JP4557287B2 - Hollow fiber membrane defect inspection method and defect inspection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質中空糸膜の欠陥検査方法に関する。 The present invention relates to a defect inspection method for a porous hollow fiber membrane.
多孔質中空糸膜は一般に束状集合体に加工され、フィルター・ユニットとして人工臓器、排水処理、ガス分離等の多くの用途に使用されている。フィルター・ユニットとして使用する場合には、多孔質中空糸膜の外側と内側を貫通するひび割れ、裂け目、小孔等の欠陥が存在すると、原液が欠陥を通して直接に透過液に混入し、本来除去されるべき物質の透過液に含まれる量が多くなるため医療用途など厳しい選択透過性を要求する用途には使用できない。従って、フィルター・ユニットは加工後に欠陥の有無についての検査が必須であり、欠陥が発見されると補修あるいは廃棄処分される。フィルター・ユニットの加工歩留りを向上させるには、フィルター・ユニットを構成する多孔質中空糸膜は、欠陥のないものを入手し、加工の際に多孔質中空糸膜を傷めないことが重要である。一方、多孔質中空糸膜を非破壊的に全数検査して、欠陥を検出し、その部分を除去すれば、実質的に欠陥の全くない多孔質中空糸膜が得られることになる。このため、連続的に走行する多孔質中空糸膜の欠陥検知技術の開発が要請されている。中空糸膜の欠陥を検査する方法としては、特許文献1が知られている。
しかしながら、特許文献1の方法は多孔質中空糸膜を加圧液体中に通過させることで、ピンホール等の大きな孔が存在した場合に、その部分を通して中空部内へ液体を注入し、中空部内の液体を検出することにより、欠陥を検出するものである。この方法では、ピンホール等の欠陥箇所を中空部分での液体に置き換えて、その液体を検知することにより欠陥部分を検知することが特徴である。しかしながら、親水性の高い多孔質中空糸膜の場合、欠陥のない部分に対しても、加圧液体中を通過する時に中空部内に液体が浸透し、その箇所を欠陥として判定することが懸念される。
However, in the method of
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、疎水性・親水性を問わず、どちらの性能を有する多孔質中空糸膜に対しても、連続的に走行する中空糸膜の欠陥を検知できる方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and the purpose thereof is continuously with respect to a porous hollow fiber membrane having any performance regardless of hydrophobicity or hydrophilicity. An object of the present invention is to provide a method capable of detecting a defect in a traveling hollow fiber membrane.
本発明は、連続的に走行する多孔質中空糸膜に対して、下記の工程を順次行う欠陥検査方法であって、下記工程(2)の液体中への浸漬時における多孔質中空糸膜の中空部内の圧力を0.02MPa〜0.1MPaとすることを特徴とする多孔質中空糸膜の欠陥検査方法、である。
(1)加圧装置を用いて、多孔質中空糸膜の外表面からその中空部内に空気を圧入する圧入工程
(2)前記多孔質中空糸膜を液体中に浸漬する浸漬工程
(3)前記液体中の多孔質中空糸膜の外表面の欠陥箇所から発生する気泡を検知する検知工程
The present invention is a defect inspection method for sequentially performing the following steps on a continuously running porous hollow fiber membrane, wherein the porous hollow fiber membrane is immersed in a liquid in the following step (2). A method for inspecting a defect of a porous hollow fiber membrane, wherein the pressure in the hollow portion is 0.02 MPa to 0.1 MPa .
(1) Press-in step of press-fitting air into the hollow part from the outer surface of the porous hollow fiber membrane using a pressurizer (2) Immersion step of immersing the porous hollow fiber membrane in a liquid (3) Detection process for detecting bubbles generated from defects on the outer surface of a porous hollow fiber membrane in a liquid
本発明によれば連続的に走行する疎水性または親水性の多孔質中空糸膜の欠陥を検知できる。 According to the present invention, defects of a hydrophobic or hydrophilic porous hollow fiber membrane that continuously runs can be detected.
