JP2008302344A - スパイラル型膜エレメントおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分離膜1と供給側流路材2と透過側流路材3とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体Rを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントであって、円筒状巻回体Rの外周側に、同一の樹脂で包埋された補強繊維層101および強化繊維層102を有する繊維補強樹脂層100を設けていることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明のスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントであって、
同一の樹脂で包埋された補強繊維層および強化繊維層を有する繊維補強樹脂層を設けていることを特徴とする。
前記円筒状巻回体の外周側に、当該円筒状巻回体を補強支持する繊維で形成された補強繊維層と、前記補強繊維層の繊維を包埋する樹脂が付着および/または含浸された繊維で形成された強化繊維層と、を有する繊維補強樹脂層を形成する工程を有することを特徴とする。
前記強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を外層として形成する工程と、を有することを特徴とする。
前記第1強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を形成する工程と、
前記補強繊維層形成工程の後に、前記樹脂を付着および/または含浸させた直後の繊維を補強繊維層の外周側を被覆するように巻くことで第2強化繊維層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の繊維補強樹脂層は、円筒状巻回体を補強支持する繊維で形成された補強繊維層と、補強繊維層の繊維を包埋する樹脂が付着および/または含浸された繊維で形成された強化繊維層とを有して形成される。さらに、円筒状巻回体と補強繊維層との間に、樹脂シートまたは樹脂フィルムを介在させて構成することもできる。
繊維補強樹脂層を形成する工程において、円筒状巻回体の外周側に補強繊維層(例えば、ガラスクロス)を内層として形成した後(例えば、平面状のガラスクロスを1〜数回巻きつけた後)、樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を付着および/または含浸させた直後の繊維(例えば、ガラスロービング)を当該補強繊維層の外周側を被覆するように螺旋状に隙間無く巻きつけて強化繊維層を外層として形成する。補強繊維層の繊維(ガラスクロス繊維)は、円筒状巻回体の長さ方向に対し、全長を縦断して配置することが好ましい。
繊維補強樹脂層を形成する工程において、樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を付着および/または含浸させた直後の繊維(例えば、ガラスロービング)を円筒状巻回体の外周側を被覆するように隙間無く巻き付け強化繊維層を内層として形成し、強化繊維層形成直後(硬化する前)に、補強繊維層(ガラスクロス)を外層として形成する。
繊維補強樹脂層を形成する工程において、樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を付着および/または含浸させた直後(硬化前)の繊維(例えば、ガラスロービング)を円筒状巻回体の外周側を被覆するように隙間無く巻きつけ、第1強化繊維層を形成し、ついで、第1強化繊維層形成工程の直後(硬化前)に、補強繊維層(例えば、ガラスクロスを巻き付ける)を形成する。この際、繊維(ガラスロービング)に付着または含浸していた樹脂(エポキシ樹脂)が、補強繊維層(ガラスクロス)の繊維間、繊維中に侵入し硬化する。
円筒状巻回体の外周側に、先ず、樹脂シート(または樹脂フィルム)を巻回する。その後、上記実施形態1〜3の製造方法を用いて樹脂シートの外周側に繊維補強樹脂層を形成する。図2(d)に円筒状巻回体R/樹脂シート103/繊維補強樹脂層100の構成例を模式的に示す。樹脂シート/繊維補強樹脂層の全体厚みは、0.5〜4.0mmの範囲が好ましい。
円筒状巻回体の外周側に、樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を付着および/または含浸させた直後(硬化前)の補強繊維層(例えば、平面状のガラスクロスを1回巻きつけて)を形成する。端部同士の継ぎ目は、接着剤等で貼り合わせてもよく、粘着テープで仮止めし、樹脂の硬化後に剥離してもよい。繊維布(平面状のガラスクロス)の幅は、円筒状巻回体の幅に合わせることが好ましい。繊維布を単層とする場合、その厚みを大きく設定することが好ましい。その厚みとしては、0.5〜4.0mmの範囲が例示できる。図2(e)に円筒状巻回体R/補強繊維層101(単層)の構成例を模式的に示す。
円筒状巻回体の外周側に、樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を付着および/または含浸させた直後(硬化前)の補強繊維層(例えば、平面状のガラスクロスを複数回巻きつけて)を形成する。端部同士の継ぎ目は、接着剤等で貼り合わせてもよく、粘着テープで仮止めし、樹脂の硬化後に剥離してもよい。繊維布(平面状のガラスクロス)の幅は、円筒状巻回体の幅に合わせることが好ましい。繊維布を複数層とする場合、その全体の層厚みを大きく設定することが好ましい。その厚みとしては、0.5〜4.0mmの範囲が例示できる。図2(f)に円筒状巻回体R/補強繊維層101(複数層)の構成例を模式的に示す。
分離膜ユニットU(円筒状巻回体R)の樹脂封止と、繊維補強樹脂層26等の樹脂の硬化とは、別々に行ってもよいが、本発明では、分離膜ユニットU(円筒状巻回体R)の樹脂封止と、繊維補強樹脂層26等の樹脂の硬化とを同時に行ってもよい。その場合、両者の樹脂として同種の樹脂を使用するのが好ましい。つまり、加熱による硬化反応を行う上で、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤などの熱硬化性樹脂を含有する樹脂を使用することが好ましい。
(1)日東電工製RO膜ES20と厚み0.7mmのPP製供給側流路材からなる膜リーフユニットを用意した。次いで、直径32mmのPPE製中空状中心管に厚み0.3mmのPET製透過側流路材の先端を固定し、透過側流路材上に膜リーフユニットを封止部に当たる部分でポリウレタン樹脂を塗布しながら積載した。次いで、中空状中心管を軸に回転させテンションを掛けながら積載した膜リーフユニットを巻き込み巻回体とした。次いで、この巻回体に、粘着テープ(幅75mm)をコイル状に隙間無く巻きつけて形状保持させ、更に、その表面に製品名を印刷した表示ラベルを貼着した。
