CN105107384B - 一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其具体步骤如下：(1)、将预先加有端盖式膜壳或整体式膜壳单个竖直放置在灌胶操作台上，上端口正对灌胶喷头，并注入专用胶水，移至工作台上直立静置2～4min，(2)、将预先使用堵头胶水进行端封处理的中空纤维膜丝束插入已灌好专用胶水的膜壳内，并将其竖直装入离心设备中；(3)、启动离心设备，在离心作用下，膜组件从竖直状态转变为水平状态进行固化端封，完毕，取出膜组件；(4)、将中空纤维膜丝束切平。该方法使用堵头胶水将膜丝孔封堵住，并且采用单个膜壳灌胶，多个膜组件离心作用，对灌胶的胶量及离心作用的时间进行有效控制。

Description

一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，涉及一种中空纤维膜组件的制作方法，具体涉及一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法。

背景技术

膜分离技术是一种广泛应用于溶液分离、浓缩和提纯的分离技术。它利用具有选择透过能力的薄膜做分离介质，膜壁密布微孔，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，而较大分子溶质被膜截留，从而达到物质分离及浓缩的目的。膜分离过程为动态过滤过程，大分子溶质被膜壁阻隔，随浓缩液流出膜组件，膜不易被堵塞，可连续长期使用。

中空纤维膜分离技术是在二十世纪中期发展起来的一种高新技术，中空纤维膜分离原理近二、三十年来，在世界上得到了飞速的发展，应用领域已非常广泛，主要包括食品工业、饮料工业、乳品工业、生物发酵、生物医药、医药化工、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收以及环境工程等等。中空纤维膜外形像纤维状，具有自支撑作用的膜，原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式中空膜过滤。决定膜的分离效果的是膜的物理结构，孔的形状和大小。而中空纤维膜组件的制作，由于其制作工艺及方法不同，在保留及充分发挥膜的分离效果及费用方面都有所不同。

目前现有的中空纤维膜组件制作过程中灌胶方式大概分为直立式静置灌胶和平卧式离心灌胶两类。直立式静置灌胶的方法，优点是操作简单，但也存在诸多弊端：比如(1)灌胶过程中胶水中容易夹杂气泡，膜丝束之间出现未灌胶区域，造成端封漏水，品质合格率下降；(2)无法避免毛细现象(爬胶)，灌胶高度和胶水用量大大增加，既影响了过滤性能，又增加了生产成本，严重的情况下，造成组件的报废；(3)静置过程中端封处的膜丝容易出现折散现象，影响膜丝的出水及产品美观。

现有平卧式离心灌胶，虽然解决了直立式静置灌胶的部分弊端，比如胶水内夹杂气泡被排出，毛细现象(爬胶)也可避免，但是其自身也存在不足，例如(1)需要灌胶中间槽，而胶槽需要经常清理，费工费时费胶水；(2)胶槽到产品中间连接胶管需经常更换，管中无残胶时不能保证每个产品灌满，而且需经常更换，连接部位容易脱落而造成飞胶；(3)因为是离心式灌胶，不能保证所有产品灌胶胶量一致。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高效率、高质量、低成本、低消耗的采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法。

为了解决上述技术的不足，本发明采取如下技术方案：一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其具体步骤如下：

(1)、将预先加有端盖式膜壳或整体式膜壳单个竖直放置在灌胶操作台上，上端口正对灌胶喷头，并注入专用胶水，移至工作台上直立静置2～4min，这一过程，称之为静压灌胶；

(2)、将预先使用堵头胶水进行端封处理的中空纤维膜丝束插入已灌好专用胶水的膜壳内，使中空纤维膜丝束自然接触专用胶水上表面，组合成前期膜组件，并将其竖直装入离心设备中；

(3)、启动离心设备，在离心作用下，膜组件从竖直状态转变为水平状态进行固化端封，设定第一段频率为12～13Hz，第一阶段转速为360～390r/min，离心时间为1～2min，设定第二段频率为10～11Hz，第二阶段转速为300～330r/min，离心时间为7～8min，总离心时间共8～10min，在此离心过程中，离心设备内的温度控制在40℃～50℃；完毕，取出膜组件；

(4)、取下加有端盖式膜壳上的端盖，将膜壳端口外侧的固化胶连同中空纤维膜丝束一起切平；整体式膜壳，可直接在预设的位置切平；使得端封处理的中空纤维膜丝导通，至此，完成所述中空纤维膜组件的制作。

