剂内无气泡，胶粘剂流淌均匀（浇注部位填满），不出现机械性丝损伤或因胶温过高（交联反应放热）而烧丝的现象。目前常用的中空纤维浇注法主要有卧式离心浇注法和立式静置浇注法。

卧式离心浇注法是利用高速旋转的离心机使胶粘剂在离心力的作用下填充到膜组件的两端。此方法胶粘剂在离心力的作用下不断推向膜壳的两端，容易将气泡赶出，并且旋转过程带动空气流动，有利于胶粘剂的冷却，防止烧丝现象出现，但是也存在设备成本高，生产效率低，胶粘剂容易被大量甩出，造成胶粘剂的浪费和环境污染问题，膜丝因离心作用而拉伸受力过大，容易对膜丝的过滤层造成机械性破坏，影响产品的质量和膜的分离效果等问题。

立式静置浇注法操作过程简单，设备成本低，生产效率高，但胶粘剂中容易存在气泡，固化后影响浇注层的机械强度，不能有效的承受进水的冲击负荷，出现漏水现象；浇注大组件时膜丝易分布不均并且膜丝之间间距过小导致胶粘剂流淌不均匀等原因易发生漏软胶、开裂现象，软胶无法流到所有膜丝根部，不能对膜丝起到很好的保护作用；浇注过程中，树脂沿纤维壁爬升，使纤维丝比较脆，纤维丝在水处理过程中产生晃动，容易折断，组件的使用寿命缩短。

在中国专利201110425403.7中，将胎具与膜壳体密封连接，在胎具内设置有闭合浅槽的流道，注胶口设置在流道内，采取下漫式注入树脂，确保纤维膜丝束完全浸透粘合剂。在中国专利201210101336.8中，先将中空纤维膜束两端钝化（钝化物质为有机液体增韧剂、高分子树脂溶液等），再用环氧树脂等灌封胶将膜束粘接并固定于组件外壳上。

但以上的方法只是改变胎具的形状和进胶方式或是给膜丝根部浸覆了一层保护层，没有考虑浸覆液对纤维膜表面过滤层的影响，产水长期浸泡浸覆液对水质的影响，膜丝的均匀分布以及胶粘剂的脱泡等问题。目前，对胶粘剂的脱泡大多采用抽真空方式进行，但这种方法耗时长，效率低，对设备的密封性和材质要求高而且脱泡效果不理想。

发明内容

针对现有技术中浇注中空纤维组件方法的局限性，本发明提供了一种中空纤维膜组件浇注装置及其方法。

本发明技术方案如下：一种中空纤维膜组件浇注装置，其特征在于，包括：柔性垫、膜组件外壳、连接件、浇注模具、胶粘剂搅拌罐，所述膜组件外壳内含有柔性垫，所述柔性垫上开有均匀分布的孔；所述孔内贯穿中空纤维膜丝，所述中空纤维膜丝两端用密封剂封堵；所述膜组件外壳通过卡环固定在支架上，所述膜组件外壳通过连接件与浇注模具相连，所述浇注模具底部设有注胶口，所述注胶口通过软管与胶粘剂搅拌罐连接。

所述胶粘剂搅拌罐设有超声脱泡装置、进胶阀、排胶阀和温度表。

所述柔性垫为硅胶垫或柔性树脂垫，其的厚度为5-15mm。

所述柔性垫均匀分布空的数目为3-12个。

所述的一种中空纤维膜组件浇注装置浇注中空纤维膜组件方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：

（1）、将中空纤维膜丝束穿过开有均匀分布孔的柔性垫，使中空纤维膜丝膜丝在柔性垫端面均匀分布，用密封剂封堵中空纤维膜丝的两端，将贯穿中空纤维膜丝束的柔性垫膜丝装填在膜组件外壳膜壳内；

