ES2906058T3 - Membrana de fibra hueca reforzada no trenzada - Google Patents

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Abstract

Una estructura de refuerzo en forma de tubo (12) para una membrana de fibra hueca (10) que comprende, a) una pluralidad de filamentos de refuerzo (14) caracterizada porque dichos filamentos de refuerzo comprenden, i) una pluralidad de filamentos de urdimbre (18), siendo la pluralidad de filamentos de urdimbre filamentos que se extienden longitudinalmente y que son paralelos entre sí y están separados entre sí circunferencialmente; y ii) uno o más filamentos de envoltura (22), cada uno de los uno o más filamentos de envoltura se extiende oblicuamente entre al menos dos de la pluralidad de filamentos de urdimbre; en la que la pluralidad de filamentos de refuerzo (18, 22) no se cruzan entre sí radialmente y en la que el uno o más filamentos de envoltura (22) están situados radialmente fuera de la pluralidad de filamentos de urdimbre (18), en la que la pluralidad de filamentos de refuerzo (18, 22) están unidos entre sí en uno o más puntos de contacto donde se cruzan.

Description

DESCRIPCIÓN
Membrana de fibra hueca reforzada no trenzada
Campo
La presente memoria descriptiva se refiere a membranas de fibra hueca reforzadas, a estructuras de refuerzo para las membranas de fibra hueca y a procedimientos de fabricación de membranas de fibra hueca y estructuras de refuerzo para las mismas.
Antecedentes
Lo que sigue no es una admisión de que algo de lo que se discute a continuación sea citable como técnica anterior o parte del conocimiento general común.
Las membranas de separación polimérica en forma de pequeños tubos capilares o fibras huecas pueden fabricarse a partir de una variedad de polímeros mediante diferentes procedimientos que pueden clasificarse como NIPS (separación de fases no inducida por disolventes), o TIPS (separación de fases inducida térmicamente). Las membranas pueden tener una capa de separación en el exterior y pueden utilizarse, por ejemplo, para la microfiltración (MF) o la ultrafiltración (UF).
El enfoque más sencillo consiste en fabricar la fibra hueca a partir de un único material que proporcione propiedades mecánicas (resistencia a la tracción, resistencia al estallido o al colapso y resistencia a la fatiga por agrietamiento), propiedades de separación (rechazo y permeabilidad) y propiedades químicas (tolerancia a los productos químicos de la alimentación o a los limpiadores). En muchos casos en los que no es posible encontrar el compromiso adecuado, se preparan membranas compuestas. En una membrana compuesta, una estructura de soporte microporosa se recubre con la capa de separación.
Un caso especial de membrana de fibra hueca compuesta es aquel en el que un manguito textil hueco trenzado está recubierto o impregnado con una membrana polimérica. El trenzado proporciona la resistencia y la flexibilidad necesarias en las aplicaciones de MF/UF, como la filtración de suspensiones de agua en las que se necesita una agitación continua o intermitente (con aire o de otro modo) de las fibras huecas para evitar el ensuciamiento o la acumulación de sólidos en la superficie de la membrana.
