DE2208587B2

DE2208587B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer selektiv durchlässigen Membrankörpers

Info

Publication number: DE2208587B2
Application number: DE2208587A
Authority: DE
Inventors: Gene Calvin Brentwood Doss; David Anthony Miami Fla. Gavin; Henry Isaly Walnut Creek Mahon; David Benyo Walnut Creek Vang
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1971-02-25
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1981-02-19
Also published as: FR2126208B1; CA995115A; US3755034A; GB1366615A; DE2208587A1; FR2126208A1; NL7202527A; AU3892272A; AU469418B2; NL164481C; DE2208587C3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von selektiv durchlässigen Membrankörpern in Zylinderform, bei welchen eine Vielzahl von hohlen Fasern im wesentlichen parallel zu der Zylinderachse angeordnet ist, wobei wenigstens an einer Stirnseite des zylindrischen Membrankörpers die hohlen Fasern durch eine" Schicht von Harz miteinander verbunden, jedoch nach außen hin offen sind, sowie auf eine Vorrichtungzur Durchführung dieses Verfahrens.

Im medizinischer. Gerätebau — beispielsweise beider Herstellung von künstlichen Nieren oder Lungen — werden selektiv durchlässige Membrankörper benötigt, welche aus einer Vielzahl von hohlen Fasern aufgebaut

ίο sind, wobei der erwünschte osmotische Transfer durch die Wandungen der hohlen Fasern zustandekommt. Bei der heutigen Tendenz derartige Geräte immer kleiner und leichter transportierbar zu machen, besteht die Notwendigkeit, eine möglichst große aktive Oberfläche in einem möglichst kleinen Volumen von derartigen Membrankörpern unterzubringen. Um dies zu erreichen, werden somit >Mohlfasern mit kleinstem Durchmesser bis herab zu 10 μπι und Wandstärken von bis herab zu 1 μηι verwendet, was sich deshalb als vorteilhaft erweist, weil das Volumen eines Rohres bei abnehmendem Durchmesser mit dem Quadrat abnimmt, während die Oberfläche dieses Rohres nur nach einer linearen Funktion sich verringert.

Selektive durchlässige Membrankörper dieser Art sind in der Regel ähnlich wie Wärmetauscher im Großmaschinenbau ausgebildet, indem eine zylindrische Form gewählt wird, wöbe: innerhalb dieses Zylinders eine Vielzahl von hohlen Fasern parallel zu der Zylinderachse angeordnet sind. Die hohlen Fasern sind

3" dabei im Bereich der beiden Stirnenden des Zylinders mit Hilfe von Harz untereinander verbunden, so daß sich ein etwa zylindrischer Membrankörper ergibt, bei welchem das eine Medium in Längsrichtung des Zylinders durch die Hohlfasern hindurchgeleitet wird, während das andere Medium in radialer Richtung durch diesen Membrankörper geführt wird.

Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von derartigen selektiv durchlässigen Membrankörpern bekannt (siehe US-PS 32 77 959, insbesondere Fig. U,

•ίο sowie US-PS 33 91041). Diese bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie im wesentlichen von Hand durchgeführt werden müssen, somit für eine industrielle Produktion nicht geeignet erscheinen. Fernerhin werden bei diesen bekannten Verfahren die Hohlfasern bereits vor dem Verkleben aufgeschnitten, so daß die Gefahr besteht, daß das aushärtbare Harz in die Kapillaren der Hohlfasern eindringen kann und somit diese Hohlfasern verstopft.

Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs bekannten Art zu schaffen, welches eine industrielle Produktion von derartigen selektiv duichlässigen Membrankörpern gestattet, wobei zusätzlich jegliches Risiko ausgeschlossen ist, daß beim Verkleben der hohlen Fasern

^r>5 aushärtbares Harz in die Kapillaren der hohlen Fasern eindringen kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine oder mehrere hohle Fasern kontinuierlich um mindestens zwei parallel zueinander geführte biegsame Tragelemente unter Bildung eines Hohlfaserbandes gewickelt werden, daß anschließend dieses Hohlfasert-and spiralförmig aufgewickelt und wenigstens im Bereich einer Zylinderebene mit aushärtbarem Harz verklebt wird und daß schließlich der auf diese Weise gebildete zylindrische Membrankörper im Bereich der durch Harz verklebten Zylinderebene unter Freilegung offener Enden der hohlen Fasern durchschnitten wird.

Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter

Verwendung mindestens zweier biegsamer Tragelemente ein Hohlfaserband kontinuierlich hergesulll wird, welches dann spiralförmig unter Bildung eines Membrankörpen, aufgewickelt wird, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut für eine indu- ■> sirielle Produktion. Bei dem Umwickeln der biegsamen Tragelemcnte mit der bzw. den Hohlfasern wird fernerhin die Kontinuität der Hohlfasern nicht unterbrochen, so daß bei der folgenden Verklebung während der folgenden spiralförmigen Aufwicklung des Hohlfaserbandes das Klebematerial nicht in das Innere der Hohlfasern eindringen kann. Die Öffnung der freien Enden der hohlen Fasern erfolgt erst im Anschluß an die Aushärtung des Harzes, so daß auf diese Weise gewährleistet ist, daß das eine Medium ohne Schwierigketten in die Kapillaren der hohlen Fasern eindringen kann.

Eine möglichst einfache Aufbringung des Harzes ergibt sich dadurch, daß das aushärtbare Harz während des Aufwickeins des Hohlfaserbandes aufgebracht wird. -Ό

Im allgemeinen erweist es sich fernerhin als zweckmäßig, wenn als biegsame Tragelemente ein- oder mehrfaserige Fäden oder Bänder verwendet werden.

Da es im allgemeinen erwünscht ist, daß das eine ->"> Medium in Längsrichtung durch die Hohlfasern des zylindrischen Membrankörpers strömt, erweist es sich als zweckmäßig, wenn das Harz an beiden Rändern des aufgewickelten Hohlfaserbandes aufgebracht wird und wenn nach dem Aushärten des Harzes der hergestellte J" Mernbrankörper im Bereich beider Stirnenden durchschnitten wird.

Um fernerhin zu erreichen, daß eine möglichst gut kontrollierte Strömung des, zweiten Mediums zustandekommt, erweist es sich fernerhin als zweckmäßig, wenn J¹J das Hohlfaserband auf einem perforierten Hohlkern aufgewickelt wird.

Damit uie den zylindrischen Membrankörper bildenden hohlen Fasern im Bereich ihrer Enden möglichst g .t miteinander verbunden sind, erweist es sich fernerhin als *o zweckmäßig, wenn als aushärtbares Harz ein Silikongummi oder Epoxyharz verwendet wird.

Um fernerhin zu vermeiden, daß bei der Herstellung des Hohlfaserbandes die einzelnen Windungen der Hohlfaser bzw. der Hohlfasern sich entlang der *"> biegsamen Tragelemente verschieben können, erweist es sich fernerhin als vorteilhaft, wenn die biegsamen Tragelemente vor dem Umwickeln mit der bzw. den Hohlfasern mit einer Klebeschicht versehen werden.