(2)巻回体の外周面全域に厚み0.3mm、質量340g/m2、密度(1本の繊維束あたりの密度)15本/インチ、引張強度1300N/インチのガラスクロス(日東紡製、平織物)を接着剤を用いて貼り付けた。ここでのガラスクロス(繊維布)は補強繊維層に相当する。次いで、エポキシ樹脂を含浸(または付着)させた繊度1150TEX、引張強度0.245N/TEXのガラスロービング(旭ファイバーグラス製)を巻き付け、巻きつけた厚みを1.5mmとした。ここでのガラスロービングの巻き付け体は、強化繊維層に相当する。その後、エポキシ樹脂を25℃で硬化させ、スパイラル型膜エレメントを作製した。図4に、補強繊維層(ガラスクロス)と強化繊維層との断面写真およびその模式図を示す。図4の模式図によれば、エポキシ樹脂が、硬化前にガラスクロス側に移動し、ガラスクロスに移動したエポキシ樹脂がガラスクロスと一体になって硬化していると考えられる。なお、補強繊維層の繊維(ガラスクロス繊維)は、円筒状巻回体の長さ方向に対し、全長を縦断して配置されている。
実施例1において、ガラスクロスの仕様を変更(厚み0.15mm、質量100g/m2、密度19本/インチ、引張強度500N/インチ)した以外、実施例1と同様の条件でスパイラル型膜エレメントを作製した。
実施例1において、ガラスクロスに代わり、厚み0.25mm、質量55g/m2、密度9本/インチ、引張強度170N/インチの収束処理剤で処理されたガラス繊維テープ(製品名:ウォールスパン(ニューヨークワイヤー社製)、補強繊維層に相当する)であって、幅48mmの帯状物を螺旋状に巻いたこと以外、実施例1と同様の条件でスパイラル型膜エレメントを作製した。図5に、補強繊維層(ウォールスパン)と強化繊維層との断面写真およびその模式図を示す。図5の模式図によれば、強化繊維層側のエポキシ樹脂が、硬化前にウォールスパン側を被覆(包埋)するように移動し、硬化することで、ウォールスパンの長さ方向の伸びを抑制していると考えられる。
実施例1において、ガラスクロスを設けなかったこと以外、実施例1と同様の条件でスパイラル型膜エレメントを作製した。
実施例1〜3および比較例で得られたスパイラル型膜エレメントを、湿潤状態にあるポリエチレン袋内に密閉し、40℃の環境に置き、エレメント全長の変化を観察した。図3に全長に対する伸び率の経時変化のグラフを示す。
保管3ヶ月後において、実施例1は、長さ方向の寸法伸び率は0.05%以下であった。実施例2は、0.07%であった。実施例3は、0.14%であった。比較例は、0.42%であった。
2 供給側流路材
3 透過側流路材
4 接着剤
5 中心管
6 接着剤
100 繊維補強樹脂層
101 補強繊維層
102 強化繊維層
R 円筒状巻回体
U 分離膜ユニット
Claims (12)
- 分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、
前記円筒状巻回体の外周側に、同一の樹脂で包埋された補強繊維層および強化繊維層を有する繊維補強樹脂層を設けていることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。 - 前記補強繊維層に前記樹脂が含浸されていることを特徴とする請求項1に記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記円筒状巻回体と前記繊維補強樹脂層との間に、樹脂シートまたは樹脂フィルムを介在させてある請求項1または2に記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記補強繊維層の繊維層厚みが、0.1mm以上である請求項1から3のいずれか1項に記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記補強繊維層における繊維の一方向が当該スパイラル型膜エレメントの長さ方向に配置される請求項1から4のいずれか1項に記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を内層とし、強化繊維層を外層とする請求項1から5のいずれか1項に記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を外層とし、強化繊維層を内層とする請求項1から5のいずれか1項に記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を挟み込むように、強化繊維層を多層構造とする請求項1から5のいずれか1項に記載のスパイラル型膜エレメント。
- 分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられ、円筒状巻回体の外周側に外装部が設けられているスパイラル型膜エレメントの製造方法であって、
前記円筒状巻回体の外周側に、当該円筒状巻回体を補強支持する繊維で形成された補強繊維層と、前記補強繊維層の繊維を包埋する樹脂が付着および/または含浸された繊維で形成された強化繊維層と、を有する繊維補強樹脂層を形成する工程を有することを特徴とするスパイラル型膜エレメントの製造方法。 - 前記繊維補強樹脂層を形成する工程において、円筒状巻回体の外周側に補強繊維層を内層として形成した後、前記樹脂を付着および/または含浸させた直後の繊維を当該補強繊維層の外周側を被覆するように巻くことで強化繊維層を外層として形成する工程と、を有することを特徴とする請求項9に記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。
- 前記繊維補強樹脂層を形成する工程において、前記樹脂を付着および/または含浸させた直後の繊維を円筒状巻回体の外周側を被覆するように巻くことで強化繊維層を内層として形成する工程と、
前記強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を外層として形成する工程と、を有することを特徴とする請求項9に記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。 - 前記繊維補強樹脂層を形成する工程において、前記樹脂を付着および/または含浸させた直後の繊維を円筒状巻回体の外周側を被覆するように巻くことで第1強化繊維層を形成する工程と、
前記第1強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を形成する工程と、
前記補強繊維層形成工程の後に、前記樹脂を付着および/または含浸させた直後の繊維を補強繊維層の外周側を被覆するように巻くことで第2強化繊維層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項9に記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。
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