KR102015613B1 - 성형 시이트 막 요소를 코팅하기 위한 코팅 기기 및 공정 - Google Patents

성형 시이트 막 요소를 코팅하기 위한 코팅 기기 및 공정 Download PDF

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KR102015613B1
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이온엘 존 토메스쿠
라파엘 시몬
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Abstract

코팅 기기는 하나 또는 그 초과의 점액 출구들, 코팅 나이프 및 막 기판 상의 돌출부들과 맞물리도록 구성되는 가이드 섹션을 가지며, 이 코팅 기기는 막 기판을 수용하도록 적응되는 슬롯을 한정한다. 위에 형성된 돌출부들을 갖는 투과 시이트를 코팅하기 위한 공정은 시이트의 양쪽 측들 상에 점액을 제공하면서 투과 시이트에 대응하는 패턴을 갖는 코팅 나이프를 통하여 투과 시이트를 견인하는 단계로 이루어진다. 다른 기기 및 공정은 원통형 롤러 및 압반을 포함한다.

Description

성형 시이트 막 요소를 코팅하기 위한 코팅 기기 및 공정 {COATING DEVICE AND PROCESS FOR COATING FORMED SHEET MEMBRANE ELEMENT}
본 명세서는 막 분리를 위한 기기들 및 이 기기들을 만드는 방법들에 관한 것이며 특히, 대안적으로는 침지(submerged)라고 불리는 침수 작업을 위해 적절한 마이크로 여과(MF), 초미세 여과(ultrafiltration, UF) 또는 나노 여과(NF) 막 요소들 또는 모듈들에 관한 것이다.
이후의 내용은 이하에 논의되는 임의의 것이 공통적인 일반 지식 또는 종래 기술로서 인용 가능한 것임을 시인하는 것은 아니다.
침수된 MF 또는 UF 막들은, 대안적으로 판 또는 프레임이라고 불리는 편평한 시이트의 구성으로 만들어질 수 있다. 이러한 구성에서, 막 시이트의 롤은 부직포 기판의 롤 상에 주조된 중합성 분리층을 주조함으로써 만들어진다. 막 시이트의 2 개의 일반적으로 직사각형 피스들이 이들의 에지들에서, 예컨대 초음파 용접에 의해 중공 플라스틱 프레임의 대향 측들 상에 부착된다. 이는 대안적으로는 투과물이라고 불리는, 여과된 물을 수집하기 위한 중공 내부 채널을 갖는 패널을 생성한다. 몇몇의 패널들은 여과될 물에 침수될 수 있는 프레임 안으로 나란히 슬라이딩한다. 패널들의 내측들은 막 시이트들을 통하여 투과물을 견인하기 위해 펌프의 흡입 측에 연결된다. 프레임 아래로부터 제공되는 기포들은 액체와 기포들의 혼합된 유동이 패널들 사이의 수직 슬롯들을 통하여 상승하는 것을 야기하여 막 표면들을 깨끗하게 유지한다. 기기의 이러한 타입의 예들은 미국 특허 제 5,482,625 호; 제 5,651,888 호; 제 5,772,831 호; 제 6,287,467 호; 그리고 제 6,843,908 호에 나타나며, 이들은 모두 Kubota Corporation 의 소유이다.
편평한 시이트 막 모듈들은 일반적으로 강성이며 (중공 섬유 막들에 비하여)낮은 제작 비용을 갖는데 이는 이들이 광범위한 시이트로 주조될 수 있기 때문이다. 하지만, 편평한 시이트 막들은 중공 섬유 막들에 비하여 열악한 패킹 밀도(모듈의 단위 체적 당 막 표면적)들을 가지며 따라서 대형 편평한 시이트 설비의 전체 비용은 매우 높을 수 있다. 또한, 통상적인 편평한 시이트 막 패널들은 막들을 기계적으로 세정하기에 충분하도록 강하게 역류될 수 없다.
편평한 시이트 막 요소의 변형이 Microdyn-Nadir GMBH 의 국제 공보 제 WO 2007/036332 에 도시된다. 이러한 요소들에서, 막 재료의 2 개의 층들은 2 개의 밀집된 층들 사이에 다공성 중앙 구역을 갖는 섬유의 전방 및 후방 측들 상에 주조된다. 중앙 구역은 투과 채널을 제공하며 또한 2 개의 밀집한 층들을 함께 연결하여 요소가 기계적 세정을 위해 역류되는 것을 가능하게 한다. 이러한 요소들은 4-변 프레임을 요구하지 않으며 이들은 약 2 ㎜ 두께이며, 이는 상기 설명된 판 및 프레임 요소들보다 더 얇다. 하지만, 이러한 요소들은 또한 가요성이며 이들은 프레임에서 중심 대 중심으로 약 10 ㎜ 만큼 이격된다. 패킹 밀도는 상기 설명된 판 및 프레임 요소들보다 더 양호하지만, 중공 섬유 막 모듈보다 여전히 훨씬 더 낮다. 비록 다공성이지만, 섬유의 중앙 구역은 투과 채널 내의 유동에 대한 저항을 또한 제공하며 요소의 비용을 증가시킨다.