Um fernerhin zu gewährleisten, daß im Hinblick auf *»« eine möglichst problemlose Aufwicklung zu einem zylindrischen Membrankörper die beiden Ränder des zuvor hergestellten Hohlfaserbandes möglichst flach ausgebildet sind, erweist es sich fernerhin als vorteilhaft, wenn die Hohlfaser bzw. Hohlfasern bei dem Aufwikkein um die beiden biegsamen Trage'emente, die die Kanten bilden, im Bereich derselben erwärmt werden.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 6 beschrieben. &o

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.2 eine Detaildarstellung eines Trennelementes, ^M das eine selektiv durchlässige Membrananordnung gemäß der Erfindung enthält, und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes eines Faserbündelkopfes des Rohrbündels, das in das Trennelement von F i g. 2 eingebaut ist

An Hand von F i g. 1 wird im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren erläutert Ein Gurt oder Band aus Fasern ν ird durch einen drehbaren Rahmen

10 hergestellt, der um einen ortsfesten Führungsträger

11 drehbar angeordnet ist (der Drehantrieb ist nicht gezeigt). Auf dem Führungsträger sind zwei Spulen 12 für Einfachfasern, beispielsweise Polycarboxamid-Einfachfasern, angeordnet Die Führungs-Einfachfaser 13 von jeder Spule ist mit einer Aufwickelvorrichtung 14 verbunden. Wenn sich die Aufwickelvorrichtung 14 in Richtung des Pfeiles A dreht (Drehantrieb nicht gezeigt), werden die Einfachfasern von den Spulen 12 abgewickelt und bewegen sich in Richtung des Pfeiles B zu der Aufwickelvorrichtung hin und werden darauf aufgewickelt Die Spulen sind mit einer einstellbaren Bremseinrichtung (nicht gezeigt) versehen, so daß eine steuerbare Spannung aufrechterhalten wird, um die Einfachfaser-Führungen genügend gespannt zu halten, während sie von der Spule abgewickelt werden.

Der drehbare Rahmen 10 uesteht aus einer Reihe von mit hohlen Fasern beladenen Spulen 15, die auf einer Stützplatte 16 montiert sind. Die Spulen 15 liefern hohle Fasern 17 einze'n oder in Gruppen durch einen Ring 19 montierte Faserführungen 18, um sie um die sich bewegenden Führungs-Einfachfasern zu wickeln und sie daran zu befestigen. Der Ring 19 ist starr mit der Stützplatte 16 durch Stege 20 oder dergleichen verbunden. Im Betrieb dreht sich der Rahmen 10 (Drehantrieb nicht gezeigt) um den ortsfesten Führungsträger 11 in Richtung des Pfeiles C, wodurch die hohlen Fasern um die beiden Führungs-Einfachfasern 13 gewickelt werden, während sie gleichzeitig zu der Wickelvorrichtung 14 hin gezogen und um diese herum gewickelt werden, so daß ein Gurt mit hohlen Fasern gebildet wird. Der Gurt mit den hohlen Fasern bewegt sich auf die Wickelvorrichtung 14 zu und wird durch die Wickelvorrichtung 14 aufgewickelt. Während der Gurt aus hohlen Fasern aufgewickelt wird, wird ein Band aus einem verfestigbaren Harz 21 bei einem Ende des aus den hohlen Fasern gebildeten Bündels aufgebracht und nachfolgend ausgehärtet, um einen Harz-Faserbündelkopf zu bilden. Nachdem ein aus hohlen Fasern bestehendes Rohrbündel mit genügender Größe gebildet worden ist, wird das Verfahren unterbrochen, um das Bündel zu entnehmen, die Führungs-Einfachfasern an der Aufwickelvorrichtung erneut zu befestigen und dann das Verfahren wieder in Gang zu setzen, um ein weiteres Faserbündel herzustellen. Wenn das Harz nicht vollständig ausgehärtet ist, kann das Faserbündel in einen Ofen mit einer geeigneten Temperatur eingebracht werden, um d?s Aushärten zu beschleunigen. Das Faserbündel kann auch gelagert werden, so daß es bei Zimmertemperatur aushärten kann.

Um das Faserbündel in ein Trennelement zu verwandeln, wird es danach durch den ausgehärteten Harz-Faserbündelkopf in einer Ebene aufgeschnitten, die im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Rohrbündels liegt. Durch das Aufschneiden wird eine ebene Fläche, die Stirnfläche des Faserbündelkopfes gebildet, in der die offenen Faserendabschnitte enden.

