CN108136336B - 纤维束的非接触热成形 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于生产毛细管透析器的工艺。该工艺涉及中空纤维膜束的非接触热成形。本公开还涉及用于中空纤维膜束的非接触热成形的装置。
Description
技术领域
本公开涉及用于生产毛细管透析器的工艺(方法)。该工艺涉及中空纤维膜束的非接触热成形。本公开还涉及一种用于中空纤维膜束的非接触热成形的装置。
背景技术
US 4 341 005 A公开了一种用于生产中空纤维流体分馏单元的工艺，该工艺包括将一系列该单元的半部分纵向壁置于卷绕轮的外周上；围绕该卷绕轮卷绕充有流体的可渗透性中空纤维，直到该(半)部分充满或略微过满；将另一配接半壳体置于轮上的每个填充纤维的部分上并组装单元芯；切割位于各个部分之间的隙线(course)并从中排出流体；将初始流体灌封混合物放置在纤维的隙线周围，并在该单元的每个端部处围绕纤维离心浇铸灌封混合物；以及在灌封混合物的区域内的每个端部处切割纤维以重新暴露纤维的中空芯。
JP 2003/062433 A公开了一种用于制造中空纤维膜模块的方法，其能够有效地进行中空纤维膜束的端部的灌封而不会使灌封剂渗透到中空纤维膜中。在该制造方法中，将中空纤维膜束插入圆柱状壳体中，使得中空纤维膜束的端部从圆柱状壳体伸出；将端部折叠并密封以被灌封到圆柱形壳体的开口；并随后将折叠及密封的部分切去。
WO 2004/086554 A2公开了一种用于制造中空纤维膜过滤器的方法和装置，其采用非接触式热源来熔融中空纤维的尖端，以防止灌封材料进入纤维。将热板移动到与(纤维)束中的纤维的端部相对且与之非常接近的位置，并迫近纤维束的表面，以熔融该束中所有纤维的端部并将其密封。
发明内容
本公开提供了用于生产包括一束中空纤维膜的毛细管透析器的工艺。该工艺包括在纤维束的端部的周缘上将纤维熔融在一起，使得在束的周缘上形成连续的环形区域。通过辐射加热纤维束端部的周部来实现这种熔融。
附图说明
图1示出了根据本公开的用于非接触热成形的装置的实施例的立体图，其中包括处于起始位置的纤维束；
图2示出了图1的装置的细部的俯视立体图，其中包括处于结束位置的中空纤维束；
图3示意性地示出了本公开的工艺的各个步骤：
a)将纤维束的一端热成形；
b)将纤维束转移到管式过滤器壳体中；
c)将纤维束的第二端热成形；
图4示意性地示出热成形后的纤维束的端部的切割。
具体实施方式
生产毛细管透析器的工艺包括将干燥的中空纤维供给到卷绕轮并通过转动该轮而将这些中空纤维卷绕在布置于卷绕轮的外周部上的套筒下部部分中。一旦达到期望的纤维束厚度或纤维束尺寸，则停止卷绕轮并将套筒上部部分置于套筒下部部分上且固定在该处。随后，在套筒(11)之间切割中空纤维；并且将包含纤维束(10)的套筒(11)从卷绕轮上取下。
在本公开的工艺中，在将纤维束(10)从套筒(11)转移到管式过滤器壳体(15)中之前，纤维束(10)的第一端的周缘上的纤维被熔融在一起(下文中将该操作称为“热成形”)，使得在纤维束(10)的周缘上形成连续环形区域(13)(图3a)。通过辐射加热纤维束的第一端的周部来实现这种熔融。由于在热成形步骤期间热辐射源并不接触纤维束(10)，所以该工艺在本公开中被称为“非接触(式)热成形”。
本公开的工艺的特征在于，在纤维束(10)的周缘上形成连续环形区域(13)。在由连续环形区域(13)限定的(纤维)束端面区域内，纤维保持不变，亦即它们的端部不被熔融且纤维保持为开口。这样的热成形明显不同于现有技术的热封工艺(例如WO 2004/086554A2所公开的工艺)或者用热刀片或热金属丝(其在纤维束的端面上产生一盘形熔融区)来热封纤维端部。
纤维束(10)的连续环形区域(13)简化了纤维束(10)向管状壳体(15)的转移。由于纤维端部在束的周缘上的位置是固定的，而且并无纤维从束的周缘突出，因此避免了形成扭结和环。另外，转移工具(14)并不需要接合上述周缘上的所有纤维。当连续环形区域(13)的直径小于纤维束(10)的初始直径并且还小于管状壳体(15)的内径时，转移更为容易，因为仅需要较小的力将纤维束(10)拉入管状壳体(15)。这进而降低了纤维束转移期间纤维破裂的风险。这两个因素都会减少废品。
在该工艺的一个实施例中，在纤维束(10)的第二端上同样进行热成形。包括辐射源(17)的热成形工具在纤维束(10)的第二端的周缘上产生连续环形区域(18)(图3c)。