上述采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法中，所述步骤(1)中，静置的时间，根据聚氨酯双组份胶水配比比例而定，但不大于4min；其目的是预先让胶水进行化学反应产生一部分热量并释放出来，防止热量过大，烧坏膜丝，防止在离心状态下双组份胶水被分离开；所述步骤(3)中第一阶段转速为360～390r/min，目的在于，在胶水两组份不被分离的情况下，使得中空纤维膜丝束能够在离心力的作用下插入专用胶水中，并接触到端盖，确保在步骤(4)中切平端口使膜丝导通时有足够的长度；所述步骤(3)中，第二阶段转速为300～330r/min，目的在于避免毛细现象(爬胶)出现的同时，保证插入胶水内的膜丝不发生弯曲、折散；所述离心设备内的温度控制在40℃～50℃，目的在于加快专用胶水的固化，缩短工艺时间，提高效率和产能。

作为优选，所述步骤(1)中端盖式膜壳，即膜壳两端开口，制作膜组件之前，需将一端加端盖密封好，以便灌胶，在加端盖之前，端盖上须涂抹脱模剂，并紧扣在膜壳所需端封的端口上，为灌胶作准备；

作为又一优选，所述步骤(1)中整体式膜壳，即膜壳一端开口，一端封口，在封口端，并标记有切平端面的位置

作为又一优选，所述端盖式膜壳的端盖的材料为PP材质，采用PP材质的端盖，易加工，易脱模，低成本。

作为又一优选，所述步骤(1)中专用胶水为聚氨酯双组份胶水按照主剂与固化剂的重量比5∶1～5∶3混合而成。

作为又一优选，步骤(2)中，所述堵头胶水为自制常温固化型胶水，对膜束进行封端处理。其目的是，防止专用胶水因毛细作用被吸入膜丝孔内堵塞膜孔，导致膜组件报废。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优势：使用堵头胶水将膜丝孔封堵住，并且采用单个膜壳灌胶，多个膜组件离心作用，对灌胶的胶量及离心作用的时间进行有效控制，与现有离心灌胶方法相比具有如下优势：(1)精确控制灌胶的胶量，避免多余的胶水用量；(2)有效地避免因胶水固化发出的热量过大而烧坏膜丝；(3)有效地避免因毛细作用引起的爬胶现象；(4)去除了多余的灌胶装置(比如灌胶中间槽、进胶管等)，避免了大量胶水的浪费；(5)有效避免固化胶水中气泡的存在，提高了端封强度和品质；(6)有效降低了整个制作工艺的时间，提高中空纤维膜组件的制作效率。

附图说明

图1a为本发明的端盖式膜壳组件自然下垂的初始状态示意图；

图1b为本发明的端盖式膜壳组件离心作用下的水平状态示意图；

其中1、膜壳；2、端盖；3、膜组件工装；4、工装夹具；5、销轴；6、旋转支架；7、膜组件。

图2为本发明所述中空纤维膜组件的生产方法流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本技术方案作进一步详细的说明：

本实施例的采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其具体步骤如下：

(1)、启动灌胶机，并将聚氨酯双组份胶水原料分别装入灌胶机的主剂桶与固化剂桶入，预先调整控制出胶量的阀门，使其按重量比例5∶1～5∶3经混合喷嘴进行混合喷胶，完毕后，等待灌胶；

(2)、对于端盖式膜壳，在端盖2上捈抹脱模剂，将其紧扣在膜壳1所需端封的一端上，然后，竖直放置在灌胶机操作台上进行灌胶(对于整体式膜壳，省略加端盖这一步骤，直接进行灌胶)，完毕后，将其竖直静置在工作台上；

(3)、将预先使用堵头胶水进行端封处理的中空纤维膜丝束插入已灌好胶水的膜壳1内，使膜丝束自然接触专用胶水上表面，然后，将其竖直装入离心设备内的膜组件工装3中，膜组件工装固定在工装夹具4上；

(4)、预先预热离心设备内温度40～50℃，并设定第一段频率为12～13Hz，转速为360～390r/min，离心时间为1～2min，设定第二段频率为10～11Hz，转速为300～330r/min，离心时间为7～8min；启动离心设备，在离心作用下，膜组件绕销轴5从自然下垂的初始状态a转变为水平状态b进行胶封固化，在此离心过程中，离心设备内的温度控制在40～50℃；完毕，取出膜组件7；膜组件装夹在离心设备上的夹具中，其夹具初始状态下自然下垂，启动离心设备后，在一定的离心力的作用下，夹具基本上处于水平状态(理论上，自身重力和离心力的合力与重力存在一个夹角，转速越大，离心力越大，夹角越接近90°，膜组件在胶封固化时越接近水平状态)进行胶封固化；