Während Führungseinfachfasern an Hand von Fig. I betrieben wurden, können viele verschiedene Formen von Führungsgliedern verwendet werden. Außer einer Vielzahl von Einfachfassrn, beispielsweise Polvcarboxamid, können andere Materialien für die Führungsglieder Draht, verdrallte, geflochtene oder bandartige Vielfach-

fasern aus Polyester, Polycarboxamid, Baumwolle oder Hanf aufweisen.

Hohle Fasern, die sich für die Permeabilitätstrennung eignen sind bekannt und umfassen viele verschiedene Arten von polymeren Materialien, beispielsweise Zellulose und Zelluloseester, wie Zellulosetriacetat, Polyamide, Polyester. Polyolefine, Polysiloxane und Polystyrole.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wertvoll bei der Herstellung von Trennetementen mit sehr dünnwandigen hohlen Fasern mit sehr feiner Bohrung. Hohle Fasern mit einem Außendurchmesser bis herab zu ΙΟμπι können verarbeitet werden. Häufig liegt der Außendurchmesser im Bereich von 10 bis 50μπι. |e nach dem schließlichen Verwendungszweck können jedoch auch Fasern bis zu 300 bis 500 μπι und größer verwendet werden. Entsprechend kann die Bandstärke von 1 μπι bis zu 50 μιη variieren. Hohle Fasern mit feiner Bohrung und diesen Abmessungen liefern die größte Oberfläche pro Einheitsvolumen und werden aus diesem Grund häufig bevorzugt.

Der aus den hohlen Fasern bestehende Gurt kann einfach in Art einer Wicklung entlang einer Kante des Gurtes quer zu den Führungsgliedern gewickelt werden. Andernfalls kann der Gurt in Art einer Wicklung um einen Kern, vorzugsweise einen hohlen, perforierten Kern. gewickelt werden, der später als Strömungsmitteleinlaß oder Auslaßanschluß für das Faserbündel verwendet werden kann. Solch ein Strömungsmittelanschluß liefert in vorteilhafter Weise eine verbesserte G leichförmigkeit der Strömungsmittelströmung durch das Faserbündel, was sehr wichtig, beispielsweise beim Entsalzen ist, wobei die Salzlösung gewöhnlich durch das Faserbündel fließt und die hindurchtretende Lösung von dem Innern der Faser abgezogen wird und wo die konzentrierte Lösung, wenn sie in einem stagnierenden Bereich vorhanden ist. zu einer Verschmutzung und einem Verlust am Wirkungsgrad bei der Einrichtung führen kann.

Perforierte Kerne können viele verschiedene Formen haben. Sie können zylindrisch, nahezu zylindrisch, jedoch an den Enden abgeschrägt, zylindrisch mit einem kleineren Durchmesser aufweisenden Endabschnitten sein. Die Kerne können Nuten an ihrer Außenfläche zur besseren Strömungsverleilung aufweisen.