（2）、通过卡环将膜组件外壳固定在支架上，膜组件外壳上端由端盖罩住，另一端通过连接件与浇注模具连接，浇注模具通过软管与胶粘剂搅拌罐连接；

（3）、在胶粘剂搅拌罐里配制胶粘剂，开启搅拌装置并同时启动超声脱泡装置，使胶粘剂各组分分散均匀，待搅拌完成后继续开启超声装置直至气泡消失，制好的胶粘剂备用；

（4）、将配制好的胶粘剂通过软管注入浇注模具中直至柔性垫的底部，组件静态放置固化后脱模；

（5）、将膜组件连接件与浇注模具取下，切除膜组件外壳下端外侧的胶粘剂和中空纤维膜丝，用同样的方法对组件另一端进行浇注，制得所述中空纤维膜组件。

所述密封剂为常温下固化的石蜡或石膏。

所述胶粘剂为环氧树脂或聚氨酯，粘度为600-1000cp。

所述超声装置的频率范围为40-200KHz，功率为50-1000W。

所述搅拌完成后，继续开启超声装置的脱泡时间为10-20min。

所述组件静态放置固化时间为10-20小时。

由于以上技术方案的实施，本发明相较于现有技术具有如下显著特点及优势：

1、采用专用密封剂封堵膜丝的两端，防止胶粘剂因毛细管作用进入膜丝内部，造成膜丝报废；2、添加具有若干均匀分布孔的柔性垫不仅可以使膜丝分布均匀，避免浇注组件时由于膜丝之间间隙过小导致胶粘剂无法渗入而形成漏液，而且柔性垫能保护膜丝的根部，防止断丝的发生，延长膜组件的寿命；3、胶粘剂搅拌罐中增设超声装置可以大大缩短脱泡时间，显著提高胶粘剂的脱泡效率，同时使得胶粘剂中组分分散均匀，粘结牢固，进而增强中空纤维膜组件的机械强度。4、本发明可有效提高中空纤维膜组件的浇注质量，降低生产成本，同时工艺简单，操作便捷，易于实现规模化工业应用。

本发明涉及一种中空纤维膜组件浇注装置及其方法，设备投资小，运行维护成本低，中空纤维膜丝束分布均匀并且能有效保护膜丝根部，封头浇注均匀无气泡，避免漏胶开裂现象，尤其适用于浇注大型中空纤维膜组件，确保膜组件的浇注质量，提高成品率，延长膜组件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明浇注组件的剖视图。

图3为柔性垫的形状结构示意图。

图中：1.中空纤维膜丝；2.柔性垫；3.膜组件外壳；4.连接件；5.浇注模具；6.注胶口；7.密封剂；8.胶粘剂固化层；9.卡环；10.端盖；11.支架；12.软管；13.胶粘剂搅拌罐；14.超声脱泡装置；15.排胶阀；16.进胶阀；17.温度表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1和图2所示，本发明公开了一种中空纤维膜组件浇注装置及其方法，将中空纤维膜丝1穿过开有均匀分布孔的柔性垫2，再用密封剂7封堵中空纤维膜丝1的两端。中空纤维膜丝1束外由膜组件外壳3包裹，柔性垫2与膜组件外壳3紧密贴合，膜组件外壳3通过卡环9固定在支架11上。膜组件外壳3一端由端盖10罩住，另一端通过连接件4与浇注模具5连接。模具5底部设有注胶口6，注胶口6通过软管12与胶粘剂搅拌罐13相连，胶粘剂搅拌罐13设有超声脱泡装置14、进胶阀16、排胶阀15和温度表17。将配制好的胶粘剂注入浇注模具5中直至柔性垫2的底部，组件静态放置固化10-20小时后脱模。将膜组件上连接件与浇注模具取下，切除膜组件外壳两端外侧的胶粘剂和中空纤维膜丝，制得所述中空纤维膜组件。

实施例1

运用本发明公开的浇注中空纤维膜组件的方法，以石蜡为密封剂封堵膜丝的两端，采用的胶粘剂的粘度为700cp，所用超声装置的频率为160KHz，功率为800W，超声脱泡和分散时间为20分钟，柔性垫的厚度为10mm，柔性垫均匀开孔数为12个。按照前述的具体操作流程浇注三根膜组件，分别为组件1、组件2和组件3，浇注后将中空纤维膜组件在常温下固化，固化时间为12小时。固化后，取下模具与膜组件外壳之间的连接件，切除膜组件外壳两端外侧的胶粘剂和中空纤维膜丝，即可得到一端密封好的膜组件，按以上方法再浇注中空纤维膜组件的另一端，即可完成中空纤维膜组件的浇注。浇注完成后观察膜组件浇注层内部的浇注情况，结果参见表1。

对比例1

运用本发明公开的浇注中空纤维膜组件的方法，不使用密封剂封堵膜丝两端，其与条件与实施例1相同。按照前述的具体操作流程浇注三根膜组件，分别为组件4、组件5和组件6，浇注完成后观察膜组件浇注层内部的浇注情况，结果参见表1。

表1实施例1及对比例1的膜组件浇注情况对比

从表1可以看出，用石蜡或石膏等密封剂封堵膜丝的两端可以有效解决浇注过程中胶粘剂因毛细作用而进入膜丝内部，降低组件的有效面积甚至造成膜丝报废的问题。

实施例2

运用本发明公开的浇注中空纤维膜组件的方法，以石膏为密封剂封堵膜丝的两端，采用的胶粘剂的粘度为900cp，用超声装置的频率为200KHz，功率为900W，超声脱泡和分散时间为15分钟，柔性垫的厚度为15mm，柔性垫均匀开孔数为10个。按照前述的具体操作流程浇注三根膜组件，分别为组件1、组件2和组件3，浇注后将中空纤维膜组件在常温下固化，固化时间为15小时。固化后，取下模具与膜组件外壳之间的连接件，切除膜组件外壳两端外侧的胶粘剂和中空纤维膜丝，即可得到一端密封好的膜组件，按以上方法再浇注中空纤维膜组件的另一端，即可完成中空纤维膜组件的浇注。浇注完成后观察浇注层内部的浇注情况，结果参见表2。

对比例2

运用本发明公开的浇注中空纤维膜组件的方法，浇注过程中不使用柔性垫，其与条件与实施例2相同。按照前述的具体操作流程浇注三根膜组件，分别为组件4、组件5和组件6，浇注完成后观察浇注层内部的浇注情况，结果参见表2。

