CN203090776U

CN203090776U - 一种高强度中空纤维膜

Info

Publication number: CN203090776U
Application number: CN 201320011516
Authority: CN
Inventors: 郑子龙; 包进锋; 张星星
Original assignee: HANGZHOU QIUSHI MEMBRANE TECHNOLOGY Co Ltd; ZHEJIANG KAICHUANG EP TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Creflux Membrane Thchnology Co ltd; Zhejiang Chuangqi Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2023-01-10

Abstract

本实用新型涉及复合材料领域，尤其涉及并公开了一种高强度中空纤维膜，包括膜本体层，所述膜本体层中混纺若干短纤维，所述短纤维的直径为0.001mm-1mm，长度为0.01-1mm，所述短纤维与膜本体层的体积百分比为0.5%-10%。本实用新型的一种高强度中空纤维膜在膜本体材料中加入短纤维，具有物理拉伸强度高、膜丝抗压强度增强、膜材料不会发生剥落、使用寿命长，成本低且膜通量未受影响的优点。

Description

一种高强度中空纤维膜

技术领域

本实用新型涉及复合材料领域，尤其涉及一种高强度中空纤维膜。

背景技术

传统污水再生处理技术存在着出水质量不高、占地大、稳定性差等缺点。膜分离技术具有能耗低、过程简单、分离效率高、无环境污染等优点，是解决当代能源、资源和环境问题的重要高新技术，是其它任何一种化工分离技术无法替代的，其应用已涉足化工、食品、医药、生化、环保等领域，对节约能源、提高效率、净化环境等做出了重要贡献，被国外称为二十一世纪最有发展前途的十大高新技术之一。

目前市场上中空纤维膜常见的是膜本体层内无支撑物的，缺点在于：其物理拉伸强度不足，膜丝易断丝变形；还有膜本体层中带中空编织绳的，此种中空纤维膜常常通量不够，且加工工艺复杂，成本高。

发明内容

针对现有中空纤维膜存在物理拉伸强度不足，膜丝易断丝变形的缺陷，本实用新型提供一种物理拉伸强度强且水通量高，成本低的高强度中空纤维膜。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种高强度中空纤维膜，包括膜本体层，所述膜本体层中混纺若干短纤维。短纤维均匀分布在膜本体层中，由于短纤维的加强作用，中空纤维膜的物理拉伸强度最少可以增加数倍以上，并且可以通过增加短纤维的数量来进一步增大中空纤维膜的强度。由于纵向短纤维的作用使得膜丝抗压强度加强，受到1.5-3mpa压力不变形。膜丝整体强度大幅度提升，使得膜丝使用寿命是不加短纤维的中空纤维膜的两倍以上。由于短纤维是混纺到膜本体层中的，短纤维与膜材料有一定的相容性，并且完全被膜本体层材料包裹，不会发生分离剥落，失去过滤功能。

作为优选，所述短纤维的直径为0.001mm-1mm，长度为0.01-1mm。上述规格的短纤维使本发明既能达到需要的强度又不影响中空纤维膜的水通量。

作为优选，所述短纤维的材料为聚丙烯腈、涤纶、尼龙、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、氨纶。膜本体层材料可以是：聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈等。短纤维选用这些材料可通过改性与膜本体层材料具有较好的相容性。

作为优选，所述短纤维与膜本体层的体积百分比为0.5%-10%。短纤维镶嵌在膜本体层中的体积小，对成膜结构影响很小，膜的水通量是编织绳结构膜的两倍以上，与无支撑中空纤维膜相当。

一种高强度中空纤维膜的制作方法为：

1）溶料釜中依次加入膜本体材料（浓度为15-23 wt/v %）、吐温80或聚乙二醇作为添加剂（浓度为5-15 wt/v %）、N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺为溶剂（浓度为50-80 wt/v %），开启溶料釜的搅拌轴密封压栏，60-100℃下经充分搅拌6-24h，得到铸膜液，之后将体积百分比为0.5%-10%，直径为0.001mm-1mm，长度为0.01-1mm的短纤维混入铸膜液中，充分搅拌制得混合铸膜液。

2）将混合铸膜液挤入管式中空纤维纺丝喷丝头，在15-40m/min的纺丝速度下，混合铸膜液被气压挤出，经过滤网过滤和计量泵进入喷丝头铸膜液进入孔，与芯液进入孔中的去离子水在喷丝头发生复合成型后进入凝固浴后发生相分离固化成膜，凝固浴凝胶介质为恒定温度的水，水温度控制在18-45℃，纺丝温度20-80℃，芯液为去离子水，温度为5-60℃。

