CN219922611U - 中空纤维膜制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中空纤维膜制备装置，包括物料处理单元和纺丝单元，所述物料处理单元包括搅拌釜、强制喂料机和螺杆挤出机，所述搅拌釜的出料口通过管路与所述强制喂料机的进料口相连接，所述强制喂料机的出料口通过管路与所述螺杆挤出机的进料口相连接，所述螺杆挤出机的出料口通过管路与所述纺丝单元的进料口相连接；所述强制喂料机包括驱动组件和螺杆，所述驱动组件驱动所述螺杆旋转，所述螺杆旋转驱动物料由所述强制喂料机的出料口挤出，所述强制喂料机的进料口大于所述强制喂料机的出料口。本实用新型能够对高固含量物料进行连续稳定输送。

Description

中空纤维膜制备装置

技术领域

本实用新型涉及分离膜技术领域，更具体地，涉及一种中空纤维膜制备装置。

背景技术

体外膜肺氧合(Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO)主要用于对重症心肺功能衰竭患者提供持续的体外呼吸与循环，以维持患者生命。其主要组成包括氧合器、血泵、监测系统等。其中，氧合器中的氧合膜是决定气血交换效率的关键材料。

氧合膜，也称人工肺膜，按照技术发展历程，依次经历卷筒式氧合膜、平板式氧合膜和中空纤维膜式氧合膜，其中，中空纤维膜是一种具有沿轴向的空腔、横截面为多孔结构、且外形似纤维的异形纤维。中空结构赋予了纤维良好的保暖性、蓬松性等特定性能与风格，而多孔结构可选择性透过/吸附流质，从而对混合流质进行分离富集。中空纤维膜对水、气、血液等流质的选择性吸附能力，在过滤分离领域有着重要应用。

中空纤维膜的制备方法包括以下过程：1)将聚合物和稀释剂进行混合、熔融，得到均相、熔融态铸膜液；2)将铸膜液通过喷丝头挤出，然后经一定空气间隙后进入凝固浴进行相转化，得到初生膜丝；3)将初生膜丝用萃取剂进行萃取，去除稀释剂，得到洁净的次生膜丝；4)将次生膜丝进行干燥，去除萃取剂，得到成品中空纤维膜。

现有中空纤维膜制备装置包括搅拌釜、与搅拌釜通过管路相连接的螺杆挤出机和与螺杆挤出机通过管路相连接的喷丝头，搅拌釜用于混合聚合物和稀释剂，得到冷铸膜液，冷铸膜液经管路输送至螺杆挤出机进行加热挤出，得到均相、熔融态铸膜液。输送至螺杆挤出机的冷铸膜液应连续，才能制得连续的中空纤维膜丝。然而，高固含量的冷铸膜液(聚合物含量超过40％)粘度大，在搅拌釜中呈不连接半干状态，导致管路中的物料呈不连续状态，造成进入螺杆挤出机的物料出现中断、缺料现象，容易导致喷丝头纺出的膜丝出现质量和外观不稳定的问题。另一方面，高粘度物料也易造成螺杆挤出机出现空转或卡死现象，导致生产线停止。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够输送高固含量物料的中空纤维膜制备装置，通过强制喂料，保证高粘度物料的连续输送，从而保证中空纤维膜的连续化稳定生产。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种中空纤维膜制备装置，包括物料处理单元和纺丝单元，所述物料处理单元包括搅拌釜、强制喂料机和螺杆挤出机，所述搅拌釜的出料口通过管路与所述强制喂料机的进料口相连接，所述强制喂料机的出料口通过管路与所述螺杆挤出机的进料口相连接，所述螺杆挤出机的出料口通过管路与所述纺丝单元的进料口相连接；

所述强制喂料机包括驱动组件和螺杆，所述驱动组件驱动所述螺杆旋转，所述螺杆旋转驱动物料由所述强制喂料机的出料口挤出，所述强制喂料机的进料口大于所述强制喂料机的出料口。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