表2实施例2及对比例2的膜组件浇注情况对比

从表2可以看出，在浇注过程中添加具有均匀分布孔的柔性垫不仅可以使膜丝分布均匀，从而避免因胶粘剂无法渗入导致漏液，同时柔性垫能保护膜丝的根部，防止断丝的发生，延长组件的寿命。

实施例3

运用本发明公开的浇注中空纤维膜组件的方法，以石蜡为密封剂封堵膜丝的两端，采用的胶粘剂的粘度为650cp，用超声装置的频率为55KHz，功率为90W，超声脱泡和分散时间为20分钟，柔性垫的厚度为15mm，柔性垫均匀开孔数为10个。按照前述的具体操作流程浇注三根膜组件，分别为组件1、组件2和组件3，浇注后将中空纤维膜组件在常温下固化，固化时间为15小时。固化后，取下模具与膜组件外壳之间的连接件，切除膜组件外壳两端外侧的胶粘剂和中空纤维膜丝，即可得到一端密封好的膜组件，按以上方法再浇注中空纤维膜组件的另一端，即可完成中空纤维膜组件的浇注。浇注完成后观察浇注层内部的浇注情况，结果参见表3。

对比例3

运用本发明公开的浇注中空纤维膜组件的方法，浇注过程中不使用超声装置，胶粘剂搅拌均匀后静止脱泡20分钟，其与条件与实施例3相同。按照前述的具体操作流程浇注三根膜组件，分别为组件4、组件5和组件6，浇注完成后观察浇注层内部的浇注情况，结果参见表3。

表3实施例3及对比例3的膜组件浇注情况对比

从表3可以看出，在胶粘剂搅拌罐中增设超声脱泡装置与传统的静置脱泡相比，可以大大缩短脱泡时间，显著提高胶粘剂的脱泡效率，改善脱泡效果，防止漏液和开裂，同时使胶粘剂中组分分散均匀，粘结牢固，从而有效增强中空纤维膜组件（特别是膜丝根部）的机械强度，延长膜组件的使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中空纤维膜组件浇注装置，其特征在于：包括柔性垫、膜组件外壳、连接件、浇注模具、胶粘剂搅拌罐；所述膜组件外壳内含有柔性垫，所述柔性垫上开有均匀分布的孔；所述孔内贯穿中空纤维膜丝，所述中空纤维膜丝两端用密封剂封堵；所述膜组件外壳通过卡环固定在支架上，所述膜组件外壳通过连接件与浇注模具相连，所述浇注模具底部设有注胶口，所述注胶口通过软管与胶粘剂搅拌罐连接；所述胶粘剂搅拌罐设有超声脱泡装置、进胶阀、排胶阀和温度表。

2.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件浇注装置，其特征在于：所述柔性垫为硅胶垫或柔性树脂垫，其厚度为5-15mm。

3.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件浇注装置，其特征在于：所述柔性垫均匀分布孔的数目为3-12个。

4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种中空纤维膜组件浇注装置浇注中空纤维膜组件方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：

（1）、将中空纤维膜丝束穿过开有均匀分布孔的柔性垫，使中空纤维膜丝在柔性垫端面均匀分布，用密封剂封堵中空纤维膜丝的两端，将贯穿中空纤维膜丝束的柔性垫装填在膜组件外壳内；

（2）、通过卡环将膜组件外壳固定在支架上，膜组件外壳上端由端盖罩住，另一端通过连接件与浇注模具连接，浇注模具通过软管与胶粘剂搅拌罐连接；

（3）、在胶粘剂搅拌罐里配制胶粘剂，开启搅拌装置并启动超声脱泡装置，使胶粘剂各组分分散均匀，待搅拌完成后继续开启超声装置直至气泡消失，制好的胶粘剂备用；

（4）、将配制好的胶粘剂通过软管注入浇注模具中直至柔性垫的底部，组件静态放置固化后脱模；

（5）、将膜组件连接件与浇注模具取下，切除膜组件外壳下端外侧的胶粘剂和中空纤维膜丝，用同样的方法对组件另一端进行浇注，制得所述中空纤维膜组件。

5.根据权利要求4所述的浇注中空纤维膜组件方法，其特征在于：所述步骤（1）中密封剂为常温下固化的石蜡或石膏。

6.根据权利要求4所述的浇注中空纤维膜组件方法，其特征在于：所述步骤（3）中胶粘剂为环氧树脂或聚氨酯，粘度为600-1000cp。

7.根据权利要求4所述的浇注中空纤维膜组件方法，其特征在于：所述步骤（3）中超声装置的频率范围为40-200KHz，功率为50-1000W。

8.根据权利要求4所述的浇注中空纤维膜组件方法，其特征在于：所述步骤（3）中搅拌完成后，继续开启超声装置的脱泡时间为10-20min。

9.根据权利要求4所述的浇注中空纤维膜组件方法，其特征在于：所述步骤（4）中组件静态放置固化时间为10-20小时。