CZ304206B6 - Způsob zdrsnění dutých polymerních vláken - Google Patents

Abstract

Při způsobu zdrsnění dutých polymerních vláken se svazek vláken zahřeje na teplotu 35 až 45 .degree.C, a vlákna se dlouží o 15 až 30 % původní délky. Následně po zvýšení teploty na 95 až 110 .degree.C se vlákna dále dlouží o 45 až 90 % původní délky a poté se nechají po dobu nejméně 30 minut vychladnout na okolní teplotu. S výhodou se ze svazku vláken vytvoří přadeno (3), které se zaklesne za opěry (2) dloužícího zařízení umístěného v temperovací komoře.

Description

Způsob zdrsnění dutých polymemích vláken

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zdrsnění dutých polymemích vláken pro zvýšení jejich adheze, zejména v matrici formující ústí svazku tepelného výměníku.

Dosavadní stav techniky

Polymerní dutá vlákna/kapiláry se běžně vyrábějí vytlačováním. Při tomto způsobuje nepolární povrch vlákna - prekurzoru velmi hladký a jeví velmi nízkou adhezi při zalévání polymerizující matricí. To je problém zejména v případech, kdy se zalévá velký počet konců těchto vláken k vytvoření vstupu do svazku tvořeného i několika desítkami tisíc vláken. Přitom musí být záruka, že všechna vlákna jsou ukotvena tak, že se ani jedno z nich při zvýšeném tlaku uvnitř vláken ze svazku neuvolní nebo přestane být těsné. Jinak by došlo ke zhoršení výměny tepla a ke vzájemné kontaminaci obou teplosměnných medií. Jakmile je integrita svazku porušena, například při opakovaných změnách vnitřního tlaku ve vláknech, pak svazek vláken přestává být funkční a jeho oprava je s ohledem na poměrně nízkou cenu neekonomická. Náklady na výměnu mohou být vyšší než je cena svazku.

Pro dosažení kvalitní adheze při lepení je tudíž potřeba povrch kapiláry upravit - zdrsnit. Běžně se to provádí mořením kyselinou (např. chromsírovou), plasmou nebo laserem, čímž se povrch nepolárního polymeru změní na polární. Konstrukčně je obtížné zařadit takovou úpravu, např. leptání kyselinou, za extrudér do kontinuální linky. Navíc uvedené úpravy ztrácejí po čase svoji účinnost. Úprava povrchu se proto provádí až těsně před vlastním zaléváním, kdy jsou připraveny svazky o velkém počtu vláken již nastříhané na zvolenou délku. Při výrobě velkých tepelných výměníků se jedná i o svazky o délce např. 2000 mm s 30 000 vlákny. V takovém svazku je nutno zabezpečit, aby konce každého vlákna byly dostatečně upraveny pro lepení. I jediné vlákno, které není upraveno, a tudíž nebude v důsledku nízké adheze řádně zalito, bude při tlaku několika barů vytlačeno z matrice a tím se celé uchycení svazku znehodnotí. Úprava vláken výše uvedenými známými způsoby je nákladná investičně i provozně.

Ze spisu PV 2002184 je znám způsob přípravy mikroporézních dutých polymemích membránových vláken spočívající v tom, že se prekurzor temperuje při teplotě menší než 40 K pod teplotou tání polymeru po dobu alespoň 0,5 hod., toto vlákno se dlouží o 7 až 50 % za normální teploty rychlostí nejméně 20 % za minutu, následuje dloužení za normální či zvýšené teploty v komoře umožňující délkové periodické tepelné stínění vlákna o alespoň - 2 K, přičemž toto dloužení probíhá rychlostí do 50 % za minutu, vzniklý produkt se stabilizuje fixací při teplotě stejné nebo nižší než byla teplota v místě tepelného stínění, načež se vlákna rozřežou v místech tepelných stínění a paralelně se uspořádají do svazků nebo záclon. Tímto způsobem se mohou zhotovit polopropustné membrány, kde střední část vláken má porositu 20 až 90 % a koncové části 10 až 50 %.

Kromě zamýšleného efektu, zhotovit uvedeným způsobem polopropustné membrány, dojde v důsledku pórů vytvořených na vnějším povrchu trubkovitých membrán ke zdrsnění, které zajistí dobrou adhezi membrán v matrici. Popsaný způsob vedoucí k dosažení tohoto sekundárního efektu je však složitý a nákladný a jeho primární efekt - průlinčivost - je u tepelných výměníků nežádoucí.

Vynález si klade za úkol navrhnout nenáročnou technologii zvýšení adheze dutých polymemích vláken, která bude mít trvalé účinky.