本实用新型实施例通过设置强制喂料机，利用驱动组件和螺杆对搅拌釜输出的不连续物料进行强制挤出，实现物料的连续输送，保证中空纤维膜纺丝工艺的连续纺丝，以及保证中空纤维膜的连续、稳定生产，降低膜丝的批次间性质差异，同时，也避免螺杆挤出机出现空转或卡死现象，防止生产线停止。本实用新型自动化程度高，可以避免人工喂料，解决了高固含量铸膜液进料困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是本实用新型一具体实施例的中空纤维膜制备装置的流程示意图。

图2是本实用新型一具体实施例的强制喂料机的截面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1，本实用新型公开了一种中空纤维膜制备装置，包括物料处理单元10、纺丝单元20、萃取单元和干燥单元，物料处理单元10包括搅拌釜11、强制喂料机12和螺杆挤出机13，搅拌釜11的出料口通过管路14与强制喂料机12的进料口相连接，强制喂料机12的出料口124通过管路14与螺杆挤出机13的进料口相连接，螺杆挤出机13的出料口通过管路14与纺丝单元20的进料口相连接。参考图2，强制喂料机12包括驱动组件和螺杆123，驱动组件驱动螺杆123旋转，螺杆123旋转驱动物料由强制喂料机12的出料口124挤出，强制喂料机12的进料口大于强制喂料机12的出料口124。物料处理单元10用于将聚合物和稀释剂的物料进行混合、熔融和挤出，得到熔融态铸膜液，纺丝单元20用于将熔融态铸膜液进行纺丝，随后膜丝进入冷却槽冷却成型，得到初生膜丝，萃取单元用于萃取出初生膜丝中的稀释剂，得到次生膜丝，干燥单元用于对次生膜丝进行干燥，去除萃取剂，得到最终的成品中空纤维膜。搅拌釜11用于混合聚合物和稀释剂的物料，得到冷铸膜液，强制喂料机12用于对冷铸膜液进行强制连续输出，螺杆挤出机13用于加热和挤出冷铸膜液成熔融态，得到熔融态铸膜液。搅拌釜11的混合物料中的固体主要指聚合物，还包括固体添加剂，例如固体填料(用于改善聚合物机械性能)等等。当混合物料中的固体质量的百分比含量≥40.wt％时，经搅拌釜11搅拌后的物料在管路14中通常呈不连续输送状态，本实用新型通过设置强制喂料机12，利用驱动组件和螺杆123对搅拌釜11输出的不连续物料进行强制挤出，实现物料的连续输送，保证中空纤维膜纺丝工艺的连续纺丝，以及保证中空纤维膜的连续、稳定生产，降低膜丝的批次间性质差异，同时，也避免螺杆挤出机13出现空转或卡死现象，防止生产线停止。本实用新型自动化程度高，可以避免人工喂料，解决了高固含量铸膜液进料困难的问题。

在一具体实施例中，螺杆123的数量可以为一个或两个，当螺杆123的数量为两个时，两个螺杆123同时相向旋转。

进一步的，在一具体实施例中，螺杆123可以为等径螺杆123，也可以为锥形螺杆123，当螺杆123为锥形螺杆123时，锥形螺杆123的小直径端靠近强制喂料机12的出料口124。优选的，采用双锥强制喂料机12效果更好。

进一步的，在一具体实施例中，强制喂料机12配置有调速系统，调速系统可以控制强制喂料机12的物料输出速度，以确保强制喂料机12的物料输出速度可以为10kg/h～30kg/h。

参考图2，在一具体实施例中，驱动组件包括电机121和传动箱122，电机121驱动传动箱122，传动箱122带动螺杆123旋转。

参考图1，在一具体实施例中，物料处理单元10还包括过滤器15和计量泵16，过滤器15的进料口通过管路14与螺杆挤出机13的出料口相连接，过滤器15的出料口通过管路14与计量泵16的进料口相连接，计量泵16的出料口通过管路14与纺丝单元20的进料口相连接，计量泵16可以精准控制喷丝头24的流量。

具体的，在一具体实施例中，过滤器15的过滤目数为80目～200目，计量泵16的行程容积可以为0.3CC～1.2CC。

在一具体实施例中，物料处理单元10还包括空气压缩机17和保护气罐18，空气压缩机17和保护气罐18分别通过管路14与搅拌釜11相连接，空气压缩机17用于对搅拌釜11进行抽真空，使搅拌釜11内的混合液进行微真空除泡，保护气罐18用于对搅拌釜11充保护气进行保护。具体的，保护气可以为氮气、惰性气体等。