Existen varios ejemplos de membranas de filtración con soporte trenzado en la técnica anterior. Entre ellas se encuentran, la patente estadounidense 4.061.821 de Hayano et al. en la que se impregna un polímero en una trenza hueca para evitar la contracción cuando se trabaja a alta temperatura La patente estadounidense 5.472.607 y Patente estadounidense 6.354.444 a Mahendran et al. Patente US 7.267.872 a Lee et al. en la que la membrana está recubierta en la superficie exterior de la trenza y la penetración está limitada; y, La patente estadounidense 7.306.105 de Shinada et al. en la que la trenza está recubierta con dos capas porosas diferentes. Las membranas de fibra hueca con soporte trenzado se preparan normalmente como sigue. La trenza se fabrica en una trenzadora, se enrolla en una bobina y se transfiere a una línea de hilado donde se recubre o impregna con una solución de polímero. Se utilizan trenzados de pared relativamente gruesos para que la membrana de fibra hueca final tenga forma redonda. Esto es necesario porque la trenza debe ser redonda, es decir, debe evitarse que se aplane durante el bobinado y el desenrollado y debe ser redonda cuando se introduce en la hilera de recubrimiento. Por lo tanto, los trenzados redondos estables se fabrican normalmente con una pared gruesa y tienen dos desventajas principales. En primer lugar, la relación entre los diámetros interior y exterior es pequeña, normalmente inferior a 0,6. La relación entre los diámetros interior y exterior es el parámetro normalizado que determina la pérdida de presión para conducir el permeado a través del lumen de la membrana. La elevada caída de presión del lumen en los trenzados de pared gruesa limita, por tanto, la longitud de las fibras huecas que se pueden encapsular en un módulo. En segundo lugar, los trenzados estables en redondo se fabrican con un gran número de soportes de trenzado. Cada portador se alimenta de una bobina diferente y las bobinas deben cruzarse en la trenzadora. Las bobinas deben partir de una posición de parada, acelerar y desacelerar y volver a una posición de parada cada vez que los portadores se cruzan. Esta es una operación muy lenta. Los trenzados de pequeño diámetro (menos de 2 mm) se realizan normalmente a una velocidad inferior a 0,5 m/min. Por el contrario, la operación de recubrimiento/impregnación de la trenza suele realizarse mucho más rápido, a una velocidad superior a 15 m/min. El documento US2008/0251445A1 se refiere a un procedimiento para la producción de membranas tubulares formadas por una disposición de hilos dispuestos longitudinalmente e hilos dispuestos transversalmente que se tejen juntos y divulga una estructura que corresponde en general al preámbulo de la reivindicación 1 del presente documento. El documento US2005/0124249A1 se refiere a un manguito resistente a la abrasión para el cableado formado a partir de una tela de ganchillo
Introducción
Lo que sigue pretende introducir al lector en la descripción detallada que sigue y no limitar o definir las reivindicaciones.
La presente invención proporciona una estructura de refuerzo de forma tubular para una membrana de fibra hueca de acuerdo con la reivindicación 1 del presente documento. En una estructura, un filamento de envoltura se proporciona en una espiral continua alrededor de los filamentos de urdimbre. En otra estructura, una pluralidad de segmentos de filamentos de envoltura discontinua se extiende colectivamente entre cada par de filamentos de urdimbre adyacentes, aunque los segmentos individuales podrían no extenderse completamente alrededor de la estructura de refuerzo. En otra estructura, un filamento continuo de envoltura se extiende a lo largo de la estructura de refuerzo y también hacia adelante y hacia atrás entre dos o más filamentos de urdimbre.
Los filamentos de refuerzo no están tejidos o trenzados entre sí, sino que están unidos entre sí en uno o más, o en una pluralidad de puntos de contacto entre ellos. La unión puede realizarse mediante calor, ablandamiento con un disolvente o activación por rayos UV. La unión puede producirse antes de que se forme una membrana alrededor de la estructura de refuerzo. Alternativamente, una estructura de refuerzo puede unirse mientras se forma una membrana alrededor de la estructura de refuerzo por medio de un disolvente en un aditivo para membranas que ablanda los filamentos de refuerzo o una capa exterior de los filamentos de refuerzo.
Un filamento de refuerzo puede ser un monofilamento o un multifilamento como un hilo. Un filamento de refuerzo puede estar hecho de un polímero y tener una capa exterior de otro polímero que responda mejor a un procedimiento de unión. Por ejemplo, un filamento de refuerzo puede tener una capa exterior de un polímero que es soluble en un disolvente en una membrana formando el aditivo.
Una membrana de fibra hueca tiene una estructura de refuerzo incrustada dentro de la pared de la membrana. La membrana puede tener una relación ID/OD de 0,6 o más. La membrana puede tener un diámetro interior en un rango de aproximadamente 0,5 mm a 2,0 mm.
Una estructura de refuerzo puede formarse sobre una aguja o alambre mientras se avanza una porción formada de la estructura a lo largo de la aguja o el alambre. La porción formada de la estructura de refuerzo puede avanzar directamente en una hilera de recubrimiento de aditivo antes o directamente después de mover la estructura de refuerzo más allá de un extremo de la aguja o del alambre, sin enrollar primero la estructura de refuerzo en una bobina o carrete. Se puede inyectar un aditivo polimérico en la hilera de revestimiento de aditivo de manera que la formación de la estructura de refuerzo y la membrana se produzcan una tras otra a la misma velocidad. Uno o más filamentos pueden unirse mientras la estructura de refuerzo se desplaza a lo largo de la aguja o del hilo, o en la hilera de recubrimiento de aditivo.
