CN112604509A - 一种多根单丝增强中空纤维膜的制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多根单丝增强中空纤维膜的制备装置，包括增强单丝供给系统、铸膜液制备及供给系统、芯液调配供给系统以及喷丝头、凝固浴槽和卷绕机，增强单丝供给系统用于将多根增强单丝送入所述喷丝头；喷丝头顶部上沿圆周方向均布有多个导孔；喷丝头本体上部形成有铸膜液通道，下部形成有芯液通道，芯液通道与安装在喷丝头本体下部中心的插入管连通；喷丝头本体中部沿圆周方向均布有多个液流孔；导孔与铸膜液通道连通；喷丝板中部形成有漏斗形的集液槽，集液槽内安装有单丝收拢板；凝固浴槽用于使喷丝头喷出的中空纤维膜凝固；卷绕机用于收集凝固后的中空纤维膜。该装置制得的中空纤维膜中单丝能居于中空纤维膜壁厚的中间并沿径向均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及中空纤维膜的制造设备技术，具体涉及一种多根单丝增强中空纤维膜的制备装置。
背景技术
中空纤维膜是分离膜中的重要品种之一，因其装填密度大、不需要支撑材料、生产工艺简单、装置可以小型化等诸多优点，在膜分离技术领域得到广泛应用。
溶液纺丝中的干-湿法纺丝是浸入沉淀相转化法制备中空纤维膜的主要方法之一，其制品在膜分离领域得到广泛应用。但因其强度较差，在一些领域的应用受到了限制。在成膜过程的环形铸膜液中加入多根化纤单丝，制备单丝增强的中空纤维膜是提高其强度的新方法。由于直型筒缠绕的单丝容易滑脱，造成筒子塌边，一般都将单丝卷装成双锥丝筒。纺织加工时在双锥丝筒的一端上方退绕，这时每退绕一圈就会形成一个捻度。这种加捻对于纺织加工影响较小，而作为中空纤维膜的增强材料，累积的捻度过大时，因扭曲力过大，一旦释放，产生的破坏力容易使中空纤维膜形成孔洞，影响中空纤维膜的截留性能。另外，纤维进入喷丝头的入口，在铸膜液压力作用下，铸膜液容易在入口处产生溢流。再有如何保障加入的多根单丝沿中空纤维膜径向壁厚的中间均匀分布也有待研究。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种多根单丝增强中空纤维膜的制备装置。
为此，本发明的技术方案如下：
一种多根单丝增强中空纤维膜的制备装置，包括增强单丝供给系统、铸膜液制备及供给系统、芯液调配供给系统以及喷丝头、凝固浴槽和卷绕机，所述增强单丝供给系统用于将多根增强单丝送入所述喷丝头；所述铸膜液制备及供给系统以及芯液调配供给系统分别用于制备铸膜液和芯液并将其分别送入所述喷丝头本体上的相应通道；所述喷丝头包括依次固定连接的喷丝头顶部、喷丝头本体和喷丝板，其中：所述喷丝头顶部上沿圆周方向均布有多个导孔，其数量与增强单丝的数量相同，用于供多根增强单丝通过；所述喷丝头本体的上部形成有铸膜液通道，下部形成有芯液通道，所述芯液通道与安装在喷丝头本体下部中心的插入管连通；喷丝头本体的中部沿圆周方向均布有多个液流孔，用于分配铸膜液并将使多根增强单丝均匀分散；所述液流孔的直径大于所述导孔的直径，数量为导孔的多倍，且所述导孔的中心与对应的液流孔的中心上下对齐；所述导孔与铸膜液通道连通；所述喷丝板的中部形成有漏斗形的集液槽，集液槽底部与喷丝孔连通，在集液槽内安装有一单丝收拢板，所述单丝收拢板上设置有多个呈中心对称分布的孔，其数量与所述液流孔数量相同；单丝收拢板中心形成一中心孔，所述中心孔的直径大于所述插入管的外径且小于喷丝孔的直径，以使通过喷丝头本体的增强单丝落入喷丝孔内的环形铸膜液的中部、居于成形后的中空纤维膜内并分布在中空纤维膜壁厚的中间；所述插入管从所述单丝收拢板的中心孔及喷丝孔的中心通过；所述凝固浴槽用于使所述喷丝头喷出的夹带单丝的环状液流凝固成为中空纤维膜；所述卷绕机用于收集凝固后的中空纤维膜。