F i g. 2 zeigt ein Trennelement, das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, wobei der Fasergurt um einen perforierten, zylindrischen Kern gewickelt und so bearbeitet wurde, daß er zwei Faserbündelköpfe hat. Die Faserbündelköpfe 30 sind durchschnitten, um eine Stirnfläche 31 (ebene Fläche) zu bilden, in der die offenen Enden 32 der hohlen Fasern 33 enden. Eine Vielzahl von Faserabschnitten 33 erstrekken sich zwischen den beiden Faserbündelköpfen 30. und ein Zatritt zu dem Inneren der Segmente ist von beiden Enden her möglich. Ein Kern 34 mit Perforationsöffnungen 35 ist in der Mine angeordnet und" ftüssigkeitsdicht in den Harz-Faserbündelkopf 30 eingesetzt. Ein Abschnitt des Kopfes 31 ist in F i g. 3 vergrößert dargesteift, um die offenen Enden 32 der hohlen Faserabschnitte 33 zu zeigen, die in dem Harz-Faserbündelkopf 30 abgedichtet sind. Die Faserbündelköpfe werden dadurch gebildet, daß ein verfestigbarcs Harz auf einen Querabschnkt des Hohifaserbundels aufgetragen wird Mehr als ein solcher Faserbündelkopf können ausgebikiet werden. Em. Trennelement mit einem einzigen Faserbündefkopf kann dadurch gebildet werden, daß das Harz an einen Querabschnitt nahe bei dem einen Ende des Faserbündels aufgebracht wird. Je nach der Breite des Hohlfaserbündels kann es vorteilhafter sein, das Harz an einen mittig angeordneten Querabschnitt aufzubringen, worauf nach dem -> Aushärten ein Schnitt durch den Querabschnitt zwei Trennelemente erzeugt, die jeweils einen einzigen Faserbündelkopf haben. Wie obsn gezeigt wurde, kann ein Trennelement mit einem Faserbündelkopf an jedem Ende ausgebildet werden. Bei einem breiten Fasergurt

κι ist es möglich, verschiedene Trennelemente gleichzeitig dadurch zu erzeugen, daß ein verfestigbares Harz an verschiedenen, unter Abständen liegenden Querabschnitten des Faserbündels aufgebracht wird.

Es ist möglich, ein verfestigbares Material in das

Ii aufgewickelte Faserbündel einzuspritzen oder einzubringen, um einen Faserbündelkopf vorzubereiten. Es ist jedoch vorteilhafter und einfacher, das Harz auf das Bündel aufzubringen, während es aufgewickelt wird, um eine gleichförmige Einbettung von jeder Faser in dem Vergießharz sicherzustellen. Ein Zentrifugalverfahren zur Herstellung der Faserbündelköpfe kann ebenfalls bei bereits geformten Bündeln verwendet werden.

Nachdem das aus hohlen Fasern bestehende Faserbündel auf der Aufwickelvorrichtung gebildet ist,

?-> können die Faserbündelköpfe zusätzlich auf einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Bündels dadurch vergrößert werden, daß mehr von dem verfestigbaren Material auf das Faserkopfband aufgebracht wird. Gegebenenfalls können Verslärkungsmate-

3(i rialien, beispielsweise Glasfasern oder Bandmaterialien verwendet werden. Nach dem Aushärten kann der Faserbündelkopf maschinell auf einen genauen Durchmesser bearbeitet und mit einer O-Ringnut versehen werden, um eine Strömungsmitteldichte Dichtung

Γι zwischen dem Faserbündelkopf und dem Außengehäuse zu schaffen.

Es ist auch möglich, das Faserbündel von der Aufwickelvorrichtung in ein Gehäuse einzusetzen und den Faserbündelkopf direkt an das Gehäuse anzuhärten.

4(1 Tatsächlich kann das Gehäuse direkt um das Faserbündel herum hergestellt werden, bevor das verfestigbare Material ausgehärtet ist. Die gesamte Einheit kann dann zu einer einstückigen Struktur ausgehärtet werden.
In ähnlicher Weise, wie die Faserbündelköpfe

■is hergestellt werden, können auch aus Harz bestehende Ablenkplatten hergestellt werden, um den Strömungsmittelfluß durch das Faserbündel zu leiten.

Viele Arten von verfestigbaren Materialien einschließlich durch Wärme plastifiziertes. thermoplasti-

3(1 sches Harz, das beim Abkühlen hart wird, können verwendet werden. Im allgemeinen werden jedoch wärmehärtbare oder polymerisierbare Materialien verwendet, um Lösungswiderstandsfähigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit, und eine Widerstandsfähigkeit gegen hohe Drücke und Temperaturen zu erzielen. Epoxyharze werden für viele Anwendungsfälle bevorzugt. Silikonkautschukmaterialien werden bei der Herstellung von medizinischen Vorrichtungen, beispielsweise von einer künstlichen Niere, bevorzugt.