Dibujos
La figura 1 es una sección transversal de una membrana de fibra hueca que muestra una estructura de refuerzo con un único conjunto de filamentos de envoltura.
La figura 2 es una vista lateral de una estructura de refuerzo en forma de jaula con filamentos de urdimbre y dos conjuntos de filamentos de envoltura en espiral.
La figura 3 es una representación esquemática, en vista alzada, de una máquina para fabricar una membrana de fibra hueca reforzada no trenzada con filamentos de envoltura preexistentes.
La figura 4 es una representación esquemática, en vista alzada, de una máquina para fabricar una membrana de fibra hueca reforzada no trenzada con formación de filamentos in situ.
Las figuras 5A y 5B son dibujos en alzado y en planta, respectivamente, de un dispositivo de formación de filamentos in situ para hacer filamentos de envoltura en zigzag.
Las figuras 6A y 6B son dibujos en alzado y en planta inferior, respectivamente, de un dispositivo de formación de filamentos in situ para hacer filamentos de envoltura discontinua.
La figura 7 es una vista lateral de una membrana de fibra hueca reforzada con una parte de la pared de la membrana cortada para mostrar una estructura de refuerzo con filamentos en zigzag.
La figura 8 es una vista lateral de otra membrana de fibra hueca reforzada con una parte de la pared de la membrana cortada para mostrar una estructura de refuerzo con filamentos de envoltura discontinua.
Descripción detallada
En la descripción de los diferentes procedimientos de las estructuras que se presentan a continuación, el eje longitudinal de la fibra hueca es vertical y se forma una estructura de refuerzo al desplazarse hacia abajo.
A continuación se describe una fibra hueca reforzada con filamentos textiles de refuerzo integrales incrustados en la pared de la fibra hueca, preferiblemente enterrados en ella. Los filamentos de refuerzo pueden ser monofilamentos o multifilamentos, por ejemplo un hilo, o un multifilamento multicomponente. Los filamentos de refuerzo discurren i) en la dirección longitudinal o vertical, preferentemente de forma sustancialmente continua (denominados aquí filamentos de urdimbre) y ii) a lo largo de la circunferencia, de forma continua, en zigzag o discontinua (denominados aquí filamentos de envoltura). Una pluralidad de filamentos de envoltura en zigzag y discontinuos rodean colectivamente los filamentos de urdimbre, aunque los filamentos individuales en zigzag o discontinuos podrían no recorrer completamente la circunferencia de la estructura de refuerzo. Los filamentos de refuerzo no están tejidos o trenzados entre sí, pero pueden estar unidos o fusionados entre sí en los puntos de contacto donde se cruzan.
Los filamentos forman una estructura de refuerzo en forma de jaula que puede ser impregnada con un aditivo para membranas en una operación continua en la que la impregnación de del aditivo se realiza poco después de la formación de la estructura de refuerzo, con un proceso de impregnación de aditivo y de formación de la estructura de refuerzo operando al mismo tiempo y a la misma velocidad.
La fibra hueca reforzada tiene preferentemente una pared fina, con una relación de diámetros interior-exterior superior a 0,60. El diámetro interior de la fibra hueca puede estar entre 0,5 y 2 mm, preferiblemente entre 0,8 y 1,5 mm.