이어지는 도입부는 독자에게, 후속하는 그리고 임의의 청구된 발명을 제한하거나 한정하지 않는 상세한 설명을 소개하려는 것이다.
기판 재료, 예컨대 부직포 섬유의 피스가 예컨대 주형 공동의 내부 표면에 대항하여 열 및 압력 하에서, 평면에 대하여 하나 또는 그 초과의 오목부들, 예컨대 일반적으로 평행한 일련의 오목부들을 갖는 성형 기판 시이트로 형성된다. 그 중 하나 이상이 오목부들을 갖는 2 개의 기판 시이트들은 예컨대 오목부들의 에지들을 따라 또는 에지들 옆에 함께 접합된다. 선택적으로, 부가적인 중간 시이트가 2 개의 기판 시이트들 사이에 접합될 수 있다. 2 개의 기판 시이트들은 서로 조합하는 복수의 내부 채널들 또는, 하나라면 중간 시이트를 갖는 기판을 형성한다. 기판 재료의 피스들이 막 재료에 의해 이전에 코팅되지 않았다면, 기판은 막 시이트를 형성하기 위해 점액(dope)으로 코팅되고 퀀칭되거나 또는 응고된다.
막 시이트는 일반적으로 평면이지만, 동등한 편평한 판 구역보다 더 큰 표면적을 제공하는 내부 채널들에 대응하는 하나 또는 그 초과의 리지들을 갖는다. 내부 채널들은 투과물이 시이트의 에지들로 유동하기 위한 개방 통로들을 제공한다. 막 시이트는 바람직하게는 내부 채널들 사이에 하나 또는 그 초과의 라인들을 따라서 뿐만 아니라 오목부들에 평행한 외부 에지들을 따라 함께 접합된다. 충분한 개수의 내부 채널들 사이에 함께 접합될 때, 선택적으로 각각의 내부 채널의 각각의 측 상에서, 막 시이트는 4-변 프레임 없이 사용될 수 있고 역류에 의해 기계적으로 세정될 수 있다.
복수의 막 시이트들은 번들로 나란히 배치될 수 있다. 내부 채널들 중 하나 또는 그 초과와 교차하고 이에 대하여 개방되는 막 시이트들의 투과 에지들은 스페이서들에 의해 번들로 인접한 막 시이트들의 에지들로부터 분리될 수 있다. 번들은 모듈을 제조하기 위해 하나 또는 그 초과의 헤더들에 연결된다. 헤더로의 연결은 영구적이거나 또는 제거 가능할 수 있다. 복수의 모듈들은 카세트(cassette)로 조립될 수 있다. 카세트는 막들이 일반적으로 수직이고 내부 채널들이 일반적으로 수평이 되도록 여과될 물의 탱크 내에 모듈들을 유지할 수 있다. 투과물은 카세트의 측면들에 있는 헤더들로 유동한다. 여과될 액체 및 선택적으로 가스 기포들은 막들 사이의 공간들을 통하여 수직으로 유동한다.
도 1 은 형성된 기판 시이트의 등각도이다.
도 2 는 주형의 바닥 공동 상의 도 1 에서와 같은 기판 시이트의 등각도이다.
도 3 은 기판 시이트 상에 주형 인서트를 갖는 도 2 에서와 같은 주형의 바닥 공동 상의 기판 시이트의 등각도이다.
도 4 는 주형의 상부 공동을 갖는 도 3 에서와 같은 기판 시이트 상의 주형 인서트의 바닥 공동 상의 기판 시이트의 등각도이다.
도 5 는 도 1 에서와 같은 2 개의 형성된 기판 시이트들로 이루어진 기판의 횡단면도이다.
도 6 은 도 5 의 기판의 등각도이다.
도 7 은 도 5 에서와 같은 기판 상에 반투과성 코팅을 갖는 막의 횡단면도이다.
도 8 은 번들로 조립되는 도 7 에서와 같은 복수의 막들의 분해 등각도이다.
도 9 는 막 번들의 단면도(end view)이다.
도 10 은 일 단부에서 투과 헤더 안으로 포팅(potted)되는 막 번들의 횡단면도이다.
도 11 은 양 단부들에서 투과 헤더들 안으로 포팅되는 막 번들을 갖는 막 모듈의 평면도(top view)이다.
도 12 는 도 11 의 복수의 모듈들을 갖는 카세트의 평면도이다.
도 13 은 도 12 의 카세트의 코너의 확대도이다.
도 14 는 도 12 의 카세트의 측면도이다.
도 15 는 2 개의 기판 시이트들 사이에 중간 편평한 시이트를 갖는 투과 시이트의 측면도이다.
도 16 은 물결 모양(undulating) 프로파일을 갖는 기판들에 의해 이루어지는 투과 시이트의 측면도이다.
