CN219744462U - 一种高水完整性滤芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高水完整性滤芯，涉及过滤设备技术领域，包括主体和设于主体两端的端盖，主体包括中心杆、滤膜和壳体，滤膜围设中心杆，壳体套设滤膜外周，滤膜具有进液面侧和出液面侧，液体从进液面侧流入从出液面侧流出，滤膜端部的进液面侧和/或出液面侧压设多孔膜形成复合部，复合部中的多孔膜和滤膜之间包括层压区和非层压区，层压区用于多孔膜和滤膜之间层压结合，非层压区用于流体流入，水在到达复合部时，能通过非层压区的进入，润湿非层压区、复合部两侧表面，最后对整个滤膜端部实现润湿，提高了滤芯的水完整性。

Description

一种高水完整性滤芯

技术领域

本实用新型涉及过滤设备技术领域，特别是一种高水完整性滤芯。

背景技术

过滤器作为一种液体分离和气体分离装置已经广泛应用于各行各业，在电子行业的超纯水制备、半导体湿设备终端过滤，制药行业的生物制品的除菌过滤，食品行业的葡萄酒、啤酒等的除菌过滤等都有广泛的应用。

滤芯作为过滤器的一种，包括卷式和折叠式，卷式滤芯是把滤膜卷绕形成膜卷，折叠式滤芯是将滤膜折叠成高低起伏的山峰状，都由主体和盖设于主体两端的端盖构成，滤芯在生产过程中，端盖是通过熔融焊接在主体两端，以保证主体和端盖的密封连接；在滤芯出厂以及使用之前，会对滤芯进行完整性测试以及灭菌处理，对于适合液体过滤的亲水滤芯来说，完整性测试的方法包括：泡压测试法、扩散流测试法、保压测试法等，其中，扩散流测试法是在完全被水湿润的滤芯上游施加一定体积的高压气体比如：空气、氮气等，待压力稳定后，切断气源，保持几分钟时间，观察压力值变化；此外，滤芯在水完整性测试时，需要滤膜能够过滤的区域在水中能够完全润湿，即目前滤芯的水完整性测试都需要彻底润湿滤膜的有效过滤表面，否则会使水完整性测试不通过。

但是，在将亲水滤芯使用聚丙烯等材料作为端盖，通过熔焊使聚丙烯熔融软化，再将其附着在滤芯两端完成端封以及160℃-170℃\120min，170-180℃\60min等高温灭菌处理后，对滤芯进行润湿时，主体和端盖密封连接的区域以及这些区域附近的亲水多孔膜发生了变性，此区域内的滤膜出现亲水性下降的问题，无法被水润湿，这使得完整性测试中气体能毫无阻碍的通过这些区域，进而导致完整性测试不通过。

美国专利US4392958A，通过在主体两端的进液面侧复合无孔阻隔条，再与端盖密封，这样处理过的滤芯端部无孔隙，其孔隙被压缩到消除的程度，液体和气体不透过，在端封以及灭菌处理后进行扩散流测试，其结果显示为通过，但是，在主体端部复合无孔阻隔条会导致滤芯整体的有效过滤面积减少，进而导致工艺生产率降低；因此如何提供一种在端封和灭菌处理后能够被水完全润湿并且通过扩散流测试的滤芯成为本领域技术人员有待解决的问题。

发明内容

本实用新型所要达到的目的是提供一种在端封和灭菌处理后能够被水完全润湿并且通过扩散流测试的高水完整性滤芯。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高水完整性的滤芯，包括主体和设于主体两端的端盖，所述主体包括中心杆、滤膜和壳体，所述滤膜围设中心杆，所述壳体套设滤膜外周，所述滤膜具有进液面侧和出液面侧，液体从所述进液面侧流入从所述出液面侧流出，其特征在于：滤膜端部的进液面侧和/或出液面侧压设多孔膜形成复合部，所述复合部中的多孔膜和滤膜之间包括层压区和非层压区，所述层压区用于多孔膜和滤膜之间层压结合，所述非层压区用于流体流入。