CZ 304206 Β6

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší způsob zvýšení adheze dutých vláken připravených vytlačováním semikrystalických polymerů, jehož podstata spočívá v tom, že se svazek vláken - prekurzorů zahřeje na teplotu 35 až 45 °C, za této teploty se vlákna dlouží o 15 až 30 % původní délky a po zvýšení teploty na 95 až 110 °C se vlákna dále dlouží o 45 až 90 % původní délky a poté se nechají po dobu nejméně 30 minut vychladnout na okolní teplotu.

S výhodou se z vláken - prekurzorů vytvoří přadeno, které se zaklesne za opěry dloužícího zařízení, z nichž alespoň jednaje opatřena lineárním pohonem.

Objasnění obrázku na výkrese

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž je na obr. 1 schematicky vyobrazeno dloužící zařízení k provádění způsobu podle vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Úprava povrchu kapilár z polypropylenu byla provedena při dvou různých dloužících poměrech vždy na třech vzorcích prekurzorů. Přitom byly měřeny síly nutné k přetržení kapiláry:

A) dloužící poměr 1,6 - tedy délka prodlouženého vlákna k délce původní:

Vnější průměr [pm]	Tloušťka stěny [pm]	Síla nutná k přetržení [N]
275	30	2,6
615	60	10
860	90	20
B) dloužící poměr 2,2
246	26	3,2
608	60	12
780	85	22

V uvedených mezích byl jako optimální vyhodnocen následující postup:

Polypropylenový prekurzor byl navinut na vřeteno o průměru 1 m, počet závitů 1200. Navinutý svazek byl sejmut a upnut do dloužícího zařízení umístěného v temperovací komoře. Po temperování na teplotě 40 °C po dobu 30 min. byl svazek vláken protažen rychlostí 50 mm/min. o 20 % původní délky. Po dalším temperování po dobu 40 min. při teplotě 100°C byl svazek vláken protažen o dalších 60 % délky. Poté bylo přadeno v nataženém stavu během 40 min. zchlazeno na pokojovou teplotu. Deformované části přadena (ohyby v místě uchycení) byly následně odstraněny.

Popsaný postup měl za následek, že v prekurzorech bylo dosaženo cca 15% objemové porosity, což postačilo k potřebnému zdrsnění povrchu vláken, přičemž póry neprocházely celou stěnou. Tato metoda „dry streching“ je založena jen na mechanických a tepelných operacích aje proto poměrně nenáročná ve srovnání se způsobem zhotovení mikrofiltračních membrán popsaným ve známém stavu techniky. Objemová porosita dutých vláken pro výměníky tepla má splňovat jen požadavky na zdrsnění povrchu a tím kvalitní adhezi při zalévání. Činí jen asi 15 %. Naproti tomu u mikrofiltračních membrán se požaduje asi 50 % objemové porosity. Taková porosita je

-2CZ 304206 B6 naopak pro potřeby výměny tepla nevhodná, protože snižuje mechanické parametry vlákna a hrozí při ní kontaminace medií. Zmíněná porosita 15 % je optimálním kompromisem mezi potřebnou drsností povrchu, pevností vláken v tahu ajejich antikinkovými vlastnostmi (odolností proti lomu).

U vláken, jejichž povrch byl upraven v uvedených mezích, byly dosaženy následující typické parametry:

Objemová porosita [%] 10-20

Smrštění vláken [%] <3-5

Odolnost proti vnitřnímu přetlaku [Bar] 9-12

Zdrsnění povrchu je natolik jemné, že je nelze testovat hmatem. Povrch je na pohmat téměř stejně hladký jako u původního prekurzoru. Často je možno pozorovat, že původně průhledný prekurzor po zdrsnění povrchu zbělá.

Dloužící zařízení je umístěno v temperovací komoře 1. Na dvou oporách 2 je zaklesnuto přadeno 3 vinutého prekurzoru. Opory 2 jsou při dloužení elektrickým pohonem vzdalovány od sebe ve směru šipek.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zdrsnění dutých vláken připravených vytlačováním semikrystalických polymerů, vyznačující se tím, že se svazek vláken zahřeje na teplotu 35 až 45 °C, za této teploty se vlákna dlouží o 15 až 30 % původní délky a následně po zvýšení teploty na 95 až 110 °C se vlákna dále dlouží o 45 až 90 % původní délky a poté se nechají po dobu nejméně 30 minut vychladnout na okolní teplotu.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se ze svazku vláken vytvoří přadeno (3), které se zaklesne za opěry (2) dloužícího zařízení, z nichž alespoň jednaje opatřena lineárním pohonem.