En la figura 1 se ilustra la sección transversal de una membrana de fibra hueca reforzada 10 con una estructura de refuerzo 12. En la pared de fibra hueca 16 se incrustan dos tipos de filamentos textiles 14. El primer tipo, denominado filamentos de "urdimbre" 18, discurre longitudinalmente y de forma continua a lo largo del eje vertical de la membrana de fibra hueca 10 cerca del interior 20 de la pared 16. El número de filamentos de urdimbre paralelos 18 puede ser tal que la suma de sus diámetros dividida por la circunferencia interior de la fibra hueca 10 esté en un rango de 0,2 a 0,6, preferiblemente entre 0,3 y 0,5. Para los filamentos de urdimbre 18 que son un hilo multifilamento, este parámetro puede tomarse como (1 - porosidad). El segundo tipo de filamentos, llamados filamentos "de envoltura" 22 se extienden de un filamento de urdimbre 18 a otro, preferentemente dentro de la pared 16 inmediatamente adyacente y en contacto con los filamentos de urdimbre 18. Por ejemplo, uno o más filamentos de envoltura 22 pueden extenderse continuamente a lo largo de la longitud de una membrana en una espiral alrededor de todos los filamentos de urdimbre 18, o una pluralidad de filamentos de envoltura 22 puede extenderse cada uno de ellos hacia adelante y hacia atrás entre al menos un subconjunto de los filamentos de urdimbre 18 y a lo largo de la longitud de una membrana 10 en un patrón de zigzag, o una colección de filamentos de envoltura discontinuos 22 puede extenderse cada uno entre dos o más filamentos de urdimbre 18 sin que ninguno de ellos se extienda necesariamente por completo a lo largo o alrededor de toda la membrana 10.
Puede haber una o más, posiblemente varias, capas de filamentos de envoltura 22. Si hay más de una capa, la(s) capa(s) adicional(es) está(n) inmediatamente adyacente(s) y en contacto con la primera capa. En la figura 2, por ejemplo, una estructura tipo jaula 12 tiene dos capas de filamentos de envoltura 22. La primera capa 24 tiene un filamento de envoltura continua que se envolvió en sentido contrario a las agujas del reloj (visto desde arriba) alrededor de los filamentos de urdimbre 18 a medida que los filamentos de urdimbre 18 se movían hacia abajo. La segunda capa 26 tiene un filamento de envoltura continua que se envolvió en el sentido de las agujas del reloj (visto desde arriba) alrededor de la primera capa 24 a medida que los filamentos de la urdimbre I 18 se movían hacia abajo. Los filamentos de la urdimbre 18 y de la envoltura 22 están unidos entre sí en los puntos de contacto donde se cruzan, aunque no es necesario que los filamentos 18, 22 estén unidos entre sí en cada punto de contacto y, opcionalmente, puede no haber unión.
Los filamentos de la urdimbre 18 y de la envoltura 22 pueden ser monofilamentos, multifilamentos o una mezcla de ambos. Pueden estar hechos de polímeros como el polietileno, el polipropileno, el poliéster, el nailon, la aramida, etc. Los filamentos 14 pueden estar recubiertos con una capa de polímero fina, por ejemplo de menos de 10 pm, que permite la unión de filamento a filamento donde se cruzan. La unión puede lograrse mediante una serie de procedimientos conocidos en la técnica que incluyen, sin limitación, el calentamiento, el ablandamiento con un disolvente o la activación por rayos UV. La unión puede controlarse mejor recubriendo los filamentos 22 con una capa que responda al procedimiento de unión. En el caso de que un filamento 14 sea un multifilamento, sólo uno o unos pocos de los filamentos individuales podrían estar implicados en una unión con un filamento 14 de intersección.
Los procedimientos de fabricación pueden basarse en filamentos de envoltura preformados 22 como se describirá con referencia a la Figura 3. Los filamentos de envoltura preformados 22 se desenrollan de las bobinas y se envuelven alrededor de los filamentos de urdimbre 18 de forma continua. El paso de envoltura se define como la distancia entre dos puntos a lo largo del eje de la fibra hueca donde un filamento de envoltura continua 22 vuelve a la misma posición circunferencial (ángulo radial). Es una función de la distancia entre filamentos 22 y del número de filamentos 22. La distancia de centro a centro entre los filamentos de envoltura continuos 22 puede ser entre 1 y 10 veces su diámetro, preferentemente entre 2 y 5.
Los procedimientos de fabricación también pueden basarse en filamentos 22 producidos in situ por extrusión-fusión o hilado en seco, como se describirá con referencia a las Figuras 4 a 6. La extrusión de la masa o la hilatura en seco se utilizan aquí como se entiende comúnmente en la producción de hilos textiles. Los filamentos formados in situ ofrecen más opciones para la entrega de los filamentos de envoltura 22, como se describirá un ejemplo de patrón en zigzag y un ejemplo de fibra picada.