도 17 은 코팅 기기의 횡단면도를 도시한다.
도 18 은 도 17 의 코팅 기기의 일 절반부의 내측면의 입면도를 도시한다.
도 19 는 롤 성형 기계의 형태의 다른 주형의 분해 횡단면도이다.
본 명세서에서, "시이트" 또는 "기판 시이트" 는 통상적으로 복수의 오목부들을 갖도록 성형될 수 있는 기판 재료의 피스를 지칭한다. "투과 시이트" 또는 "기판" 은 통상적으로 함께 접합된 2 개의 시이트들을 지칭한다. "투과 채널" 은 통상적으로 시이트들의 내부 표면들에 의해 한정되는 기판의 내측 상의 채널을 지칭하며, 이를 통하여 액체가 기판의 평면에 평행하게 기판의 에지로 유동할 수 있다. "커넥터" 는 2 개의 인접한 오목부들 사이의 시이트의 부분, 또는 2 개의 인접한 투과 채널들 사이의 투과 시이트의 부분을 지칭할 수 있다. "인서트" 는 주형의 정상과 바닥 다이 사이에 배치되며 투과 채널 또는 오목부의 내측 표면의 일부 또는 전부를 성형하는데 사용되는 주형의 부분을 지칭할 수 있다. "막 시이트" 는 그 위에 코팅된 별개의 층을 갖는 투과 시이트를 지칭할 수 있다.
이하에 더욱 상세하게 설명될 시이트 및 이 시이트를 만드는 방법의 예에서, 시이트는 대안적으로는 잔물결(ripple)들이라고 불리는 복수의 오목부들을 갖는 형상을 형성하기 위해 열처리되고 공동 안으로 프레스되는 부직포 재료의 피스로 만들어진다. 여기서 설명된 예에서, 오목부들은 커넥터들에 의해 분리된다. 커넥터들은 공통 평면 내에서 접촉하거나 이 공통 평면 내에 놓인다. 여기서 설명된 예에서, 커넥터들은 본질적으로는 편평하고 오목부들은 본질적으로는 반원통형이다. 이러한 시이트들 중 2 개는 오목부들에 평행한 이들의 2 개의 외부 에지들, 대안적으로 불리는 플랜지들에서 그리고 이들 커넥터들의 하나 또는 그 초과, 바람직하게는 전부에서 함께 부착된다. 이는 평행한 일반적으로 원통형 투과 채널들의 어레이를 갖는 투과 시이트를 형성하고 각각의 채널은 2 개의 반원통형 잔물결들에 의해 형성되며, 하나의 잔물결은 각각의 시이트들로 형성된다. 투과 시이트는 채널들에 수직인 2 개의 개방 에지들을 가지며, 여기서 투과 채널들이 배출된다. 투과 시이트는 필요하다면 최종 크기 및 형상으로 다듬어질 수 있다(trimmed). 시이트가 막 재료에 의해 예비 코팅되지 않았다면, 투과 시이트는 막 점액이 투과 시이트의 외부 표면들 상에 주조되는 코팅기 안으로 이송된다. 코팅된 투과 시이트는 그 후 점액이 별개의 층을 갖는 고체 막 재료로 변형되는 퀀칭 또는 응고 배스(bath) 안으로 전달된다. 막 재료는 상 분리 공정, 예컨대 TIPS 또는 NIPS 공정에 의해 형성될 수 있다. 결과적인 막 시이트는 퀀칭 배스로부터 제거되고 추가로 헹궈지고 (필요하다면)주입되며(impregnated) 건조된다. 복수의, 예컨대 2 내지 50 개의 막 시이트들이 번들을 형성하기 위해 타겟 시이트 사이 공간(target inter-sheet spacing)에 따라 이들의 개방 단부들에서 함께 부착될 수 있다. 번들의 하나 이상의 개방 단부는 모듈을 형성하기 위해 투과 헤더에 영구적으로 또는 제거 가능한 시일에 의해 부착된다. 모듈은 예컨대 압력 감쇄 시험에 의해 온전함이 시험될 수 있다. 모듈들은 카세트를 여과 탱크 안으로의 삽입에 적절하게 만들기 위해 구조적 요소들을 포함하는 카세트로 조립된다. 막 시이트들은 일반적으로 탱크 내에서 수직으로 배향되며, 채널들은 일반적으로 수평으로 배향되며, 헤더들은 카세트의 측면들에 위치되고 일반적으로 수직으로 배향된다. 카세트는 바람직하게는 막 시이트들 사이의 공간들로 기포들을 배출하도록 구성되는 하부 통기 그리드를 또한 갖는다. 이하에 상세하게 논의될 도면들은 시이트, 시이트를 만들기 위한 주형, 모듈 및 카세트의 예를 도시한다.