适合液体过滤的亲水滤芯在端封和灭菌处理后不能通过扩散流测试，可能因为端封和灭菌处理带来的高温使得滤膜在端封区域以及相邻区域发生亲水性向疏水性的转变，为了克服这种转变在扩散流测试中造成明显的故障，上述技术方案在滤膜端部的进液面和\或出液面侧压设多孔膜形成复合部，这样在端封和灭菌处理后，即使复合部两侧表面的亲水性降低甚至变为疏水，但复合部中形成的非层压区的使得多孔膜和与滤膜之间存在能使水通过的空间，且非层压区里的多孔膜和滤膜孔径结构相对完整，从而使得水在到达复合部时，能通过非层压区的进入，润湿非层压区、复合部两侧表面，最后对整个滤膜端部实现润湿，这就使得滤芯能够通过扩散流测试，同时，层压区的存在使得多孔膜能够粘连，这样一来，端封和灭菌处理后所得到的滤芯能够在不降低端部的有效过滤面积的同时，又能够通过扩散流的测试，此时，滤芯具有高水完整性。

进一步的，所述滤膜至少包括低精度的上游膜和高精度的下游膜，所述多孔膜压设于下游膜的出液面侧。

在滤膜结构为低精度的上游膜和高精度的下游膜时，相比于多孔膜压设于上游膜的进液面侧，由于上游膜孔径大于下游膜孔径，在用水对滤芯进行湿润时，水只能够润湿低精度的上游膜，而无法进入到高精度的下游膜中，使得滤膜端部无法被全部润湿，最终使得扩散流测试结果偏高，多孔膜压设于下游膜的出液面侧时，在用水对滤芯进行润湿时，水先润湿高精度的下游膜，随后润湿低精度的上游膜，实现对整个滤芯的润湿，最终滤芯扩散流测试的结果显示为通过，此时，滤芯具有高水完整性。

进一步的，所述滤膜为单层膜结构，所述多孔膜压设于滤膜的进液面侧和\或出液面侧。

在滤膜结构为单层膜时，多孔膜既可以压设在滤膜的进液面侧又可以压设在滤膜的出液面侧，还可以同时压设在滤膜的进液面侧和出液面侧，在用水对滤芯进行润湿时，水既可以通过进液面侧的非层压区进入，又可以通过出液面侧的非层压区进入，从而湿润整个滤芯，有利于提高滤芯的亲水性高，同时，这样在使用多孔膜对滤膜端部进行辊压复合时，不必确认滤膜的进液面侧和出液面侧，即可使端封和灭菌处理后的滤芯的扩散流测试通过，拥有高水完整性，有利于简化滤芯的生产工序。

进一步的，所述滤膜在滤芯轴向上的宽度与复合部在滤芯轴向上的宽度之比为20-90。

滤膜在滤芯轴向上的宽度与复合部在滤芯轴向上的宽度之比为20-90，相比于滤膜在滤芯轴向上的宽度与复合部在滤芯轴向上的宽度之比小于20时，在用水对进行润湿时，水要在复合部的层压区中经过很长的路径才能对滤芯进行润湿，使得扩散流测试结果不未通过，相比于滤膜在滤芯轴向上的宽度与复合部在滤芯轴向上的宽度之比大于90时，复合部在滤芯轴向上的宽度过小，在使用多孔膜对滤膜端部进行辊压复合形成复合部时，辊压装置过小会发生偏移，使得多孔膜边缘与滤膜边缘不能对齐，在复合完成后需要再进行修剪才能使多孔膜边缘与滤膜边缘对齐，滤膜在滤芯轴向上的宽度与复合部在滤芯轴向上的宽度之比为20-90时，既能减小水润湿滤芯的时间，又能在辊压时就能完成多孔膜边缘与滤膜边缘的对齐，减少生产过程所需要的时间。

进一步的，所述层压区和非层压区朝滤芯轴向延伸，且所述层压区和非层压区在滤膜周向上交替排列。

相对于层压区和非层压区朝滤芯周向延伸时，水在到达滤膜端部时需要经过层压区才能到达非层压区，但设置在多孔膜和滤膜之间的层压区没有能使水通过的空间，此时水不能对滤膜端部润湿，最后使得扩散流测试不能通过，层压区和非层压区朝滤芯轴向延伸时，水在到达滤膜端部时先经过非层压区再到达非层压区，设置在多孔膜和滤膜之间的非层压区存在有能使水通过的空间，此时水能对滤膜端部润湿，最后使得扩散流测试通过，此时，滤芯具有高水完整性；同时，交替排列的层压区又能使多孔膜与滤膜稳定的粘合。

进一步的，所述层压区和非层压区的面积比为0.3-0.7。

相比于层压区与非层压区的面积比大于0.7，在使用水对滤膜进行润湿时，只有少量的水能从非层压区进入对滤膜端部的复合部进行润湿，从而导致最终滤芯的亲水性降低，层压区与非层压区的面积比小于0.3时，多孔膜与滤膜端部的粘合不稳定，更甚至在对滤芯多次使用时，多孔膜会从滤芯端部脱落，层压区和非层压区的面积比为0.3-0.7，既能保证有足量的水能从非层压区进入对滤膜端部的复合部进行润湿，从而润湿整个滤芯，又能使多孔膜与滤膜端部的粘连牢固。