在该工艺的一个实施例中，在热成形期间，纤维束(10)的直径在上述连续环形区域(13、18)(热成形区域)中减小到其初始值的70％-90％。
在一个实施例中，通过热成形工艺产生的连续环形区域(13、18)在束的径向上具有0.1mm到小于1mm的厚度，而在束的纵向(即轴向)上具有2mm到20mm的长度。
在本公开的工艺中，热成形是通过辐射加热来实现的。利用产生例如微波、UV或IR辐射的合适的辐射源(12、17)辐射纤维束(10)的端部的周部。在该工艺的一个实施例中，使用IR辐射来实现热成形。
在该工艺的一个实施例中，辐射源(12、17)的功率范围为1000W到2500W，例如1500W到2000W。
在该工艺的一个实施例中，纤维束(10)的端部的周部被照射1秒到20秒(例如3秒到15秒、特别是5秒到10秒)的时间范围，以产生连续环形区域(13、18)。
在图3a中示意性地示出了纤维束(10)的第一端的热成形。包括辐射源(12)的热成形工具在纤维束(10)的第一端部的周缘上产生连续环形区域(13)。然后将纤维束(10)转移到管式过滤器壳体(15)中(图3b)。在一个优选实施例中，管式过滤器壳体(15)在两端处以灌封套筒(16)封装。纤维束(10)的长度大于管状壳体(15)的长度，使得在转移之后纤维束(10)的两端从管状壳体(15)突出。特别地，纤维束(10)的热成形区域(13)完全位于管状壳体(15)的外部。
在该工艺的一个实施例中，所述转移由例如转移钳之类的的工具(14)执行。所述工具(14)通过管状壳体(15)；与中空纤维膜束(10)的第一端上的连续环形区域(13)接合；将中空纤维膜束(10)拉入管状壳体(15)中；以及继续拉动(中空纤维膜束)，直到包括整个连续环形区域(13)的中空纤维膜束(10)的第一端从管状壳体(15)伸出。
在该工艺的一个实施例中，在将纤维束(10)转移到管状壳体(15)中之后，在从管状壳体(15)伸出的纤维束(10)的第二端上也执行热成形(图3c)。包括辐射源(17)的热成形工具在纤维束(10)的第二端的周缘上产生连续环形区域(18)。
在透析器生产工艺的下一阶段之前，用切割工具(19)将中空纤维膜束(10)从管状壳体(15)伸出的部分切除(图4)，所述下一阶段包括通过将纤维束(10)的端部插入灌封材料(例如，聚氨酯)中而在管状壳体(15)内形成端壁。
在该工艺的一个实施例中，在热成形和转移步骤之后，将纤维束(10)的端部随后用刀片切掉。在该工艺的另一个实施例中，在热成形和转移步骤之后，切割纤维束的端部，并且用热刀片或热金属丝将纤维端部热封。
当纤维束(10)的热成形端部被切掉时，切掉部分形成连续切片，而不会产生大量小纤维碎片。因此，热成形还会减少颗粒产生并且减少工作场所和设备的污染；在执行转移和切割步骤的区域内所需要的维护更少。
本发明还提供了一种用于在中空纤维膜束(10)的端部的周缘上形成连续环形区域(13、18)的装置(“热成形工具”)。该装置包括辐射源(12、17)，该辐射源被配置为用以辐射该束(10)的所述端部的周部。在该装置的一个实施例中，辐射源(12、17)是IR发射器。该装置的一个实施例采用具有欧米伽(Ω)形状的IR发射器。在该装置的一个实施例中，该欧米伽(形状)具有30mm到130mm范围内(例如60mm到100mm)的内径。合适的IR发射器的示例包括可从Heraeus Noblelight GmbH(63801Kleinostheim，德国)购得的Omega红外发射器。在一特定实施例中，使用具有80mm外径和1500W功率的欧米伽红外发射器。
图1和图2中示出了用于进行非接触热成形的示例性装置。该装置包括具有用于安装纤维束(10)的托盘(2)的滑架(sliding carriage，滑动托架)(1)。设置两部件散热器(3)，用以在靠近纤维束端部的位置处封围纤维束(10)。该装置包括辐射源(12)，该辐射源是安装在竖直位置的夹具中的欧米伽形IR发射器。IR发射器的中心与托盘(2)上的纤维束(10)的纵轴对齐。