도 1 을 참조하면, 시이트(7)는 부직포 직물(textile)의 피스로 만들어진다. 시이트(7)는 미리 정해진 간격들로 이격되고 편평한 커넥터(5)들에 의해 분리되는 일련의 평행한 반원통형 오목부(6)들을 갖는 형상으로 프레스된다. 외측 오목부들은 2 개의 에지 플랜지(4)들에 의해 경계가 정해진다. 반원통형 오목부(6)들의 반경은 예컨대 분야에 의존하여 0.3 ㎜ 와 50 ㎜ 사이일 수 있다.
도 2 내지 도 4 를 참조하면, 바닥 공동(9), 정상 공동(11), 및 복수의 인서트(8)(단지 하나만 도시됨)들을 포함하는 주형(10)이 성형 공정을 위해 사용된다. 바닥 공동(9)은 최종 몰딩된 시이트(7)의 외측 형상과 정합한다. 인서트(8)들은 금속성일 수 있고 반원통형 오목부(6)들을 형성하기 위해 공동(9, 11)들과 연관되어 사용된다. 인서트(8)들은 주형(10)의 별개의 구성 요소들일 수 있거나 주형(10)의 정상 공동(11) 안으로 생성될 수 있다. 주형이 내장(built in) 인서트(8)들을 가질 때, 이들은 고정될 수 있거나 자유롭게 회전할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 회전 또는 탈착된 인서트(8)들은 주형 폐쇄 단계 동안 부직포 기판 재료의 슬라이딩을 가능하게 한다. 매우 폴리싱된(경면 마무리) 재료들이 인서트(8)들 및 주형의 2 개의 공동(9, 11)들을 위해 사용된다. 최초의 편평한 부직포 기판의 피스가 주형의 바닥 공동(9) 상에 장입된다(도 2). 이러한 피스는 최초에 미리 정해진 치수들로 절단된다. 기판의 피스를 장입한 후에, 인서트(8)들은 기판의 피스 상에 배치되고[인서트들이 정상 공동(11) 안으로 생성되지 않는다면] 정상 공동(11)은 인서트(8)들 위에 배치된다. 주형(10)은 그 후 폐쇄되고 공동(9, 11)들 사이에, 예컨대 이들을 함께 클램핑함으로써 압력이 가해진다. 정상 공동(11)과 인서트(8)들은 이에 의해 시이트(7)를 바닥 공동(9) 안으로 프레스한다.
양산형(prototype) 주형(10)의 정상 공동(11)은 바닥 공동(9)과 동일한 내부 형상을 갖는다. 도 2 내지 도 4 에 도시된 주형(10)은 주형(10)을 폐쇄하기 전에 인서트(8)들과 정상 공동(11) 사이에 기판의 다른 피스를 삽입함으로써 동시에 2 개의 시이트들을 몰딩할 수 있다. 각각의 주형 공동은 바람직하게는 최종 시이트(7)의 형상과 두께에 걸친 좋은 제어를 제공하기 위해 엄격한 공차들 내에서 양호하게 기계가공된다. 특히, 시이트(7)의 임의의 부분의 과압밀은 바람직하지 않다. 몰딩 공정 동안 열이 가해진다. 가열 페이스 후에, 주형은 시이트(또는 시이트들)가 그의 형상을 유지할 수 있을 때까지 폐쇄된 위치에서 냉각된다. 이러한 방식으로, 시이트(7)는 공동(9)의 내측 표면에 대항하여 프레스되는 동안 각각 최초에는 가열되고 그 후 냉각된다. 시이트(7)는 공동(9)의 내부 표면에 대항하여 프레스되는 동안 바람직하게는 그의 열변형 온도(HDT) 또는 그 초과로 가열된다. 시이트(7)는 공동(9)의 내부 표면에 대항하여 프레스되는 동안 또한 바람직하게는 그의 HDT 미만으로, 더 바람직하게는 그의 유리 전이 온도(Tg) 미만으로 냉각된다. 시이트(7)는 이에 의해 공동의 내부 표면에 대응하는 외측 표면을 갖는 영구적인 형상을 취한다.
보통은 편평한 시이트 UF 막들을 위한 기판으로서 사용되는 부직포 섬유, 예컨대 폴리에스테르계 섬유가 기판 재료를 위해 사용될 수 있다. Hirose(05TH-80W)로부터의 샘플, 3M Powell 로부터의 3 개의 등급들, 및 Crane Nonwovens, AWA Paper 및 Ahlstrom 으로부터의 다중의 등급들을 포함하는 상이한 공급자들로부터의 샘플들이 양산형 주형을 사용하여 시험되었다. 기판 재료들은 80 내지 120 미크론의 두께들을 가졌고, 초당 평방 센티미터 당 5 내지 15 ㏄ 의 공기 투과도를 가졌다. 기판 재료들은 몰딩에 앞서 건조되었다. 기판 재료들은 일반적으로 열적으로 접합된 단섬유들의 매트릭스 및 더 긴 보강 섬유들을 가진다. 시험된 모든 샘플들은 수용할만한 시이트(7)들을 제조하였다.