优选的是，在每个所述导孔上还安装有一中心开孔的橡胶塞，所述增强单丝从所述橡胶塞的中心孔中通过。
所述增强单丝供给系统包括单丝转向环以及数量相同的多个单丝筒、张力缓冲坠和张力计，其中：所述单丝筒为双锥丝筒，其上缠绕有增强单丝；所述张力缓冲坠用于缓解所述单丝筒旋转退绕时线速度不均匀带来的影响；所述张力计用于反馈信息给单丝筒退绕电机，调节其转速并保障张力的均匀性；所述单丝转向环用于使非垂直喷丝头单丝进入方向来的单丝更好地进入喷丝头。
所述铸膜液制备及供给系统包括铸膜液溶解釡、过滤器和计量泵。
在本发明的一个实施例中，所述单丝筒、张力缓冲坠和张力计各设计有3个；所述单丝收拢板上的孔设置有6个。
本发明的多根单丝增强中空纤维膜的制备装置适用于各种溶液纺丝法(溶液相转化法)不同聚合物中空纤维膜制备过程。
本发明的制备装置具有以下有益效果：
1、本发明中的喷丝头，其中部设有多孔分配通道，除供铸膜液流经以外，能将加入的多根单丝均匀分散其中；在喷丝板上设置了一个单丝收拢板，其中心孔直径大于插入管，小于喷丝板孔径，能够使进入的单丝落入喷丝孔内环形铸膜液的中部，保证了加入的多根增强单丝能沿中空纤维膜径向壁厚的中间均匀分布；
2、双锥丝筒采用主动轮水平旋转退绕，避免了端头垂直退绕的加捻问题；
3、在设置了张力计反馈信息给退绕电机调节其转速的同时，设置了张力缓冲坠，避免了双锥丝筒退绕时的线速度不均匀问题；
4、在单丝入口嵌入一个开孔的橡胶塞，能避免铸膜液发生溢流。
附图说明
图1为本发明多根单丝增强中空纤维膜的制备装置的组成示意图；
图2为图1的制备装置中喷丝头的剖面结构示意图；
图3为本发明的制备装置中喷丝头的上盖板的俯视结构示意图；
图4为本发明的制备装置中喷丝头的中间导孔的俯视结构示意图；
图5为本发明的制备装置中喷丝头的中间导孔的单丝收拢板的俯视结构示意图。
其中：
1、溶解釡 2、过滤器 3、计量泵 4、喷丝头 5、凝固浴槽 6、卷绕机
7、单丝筒 8、张力缓冲坠 9、张力计 10、单丝转向环 11、芯液罐
12、转子流量计 41、橡胶塞 42、喷丝头顶部 43、喷丝头本体 44、喷丝板
45、单丝收拢板 421、导孔 422、442：螺孔 431、铸膜液通道 432、液流孔
433、芯液通道 434、插入管 441、喷丝孔 443、集液槽 451、孔 452、中心孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构进行详细说明。该部分仅是为了进一步清楚说明本发明的多根单丝增强中空纤维膜的制备装置的系统组成及工作原理，不构成对本发明权利要求的限制。
参见图1-图5，该多根单丝增强中空纤维膜的制备装置包括增强单丝供给系统、铸膜液制备及供给系统、芯液调配供给系统以及喷丝头4、凝固浴槽5和卷绕机6。其中，所述增强单丝供给系统用于将多根增强单丝送入所述喷丝头4；所述铸膜液制备及供给系统以及芯液调配供给系统分别用于制备铸膜液和芯液并将其分别送入所述喷丝头本体上的相应通道；所述凝固浴槽用于使所述喷丝头4喷出的夹带单丝的环状液流凝固成为中空纤维膜；所述卷绕机6用于收集凝固后的中空纤维膜。