进一步的，所述多孔膜还包括远离端部朝滤芯轴向延伸的非复合部。

设于多孔膜上非复合部的存在，使得多孔膜在复合滤膜时，层压辊轴所产生的压力会被分散到非复合部，不至于产生过度的复合压力致使滤膜破损，影响滤芯完整性。

进一步的，所述复合部在滤芯轴向上的宽度与非复合部在滤芯轴向上的宽度之比为3-8。

相比于复合部在滤芯轴向上的宽度与非复合部在滤芯轴向上的宽度之比小于3，多孔膜在复合滤膜时，辊轴所产生的压力会被过度分散，多孔膜和滤膜端部的粘连不牢固，复合部在滤芯轴向上的宽度与非复合部在滤芯轴向上的宽度之比大于8，非复合部分散来自辊轴所产生的压力不足以使多孔膜和滤膜保持孔径结构，复合部在滤芯轴向上的宽度与非复合部在滤芯轴向上的宽度之比为3-8时，既能够分散辊轴所产生的压力使多孔膜和滤膜保持孔径结构，又能够使多孔膜和滤膜之间的粘连牢固。

进一步的，所述多孔膜在截面上的厚度为10-100μm。

相比于多孔膜在截面上的厚度小于10μm，滤芯在多次使用后，多孔膜压设滤芯端部的复合部会因为液体的冲刷导致破损，导致整个滤芯的完整性遭到破坏，多孔膜在截面上的厚度大于100μm，复合区在与端盖进行密封时，会产生挤压使多孔膜压设滤芯端部的复合部会发生破损，使得滤芯的完整性降低，多孔膜在截面上的厚度为10-100μm，多孔膜压设滤芯端部的复合部既不会因为液体的冲刷导致破损，也不会在端封时由于端盖对复合部的挤压导致破损，有利于保持滤芯的完整性。

进一步的，所述多孔膜的PMI孔径与滤膜PMI孔径之比为1-10；所述多孔膜材料选择聚醚砜；

当多孔膜压设在滤膜端部的出液面时，多孔膜的PMI孔径与滤膜PMI孔径之比为1-10，可以使滤芯在使用时，液体透过滤膜通往多孔膜的流速不会由大变小，影响过滤效率；多孔膜使用亲水性聚合物聚醚砜增加了滤芯端部的水润湿程度。

综上所述，本实用新型具有如下有益效果：

适合液体过滤的亲水滤芯在端封和灭菌处理后不能通过扩散流测试，可能因为端封和灭菌处理带来的高温使得滤膜在端封区域以及相邻区域发生亲水性向疏水性的转变，为了克服这种转变在扩散流测试中造成明显的故障，上述技术方案在滤膜端部的进液面和\或出液面侧压设多孔膜形成复合部，这样在端封和灭菌处理后，即使复合部两侧表面的亲水性发生了转变，液体仍然能够通过复合部中的非层压区进入从而润湿整个滤膜，同时，层压区的存在使得多孔膜能够粘合，这样一来，端封和灭菌处理后所得到的滤芯既能够通过扩散流的测试，又能增大滤芯在使用时的过滤面积，提高过滤效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型高水完整性滤芯的示意图；