기판의 조성에 의존하여, 몰딩 온도는 100F(섭씨 38도) 이상이며 시험들에서는 300 내지 500F(섭씨 149 내지 260도) 사이에서 변했다. 비교에서, 폴리에스테르의 Tg 는 약 섭씨 60 내지 75도이며, 폴리에스테르의 HDT 는 약 섭씨 170 내지 177도 그리고 폴리에스테르의 융점(Tm)은 약 섭씨 255도일 수 있으며, 모든 이러한 온도들은 폴리에스테르의 형태에 의존하여 변동을 겪을 수 있다. 온도는 바람직하게는 매트릭스 섬유들 및 보강 섬유들의 HDT 를 초과하고, 선택적으로는 매트릭스 섬유들의 융점을 또한 초과하지만, 바람직하게는 보강 섬유들의 융점 미만이다. 주형은 기판이 공동(9, 11)의 내부 표면에 대응하는 형상을 띠기에 충분히 길게 가열되지만, 막 점액이 여전히 기판에 침투하고 고착되도록 기판의 공기 투과도의 상당한 부분을 유지하는 온도 및 시간의 조합으로 가열된다. 열은 주형(10)을 온도 제어식 오븐 내에 배치함으로써 제공된다. 주기 시간은 가열을 위하여 5 내지 10 분 사이로 그리고 냉각을 위해서는 30 분을 초과하여 변한다. 제조를 위해, 내장 물(또는 다른 냉각제) 라인들을 갖는(사출 성형과 유사) 주형은 냉각 공정을 현저하게 단축시키는 것이 기대될 수 있다. 주형 구성 요소(9, 8, 11)들은 예컨대 0.05 내지 0.1 ㎜ 인 바람직한 최종 시이트(7) 두께를 제조하기 위해 크기가 정해진다. 형성된 시이트(7)는 제 1 양산형 주형에서 만들어질 때 0.075 ㎜ 두께였다. 약간의 압밀이 벽 두께를 감소시키고 몰딩된 형상을 유지하기 위한 시이트(7)의 능력을 증가시키기 위해 수용 가능하며, 가능하게는 이러한 압밀이 바람직하다. 주형 폐쇄 및 유지 압력들은 15 내지 20 psi 범위 내였다. 매우 큰 시이트(7)를 위한 주형은 더 높은 폐쇄 압력을 요구할 수 있으나 동일한 유지 압력을 사용할 수 있다. 2 개의 시이트(7)들은 제거 가능한 원통형 금속 인서트(8)들을 사용하여 제 1 양산형 주형에서 동시적으로 몰딩되었다. 몰딩된 시이트(7)들은 주형에서 사용되는 인서트(8)들 및 공동(9, 11)들과 정합하는 내부 및 외부 반경을 유지하였다. 양산형 주형(10)의 공동(9, 11)들 내의 오목부들의 내부 표면의 반경은 약 1.5 ㎜ 였다. 제 2 양산형 주형에서, 공동들 내의 오목부들의 내부 표면들의 반경은 약 0.6 ㎜ 였다. 물의 마이크로 여과 또는 초미세 여과를 위한 최적의 직경은 수용 가능한 루멘 압력 강하를 갖는 패킹 농도를 최대화하기 위해 0.7 ㎜ 에 근접할 수 있다.
도 5 및 도 6 을 참조하면, 몰딩 후에 시이트(7)들은 최종 치수들로 다듬어지고 한 쌍의 시이트(7)들은 투과 시이트(20)로 조립된다. 시이트(7)들은 접합 구역(12)들에서 함께 부착된다. 상기 설명된 것과 같이 양산형 주형에서 만들어진 시이트(7)들은 에폭시, 수성 접착제들 및 폴리우레탄을 포함하는 몇몇의 타입들의 접착제들을 사용하여 함께 접합된다. 시이트(7)들을 형성하는데 사용되었던 동일한 주형(10)이 2 개의 시이트(7)들을 융합하기 위해 사용되었다. 기판 재료를 통하는 접합제의 완전한 침투로 인한 주형(10)에 대한 접합 구역(12)들의 끈끈함, 그리고 막에 의해 그 후에 코팅될 표면의 오염을 없애기 위해, 더 높은 점성의 접착제들이 바람직하다. 상기 설명된 것과 같은 제 1 양산형 주형에서 만들어진 2 개의 시이트(7)들은, 함께 융합될 때 3 ㎜ 외경을 갖는 원통형 채널들 그리고 외측 직경들 사이에 약 2 ㎜ 의 공간을 갖는 투과 시이트(20)를 생성하였다. 투과 시이트(20)의 전체 치수는 약 10 인치(25 ㎝) X 1 1/2 인치(37 ㎝) 였으나, 더 큰 시이트(7)들이 만들어질 수 있다. 제 2 양산형 주형에서 만들어진 2 개의 시이트(7)들은 1.2 ㎜ 외경을 갖는 원통형 채널들 그리고 외측 직경들 사이에 약 1 ㎜ 의 공간을 갖는 투과 시이트(20)를 생성하였다. 이러한 시이트(20)들은 약 125 ㎜ X 120 ㎜ 였다. 양쪽의 양산형 주형들로부터 형성된 투과 시이트(20)들은 자가 지지되고 오목부(6)들과 커넥터(5)들 사이의 뚜렷한(crisp) 전이부들에 의해 이들의 형상을 유지한다.