本発明の検査対象となる多孔質中空糸膜は、疎水性・親水性の特性の他、材質、分画特性等に制限なくろ過膜として使用することができるものであればよい。例えば、ポリエチレン、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、セルロース等の材質の多孔質中空糸膜を例示することができる。サイズは限定されないが、外径が0.5〜5mm程度、内径が0.3〜4.9mm程度、また、分画特性が0.05〜0.5μm程度の多孔質中空糸膜が例示される。 The porous hollow fiber membrane to be inspected according to the present invention is not particularly limited as long as it can be used as a filtration membrane without limitation on the material, fractionation characteristics, etc. in addition to the hydrophobic and hydrophilic characteristics. For example, a porous hollow fiber membrane made of a material such as polyethylene, polysulfone, polyvinylidene fluoride, or cellulose can be exemplified. Although the size is not limited, a porous hollow fiber membrane having an outer diameter of about 0.5 to 5 mm, an inner diameter of about 0.3 to 4.9 mm, and a fractionation characteristic of about 0.05 to 0.5 μm is exemplified. The
本発明の加圧工程において、加圧装置に吹き込む空気の圧力、温度について特に制限はない。検査対象となる多孔質中空糸膜の膜構造に悪影響を及ぼさないように多孔質中空糸膜の材質等の特性を踏まえた上で、加圧する空気の各種条件を選定するのが良い。空気温度については、多孔質中空糸膜中の残存水分を乾燥させてなお且つ多孔質中空糸膜の中空部内に空気を吹き込むことになるために、できるだけ高いほうが好ましいが、膜の熱劣化を考慮すると低い方が好ましい。このため空気の温度は、好ましくは室温〜130℃、より好ましくは室温〜100℃である。空気の圧力については、多孔質中空糸膜の膜構造に悪影響を及ぼさないという観点から、多孔質中空糸膜の破裂強度以上に中空部内を加圧しないことが重要であるが、空気圧力が低すぎても中空部内への加圧が困難となる。このため多孔質中空糸膜の外側の空気圧力は0.2MPa〜0.5MPa程度が好ましく、0.2MPa〜0.4MPa程度がより好ましい。浸漬工程における多孔質中空糸膜の中空部内の圧力が高すぎると欠陥箇所が存在しない中空糸膜の外表面から気泡が検知される。また、多孔質中空糸膜の中空部内の圧力が低すぎると中空糸膜の欠陥箇所を検出できない。従って、液体中への浸漬時における多孔質中空糸膜の中空部内の圧力は0.02MPa〜0.1MPaであることが好ましく、0.02MPa〜0.08MPaであることがより好ましい。 In the pressurization process of the present invention, there is no particular limitation on the pressure and temperature of the air blown into the pressurizer. Various conditions of the pressurized air should be selected in consideration of characteristics such as the material of the porous hollow fiber membrane so as not to adversely affect the membrane structure of the porous hollow fiber membrane to be inspected. The air temperature is preferably as high as possible because the remaining moisture in the porous hollow fiber membrane is dried and air is blown into the hollow portion of the porous hollow fiber membrane. Then, the lower one is preferable. For this reason, the temperature of air becomes like this. Preferably it is room temperature-130 degreeC, More preferably, it is room temperature-100 degreeC. As for the air pressure, it is important not to pressurize the inside of the hollow part beyond the burst strength of the porous hollow fiber membrane from the viewpoint of not adversely affecting the membrane structure of the porous hollow fiber membrane, but the air pressure is low. Even if it is too much, pressurization into the hollow portion becomes difficult. For this reason, the air pressure outside the porous hollow fiber membrane is preferably about 0.2 MPa to 0.5 MPa, and more preferably about 0.2 MPa to 0.4 MPa. If the pressure in the hollow portion of the porous hollow fiber membrane in the dipping process is too high, bubbles are detected from the outer surface of the hollow fiber membrane where no defect exists. Moreover, if the pressure in the hollow part of the porous hollow fiber membrane is too low, a defective portion of the hollow fiber membrane cannot be detected. Therefore, the pressure in the hollow portion of the porous hollow fiber membrane during immersion in the liquid is preferably 0.02 MPa to 0.1 MPa, and more preferably 0.02 MPa to 0.08 MPa.
加圧装置内で中空部内に空気を圧入された多孔質中空糸膜はフリーガイド等を介して、浸漬工程の液体中に導かれる。多孔質中空糸膜に欠陥箇所が存在する場合、液体に浸漬した直後に液体中に気泡を発生する形で欠陥箇所が検知される。浸漬媒体として使用する液体について特に制限はないが、液体を選定するにあたっては特に液体の表面張力特性が重要であり、ぬれ張力試験試薬として用いられるメタノール、エタノール、ホルムアミド、水等が好ましい。 The porous hollow fiber membrane in which air is pressed into the hollow part in the pressurizing device is guided into the liquid in the dipping process through a free guide or the like. When a defective part exists in the porous hollow fiber membrane, the defective part is detected in a form in which bubbles are generated in the liquid immediately after being immersed in the liquid. Although there is no restriction | limiting in particular about the liquid used as an immersion medium, In selecting a liquid, the surface tension characteristic of a liquid is especially important, Methanol, ethanol, formamide, water, etc. which are used as a wet tension test reagent are preferable.