在一具体实施例中，物料处理单元10还包括第一压力传感器191和第二压力传感器192，第一压力传感器191设置于螺杆挤出机13与过滤器15之间的管路14上，第二压力传感器192设置于计量泵16和喷丝头24之间的管路14上，以实时监测各个物料输送管路14中流体的连续输送是否正常，以及精准控制物料的流速。

在一具体实施例中，螺杆挤出机13优选为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机包括传动部和挤出部，传动部通过螺杆123提供扭矩，挤出部主要由机筒、螺纹元件、加热块和芯轴构成，物料在挤出部完成塑化、混合并挤出。进一步的，在一具体实施例中，螺杆挤出机13还包括加料部131，加料部131与传动部的内腔相连通，可以在纺丝结束后，通过加料部131加入高粘度热塑性材料对双螺杆挤出机13进行清洗，去除纺丝过程中的杂质，提升设备使用寿命。

在一具体实施例中，纺丝单元20包括成芯流体罐21、流量控制器22、牵引辊23、喷丝头24和冷却槽25，冷却槽25设置于喷丝头24下方，冷却槽25用于容纳冷却液，牵引辊23设置于冷却槽25内，且位于冷却液液面以下，喷丝头24设有位于中间的成芯流体通道和环绕成芯流体通道的铸膜液通道，螺杆挤出机13的出料口通过管路14与喷丝头24的铸膜液通道相连接，成芯流体罐21、流量控制器22和喷丝头24的成芯流体通道通过管路14依次相连接，成芯流体罐21用于储存成芯流体，成芯流体用于形成中空纤维膜的中空腔体，成芯流体和螺杆挤出机13挤出的熔融态铸膜液同时进入喷丝头24，并由喷丝头24喷出，经一定空气间隙进入冷却液进行凝固，得到初生膜丝，初生膜丝经牵引辊23接收并向前传递。

在上述实施方式中，成芯流体可以是气体，也可以是液体，流量控制器22根据成芯流体的物理形态选择适合的气体流量控制器22或液体流量控制器22，通过流量控制器22可以精准控制成芯流体由喷丝头24喷出的流量，以精准控制中空纤维膜的内腔结构。牵引辊23的数量至少为一个，增加冷却槽25中牵引辊23的数量，可以延长膜丝在冷却液中的冷却时间。

较优的，在一具体实施例中，纺丝单元20还包括升降装置26，升降装置26用于升降冷却槽25，调节冷却液液面与纺丝头的距离。

较优的，冷却液液面与喷丝头24的距离为2cm～10cm。

在一具体实施例中，纺丝单元20还包括冷却系统27，冷却系统27用于冷却冷却槽25内的冷却液。

在一具体实施例中，搅拌釜11、螺杆挤出机13、过滤器15、计量泵16、喷丝头24、冷却槽25以及从搅拌釜11到喷丝头24的各管路14分别设置有控温组件，可以严格控制各个工序的温度，以实现自动化生产，得到质量稳定、连续的膜丝。

搅拌釜11的温控范围为5℃～55℃，螺杆挤出机13的温控范围是150℃～300℃，过滤器15的温控范围为100℃～280℃，计量泵16的温控范围为100℃～280℃，喷丝头24的温控范围为150℃～280℃，冷却槽25的温控范围为-30℃～100℃，从搅拌釜11到喷丝头24的各管路14的温控范围为150℃～280℃。

参考图1，在一具体实施例中，中空纤维膜制备装置还包括拉伸单元30，拉伸单元30设置于纺丝单元20和萃取单元之间，拉伸单元30包括第一拉伸辊31和第二拉伸辊32，经牵引辊23传递的初生膜丝依次经过第一拉伸辊31和第二拉伸辊32的传递，控制第一拉伸辊31和第二拉伸辊32的转速不同以进行膜丝的拉伸。拉伸倍数可以为1-20倍。