W) Häufig muß das verfestigbare Material katalysiert werden, damit es ordnungsgemäß fest wird. In diesem Fall wird erfindungsgemäß getrennt der Katalysator und das verfestigbare Material" zugegeben, wenn die Kombination dieser Komponenten sich zu- schneit verfestigt, als das es zu dem Faserbündel während des ' Aufwickeins bequem zagegeben werden könnte.

Zusätzlich zu den Führungsgliedern an den Kanten des Fasergurtes ist es möglich, weitere Einfachfasern za

verwenden, um einen Träger für einen breiten Fasergurt oder ein Band zu schaffen, wenn es erwünscht ist, ein Abstandselement zwischen aufeinanderfolgenden Faserschichten während des Aufwickeins zu einem Bündel vorzusehen.

Die Vorschubgeschwindigkeit der Führungsglieder kann auch so gegenüber der Wickelgeschwindigkeit der hohlen Fasern um die Führungsglieder so variiert werden, daß das Muster der Fasern von einer sehr dichten Ausrichtung, die zu einem Faserbündel führt, bei dem die Fasern nahezu parallel angeordnet sind, bis zu einer mehr offenen Anordnung variiert, wo die Fasern in dem Faserbündel kreuzweise angeordnet sind. Die Aufwickelvorrichtung kann auch mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben werden. Die Geschwindigkeit kann auch automatisch variiert werden, um eine konstante Gurtgeschwindigkeit zu erzielen, während der Durchmesser des in Form einer Wicklung aufgewickelten Faserbündels größer wird.

Der sich bewegende, aus hohlen Fasern bestehende Gurt kann es gelegentlich erfordern, daß ein Schlupf der hohlen Fasern entlang den Führungsgliedern auf ein Minimum herabgesetzt oder verhindert wird. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Die Führungsglieder können Bänder mit einem Kontaktklebstoff auf wenigstens einer Seite aufweisen. Es können auch Bänder verwendet werden, die mit einem Klebematerial überzogen sind, das durch Wärme oder mit anderen Mitteln aktiviert wird. Es hat sich gezeigt, daß statt einer Behandlung mit Klebstoffen die Kanten des sich bewegenden Fasergurtes und die entsprechenden Faserbiegungen einer genügend starken Wärmebehandlung ausgesetzt werden können, um die Fasern weichzumaciien, so daß die Faserbiegung flach wird. Beim Abkühlen behält die Faserbiegung ihre flache Form bei und neigt dadurch weniger zu einem Schlupf.

Viele aus hohlen Fasern bestehende Vorrichtungen erfordern eine Nachbehandlung nach dem Spinnen der Fasern, gewöhnlich eine chemische Behandlung, um die Permeabilitätseigenschaften zu erreichen oder zu ändern. Häufig ist lediglich ein Auslaugen der Faser notwendig, um einen Plastifizierer und/oder ein anderes Additiv auszulaugen. Einige Zellulosetriacetathohlfasern erreichen eine optimale Permeabilität, wenn sie in heißem Wasser (50—80⁰C) ausgelaugt werden. In anderen Fällen kann eine chemische Modifikation, beispielsweise eine Hydrolyse eines Zelluloseesters zu Zellulose, erwünscht sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich leicht dahingehend anpassen, daß die Fasern des Fasergurtes vor dem Aufwickeln des Gurtes zur Bildung des Faserbündels behandelt werden. Dazu muß lediglich der Fasergurt in das Behandlungsbad oder die Behandlungskammer eingeführt werden, bevor er zu dem Faserbündel aufgewickelt wird. Überschüssige Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Fasern kann das Verbinden oder Aushärten des verfestigbaren Materiales beeinträchtigen. In diesem Fall sollte eine Vorkehrung getroffen werden, um diese Oberflächenfeuchtigkeit oder Flüssigkeit zu entfernen. Beispielsweise kann eine Trocknung durch Überblasen des Gurtes mit heißer Luft oder durch ein Vakuum verwendet werden. Wenn die Faser in irgendeiner Weise behp· delt werden soll, ist es häufig vorteilhaft, die Faserbiegungen an den Führungsgliedern festzulegen, um einen Schlupf zu verhindern.

Mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wurde ein sich bewegender Gurt aus hohlen Fasern hergestellt vnä in Art einer Wicklung um einen abgeschrägten.

perforierten Kern gewunden.

Eine Polycarboxamid-Einfachfaser mit einer Tragkraft von 1,8 kp wurde für die beweglichen Tragglieder verwendet, die an einem abgeschrägten perforierten Kern aus Polyvinylchlorid und mit einer Gewindeoberfiäche (mit Ausnehmungen versehene Fläche) befestigt. Die Einfachfaser-Vorschubgeschwindigkeit betrug am Anfang etwa 20 cm/min und wurde allmählich während des Aufwickeins auf 45,8 cm/min am Ende des Verfahrens erhöht.

Mit Sulfolan plastifizierte, hohle Zelluloseacetatfasern wurden verwendet. Die Fasern hatten einen mittleren Außendurchmesser von 46 μηι und einen mittleren Innendurchmesser von 30μηι. Insgesamt wurden 180 g Fasern in ein Bündel und eine nachfolgende Testzelle eingearbeitet. Zum Wickeln der Fasern wurden sechs Faserpackungen verwendet, die mit einer Drehzahl von 341 U/min um die Einfachfaserträger herumgeführt wurden. Bei jeder Umdrehung wurde von jedem Faserstrang jeder Packung zwei Faserlängen auf dem sich bewegenden Gurt, und zwar eine oben und eine unten, abgelegt. Da jeder Strang 16 Fasern enthielt, folgt, daß insgesamt 64 000 Faserlängen/min (341 χ 6 χ 2 χ 16) abgelegt wurden. Mit Faserlänge ist der Abschnitt jeder kontinuierlich durchlaufenden Faser gemeint, der notwendig ist, um den Abstand von einem Träger zum anderen zu überspannen.

Während des Aufwickeins ist es vorteilhaft, eine dünne Spur eines verfestigbaren Harzes wenigstens neben einem Ende des Faserbündels aufzubringen, während es durch Aufwickeln gebildet wird. Auf diese Weise wird jede Faser gleichförmig durch das Harz benetzt, und die Möglichkeit von Leckstellen wird stark reduziert oder vollständig eliminiert. Für nicht-medizinische Anwendungsfälle liefert ein Epoxyharz ausgezeichnete Eigenschaften in dem ausgehärteten Faserbündelkopf. Für medizinische Anwendung geeigneter Silikongummi wird für Einrichtungen zum Anreichern des Blutes mit Sauerstoff und künstliche Nieren bevorzugt.

Eine Epoxyharzmischung, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Erfolg angewendet wurde, besteht aus folgendem:

Glycidylpolyäther *)

Glycidylpolyäther")

Dibutylphthalat

Aushärtmittel Z***)

Triäthanolamin

Milchsäure

Kolloidales Siliciumdioxid

55,49 Gew.-o/o

18,87 Gew.-o/o

14,79 Gew.-o/o

7,69 Gew.-%

0,04 Gew.-%

0,44 Gew.-%

2,68 Gew.-%

100,00 Gew.-o/o

*) Bisphenol-A-Polyäther mit einem Epoxy-Äquivaientge wichtvon172—178. ") Bisphenol-A-Polyäther mit einem Epoxy-Äquivalentge wichtvon 186—192.