En los ejemplos de las Figuras 3 y 4, una membrana de fibra hueca reforzada se produce de forma continua en una máquina en la que todos los pasos se realizan a la misma velocidad lineal llamada velocidad de hilado. La velocidad de hilado de los filamentos preformados en el ejemplo de la figura 3 puede oscilar entre 0,5-5 m/min, preferentemente entre 1-3 m/min. La velocidad de hilado de los filamentos formados in situ puede oscilar entre 5-20 m/min, preferentemente entre 10-15 m/min.
En la figura 3 se ilustra un ejemplo de proceso y dispositivo para fabricar una membrana de fibra hueca reforzada no trenzada 10. El proceso se construye alrededor de una aguja fija 30 de un diámetro sustancialmente igual al diámetro interior deseado de la membrana de fibra hueca 10. La parte superior 32 de la aguja 30, que es hueca, está abierta a la atmósfera o conectada a una fuente de gas presurizado 34.
Bajando a lo largo de la aguja 30, hay una fileta 36 donde las bobinas 38 están dispuestas radialmente (espaciadas angularmente) alrededor de la aguja 30 para distribuir los filamentos de urdimbre 18. Las bobinas de urdimbre 38 son fijas y hay una bobina 38 por cada filamento de urdimbre 18 con control de tensión individual. Los filamentos de urdimbre 18 se distribuyen uniformemente alrededor de la aguja 30 a través de una matriz de filamentos de urdimbre 40. El troquel de filamento envolvente 40 es el único punto de unión mecánica entre la aguja 30 y la estructura de la máquina de hilar (no mostrada).
A continuación, bajando a lo largo de la aguja 30, hay una primera fileta 42 para los filamentos de envoltura 22. Las bobinas de filamento envolvente 44 están montadas sobre una rueda 46 que gira alrededor de la aguja 30 sin estar en contacto con ella, y siempre en el mismo sentido, que es el de las agujas del reloj en este ejemplo. Cada bobina 44 está equipada con un control de tensión. La velocidad de envoltura es igual a la velocidad de giro dividida por el paso de envoltura.
Por ejemplo, una membrana de fibra hueca 10 puede tener los siguientes parámetros:
• Fibra hueca ID/OD = 1,0/1,3 mm
• Diámetro de los filamentos de la urdimbre = 0,1 mm
• Número de filamentos de urdimbre = 12
• Circunferencia interior = 3,1416 mm
• Una sola capa de envoltura
• Diámetro de los filamentos de envoltura = 0,1 mm
• Ángulo de envoltura = 45°
• Paso de envoltura = 1,3 mm (1,0 2 x 0,1 0,1)
• Número de filamentos de envoltura = 4
• Distancia c/c del filamento envolvente = 1,3/4 = 0,325 mm
Utilizando el paso de envoltura de 1,3 mm y una velocidad de giro de 2 m/min, la velocidad de envoltura es de 2000/1,3 = 1538 rpm. Los filamentos de envoltura 22 se distribuyen a lo largo del eje de la aguja a través de una matriz envolvente 48 que asegura una distancia precisa de centro a centro entre los filamentos de envoltura 22. Bajando a lo largo de la aguja 30, hay una segunda fileta 50 opcional para los filamentos de envoltura 22. La segunda fileta de filamento envolvente 50 es similar a la primera fileta de filamento 42, excepto que gira en la dirección opuesta, en sentido contrario a las agujas del reloj en este ejemplo, y puede tener un número diferente de filamentos 22.
Bajando, hay un dispositivo opcional de unión de filamentos 52. Dependiendo de la naturaleza del revestimiento de los filamentos 14, la unión en al menos algunos de los puntos de contacto puede lograrse calentando, aplicando rayos UV, etc. Alternativamente, este paso puede realizarse durante la aplicación del aditivo para membranas si el disolvente del aditivo tiene la capacidad de ablandar el polímero o el revestimiento de los filamentos y promover la unión.
Bajando a lo largo de la aguja 30, hay un dispositivo opcional de ajuste de la temperatura 54, de enfriamiento o de calentamiento, antes de entrar en la hilera de recubrimiento de aditivo 56.