浸漬装置として液体槽の配置場所はできるだけ加圧装置に近い場所とすることが好ましい。特に多孔質中空糸膜の構造によっては、中空部内での圧力の保持性が悪いために、加圧装置で中空部内を加圧状態にされても、多孔質中空糸膜が下流側へ流れていく間に中空部内の圧力が減衰してしまい、欠陥箇所を検出できなくなる事態が発生することがあり、浸漬開始点と加圧装置の出口部の距離は出来るだけ近いことが好ましい。好ましい距離は200mm以内であり、より好ましくは100mm以内である。 It is preferable that the liquid tank is placed as close as possible to the pressurizing device as an immersion device. In particular, depending on the structure of the porous hollow fiber membrane, the pressure retention in the hollow portion is poor, so even if the inside of the hollow portion is pressurized with a pressurizing device, the porous hollow fiber membrane flows downstream. In some cases, the pressure in the hollow portion is attenuated, and a defect may not be detected, and it is preferable that the distance between the dipping start point and the outlet portion of the pressurizer is as short as possible. A preferable distance is within 200 mm, more preferably within 100 mm.
本発明における欠陥箇所とは分画層が有する平均的な分画孔径から外れた大きな孔径を有する箇所を言う。浸漬工程で、中空部内に空気を圧入された多孔質中空糸膜に欠陥箇所が存在する場合、液体に浸漬された直後にその欠陥箇所から気泡が発生する。気泡を検知する手段としては超音波による気泡検出器あるいは画像処理による気泡検出器等、液中での気泡の発生を検知できる手段であれば制限はない。浸漬装置の液体中のフリーガイド等を通過した多孔質中空糸膜は、引出駆動ロール等によって液体中から引き出される。
次に、本発明の構成を図1に基づき詳細に説明する。
The defect location in the present invention refers to a location having a large pore size deviating from the average fraction pore size of the fractionation layer. In the dipping process, when a defective portion exists in the porous hollow fiber membrane in which air is pressed into the hollow portion, bubbles are generated from the defective portion immediately after being immersed in the liquid. The means for detecting bubbles is not limited as long as it is a means capable of detecting the generation of bubbles in the liquid, such as a bubble detector using ultrasonic waves or a bubble detector using image processing. The porous hollow fiber membrane that has passed through the free guide or the like in the liquid of the dipping device is drawn out of the liquid by a drawing drive roll or the like.
Next, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
まず、多孔質中空糸膜1は外表面から空気加圧する加圧装置2内に通される。加圧装置は、重力により装置内で多孔質中空糸膜が直線性を維持できるように縦置きに設置される。そして、加圧装置の前後にはフリーガイド3及び4が設置され、多孔質中空糸膜はできるだけ加圧装置の中心部を通過させられる。加圧装置には圧力計5を取り付けられて加圧装置内部の圧力状態が検出される。また、空気はチューブフィッティングで接続されたチューブを通して空気導入口6から加圧装置内に吹き込まれる。加圧装置には、加圧空気によって効率的に多孔質中空糸膜の中空部内を加圧状態にすることが可能な構造であることが要求されるが、そのために一番のポイントとなるのが加圧装置の出入口部と多孔質中空糸膜とのクリアランス7である。このクリアランスは、空気の漏れをできるだけ抑えるために小さくすることが望ましいが、クリアランスを小さくし過ぎると、加圧装置に吹き込まれる空気の速度斑等による微小な振動によって多孔質中空糸膜が加圧装置の出入口部で摺動し、その表面が損傷されることが予想される。このような点を考慮すると、クリアランスは0.1mm〜2mm程度であることが好ましく、0.1mm〜1mm程度であることがより好ましい。
First, the porous
加圧装置の出入口部の構造については、装置内部の圧力について高シール性を確保できるラビリンス構造とすることが好ましい。ラビリンス構造の種類は特に制限なく、基本構造として多く利用される直通形や食違い形を始めとして種々のものを使用することができる。 About the structure of the entrance / exit part of a pressurization apparatus, it is preferable to set it as the labyrinth structure which can ensure high sealing performance about the pressure inside an apparatus. There are no particular restrictions on the type of labyrinth structure, and various types such as a straight-through type and a staggered type that are often used as a basic structure can be used.