图2为本实用新型另一角度高水完整性滤芯的示意图；

图3为本实用新型高水完整性滤芯A处的的局部放大图；

图4为本实用新型实施例1多孔膜压设滤膜进液面的示意图；

图5为本实用新型实施例1多孔膜压设滤膜出液面的示意图；

图6为本实用新型实施例1多孔膜压设滤膜出液面和进液面的示意图；

图7为本实用新型实施例2多孔膜压设滤膜出液面的示意图；

图8为本实用新型复合部截面的扫描电镜(SEM)图,其中放大倍率为300×；

图9为本实用新型层压区和非层压区的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为100×；

图10为本实用新型对比例3疏水斑图片。

1、端盖；2、主体；21、中心杆；22、滤膜；221、复合部；2211、层压区；2212、非层压区；222、非复合部；23、壳体；24、多孔膜。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1、图2和图9所示，一种高水完整性的滤芯，包括主体2和设于主体2两端的端盖1，主体2包括中心杆21、围设中心杆21的滤膜22和套设滤膜22外周的壳体23，滤膜22具有进液面侧和出液面侧，液体从进液面侧流入从出液面侧流出，滤膜22端部的进液面侧和/或出液面侧压设多孔膜24形成复合部221，在复合部221中的多孔膜24和滤膜22之间设有层压区2211和非层压区2212，层压区2211用于多孔膜24和滤膜22之间层压结合，非层压区2212用于流体流入，即使复合部221两侧表面的亲水性降低甚至变为疏水，但复合部221中形成的非层压区2212的使得多孔膜24和与滤膜22之间存在能使水通过的空间，且非层压区2212里的多孔膜24和滤膜22孔径结构相对完整，从而使得水在到达复合部221时，能通过非层压区2212的进入，润湿非层压、复合部221两侧表面，最后对整个滤膜22端部实现润湿，这就使得滤芯能够通过扩散流测试，同时，层压区2211的存在使得多孔膜24能够粘连，这样一来，端封和灭菌处理后所得到的滤芯能够在不降低端部的有效过滤面积的同时，又能够通过扩散流的测试，得到高水完整性的滤芯。

如图3、图4、图5和图6所示，在本实施中滤膜22为单层膜结构，多孔膜24可压设于滤膜22端部的进液面侧和\或出液面侧。通过上述设置，在用水对滤芯进行润湿时，水既可以通过进液面侧的非层压区2212进入，又可以通过出液面侧的非层压区2212进入，从而湿润整个滤芯，有利于提高滤芯的亲水性，同时，这样在使用多孔膜24对滤膜22端部进行辊压复合时，不必确认滤膜22的进液面侧和出液面侧，即可使端封和灭菌处理后的滤芯的扩散流测试通过，有利于简化滤芯的生产工序。

其中，在滤芯轴向上，滤膜22宽度与复合部221宽度之比为20-90，这使得滤芯在被水润湿时，液体在设于复合部221中的非层压区2212的流动距离能够增加水对整个滤芯的润湿速度，提高滤芯的亲水性，同时多孔膜24在对滤膜22端部进行辊压复合时，辊轴不会因为过小发生偏移，使得滤膜22边缘与多孔膜24边缘不能对齐。

如图9所示，层压区2211和非层压区2212朝滤芯轴向延伸，并且层压区2211和非层压区2212在滤膜22周向上交替排列，在整个复合部221内，层压区2211和非层压区2212的面积比为0.3-0.7，这使得在用水对滤芯进行润湿时，水能从滤膜22周向上的每一个非层压区2212进入，进而润湿每一个非层压区2212，进而湿润整个滤芯，同时，层压区2211和非层压区2212的面积比为0.3-0.7，使得在用水对滤芯进行的润湿时，进入非层压区2212的水增多，有利于提高滤芯的亲水性。

在其他实施例中，多孔膜24在远离端部朝滤芯轴向延伸的方向上还设有非复合部222，并且复合部221与非复合部222在滤芯轴向上的宽度之比为3-8，非复合部222的存在，使得多孔膜24在复合滤膜22时，层压辊轴所产生的压力会被分散到非复合部222，不至于产生过度的复合压力致使多孔膜24塌陷到滤膜22中，致使多孔膜24和滤膜22的部分孔径结构消失，且相比于复合部221在滤芯轴向上的宽度与非复合部222在滤芯轴向上的宽度之比小于3，多孔膜24在复合滤膜22时，辊轴所产生的压力会被过度分散，多孔膜24和滤膜22端部的粘连不牢固，复合部221在滤芯轴向上的宽度与非复合部222在滤芯轴向上的宽度之比大于8，非复合部222分散来自辊轴所产生的压力不足以使多孔膜24和滤膜22保持孔径结构，复合部221在滤芯轴向上的宽度与非复合部222在滤芯轴向上的宽度之比为3-8时，既能够分散辊轴所产生的压力使多孔膜24和滤膜22保持孔径结构，又能够使多孔膜24和滤膜22之间的粘连牢固。

如图8所示，在其它实施例中，多孔膜24的PMI孔径与滤膜22PMI孔径之比为1-10，多孔膜24材料选择聚醚砜，可以使滤芯在使用时，液体透过滤膜22通往多孔膜24的流速不会由大变小，影响过滤效率；多孔膜24使用亲水性聚合物聚醚砜增加了滤芯端部的水润湿程度。

水润湿测试：取端封和高温灭菌处理后的滤芯投入水中3min后取出，观察端部有无疏水区域(疏水斑)，当端部存在疏水斑时，扩散流测试结果不通过。

将实施例1的滤芯取3个试样进行水润湿测试，试样1的滤芯为多孔膜压设于滤膜22端部的进液面侧，试样2的滤芯为多孔膜压设于滤膜22端部的出液面侧，试样3为多孔膜2压设在滤膜的进液面侧和出液面侧；