La etapa de impregnación de la membrana se realiza con una hilera 56 utilizada para inyectar el aditivo polimérico 58 para llenar el espacio entre la aguja 30 y el diámetro del lumen de la hilera 56. El diámetro de la aguja 30 puede reducirse en la zona de la hilera 56 para garantizar que el aditivo polimérico 58 impregne completamente la estructura de refuerzo del filamento 12 y que ningún filamento 14 quede expuesto al lumen de la fibra hueca. Debido a que la aguja 30 actúa para restringir el flujo del aditivo en el lumen de la membrana de fibra hueca 10, se puede utilizar un procedimiento de suministro de aditivo relativamente simple basado en el control de la presión (en contraposición al control del flujo como se describe en otros procesos más adelante).
La aguja 30 termina justo cuando la fibra hueca reforzada formada 10 sale de la hilera. Un gas aspirado a través del orificio de la aguja evita el colapso de las fibras.
Los siguientes pasos realizados en una zona de postratamiento 60 son similares a los utilizados para fabricar fibras huecas no reforzadas o recubiertas de trenza y varían según el procedimiento de coagulación del polímero (NIPS o TIPS), y las propiedades deseadas de la membrana. Estas condiciones son conocidas en la técnica y suelen incluir las etapas de formación inicial de la membrana a través de una cámara de aire, coagulación, enjuague, postratamiento (por ejemplo, cloración), impregnación (por ejemplo, con glicerina), agrupación y secado. Todos ellos pueden estar en línea, pero a menudo se interrumpen recogiendo la fibra hueca en una bobina o en una bobinadora 62.
La velocidad de hilatura está controlada por la velocidad de recogida de la fibra hueca terminada. La velocidad de envoltura debe estar acoplada con precisión a la velocidad de giro, ya sea mecánica o electrónicamente.
En la figura 4 se ilustra otro proceso y un dispositivo para fabricar una membrana de fibra hueca reforzada no trenzada 10. Este procedimiento y dispositivo son similares a los de la figura 3, salvo que las filetas giratorias 42, 50 para envolver los filamentos 22 se sustituyen por un dispositivo de formación de filamentos in situ 63, que se describe a continuación.
En la Figura 4, los filamentos de envoltura 22 se producen in situ mediante extrusión por fusión o hilado en seco. Los filamentos 22 formados in situ se producen preferentemente por extrusión en fusión, que se describe en Patente estadounidense 3.849.241, La patente estadounidense 5.271.883 y Patente estadounidense 6.114.017. En la extrusión por fusión, los polímeros termoplásticos se extruyen a alta temperatura a través de pequeños orificios utilizando aire para alargar los filamentos y transportarlos a un colector móvil. En este caso, los filamentos de urdimbre 18 que se mueven hacia abajo funcionan como el colector móvil. Las condiciones típicas de los procesos de hilado y soplado se describen en la siguiente Tabla 1. El flujo de polímero por orificio puede ser de hasta 1-2 g/min.
Tabla 1
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Un primer dispositivo de formación de filamentos in situ 63A se describe con referencia a las figuras 5A y 5B. Los conjuntos de matrices de extrusión 70 están situados alrededor de la aguja 30 a lo largo de la cual se desplazan los filamentos de urdimbre 18. Cada conjunto de troquel de extrusión 70 tiene un puerto fundido (para la hilatura en fusión) o disuelto (para la hilatura en seco) 72 y orificios de extrusión 74, así como un puerto de aire de alta presión 76 y orificios de chorro de aire 78 situados alrededor del orificio de extrusión del polímero 74. Dada la naturaleza turbulenta del flujo de aire alrededor de la matriz 70, los filamentos 22 se depositan aleatoriamente en la superficie de las fibras de urdimbre 18. El flujo de aire puede ser pulsado para mejorar la distribución del filamento de envoltura 22.
Como alternativa, cada conjunto de troquel de extrusión 70 puede ser montado de manera que permita una rápida vibración en el plano horizontal. La vibración a una frecuencia de 50 a 200 Hertz puede ser efectuada por un número de medios conocidos en la técnica. En las figuras 5A y 5B, el troquel de extrusión 70 está montado sobre una varilla vertical 80 que actúa como un muelle; un pequeño motor con una masa excéntrica 84 en su eje está montado en el conjunto de troquel 70 y su rotación pone en vibración todo el conjunto de troquel 70, como enseña Culkin en la patente estadounidense 5.014.564.