일반적으로, 2 개의 시이트(7)들은 폴리우레탄, 에폭시 또는 실리콘과 같은 열경화성 재료들을 사용하여 또는 고온 용융물(열가소성) 또는 다른 접착제(19)들을 사용함으로써 함께 부착될 수 있다. 아교 접착(gluing) 공정은 시이트(7)들을 형성하기 위해 사용되는 주형(10)과 유사한 별개의 아교 접착 주형에서 일어날 수 있다. 먼저, 바닥 시이트가 주형에 장입된다. 아교는 예컨대 롤러 또는 컴퓨터에 의해 제어되는 서보들에 의해 이동되는 아교 프린팅 헤드인, 분배기를 사용하여 도포된다. 다음에, 원통형 인서트들이 이전에 몰딩된 반원형 형상들 내측에 배치될 수 있다. 이러한 인서트들의 외경은 새롭게 형성되는 채널들의 의도된 ID 와 정합할 것이다. 인서트들의 사용은 선택적이지만, 인서트들은 투과 채널들의 좋은 원형율(roundness)을 보장하는 것에 도움을 준다. 하지만, 조립 공정은 또한 그 인서트(8)들의 사용 없이 양산형 형성 주형(10)에서 완료되었다. 이러한 경우, 인서트들의 장입 및 제거와 관련된 공정 단계들은 명백하게 없어진다. 바닥 시이트(7)는 주형의 바닥 공동 안으로 장입되고 정상 시이트(7)는 주형(10)의 정상 공동에 장입된다. 주형을 폐쇄한 후에, 2 개의 시이트들은 단지 접합 구역에서만 서로를 터치할 것이다. 폐쇄된 주형에 의해, 접착제의 사용이 요구된다면 압력 및 열이 새롭게 생성된 구조에 가해질 수 있다. 접촉 표면은 함께 아교 접착될 것이며 투과 시이트(20)를 형성한다. 일단 주기가 완료되면 주형은 개방되고 인서트들은 제거된다. 투과 시이트(20)는 아교 접착 주형으로부터 제거될 것이며, 필요하다면 최종 치수들로 다듬어지고 주조 기계로 전달될 것이다. 시이트(7)들은 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 낮은 표면 에너지 섬유들을 포함할 수 있고, 이는 강한 접합을 달성하는 것을 어렵게 할 수 있다. 특히 강한 접합들은 메틸 메타크릴레이트 접착제 시스템들(MMA), 에폭시 및 폴리우레탄(PUR) 고온 용융 접착제들을 사용함으로써 PET 계 시이트(7)들에서도 제공된다.
접합을 위한 다른 옵션은 열가소성(고온 용융) 와이어들을 사용하는 것이다. 와이어들은 접합 구역(12)들 내에 중심 맞춤된 바닥 시이트의 정상부 상에 위치된다. 주형의 다른 측에 장입되는 다른 시이트(7)는 제 1 시이트의 정상부 상에 배치된다. 와이어들이 용융되고, 2 개의 시이트(7)들을 표면적으로 침투하고 이들을 함께 융합할 때까지 압력 및 온도가 가해진다. 이전에 설명된 것과 같이 공정은 인서트들의 사용에 의해 또는 사용하지 않고 완료될 수 있다.
사용될 수 있는 제 3 조립 방법은 음속, 마찰 또는 레이저 용접이다. 커넥터를 따른 접합의 연속성은 공정을 위해 가장 중요한 것은 아니며 이는 하나의 채널로부터 다른 채널로 유동하는 투과물은 오염을 생성하지 않기 때문이다. 접합 구역(12)들 뒤에 검정 PTFE 뒷면 판을 갖는 또는 시이트(7)들 사이에 Gentex Corporation 에 의해 판매되는 ClearweldTM 시스템과 같은 근적외선 흡수 용접 재료를 갖는 레이저 용접은 특히 강한 접합을 제공한다.
증가된 투과 시이트 활성 표면 및 투과 시이트(20)의 구조적 강도를 위해 상이한 조립 방법이 사용될 수 있다. 얇은 다공성 재료가 조립 공정에 앞서 2 개의 시이트들 사이에 배치될 수 있다. 이러한 투과 캐리어 매체(media)는 커넥터(6)들 구역의 막을 통하여 투과하는 액체가 결속(binding) 구역(12)의 2 개의 시이트(7)들 사이에서 투과 채널들 안으로 그리고 투과 헤더들 안으로 유동하는 것을 가능하게 할 것이다. 용접 또는 접찹제는 (다공성 재료를 통하여)2 개의 시이트들을 함께 고정시킬 것이며 역류 공정 동안 투과 시이트(20)에 구조적 강도를 줄 수 있다. 하지만, 이러한 다공성 재료는 단지 선택적이다. 투과물이 하나의 투과 채널과 다른 채널 사이에서 유동하는 것은 필수적이지 않으며, 다공성 재료가 없더라도 일부 투과물이 커넥터 구역으로부터 투과 채널 안으로 유동할 수 있다. 선택적으로, 특히 막 시이트는 역류되지 않을 것이라면 하지만 가능하게는 역류될 것이더라도, 시이트(7)들 사이 또는 시이트(7)들과 중간 재료 사이의 용접 또는 접착제 부착물은, 예컨대 커넥터(5)들의 구역이 더 많은 투과물을 투과시키는 것을 가능하게 하기 위해 커넥터(5)들을 따라 일련의 접착제 점들의 형태로 불연속적일 수 있다.