参考图1，在一具体实施例中，中空纤维膜制备装置还包括绕丝轮41和驱动绕丝轮41旋转的动力组件，绕丝轮41用于收集膜丝，动力组件包括电机和速度控制器42，电机驱动绕丝轮41旋转，速度控制器42控制绕丝轮41的旋转速度。

在一具体实施例中，萃取单元包括萃取槽，萃取槽用于容纳萃取液，可以采取离线萃取或在线萃取两种方式，当采用离线萃取时，可以将绕丝轮41设置在萃取单元之前，将绕丝轮41收集的整辊膜丝放入萃取槽中进行萃取，当采用在线萃取时，可以将绕丝轮41设置在萃取槽中，边收集膜丝边萃取。

干燥单元包括烘干箱，将将绕丝轮41收集的整辊膜丝置于烘干箱进行烘干得到成品中空纤维膜。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种中空纤维膜制备装置，包括物料处理单元和纺丝单元，其特征在于，所述物料处理单元包括搅拌釜、强制喂料机和螺杆挤出机，所述搅拌釜的出料口通过管路与所述强制喂料机的进料口相连接，所述强制喂料机的出料口通过管路与所述螺杆挤出机的进料口相连接，所述螺杆挤出机的出料口通过管路与所述纺丝单元的进料口相连接；

所述强制喂料机包括驱动组件和螺杆，所述驱动组件驱动所述螺杆旋转，所述螺杆旋转驱动物料由所述强制喂料机的出料口挤出，所述强制喂料机的进料口大于所述强制喂料机的出料口。

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，所述螺杆的数量为一个或两个，当所述螺杆的数量为两个时，两个所述螺杆同时相向旋转。

3.根据权利要求2所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，所述螺杆为等径螺杆或锥形螺杆，当所述螺杆为锥形螺杆时，所述锥形螺杆的小直径端靠近所述强制喂料机的出料口。

4.根据权利要求3所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，所述强制喂料机还配置有调速系统。

5.根据权利要求4所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，所述物料处理单元还包括过滤器和计量泵，所述过滤器的进料口通过管路与所述螺杆挤出机的出料口相连接，所述过滤器的出料口通过管路与所述计量泵的进料口相连接，所述计量泵的出料口通过管路与所述纺丝单元的进料口相连接；

所述物料处理单元还包括空气压缩机和保护气罐，所述空气压缩机和所述保护气罐分别通过管路与所述搅拌釜相连接；

所述物料处理单元还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述螺杆挤出机与所述过滤器之间的管路上，所述第二压力传感器设置于所述计量泵和所述纺丝单元之间的管路上。

6.根据权利要求5所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，所述搅拌釜、所述螺杆挤出机、所述过滤器、所述计量泵以及从所述搅拌釜到所述纺丝单元的各管路分别设置有控温组件。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，所述纺丝单元包括成芯流体罐、流量控制器、牵引辊、喷丝头和冷却槽，所述冷却槽设置于所述喷丝头下方，所述冷却槽用于容纳冷却液，所述牵引辊设置于所述冷却槽内，且位于所述冷却液液面以下，所述喷丝头设有位于中间的成芯流体通道和环绕所述成芯流体通道的铸膜液通道，所述螺杆挤出机的出料口通过管路与所述铸膜液通道相连接，所述成芯流体罐、所述流量控制器和所述成芯流体通道通过管路依次相连接。

8.根据权利要求7所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，所述纺丝单元还包括升降装置，所述升降装置用于升降所述冷却槽。

9.根据权利要求7所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，还包括拉伸单元，所述拉伸单元包括第一拉伸辊和第二拉伸辊，经所述牵引辊传递的膜丝依次经过所述第一拉伸辊和所述第二拉伸辊的传递，控制所述第一拉伸辊和所述第二拉伸辊的转速不同以进行膜丝的拉伸。

10.根据权利要求9所述的中空纤维膜制备装置，其特征在于，还包括绕丝轮和驱动所述绕丝轮旋转的动力组件，所述绕丝轮用于收集膜丝，所述动力组件包括电机和速度控制器，所述电机驱动绕丝轮旋转，所述速度控制器控制所述绕丝轮的旋转速度。