为了在纤维束(10)的周缘上形成连续环形区域，首先将纤维束(10)安装在托盘(2)上，并且使散热器(3)在靠近纤维束端部的位置处包围纤维束(10)，留下长度为5mm到20mm(例如5mm到15mm，例如5mm到10mm或10mm到15mm)的部分，以从散热器3伸出。散热器(3)被配置为遮蔽纤维束(10)的非伸出部分，使其免受由辐射源(12)发射的辐射的影响。滑架(1)从起始位置(如图1所示)移动到靠近辐射源(12)的最终位置(如图2所示)。纤维束(10)的周缘上的纤维被熔融在一起，由此在纤维束的周缘上形成连续环形区域。该束保持在最终位置的时间在3秒到15秒(例如5秒到10秒)的范围内，然后将滑架(1)移回起始位置，打开散热器(3)，并将纤维束(10)从托盘(2)移除。在将束转移到管式过滤器壳体(15)中之后，可以在纤维束(10)的另一端上重复该工艺过程。
应理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下文中描述的特征不仅能以规定的组合的形式使用，而且能以其它的组合形式使用或单独地使用。
附图标记清单
1 滑架
2 托盘
3 散热器
10 中空纤维膜束
11 套筒
12 第一辐射源
13 纤维束的热成形后的第一端
14 转移工具
15 管式过滤器壳体
16 灌封套筒
17 第二辐射源
18 纤维束的热成形后的第二端
19 切割工具(例如刀片、热刀片或热金属丝)
Claims (10)
1.一种生产毛细管透析器的工艺，所述毛细管透析器包括设置在管状壳体(15)内的中空纤维膜束(10)，所述工艺包括，在将所述中空纤维膜束(10)转移到所述管状壳体(15)中之前，通过将所述中空纤维膜束(10)的周缘上的纤维熔融在一起，而在所述中空纤维膜束(10)的第一端部的周缘上形成连续环形区域(13、18)，同时由所述连续环形区域(13、18)构成的束端面区域内的纤维保持不变，其中通过IR发射器照射3至15秒的时间来实现熔融，所述IR发射器具有“欧米伽”形状和介于从1000W至2500W的范围内的功率。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述连续环形区域(13、18)具有0.1mm至小于1mm的径向厚度。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中，所述连续环形区域(13、18)在所述束(10)的纵向方向上具有2mm到15mm的长度。
4.根据权利要求1或2所述的工艺，其中，所述纤维束(10)的直径在所述连续环形区域(13、18)中减少至其初始值的70％至90％。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述转移是由穿过所述管状壳体(15)的工具(14)来实现；接合在所述中空纤维膜束(10)的第一端部上的所述连续环形区域(13)；将所述中空纤维膜束(10)拉入所述管状壳体(15)中；以及继续拉动所述中空纤维膜束，直到包括整个所述连续环形区域(13)的所述中空纤维膜束(10)的第一端部从所述管状壳体(15)伸出。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中，在将所述中空纤维膜束(10)转移到所述管状壳体(15)中之后，在所述中空纤维膜束(10)的第二端部的周缘上形成第二连续环形区域(13、18)。
7.根据权利要求5或6所述的工艺，其中，在所述转移之后，所述中空纤维膜束(10)的两个端部都从所述管状壳体(15)伸出；并随后将所述中空纤维膜束(10)的从所述管状壳体(15)伸出的部分切掉。
8.根据权利要求7所述的工艺，其中，在将所述中空纤维膜束(10)的从所述管状壳体(15)伸出的部分切掉的同时，所述中空纤维膜束(10)的纤维的端部被热封。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中，用热刀片或热金属丝执行切掉和热封的操作。
10.一种在中空纤维膜束(10)的端部的周缘上形成连续环形区域(13、18)的装置，所述装置包括两部件散热器(3)和辐射源(12、17)，所述两部件散热器用以在靠近所述中空纤维膜束(10)的端部的位置处封围所述中空纤维膜束，所述辐射源被配置为用以辐射所述中空纤维膜束(10)的所述端部的周部，所述辐射源(12、17)是IR发射器并具有“欧米伽”形状和介于从1000W至2500W的范围内的功率。
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