추가적인 강도를 위해, 투과 시이트(20)는 선택적으로 2 개의 시이트(7)들 사이에 끼워진 강성 인서트를 에지(4)들 상에 또는 커넥터 구역(5)들 중 하나 또는 그 초과에, 또는 양쪽에 가질 수 있다. 보강재는 이전에 설명된 조립 공정 동안 추가된다. 강성 인서트들은 매우 얇은, 높은 인장 강도 재료들, 바람직하게는 보강재를 갖는 또는 갖지 않는 플라스틱 재료들로 만들어진다. 이들은 투과 시이트에 수평 위치에 있는 투과 채널들이 설치될 때 실제 작업들 동안에 중량 증가에 의해 발생되는 응력들을 상쇄할 것이다. 모듈 내의 시이트들의 배향은 분야의 타입, 유압 계산들 및 파울링(fouling) 보호 및 세정 프로토콜들을 위해 사용되는 공정의 타입에 의해 결정될 것이다. 추가적인 보강재들은 투과 시이트(20)의 중심에 또는 투과 시이트(20)에 걸친 다른 위치들에 배치될 수 있다.
도 15 에 나타낸 것과 같이, 다른 옵션은 2 개의 시이트(7)들의 전체 구역 사이에 시이트 형태 인서트(50)에 의한 인서트 또는 중간 재료를 제공하는 것이며, 따라서 인서트(50) 없이 형성되는 매 하나의 원통형 투과 채널을 위하여 2 개의 반원통형 투과 채널들을 생성한다. 이러한 인서트(50)는 상기 설명된 것과 같이 시이트(7)들을 보강하기 위해 강성일 수 있거나, 상기 논의된 것과 같이 시이트(7)들의 커넥터(5) 영역의 활성을 증가시키기 위해 투과성일 수 있다. 인서트(50)는 강성이든 아니든 그리고 다공성이든 아니든, 시이트(7)들을 함께 부착하는 것을 가능하게 하기 위해 또한 사용될 수 있다. 접착제 또는 용접 강화 재료가 인서트(50)의 양 측들 상에 도포되며, 예컨대 얇은 층으로 분사되거나 라인들 또는 점들의 그리드로서 프린트된다. 따라서 2 개의 시이트(7)들 사이에 인서트(50)를 배치하는 것은 커넥터(5)들에 접착제 또는 용접 강화 재료를 도포하기 위한 대안적인 방법을 제공한다. 접착제가 예비 도포되든 아니든, 인서트(50)는 오목부(6)들과 커넥터(5)들 사이에 뚜렷한 구별이 없다면, 예컨대 시이트(7)들이 도 16 에 도시된 것과 같이 물결 모양 형상을 갖는다면 시이트(7)들 사이에 단단한 접합을 제공하는 것을 또한 도울 수 있다. 인서트(50)는 예컨대 마일라(mylar)의, 예컨대 고체 필름 또는 폴리아미드(PA, 나일론) 섬유들의 삼차원 매트릭스와 같은 부직포 시이트일 수 있다.
투과 시이트(20)가 형성된 후에, 중합성 막 점액이 양쪽 면들 상에 주조된다. 이는 양쪽 측들에 대하여 동시적으로 또는 차례로(한 번에 한 측) 완료될 수 있다. 투과 시이트(20)는 점액을 도포하는 주조 기기를 통과한다. 주조 기기는 투과 시이트(20)의 외부 형상에 대응하는 형상을 갖는, 중공 섬유 코팅 기기의 스피너렛(spinneret)과 비슷한 다이를 갖는다. 점액은 투과 시이트(20)가 존재할 때 가스압 또는 계량 기어 펌프를 사용하여 주조 기기에 도달한다. 도포되는 점액 층의 속도 및 두께는 제어된다. 점액 점성, 온도 및 주조 기기 내측의 내부 압력들과 같은 다른 공정 파라미터들이 또한 제어된다. 주조 기기는 투과 시이트(20)의 외측 형상에 정합하는 형상을 갖는다. 투과 시이트(20)는 주조 기기에 수직으로 또는 수평으로 이송되지만, 수직 이송은 결속 구역(12)들을 향하여 유동하는 점액의 경향을 감소시킨다. 주조 기기의 출구는 일반적으로 일정한 두께로 투과 시이트(20)로의 점액의 분산을 가능하게 하기 위해 갭으로 유도한다. 그 후에 코팅된 투과 시이트(20)는 응고 및 헹굼 배스들을 통과한다. 이러한 공정은 막 시이트(24)를 제조하기 위해 도 7 에 나타낸 것과 같은 상 도치 막 성형 공정에 의해 투과 시이트(20)의 정상부 상에 고체 막 층(23)을 형성할 것이다. 막 시이트(24)들은 그 후 오프라인 공정에서 헹굼되고, (단지 UF 에서만)주입되며 건조된다. 제 1 양산형 주형에서 만들어진 막 시이트(20)들은 약 140 미크론 두께의 층의 폴리설폰에 의해 코팅되었다. 폴리설폰은 투과 시이트(20)에 주입되지만 막 시이트(24)의 내부 투과 채널들을 채웠다.