また、加圧装置の内部を加圧状態にするにあたっては、加圧装置を通過する多孔質中空糸膜の外表面に均一に圧力がかかる構造であることが好ましく、そのためには加圧装置の内部に円筒状の多孔板を挿入し、加圧装置の内部において吹き込み空気が通過する多孔質中空糸膜の周囲に回り込み、外周部から多孔質中空糸膜の中心部に向かって均一に空気が流れ込む構造とすることが好ましい。 Further, when the inside of the pressurizing apparatus is put into a pressurized state, it is preferable that the pressure is applied uniformly to the outer surface of the porous hollow fiber membrane that passes through the pressurizing apparatus. A cylindrical perforated plate is inserted into the inside of the pressurizing device, circulates around the porous hollow fiber membrane through which blown air passes, and air is uniformly distributed from the outer peripheral portion toward the center of the porous hollow fiber membrane. It is preferable to have a structure that flows in.
次に、加圧装置内で中空部内に空気を圧入された多孔質中空糸膜はフリーガイド4を介して、液体槽8に貯められた液中に導かれる。液体槽中の液中フリーガイド10を通り、液体槽の下流に設置された引出駆動ロール11にて引き出される。このとき液体槽で浸漬された多孔質中空糸膜に欠陥点が存在する場合、その欠陥点から気泡9が発生する。
Next, the porous hollow fiber membrane in which air is pressed into the hollow portion in the pressurizing device is introduced into the liquid stored in the
以下、親水性の多孔質中空糸膜を用いた実施例を示すが、本発明の方法は空気加圧により中空部内に圧力を加えるため、親水性・疎水性を問わずいずれの多孔質中空糸膜にも適用できることは容易に類推できる。 Hereinafter, examples using a hydrophilic porous hollow fiber membrane will be shown. However, since the method of the present invention applies pressure in the hollow portion by air pressurization, any porous hollow fiber regardless of hydrophilicity or hydrophobicity is used. It can be easily analogized that it can be applied to a membrane.
〔実施例1〕
図1の装置を用いて、内径1000μm、外径2100μmでその表面に親水性ポリマーが塗布されたポリフッ化ビニリデン製の多孔質中空糸膜の欠陥検査を行った。この膜の特性は、分画孔径0.4μm、通水性能100m3/m2/hr/MPaであった。加圧装置の出入口部は口径3mm、直通形のラビリンス構造とした。加圧装置の出口部と液体槽の浸漬開始点の距離は100mmとした。
[Example 1]
Using the apparatus shown in FIG. 1, a defect inspection was performed on a porous hollow fiber membrane made of polyvinylidene fluoride having an inner diameter of 1000 μm and an outer diameter of 2100 μm, and a hydrophilic polymer coated on the surface thereof. The characteristics of this membrane were a fractional pore diameter of 0.4 μm and a water passage performance of 100 m 3 / m 2 / hr / MPa. The entrance / exit part of the pressurizing device had a diameter of 3 mm and a direct labyrinth structure. The distance between the outlet of the pressure device and the immersion start point of the liquid tank was 100 mm.
欠陥検査時における多孔質中空糸膜の中空部内の圧力は測定が困難であるため、欠陥検査に先立って予め、多孔質中空糸膜の走行を止め、多孔質中空糸膜の外側の圧力を欠陥検査時の圧力と同じ0.35MPaにした状態で、多孔質中空糸膜の中空部内の圧力を測定した。即ち、長さ30mの多孔質中空糸膜を加圧装置に導入し、加圧装置の出口部から下流側に出ている多孔質中空糸膜の先端に圧力計を取り付けた。この状態で加圧装置の出口部から多孔質中空糸膜の先端までの距離を40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、及び100mmと変えてゆき、圧力を測定したところ、それぞれ150kPa、100kPa、70kPa、50kPa、30kPa、及び20kPaであった。 Since it is difficult to measure the pressure inside the hollow part of the porous hollow fiber membrane at the time of defect inspection, stop running the porous hollow fiber membrane in advance of the defect inspection and check the pressure outside the porous hollow fiber membrane. The pressure in the hollow portion of the porous hollow fiber membrane was measured in the state of 0.35 MPa which was the same as the pressure at the time of inspection. That is, a porous hollow fiber membrane having a length of 30 m was introduced into a pressurizing device, and a pressure gauge was attached to the tip of the porous hollow fiber membrane protruding downstream from the outlet of the pressurizing device. In this state, the distance from the outlet of the pressurizing device to the tip of the porous hollow fiber membrane was changed to 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, and 100 mm, and the pressure was measured to be 150 kPa, 100 kPa, and 70 kPa, respectively. , 50 kPa, 30 kPa, and 20 kPa.