3）通过干-湿法制备中空纤维复合膜。所制得中空纤维膜成孔性较好，膜孔分布均匀，孔径分布范围较窄，且亲水性能较好。纯水通量可达到380L/m2h，0.1MPa以上（测试温度25℃），1g/L牛血清蛋白缓冲溶液截留实验中，截留率为99%。

本实用新型的一种高强度中空纤维膜具有以下优点：

1）物理拉伸强度高：由于短纤维的加强作用，其物理拉伸强度最少可以增加数倍以上；

2）膜丝抗压强度增强：由于纵向短纤维的作用使得膜丝受到1.5-3mpa压力不变形；

3）使用寿命长：由于膜丝整体强度大幅度提升，使得膜丝使用寿命是不加短纤维的中空纤维膜的两倍以上；

4）膜材料不会发生剥落：采用编织绳的混纺中空纤维膜，涂层与编织绳容易分离剥落，失去过滤功能；而本发明，由于短纤维材料与本体材料有一定的相容性，并且完全被膜本体材料包裹，不会发生分离剥落而失去过滤功能，从而大大增加了膜的使用寿命； 5）成本低于编织绳的混纺中空纤维膜：编织绳的混纺中空纤维膜材料成本中编织绳成本要占一半以上，所以成本比本发明高一倍以上； 6）膜通量未受影响：因为引入的短纤维通过改性跟膜材料有一定的相溶性，且镶嵌在膜中的体积小，只占膜材料体积的0.5-10%，对成膜结构影响很小，因此膜的水通量可达到380L/m²h，0.1MPa以上（测试温度25℃），是编织绳结构膜的2倍以上，与无支撑中空纤维膜相当。

附图说明

图1为本实用新型一种高强度中空纤维膜实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1与具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

一种高强度中空纤维膜，包括膜本体层1，所述膜本体层1中均匀混纺短纤维2。膜本体层1的材料为：聚偏氟乙烯，短纤维的材料为聚丙烯腈，短纤维直径为0.001mm，长度为0.1mm，在中空纤维膜中所占体积比为0.5%，经测试，其拉伸强度为11N（同等条件下，未加短纤维的中空纤维膜的拉伸强度约为4N），在0.1mpa时，其抗压情况为不变形，且在压力为0.1mpa，测试水温为25摄氏度时，水通量为399 L/m²h。

本实用新型的一种高强度中空纤维膜的制作步骤为：

1）溶料釜中依次加入膜本体材料聚偏氟乙烯（浓度为18.5wt/v %）、聚乙二醇作为添加剂（浓度为6.5wt/v %）、N-甲基吡咯烷酮为溶剂（浓度为75wt/v %），开启溶料釜的搅拌轴密封压栏，80℃下经充分搅拌12h，得到铸膜液，之后将体积百分比为1%，直径为0.001mm，长度为0.1mm的聚丙烯腈短纤维混入铸膜液中，充分搅拌制得混合铸膜液。

2）将混合铸膜液挤入管式中空纤维纺丝喷丝头，在18m/min的纺丝速度下，混合铸膜液被气压挤出，经过滤网过滤和计量泵进入喷丝头铸膜液进入孔，与芯液进入孔中的去离子水在喷丝头发生复合成型后进入凝固浴后发生相分离固化成膜，凝固浴凝胶介质为恒定温度的水，水温度控制在45℃，纺丝温度20℃，芯液为去离子水，温度为40℃。

3）通过干-湿法制备中空纤维复合膜。所制得中空纤维膜成孔性较好，膜孔分布均匀，孔径分布范围较窄，且亲水性能较好。纯水通量可达到380L/m2h，0.1MPa以上（测试温度25℃），1g/L牛血清蛋白缓冲溶液截留实验中，截留率为99%

本实用新型还有如下变形，其中短纤维的直径、长度、材料、在中空纤维膜中所占体积比如表1所示，其相应的拉伸强度、抗压情况、水通量大小也如表1所示：

表1

从表1可以看出：（1）短纤维的加入基本没有影响到膜丝的水通量。（2）短纤维的加强作用使得膜丝的拉伸强度有了很大程度的提高，并且随着短纤维含量的增加，拉伸强度会进一步提高。（3）由于各种材料与膜体的相容性有一定差异，所以各种材料的短纤维对膜丝拉伸强度的加强效果也不相同。

综上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围，凡依本申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。

Claims

1.一种高强度中空纤维膜，包括膜本体层（1），其特征在于：所述膜本体层（1）中混纺若干短纤维（2）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度中空纤维膜，其特征在于：所述短纤维（2）的直径为0.001mm-1mm，长度为0.01-1mm。