(5)、取下膜壳1上的端盖2，将膜壳端口外侧的固化胶连同中空纤维膜丝束一起切平(整体式膜壳，可直接在预设的位置切平端面)，使得端封处理的中空纤维膜丝孔导通，至此，完成所述中空纤维膜组件的制作。

上述采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其操作步骤如图2所示。

根据上述方法所制作的膜组件的外观形态及测试性能如下：

(1)、纵向切除胶封端面1/4后，端封处的膜丝颜色没有发生变化，说明在制作过程中不会出现因胶水发热量过大而出现烧丝的现象；

(2)、纵向切除胶封端面1/4后，端面膜丝比较平整，说明上述方法有效解决了现有技术下出现的膜丝折散现象；

(3)、纵向切除胶封端面1/4后，膜束内没有发生爬胶现象，说明上述方法有效解决了因毛细作用而引起的爬胶现象；

(4)、纵向切除胶封端面1/4后，固化胶水内没有夹杂气泡，说明在离心作用下夹杂在液态胶水中的气泡完全被排出，有效地提高了端封的强度和产品的品质；

(5)、对膜组件进行完整性测试，膜组件的通过率高达97％以上，没有断丝现象，而且没有未灌胶区域出现，说明在离心过程中离心力不会造成膜丝断裂，而且，在离心力的作用下，胶水很密实地充满膜丝间隙内；

(6)、对膜组件进行最大进水压力测试后，测得膜组件在使用中能够承受的最大进水压力为0.2～0.4MPa，完全符合常规膜组件的要求，说明在离心力的作用下，聚氨酯双组份胶水与膜壳内壁的粘合性能比较牢固；

本发明的技术方案所依据的技术原理如下：

(1)、液态胶水具有一定的流动性；

(2)、膜丝束静置在胶水中所出现的毛细现象；

(3)、对膜壳内液态胶水在离心状态下的受力分析；

以上所述，对本发明的较佳实施例的描述，其目的在于让熟悉本领域技术的人员能够清楚的了解本发明的内容并加以实施，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

(1)、将预先加有端盖式膜壳或整体式膜壳单个竖直放置在灌胶操作台上，上端口正对灌胶喷头，并注入专用胶水，移至工作台上直立静置2～4min，这一过程，称之为静压灌胶；

(2)、将预先使用堵头胶水进行端封处理的中空纤维膜丝束插入已灌好专用胶水的膜壳内，使中空纤维膜丝束自然接触专用胶水上表面，组合成前期膜组件，并将其竖直装入离心设备中；

(3)、启动离心设备，在离心作用下，膜组件从竖直状态转变为水平状态进行固化端封，设定第一段频率为12～13Hz，第一阶段转速为360～390r/min，离心时间为1～2min，设定第二段频率为10～11Hz，第二阶段转速为300～330r/min，离心时间为7～8min，总离心时间共8～10min，在此离心过程中，离心设备内的温度控制在40℃～50℃；完毕，取出膜组件；

(4)、取下加有端盖式膜壳上的端盖，将膜壳端口外侧的固化胶连同中空纤维膜丝束一起切平；整体式膜壳，可直接在预设的位置切平；使得端封处理的中空纤维膜丝导通，至此，完成所述中空纤维膜组件的制作。

2.根据权利要求1所述的一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其特征在于：所述步骤(1)中端盖式膜壳，即膜壳两端开口，制作膜组件之前，需将一端加端盖密封好，以便灌胶，在加端盖之前，端盖上须涂抹脱模剂，并紧扣在膜壳所需端封的端口上，为灌胶作准备。

3.根据权利要求1所述的一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其特征在于：所述步骤(1)中整体式膜壳，即膜壳一端开口，一端封口，在封口端，并标记有切平端面的位置。

4.根据权利要求1或2所述的一种采用静压灌胶离心制作中空纤维膜组件的方法，其特征在于：所述端盖式膜壳的端盖的材料为PP材质，采用PP材质的端盖，易加工，易脱模，低成本。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中专用胶水为聚氨酯双组份胶水按照主剂与固化剂的重量比5∶1～5∶3混合而成。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中堵头胶水为自制常温固化型胶水，对膜束进行封端处理。