以上の予備運転を経た後、欠陥検査を行った。先ず、多孔質中空糸膜を、ボビンから繰り出し、図1の経路に従ってフリーガイド3、加圧装置、浸漬装置として設置した水槽内、引出駆動ロールを経て、膜の先端を巻取用ボビンに捲きつけ取り付け、引出駆動ロールを作動させて、4m/minの速度で連続的に走行させた。この状態で、加圧装置内に、温度30℃、圧力0.35MPaの空気を空気導入口から供給したところ、加圧装置内における多孔質中空糸膜の外側の圧力は0.35MPaであった。
After the above preliminary operation, defect inspection was performed. First, the porous hollow fiber membrane is unwound from the bobbin, and the tip of the membrane is wound on the take-up bobbin through a
このようにして多孔質中空糸膜の欠陥検査を1時間実施したところ、水槽内に浸漬された多孔質中空糸膜の外表面から数回気泡が発生した。気泡が発生した付近に黒マジックでマーキングし、マーキングした4箇所について、マーキング箇所を中心としてそれぞれ長さ700mmのサンプルを切り出し、中空部内への充填液としてエタノールを用いたバブルポイント法により検査を実施した。その結果、欠陥箇所として検出された4つの検査箇所についてのバブルポイントは50kPa、30kPa、40kPa、50kPaであった。一方、マーキングが施されていない箇所、即ち本検査法では欠陥箇所ではないとされた任意の10箇所についてバブルポイントを測定したところ、一番低い値は80kPaであった。以上の結果から、本実施例によれば、バブルポイントがおよそ50kPa以下に相当する欠陥箇所が検知できることが確認された。 Thus, when the defect inspection of the porous hollow fiber membrane was carried out for 1 hour, bubbles were generated several times from the outer surface of the porous hollow fiber membrane immersed in the water tank. Mark with black magic near the bubble, cut out a 700mm long sample around the marked part, and inspect by bubble point method using ethanol as filling liquid into the hollow part did. As a result, the bubble points for the four inspection locations detected as defective locations were 50 kPa, 30 kPa, 40 kPa, and 50 kPa. On the other hand, when the bubble point was measured at a location where no marking was applied, that is, at any 10 locations that were not considered defective in this inspection method, the lowest value was 80 kPa. From the above results, according to the present example, it was confirmed that a defective portion corresponding to a bubble point of about 50 kPa or less can be detected.
1 多孔質中空糸膜
2 加圧装置
3 フリーガイド
4 フリーガイド
5 圧力計
6 空気導入口
7 クリアランス
8 液体槽
9 欠陥点から発生した気泡
10 水中フリーガイド
11 引出駆動ロール
12 液体槽の浸漬開始点
DESCRIPTION OF
Claims (3)
(1)加圧装置を用いて、多孔質中空糸膜の外表面からその中空部内に空気を圧入する圧入工程
(2)前記多孔質中空糸膜を液体中に浸漬する浸漬工程
(3)前記液体中の多孔質中空糸膜の外表面の欠陥箇所から発生する気泡を検知する検知工程 A defect inspection method for sequentially performing the following steps on a continuously running porous hollow fiber membrane, wherein the pressure in the hollow portion of the porous hollow fiber membrane during immersion in the liquid in step (2) is A method for inspecting a defect of a porous hollow fiber membrane, characterized by being 0.02 MPa to 0.1 MPa .
(1) Press-in step of press-fitting air into the hollow part from the outer surface of the porous hollow fiber membrane using a pressurizer (2) Immersion step of immersing the porous hollow fiber membrane in a liquid (3) Detection process for detecting bubbles generated from defects on the outer surface of a porous hollow fiber membrane in a liquid
検査される多孔質中空糸膜が前記加圧装置内及び前記液体槽内を連続的かつこの順に走行することが可能となるよう、多孔質中空糸膜の走行経路が形成されている欠陥検査装置。 A hollow fiber membrane defect inspection device comprising a pressurizing device for pressurizing the inside of a hollow hollow fiber membrane by pressurizing air from the outer surface, an immersion device having a liquid tank, and a bubble detector. And
Defect inspection apparatus in which a traveling path of the porous hollow fiber membrane is formed so that the porous hollow fiber membrane to be inspected can continuously travel in the pressurization apparatus and the liquid tank in this order. .
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