CN103949161A - 一种新型中空纤维膜滤芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种新型中空纤维膜滤芯及其制造方法，其滤芯包括密封体（1）、中空纤维膜（2）、滤芯端盖（3）和产水管（6），净化水出口（5）。所述密封体具有立体结构，中空纤维膜丝开口端从密封体外表面穿过密封层到其内表面。其特征是所述密封体包括保护层（9）、外支撑层（8）、密封层（10）和内支撑层（7），保护层、外支撑层、密封层和内支撑层由外向内紧密结合在一起。所述滤芯端盖下沿和产水管（6）上沿与密封体上下边沿紧密结合在一起。该滤芯的制造方法至少包括制模，穿绕中空纤维膜丝，浇铸密封层三个步骤。本发明滤芯具有结构简单，中空纤维膜丝不易折断，滤芯强度较高，节省材料，便于制造的特点。

Description

一种新型中空纤维膜滤芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜滤芯，具体涉及一种具有新型结构的中空纤维膜滤芯及其制造方法。

背景技术

膜分离技术是一种广泛应用于溶液或气体物质分离、浓缩和提纯的分离技术。膜壁微孔密布，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为滤出液，而大分子溶质被膜截留，达到物质分离及浓缩的目的。在净水行业中，使用中空纤维膜做成滤芯来过滤净化水质的技术被广泛运用。

公知的中空纤维膜滤芯有二种形式，一种是将多根中空纤维膜丝聚集在一起，用密封材料密封中空纤维膜丝两端。让中空纤维膜丝均匀分散在密封材料中。并让中空纤维膜丝一端内管保持封闭，另一端膜丝内管的保持畅通。膜丝两端分别与滤芯壳体用密封材料密封固定；另一种滤芯是将中纤维膜丝绕成“U”形，多根中空纤维膜丝聚集在一起，用密封材料密封固定“U”形开口端，并保持膜丝管畅通。中空纤维膜丝均匀分散在密封材料中，膜丝“U”形开口端与滤芯壳体用密封材料密封固定。这二种中空纤维膜滤芯的共同特点是，滤芯形状均为长管状，未净化水经过膜丝管壁滤膜过滤后，所得净水化从中空纤维膜管开口端流出；中空纤维膜内管开口端与壳体间的密封固定材料制作的密封层为平板状结构；中空纤维膜管开口端在净水装置下端固定。

发明专利201310474735.3公开了一种中空纤维膜滤芯，包括净水单元、产水管、滤芯壳，净水单元包括中空纤维膜、密封层。所述中空纤维膜由多条中空纤维膜丝汇聚而成，中空纤维膜丝绕成“U形”，其特征是所述密封层结构为密闭中空立方体，密封层上设有开口，开口贯通密封层，所述密封层中空立方体安放在滤芯中，密封层在滤芯中间固定，密封层底部外表面与滤芯壳底上表面保持间距。本发明滤芯具有中空纤维膜组件填充密度高、料液侧压降低的特征。同时具有框板式滤芯料液流速高、抗污染、易清洗的特征。滤芯制作成本低，有较高的产水速度，膜的使用效率高，污垢不易沉积，便于清洗维护。

上述滤芯存在不足，一是所述产水管包括导向槽、进水孔、导向柱，定位装置等结构复杂。二是采用粘合材料包括环氧树脂、聚氨脂树脂、聚烯烃树脂等固化的密封层，密封层强度不够，不适宜较大型滤芯。三是密封层外壁与中空纤维膜接触处中空膜丝，由于制造时易产生毛细效应，密封液体向中空纤维膜根部爬升，造成根部中空纤维膜丝变脆，容易折断。

传统的中空纤维膜滤芯密封头为平面结构，其制造方法为立式静置浇铸法或卧式离心浇铸法。先将中空纤维膜束放入筒状壳体内，中空纤维束密封端长度超过壳体密封端长度，用一活动密封盖密封端部，壳体和活动密封盖构成完整浇铸模。然后向模具内注入液态密封材料如环氧树脂、聚氨脂树脂、聚烯烃树脂等，液态密封材料在重力或者离心力作用下固化形成密封头部。最后移除密封盖，剪截去除中空纤维膜开口端，制得滤芯。密封头部将未净化水和净化水分隔，未净化水通过中空纤维膜过滤得到净化水。