Dadas las condiciones anteriores, se puede calcular que un filamento alargado típico de 50 pm extruido a un flujo de polímero de 2 g/min saldría a una velocidad de unos 16 m/s. Esta velocidad es 2 órdenes de magnitud mayor que la velocidad de hilatura, lo que significa que los filamentos de la envoltura se depositan sobre los filamentos de la urdimbre 18 que se desplazan hacia abajo en un pequeño ángulo negativo (hacia arriba en la dirección del movimiento del conjunto de la matriz 70) con respecto a la horizontal.
La figura 5B muestra 4 conjuntos de matrices de extrusión, pero el número puede variar de 3 a 9, preferiblemente de 4 a 8 para asegurar el solapamiento de los filamentos de envoltura 22 alrededor del perímetro de la estructura de refuerzo 12. La figura 5A ilustra que los conjuntos de matrices de extrusión 70 (sólo 2 mostrados en la figura 5A) están colocados alrededor de la aguja en diferentes planos horizontales, de modo que el flujo de aire de alargamiento para una matriz de extrusión 70 no interfiere con las otras.
La estructura resultante de los filamentos de envoltura es una serie de filamentos de envoltura continuos superpuestos en zigzag 22. Cada filamento de envoltura 22 se desplaza hacia adelante y hacia atrás entre dos o más filamentos de urdimbre 18. Un solo filamento de envoltura 22 podría extenderse alrededor de sólo una parte de la circunferencia de la estructura de refuerzo 12, pero los filamentos de envoltura 22 rodean colectivamente los filamentos de urdimbre. Por ejemplo, en la figura 7, cuatro filamentos de envoltura 22, de los cuales sólo se muestran dos en la parte delantera de la membrana 10, se extienden cada uno de ellos de un lado a otro entre un conjunto de tres filamentos de urdimbre 18, pero colectivamente los filamentos de envoltura 22 se extienden entre los ocho filamentos de urdimbre 18 de la membrana 10.
A modo de ejemplo, una membrana 10 puede fabricarse de acuerdo con los siguientes parámetros:
Filamentos de envoltura que ocupan un espacio en la pared de la membrana de entre 1,2 y 1,3 mm de diámetro 50 % de porosidad
Densidad del polímero = 1 g/ml
Masa de filamentos de envoltura por m de fibra hueca = 0,098 g/m
Suponiendo una velocidad de giro de 15 m/min
Caudal másico del filamento de envoltura = 0,098 x 15 = 1,47 g/min
Con cuatro matrices de extrusión, flujo de masa por matriz = 0,37 g/min
Otro proceso y un dispositivo para fabricar una membrana de fibra hueca reforzada no trenzada 10 de acuerdo con la descripción general de la figura 4 utiliza matrices fijas y cuchillas de aire giratorias como se muestra en las figuras 6A y 6B para un dispositivo de formación de filamentos in situ 63B.
Alrededor de la aguja 30 se encuentra un conjunto de matrices de extrusión en forma de anillo 90 a lo largo del cual se desplazan los filamentos de urdimbre 18. El conjunto de la matriz 90 tiene un puerto de polímero 92 y varios, por ejemplo de 4 a 8, agujeros de extrusión 94 rodeados de puertos de aire 95. Inmediatamente por encima o por debajo, hay un conjunto de cuchillas de aire 96, que tiene una parte fija 98 y una parte giratoria 100. La parte giratoria 100 tiene una o más cuchillas de aire 102 que cortan los filamentos 22 mientras gira alrededor de la aguja. La velocidad de rotación de la cuchilla de aire 102 se ajusta a la velocidad de extrusión para controlar la longitud de los filamentos 22. La cuchilla de aire 102 también cambia la dirección de desplazamiento de los filamentos cortados para hacer que se depositen en la superficie de la urdimbre 18 a lo largo de la circunferencia, en un ángulo negativo con respecto a la horizontal.