对比例1：取实施例1滤膜不压设多孔膜的滤芯进行水润湿测试；

对比例2：取实施例1滤膜压设多孔膜，但在多孔膜与滤膜之间不设置非层压区的滤芯进行水润湿测试。

结果如表1所示

由试样1、试样2和试样3可知，当滤膜端部的进液面侧和\或出液面侧压设多孔膜形成复合部，且在复合部中设置非层压区时，水仍然能够通过复合部中的非层压区进入从而润湿整个滤膜，使得扩散流测试通过。

由对比例1可知，当滤膜端部压设多孔膜形成复合部，但复合部中没有设置非层压区，在用水对滤芯进行润湿时，此时水不会进入端部，滤膜端部会出现如图9所示的疏水斑，进而使得扩散流测试不通过。

由对比例2可知，当滤膜端部不压设多孔膜时，在用水对滤芯进行润湿时，滤膜端部会出现如图9所示的疏水斑，进而使得扩散流测试不通过。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于滤膜22为多层膜结构，多孔膜可压设于滤膜端部的进液面侧和\或出液面侧，多层膜至少包括低精度的上游膜和高精度的下游膜，如图7所示，其中一个试样为多孔膜压设于滤膜端部的出液面侧。

将实施例2的滤芯取3个试样进行水润湿测试，试样4的滤芯为多孔膜压设于滤膜22端部的进液面侧；试样5的滤芯为多孔膜压设于滤膜22端部的出液面侧；试样6为多孔膜2压设在滤膜的进液面侧和出液面侧；

对比例3：取实施例2滤膜不压设多孔膜的滤芯进行水润湿测试；

对比例4：取实施例2滤膜压设多孔膜，但在多孔膜与滤膜之间不设置非层压区的滤芯进行水润湿测试；

结果如表2所示

由试样4、试样5和试样6可知，当滤膜端部的进液面侧和\或出液面侧压设多孔膜形成复合部，且在复合部中设置非层压区时，水仍然能够通过复合部中的非层压区进入从而润湿整个滤膜，使得扩散流测试通过，但研究人员在测试中发现，当多孔膜只压设于上游膜的进液面侧时，扩散流测试结果偏高。

由对比例3可知，由当滤膜端部压设多孔膜形成复合部，但复合部中没有设置非层压区，在用水对滤芯进行润湿时，此时水不会进入端部，滤膜端部会出现疏水斑，进而使得扩散流测试不通过。

由对比例4可知，当滤膜端部不压设多孔膜时，在用水对滤芯进行润湿时，滤膜端部会出现疏水斑，进而使得扩散流测试不通过。

以上已详细描述了本实用新型的较佳实施例，但应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种高水完整性滤芯，包括主体和设于主体两端的端盖，所述主体包括中心杆、滤膜和壳体，所述滤膜围设中心杆，所述壳体套设滤膜外周，所述滤膜具有进液面侧和出液面侧，液体从所述进液面侧流入从所述出液面侧流出，其特征在于：滤膜端部的进液面侧和/或出液面侧压设多孔膜形成复合部，所述复合部中的多孔膜和滤膜之间包括层压区和非层压区，所述层压区用于多孔膜和滤膜之间层压结合，所述非层压区用于流体流入。

2.根据权利要求1所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述滤膜至少包括低精度的上游膜和高精度的下游膜，所述多孔膜压设于下游膜的出液面侧。

3.根据权利要求1所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述滤膜为单层膜结构，所述多孔膜压设于滤膜端部的进液面侧和\或出液面侧。

4.根据权利要求1所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述滤膜在滤芯轴向上的宽度与复合部在滤芯轴向上的宽度之比为20-90。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述层压区和非层压区朝滤芯轴向延伸，且所述层压区和非层压区在滤膜周向上交替排列。

6.根据权利要求5所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述层压区和非层压区的面积比为0.3-0.7。

7.根据权利要求1所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述多孔膜还包括远离端部朝滤芯轴向延伸的非复合部。

8.根据权利要求7所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述复合部在滤芯轴向上的宽度与非复合部在滤芯轴向上的宽度之比为3-8。

9.根据权利要求1所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述多孔膜在截面上的厚度为10-100μm。

10.根据权利要求1所述的高水完整性滤芯，其特征在于，所述多孔膜的PMI孔径与滤膜PMI孔径之比为1-10；所述多孔膜材料选择聚醚砜。