传统的制造方法，其浇铸模具由滤芯的筒状壳体端部与活动密封盖构成，加工完成后要移除密封盖，剪截去除超过壳体端部的多余密封层，不但浪费材料而且费时费力；还有，传统方法制作的滤芯其中空纤维膜管在产水端表面分布不均匀、不规整；再有传统的滤芯制造方法也不适宜制造具有立体密封头部的中空纤维膜滤芯。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种新型中空纤维膜滤芯及其制造方法，该滤芯结构简单，立体密封头部有较高的强度，制造时中空纤维膜丝不产生毛细效应，中空纤维膜管在产水端表面分布均匀、规整，中空纤维膜根部不容易折断。

为达上述目的，本发明的技术方案是：一种新型中空纤维膜滤芯及其制造方法，如图1所示，包括滤芯和外壳（4），滤芯包括密封体（1）、中空纤维膜（2）、滤芯端盖（3）和产水管（6），净化水出口（5）。所述中空纤维膜丝开口端从密封体外表面穿过密封层到其内表面。其特征是所述密封体包括保护层（9）、支撑层、密封层（10），所述支撑层由外支撑层（8）和内支撑层（7）或者由外支撑层、内支撑层其中之一构成，保护层、外支撑层、密封层和内支撑层由外向内紧密结合在一起。

所述中空纤维膜可使用反渗透膜、纳米滤膜、超滤膜和微滤膜。材料包括聚乙烯、聚丙烯、纤维素，醋酸纤维素、聚偏氟乙烯等，以及他们的复合材料。所述密封层，由粘合材料固化形成，粘合材料包括环氧树脂、聚氨脂树脂、聚烯烃树脂等。所述支撑层，可以由不锈钢、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚氨脂树脂等材料制成。所述保护层由硅胶、软树脂等弹性体材料制成，保护层紧密环绕在中空纤维膜与密封体结合处的中空纤维膜四周。

本中空纤维膜滤芯，其制造方法至少包括以下步骤：1、制模。先将内、外支撑层制成内、外支撑筒。如图7、图8所示，将内、外支撑筒从上到下分布排数、列数相同，直径大小与中空纤维膜丝外径相当的内筒通孔（81），外筒通孔（71）。外支撑筒（16）内直径比内支撑筒（15）外直径大4～100mm；制作底模（12），如图8所示，底模包括外凸沿（13）、内凸沿（14）。内外凸沿由两同心圆柱体构成，所述外凸沿内径大于外支撑筒外径，内凸沿外径小于内支撑筒内径；将保护层套合或者涂覆在外支撑层的外表面上；将外支撑筒插入外凸沿（13）内，内支撑筒套放在内凸沿（14）外；如图6所示，对齐通孔位置。用GN代表从支撑筒上通孔所在的纵坐标位置，Dn和dn分别代表外筒和内筒从左到右通孔所在的横坐标位置。让外支撑筒上坐标序号为（Dn，GN）的通孔与内支撑筒上坐标序号为（dn，GN）的通孔的轴心在同一高度H平面内，所述通孔与轴心连线a、连线b经过同一高度的支撑筒圆心O。内、外支撑筒与模板（12）构成完整的浇铸模具。

2、穿丝。为防止生产时异物落入，先将中空纤维膜丝开口端(11)用粘合材料如紫外线胶或者加热融合方式封闭，如图6、图10所示，其封闭长度m为1～20 mm。采用插入或者牵引的方式让中空纤维膜开口端依次穿过保护层、外支撑层和内支撑层,并让中空纤维膜开口端超出内支撑层内壁，超出长度为M,M≥m。

3、浇铸。向模具内浇铸密封层。密封层粘合材料包括环氧树脂、聚氨脂树脂、聚烯烃树脂等。采用传统的立式静置浇铸法或卧式离心浇铸法固化密封层。等待密封层完全固化后，剪截去除中空纤维膜开口端密封部分，让中空纤维膜开口端畅通。支撑层、保护层、密封层一起构成本新型中空纤维膜滤芯的密封体。后在密封体上下端安装滤芯盖及产水管，经过试压及产品检验制得本新型中空纤维膜滤芯。

本发明滤芯，所述保护层紧密环绕在中空纤维膜与密封体结合处的中空纤维膜四周。保护层由硅胶、软树脂等弹性体材料制成，一方面增加了根部膜丝的强度和柔韧度，保护了膜丝根部，使其不易折断，另一方面封堵了浇铸时，密封层液体向中空纤维膜根部爬升的空间，避免了外壁与中空纤维膜接触处中空膜丝制造时发生毛细效应。