La estructura resultante de los filamentos de envoltura 22 es una serie de filamentos picados (segmentos) 22 depositados sobre los filamentos de urdimbre 18 en un pequeño ángulo respecto a la horizontal. Como se muestra en la figura 8, por ejemplo, cada filamento de urdimbre 22 podría no extenderse a lo largo de toda la longitud o circunferencia de la membrana 10, pero los filamentos de urdimbre 22 se extienden colectivamente entre todos los filamentos de urdimbre 18.
Los pasos descritos anteriormente para formar una estructura de refuerzo antes de la impregnación de la membrana, pueden dar como resultado una estructura cilíndrica autoportante que es fuerte y tiene una pared delgada. En algunos casos puede ser deseable aplicar el aditivo para membranas por debajo del extremo de la aguja 30 para que haya un espacio entre el extremo de la aguja 30 y la hilera de impregnación 56. En este caso, la aguja 30 puede ser sustituida por un simple alambre, ya que el equilibrio de la presión puede efectuarse en el hueco, donde el aire ambiente es aspirado en el lumen de la membrana de fibra hueca formadora 10 para evitar el colapso. En este caso, la etapa posterior de impregnación de la membrana debe realizarse suministrando el aditivo a un caudal preciso para evitar el llenado del lumen de la membrana 10, que ahora está abierto (no llenado por la aguja 30 o el hilo). Para ello se puede utilizar una bomba de desplazamiento positivo. Esta operación puede ser más fácil si el aditivo para membranas moja espontáneamente los filamentos de refuerzo 14 de manera que quede retenida por la tensión superficial dentro de la estructura de la jaula 12. Esto puede conseguirse tratando la superficie de los filamentos 14 y/o manipulando la composición del aditivo.
Los pasos descritos anteriormente, antes de la impregnación de la membrana, pueden ser interrumpidos y el tubo autoportante tipo jaula 12 puede ser recogido en una bobina para su posterior procesamiento. En este caso, la etapa posterior de impregnación de la membrana debe realizarse también suministrando el aditivo a un caudal preciso, tal como se describe en el párrafo anterior.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Una estructura de refuerzo en forma de tubo (12) para una membrana de fibra hueca (10) que comprende, a) una pluralidad de filamentos de refuerzo (14) caracterizada porque dichos filamentos de refuerzo comprenden,
i) una pluralidad de filamentos de urdimbre (18), siendo la pluralidad de filamentos de urdimbre filamentos que se extienden longitudinalmente y que son paralelos entre sí y están separados entre sí circunferencialmente; y
ii) uno o más filamentos de envoltura (22), cada uno de los uno o más filamentos de envoltura se extiende oblicuamente entre al menos dos de la pluralidad de filamentos de urdimbre;
en la que la pluralidad de filamentos de refuerzo (18, 22) no se cruzan entre sí radialmente y en la que el uno o más filamentos de envoltura (22) están situados radialmente fuera de la pluralidad de filamentos de urdimbre (18),
en la que la pluralidad de filamentos de refuerzo (18, 22) están unidos entre sí en uno o más puntos de contacto donde se cruzan.
2. La estructura de refuerzo (12) de la reivindicación 1, en la que el uno o más filamentos de envoltura (22) comprenden un filamento enrollado en una espiral continua alrededor del exterior de la pluralidad de filamentos de urdimbre (18).
3. La estructura de refuerzo (12) de la reivindicación 1, en la que el uno o más filamentos de envoltura (22) comprenden una pluralidad de segmentos de filamentos.
4. La estructura de refuerzo (12) de la reivindicación 1, en la que los uno o más filamentos de envoltura (22) comprenden una pluralidad de filamentos que se extienden a lo largo de la longitud de la estructura de refuerzo en un patrón de zigzag.
5. La estructura de refuerzo (12) de cualquier reivindicación anterior, en la que uno o más de los filamentos de refuerzo (14) tiene una capa exterior que responde a la unión mediante al menos uno de los procedimientos de calentamiento, ablandamiento con un disolvente y activación por rayos UV.
6. La estructura de refuerzo (12) de cualquier reivindicación anterior, en la que los filamentos de refuerzo se unen entre sí mediante el ablandamiento de los filamentos de refuerzo o de una capa exterior de los filamentos de refuerzo en un disolvente de un aditivo para membranas, aplicada a la estructura de refuerzo.
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