具体地说，所述喷丝头4包括依次固定连接的喷丝头顶部42、喷丝头本体43和喷丝板44。其中：所述喷丝头顶部42上沿圆周方向均布有多个导孔421，其数量与增强单丝的数量相同，用于供多根增强单丝通过；所述喷丝头本体43的上部形成有铸膜液通道431，下部形成有芯液通道433，所述芯液通道433与安装在喷丝头本体43下部中心的插入管434连通；喷丝头本体43的中部沿圆周方向均布有多个液流孔432，用于分配铸膜液并将使多根增强单丝均匀分散；所述液流孔432的直径大于所述导孔421的直径，数量为导孔421的至少2倍，且所述导孔421的中心与对应的液流孔432的中心上下对齐；所述导孔421与铸膜液通道431连通；所述喷丝板44的中部形成有漏斗形的集液槽443，集液槽443底部与喷丝孔441连通，在集液槽443内安装有一单丝收拢板45，所述单丝收拢板45上设置有多个呈中心对称分布的孔451，其数量与所述液流孔432数量相同；单丝收拢板45中心形成一中心孔452，所述中心孔452的直径大于所述插入管的外径且小于喷丝孔441的直径，以使通过喷丝头本体的增强单丝落入喷丝孔441内的环形铸膜液的中部、居于成形后的中空纤维膜内并分布在中空纤维膜壁厚的中间；所述插入管434从所述单丝收拢板45的中心孔452及喷丝孔441的中心通过。
在每个所述导孔421上还安装有一中心开孔的橡胶塞41，所述增强单丝从所述橡胶塞的中心孔中通过，这样能够避免铸膜液在单丝入口处产生溢流。
所述增强单丝供给系统包括单丝转向环10以及数量相同的多个单丝筒7、张力缓冲坠8和张力计9，其中：所述单丝筒为双锥丝筒，其上缠绕有增强单丝；所述张力缓冲坠8用于缓解所述单丝筒旋转退绕时线速度不均匀带来的影响；所述张力计9用于反馈信息给单丝筒退绕电机，调节其转速并保障张力的均匀性；所述单丝转向环用于使非垂直喷丝头单丝进入方向来的单丝更好地进入喷丝头。
所述铸膜液制备及供给系统包括铸膜液溶解釡1、过滤器2和计量泵3。
在图中所示的实施例中所述单丝筒7、张力缓冲坠8和张力计9各设置有3个；导孔421设置有3个，液流孔432和单丝收拢板45上的孔451各设置有6个。
用本发明的装置在制备多根单丝增强型中空纤维膜时，溶解后的铸膜液经脱泡、过滤、计量进入喷丝头4。同时多根单丝分别从双锥丝筒7上，在电机(图中未示)带动下旋转退绕，经张力缓冲坠8、张力计9、单丝转向环10从喷丝头4顶部嵌入的橡胶塞上的小孔进入喷丝头4。单丝及铸膜液一起经喷丝头中部设有的多个喷丝头孔432形成的多孔分配通道和单丝收拢板45的中心孔452，从喷丝孔441喷出并进入凝固浴槽，凝固浴液及芯液与铸膜液经双扩散后，单丝增强型中空纤维膜逐步成形，从凝固浴槽导出后，膜丝被卷绕机6卷绕，再经切断、捆扎，得到中空纤维膜丝束。对于图中所示的实施例来说，从喷丝头顶部进入的3根单丝经过喷丝头本体43时，从间隔的3个液流孔432中通过。
与常规纺丝相似铸膜液从喷丝头的432孔进入，芯液从喷丝头的433孔进入。喷丝头中部设有的多孔分配通道(多个喷丝头孔432)，除用于流经铸膜液以外，加入的多根增强单丝也将均匀分散其中，从而保障了多根单丝在中空纤维膜径向的均匀分布。
本发明中的喷丝头以及本发明的多根单丝增强中空纤维膜制备装置可以适用于各种溶液纺丝法(溶液相转化法)不同聚合物中空纤维膜制备过程，未述及之处适用于现有技术。
Claims (6)