其次，本新型中空纤维膜滤芯制成后，外支撑筒（16）成为外支撑层（8），内支撑筒（15）成为内支撑层（7）。不用拆除保护层（9）、外支撑筒（16）、内支撑筒（15）等模具，便于制作。滤芯制成后所述保护层（9）、外支撑层（8）、内支撑层（7）既作为滤芯的密封体，不但增强了滤芯密封体强度，而且规整了中空纤维膜膜丝的整齐分布，可以制作出各种理想形状，排列整齐的中空纤维膜出水端。再者，本新型中空纤维膜滤芯所述产水管（6）与密封体使用粘接剂或直接加热融合在一起，结构简单。

进一步，本新型中空纤维膜滤芯，密封体的制作不用剪截去除超过壳体端部的多余密封层，不但节约了材料而且省时省力。

本发明滤芯具有结构简单，中空纤维膜丝不易折断，滤芯强度高，节省材料，便于制造的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明

图1是本发明中空纤维膜滤芯结构示意图

图2是本发明中空纤维膜滤芯府视图

图3是本发明中空纤维膜滤芯剖面示意图

图4是本发明中空纤维膜滤芯A-A剖面示意图

图5是本发明中空纤维滤膜芯生产模具示意图

图6是本发明中空纤维膜滤芯生产模具A-A剖面示意图

图7是本发明中空纤维膜滤芯生产内外支撑筒结构图

图8是本发明中空纤维膜滤芯生产底模结构示意图

图9是本发明中空纤维膜滤芯生产内外支撑筒结构展开示意图

图10是本发明中空纤维膜滤芯中空纤维膜与密封体连接处局部放大示意图

图11是本发明中空纤维膜滤芯简化结构一示意图

图12是本发明中空纤维膜滤芯简化结构二示意图

图13是本发明中空纤维膜滤芯具体运用示意图

具体实施方式

一种新型中空纤维膜滤芯及其制造方法，如图1所示，包括滤芯和外壳（4），滤芯包括密封体（1）、中空纤维膜（2）、滤芯端盖（3）和产水管（6），净化水出口（5）。所述中空纤维膜丝开口端从密封体外表面穿过密封层到其内表面。其特征是所述密封体包括保护层（9）、外支撑层（8）、密封层（12）和内支撑层（7），保护层、外支撑层、密封层和内支撑层由外向内紧密结合在一起。所述滤芯端盖下沿和产水管（6）上沿分别与密封体上下边沿紧密结合在一起。

未净化水从中空纤维膜丝外表面进入中空纤维膜内管，中空纤维膜内管的净化水通过产水管(6)收集在一起，过滤除去细菌或微生物在内的直径在0.1um或者更细微的微粒，达到净化水质目的。

本中空纤维膜滤芯，其制造方法如下：将内、外支撑层制成内、外支撑筒，图7、图8、图9所示，外支撑筒（16）内直径为54mm,厚度为1mm,内支撑筒（15）外直径为36mm。内支撑筒从上到下分布10排（G1-G10），32列（d1～d32）直径与中空纤维膜外径大小相当的320个直径为2mm通孔，两相邻通孔圆心间的间距竖排为2.5 mm，横排为3.5325 mm（π×36÷32）。同样外支撑筒从上到下分布10排（G1～G10），32列（D1～D32）直径与中空纤维膜外径大小相当的320个直径为2mm通孔，两相邻通孔园心间的间距竖排为2.5 mm，横排为5.2988mm（π×54÷32）。制作底模（12），如图8所示，底模包括外凸沿（13）、内凸沿（14）。内外凸沿由两同心圆柱体构成。所述外凸沿内径大于外支撑筒外径，内凸沿外径小于内支撑筒内径；将保护层套合或者涂覆在外支撑层的外表面上；将外支撑筒插入外凸沿（13）内，内支撑筒套放在内凸沿（14）外；如图6所示，对齐通孔位置，让外筒上坐标为（D2，G10）的通孔与内筒上坐标为（d2，G10）的通孔的轴心在同一高度H平面内，所述通孔与轴心连线a、连线b经过同一高度的支撑筒圆心O。内、外支撑筒与模板（12）构成完整的浇铸模具。

将外直径为2mm的中空纤维膜开口端用粘合材料如紫外线胶或者加热融合方式封闭，如图6、图9所示，其封闭长度为5mm。采用插入或者牵引的方式让中空纤维膜开口端依次穿过保护层、外支撑层和内支撑层,并让中空纤维膜开口端超出内支撑层内壁，超出长度为M为6mm。