***) Addukt von m-Phenylendiamin und Methylendiamin mit Phenylglycidyläther.

Um ein dünnes Harzband abzulegen, wird die Epoxyharzmischung aus einer kontinuierlichen Mischeinrichtung durch eine Nr. 18-Injektionsnadel mit einer Länge von 5,1 cm gepumpt Zwei solche Nadeln werden als Abgabeköpfe verwendet, wenn ein Faserbündelkopf an jedem Ende erwünscht ist Nach der Herstellung des Bündels kann die Aushärtung des Epoxyharzes dadurch vervollständigt werden, daß während 5 Stunden in einem 60°C-Ofen erhitzt wird. Die Aushärtungstempe-

ratur ändert sich je nach der Zusammensetzung der Hohlfaser und sollte nicht eine Temperatur übersteigen, die die Permeabilität der Faser verschlechtert oder tatsächlich ändert.

Nach dem Aushärten des Epoxyharzes wird dann der aus Harz bestehende Faserbündelkopf in einer Ebene durchschnitten, die im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Bündels steht, um offenendige Fasern zu bilden, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Die Trenneinrichtung wird dann in einem Gehäuse abgedichtet, in dem wasserdichte Dichtungen zwischen dem Faserbündelkopf und dem Gehäuse hergestellt werden, so daß ein

10

Strömungsmittelfluß durch die Fasern getrennt von dem Strömungsmittelfluß um die Außenseite der Fasern ermöglicht wird. Solche Einheiten sind mit den bekannten Mantel- und Rohrwärmeaustauschern vergleichbar. Vor der Verwendung, beispielsweise als Dialysator, werden die Zelluloseacetatfasern in Wasser während einer genügend langen Zeit eingeweicht, um den Sulfolan-Plastifizierer herauszuziehen. Die Wässerung ist nicht notwendig, wenn andere polymere Materialien als Zelluloseacetat bei der Herstellung der hohlen Fasern verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von selektiv durchlässigen Membrankörpern in Zylinderform, bei welchen eine Vielzahl von hohlen Fasern im wesentlichen parallel zu der Zylinderachse angeordnet ist, wobei wenigstens an einer Stirnseite des zylindrischen Membrankörpers die hohlen Fasern durch eine Schicht von Harz miteinander verbunden, jedoch nach außen hin offen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere hohle Fasern um mindestens zwei parallel zueinander geführte biegsame Tragelemente unter Bildung eines Hohlfaserbandes gewickelt werden, daß anschließend dieses Hohlfaserband spiralförmig aufgewickelt und wenigstens im Bereich einer Zylinderebene mit aushärtbai em Harz verklebt wird und daß schließlich der auf diese Weise gebildete zylindrische Membrankörper im Bereich der durch Harz verklebten Zylinderebene unter Frcilegung offener Enden der hohlen Fasern durchschnitten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aushärtbare Harz während des Aufwickeins des Hohlfaserbandes aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als biegsame Trägerelemente ein oder mehrfaserige Fäden oder Bänder verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlfaserband auf einem perforierten Hohlkern aufgewickelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Tragelemente vor dem Umwickeln mit der bzw. den Hohlfasern mit einer Klebeschicht versehen werden.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaser bzw. Hohlfasern bei dem Aufwickeln um zwei biegsame Tragelemente im Bereich derselben erwärmt werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe einen Träger (11) mit mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten Abgabespulen (12) aufweist, von welchen mindestens zwei biegsame Tragelemente (13) parallel zueinander in Richtung einer Wickelspule (14) abziehbar sind, in deren Bereich ein oder mehrere Abgabestellen (21) für das flüssige Harz angeordnet sind und daß um den Träger (11) mit seinen beiden Abgabespulen (12) herum ein rotierender Wickelkopf (10) mit einem oder mehr:ren Spulen (15) angeordnet ist, von welchen der oder die hohlen Fäden (17) abziehbar und um die biegsamen Tragelemente (13) unter Bildung eines Hohlfaserbandes aufwickelbar sind.