1.一种多根单丝增强中空纤维膜的制备装置，其特征在于：包括增强单丝供给系统、铸膜液制备及供给系统、芯液调配供给系统以及喷丝头(4)、凝固浴槽(5)和卷绕机(6)，
所述增强单丝供给系统用于将多根增强单丝送入所述喷丝头(4)；
所述铸膜液制备及供给系统以及芯液调配供给系统分别用于制备铸膜液和芯液并将其分别送入所述喷丝头本体上的相应通道；
所述喷丝头(4)包括依次固定连接的喷丝头顶部(42)、喷丝头本体(43)和喷丝板(44)，其中：
所述喷丝头顶部(42)上沿圆周方向均布有多个导孔(421)，其数量与增强单丝的数量相同，用于供多根增强单丝通过；
所述喷丝头本体(43)的上部形成有铸膜液通道(431)，下部形成有芯液通道(433)，所述芯液通道(433)与安装在喷丝头本体(43)下部中心的插入管(434)连通；喷丝头本体(43)的中部沿圆周方向均布有多个液流孔(432)，用于分配铸膜液并将使多根增强单丝均匀分散；所述液流孔(432)的直径大于所述导孔(421)的直径，数量为导孔(421)的至少2倍，且所述导孔(421)的中心与对应的液流孔(432)的中心上下对齐；所述导孔(421)与铸膜液通道(431)连通；
所述喷丝板(44)的中部形成有漏斗形的集液槽(443)，集液槽(443)底部与喷丝孔(441)连通，在集液槽(443)内安装有一单丝收拢板(45)，所述单丝收拢板(45)上设置有多个呈中心对称分布的孔(451)，其数量与所述液流孔(432)数量相同；单丝收拢板(45)中心形成一中心孔(452)，所述中心孔(452)的直径大于所述插入管的外径且小于喷丝孔(441)的直径，以使通过喷丝头本体的增强单丝落入喷丝孔(441)内的环形铸膜液的中部、居于成形后的中空纤维膜内并分布在中空纤维膜壁厚的中间；
所述插入管(434)从所述单丝收拢板(45)的中心孔(452)及喷丝孔(441)的中心通过；
所述凝固浴槽用于使所述喷丝头(4)喷出的夹带所述增强单丝的环状液流凝固成为中空纤维膜；
所述卷绕机(6)用于收集凝固后的中空纤维膜。
2.根据权利要求1制备装置，其特征在于：所述增强单丝供给系统包括单丝转向环(10)以及数量相同的多个单丝筒(7)、张力缓冲坠(8)和张力计(9)，其中：
所述单丝筒为双锥丝筒，其上缠绕有增强单丝，所述双锥丝筒水平设置、在电机的作用下旋转退绕所述增强单丝；
所述张力缓冲坠(8)用于缓解所述单丝筒旋转退绕时线速度不均匀带来的影响；
所述张力计(9)用于反馈信息给单丝筒退绕电机，调节其转速并保障张力的均匀性；
所述单丝转向环用于使非垂直喷丝头单丝进入方向来的单丝顺利进入喷丝头。
3.根据权利要求1或2所述的制备装置，其特征在于：在每个所述导孔(421)上还安装有一中心开孔的橡胶塞(41)，所述增强单丝从所述橡胶塞的中心孔中通过。
4.根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于：所述铸膜液制备及供给系统包括溶解釡(1)、过滤器(2)和计量泵(3)。
5.根据权利要求4所述的制备装置，其特征在于：所述单丝筒(7)、张力缓冲坠(8)和张力计(9)各设计有3个。
6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于：所述单丝收拢板(45)上的孔(451)设置有6个。
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