向模具内浇铸密封层。密封层粘合材料包括环氧树脂、聚氨脂树脂、聚烯烃树脂等。采用传统的立式静置浇铸法或卧式离心浇铸法固化密封层。等待密封层完全固化后，剪截去除中空纤维膜开口端密封部分,剪去长度为5.5mm，让中空纤维膜开口端畅通，支撑层、保护层、密封层一起构成本新型中空纤维膜滤芯的密封体。在密封层完全固化后，必要时也可以除掉保护层或者内支撑层。最后在密封体上下端安装滤芯盖及产水管，经过试压及产品检验制得本新型中空纤维膜滤芯。

在图11的具体实施案例中，本中空纤维膜滤芯在密封层完全固化后，去掉了保护层，制成滤芯。

在图12的具体实施案例中，本中空纤维膜滤芯在密封层完全固化后，去掉了内支撑层，制成滤芯。

图13为本中空纤维膜滤芯在净水壶中的运用，未净化水经第一滤盒、第二滤盒前置过滤后，经本发明中空纤维膜滤芯过滤，去除直径在0.1um或者更细微的微粒，达到净化水质目的。净化水进入壶体下部贮存使用。由于本发明中空纤维膜滤芯净水速度快，特别适用于依靠水位压力差，不用外力增压的净水壶。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.一种新型中空纤维膜滤芯及其制造方法，其滤芯包括密封体（1）、中空纤维膜（2）、滤芯端盖（3）和产水管（6），净化水出口（5）,所述中空纤维膜丝开口端从密封体外表面穿过密封层到其内表面，其特征是所述密封体包括保护层（9）、支撑层、密封层（10）。

2.根据权利要求1所述的新型中空纤维膜滤芯，其特征是所述支撑层由外支撑层（8）和内支撑层（7）或者由外支撑层、内支撑层其中之一构成。

3.根据权利要求1和2所述的新型中空纤维膜滤芯，其特征是保护层、外支撑层、密封层和内支撑层由外向内紧密结合在一起。

4.根据权利要求1所述的新型中空纤维膜滤芯，其特征是所述密封层，由粘合材料固化形成，粘合材料包括环氧树脂、聚氨脂树脂、聚烯烃树脂等；所述支撑层，可以由不锈钢、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚氨脂树脂等材料制成；所述保护层由硅胶、软树脂等弹性体材料制成，保护层紧密环绕在中空纤维膜与密封体结合处的中空纤维膜四周。

5.根据权利要求1所述的新型中空纤维膜滤芯，其特征的于，滤芯的制造方法至少包括以下步骤：

（1）、制模，先将内支撑层（7）、外支撑层（8）制成内支撑筒（15）、外支撑筒（16）；制作底模（12），底模包括外凸沿（13）、内凸沿（14）；将保护层套合或者涂覆在外支撑层的外表面上；将外支撑筒插入外凸沿（13）内，内支撑筒套放在内凸沿（14）外；对齐通孔位置，让外支撑筒上坐标序号为（Dn，GN）的通孔与内支撑筒上坐标序号为（dn，GN）的通孔的轴心在同一高度H平面内，所述通孔与轴心连线a、连线b经过同一高度的支撑筒圆心O；

（2）、穿丝，先将中空纤维膜丝开口端(11)用粘合材料如紫外线胶或者加热融合方式封闭，其封闭长度m为1～20 mm；采用插入或者牵引的方式让中空纤维膜开口端依次穿过保护层、外支撑层和内支撑层,并让中空纤维膜开口端超出内支撑层内壁，超出长度为M,M≥m；（3）、浇铸，向模具内浇铸密封层，密封层粘合材料包括环氧树脂、聚氨脂树脂、聚烯烃树脂等；采用传统的立式静置浇铸法或卧式离心浇铸法固化密封层；待密封层完全固化后，剪截去除中空纤维膜开口端密封部分，让中空纤维膜开口端畅通。

6.根据权利要求5所述的内外支撑筒，其特征是，内外支撑筒从上到下分布排数、列数相同，直径大小与中空纤维膜丝外径相当的内筒通孔（81），外筒通孔（71），外支撑筒（16）内直径比内支撑筒（15）外直径大4～100mm。

7.根据权利要求5所述的底模（12）内、外凸沿，其特征是内、外凸沿由两同心圆柱体构成；所述外凸沿（13）内径大于外支撑筒（16）外径，内凸沿外径（14）小于内支撑筒（15）内径。