대안적으로, 막 시이트(24)는 시이트(7)를 만들기 전에 기판 시이트 상에 막을 형성함으로써 또한 만들어질 수 있다. 편평한 시이트 막이 보통의 주조 기계 상에서 주조될 수 있다. 편평한 시이트 막이 그 후 주형(10)에서 몰딩된 막 시이트로 형성되고 다른 이러한 시이트와 함께 막 시이트(24)로 조립된다. 몰딩 공정은 상이한 주기 시간을 가질 것이며 상이한 공정 파라미터들을 사용할 것이다.
도 8, 도 9 및 도 10 을 참조하면 몇몇의 막 시이트(24)들이 번들(26)을 형성하기 위해 조합될 수 있다. 임의의 개수의 막 시이트(24)들이 사용될 수 있지만, 바람직한 범위는 바람직한 시이트 사이 공간 갭들을 기본으로 하여 15 내지 50 개이며 플라스틱 헤더 몰딩 상에서 제한된다. 번들(26)은 일시적인 정지식 포팅 또는 채널 단부들을 개방하기 위한 커팅에 의한 원심 포팅과 같은 종래의 방법들에 따라 폴리우레탄과 같은 수지를 사용하여 플라스틱 헤더 몰딩(28)에 포팅될 수 있다. 도 8, 도 9 및 도 10 에 도시된 것과 같이 대안적인 포팅 방법은 그 후 헤더 몰딩(28) 내의 시트(seat) 안으로 삽입될 수 있는 포팅 블록 또는 벽돌(25) 안으로 함께 막 시이트(24)들을 부착하기 위해 플라스틱 인서트(31, 32)들을 사용하는 것이다. 선택적으로, 복수의 막 시이트(24)들이 2 개의 인서트(31, 32)들 사이에 직렬로 배치될 수 있다. 예컨대, 약 1 m 길이인 인서트(31, 32)들은 4 개의 막 시이트(24)들을 유지할 수 있고, 이 막 시이트들 각각은 약 25 ㎜ 높이이다. 추가로 선택적으로, 다공성 디바이더(34)가 시트의 바닥부를 한정할 수 있다. 블록(25)은 수지(36)를 블록(25) 위의 헤더 시트 안으로 부음으로써 제 위치에 포팅된다. 투과물은 채널들을 통하여 유동하고, 채널들의 개방 단부들을 통하여 블록(25)을 빠져나가며, 만약에 있다면 디바이더(34)를 통하여, 그리고 헤더(28)의 투과 용기(37) 안으로 유동한다. 투과물은 투과 스피곳(spigot)(25)을 통하여 투과 용기(37)로부터 제거될 수 있다.
도 11 은 모듈(40)을 도시한다. 2 개의 투과 헤더(40)들 사이의 검정 구역은 도 10 에 더 상세하게 도시된 것과 같이 갭(27)들에 의해 이격된 막 시이트(24)들의 번들(26)을 나타낸다. 막 시이트들은 예컨대 0.5 ㎝ 내지 5 ㎝ 사이의 중심 대 중심 거리만큼 분리될 수 있다. 선택적으로, 막 시이트(24)들은 다른 시이트의 커넥터들로부터 가로질러서 위치된 커넥터의 잔물결들에 의해 서로에 대해 엇갈릴 수 있다. 도 12 는 프레임(44) 내에 담긴 몇몇의 모듈(40)들을 갖는 카세트(42)의 평면도를 도시한다. 투과 헤더(도시되지 않음)가 모듈(40)들의 투과 스피곳(35)들에 연결된다. 프레임(44), 헤더(28)들 및 만약에 있다면 선택적인 투과 파이프들은 카세트(42)의 측들에 위치되어 유체들은 갭(27)들을 통하여 상방으로 이동할 수 있다. 모듈(40)들은 상부 또는 하부 모듈(40)의 투과 용기(37) 안으로 플러그 되는 하나의 모듈(40)의 투과 스피곳(25)에 의해 적층될 수 있다. 예컨대 도 14 에서, 3 개의 모듈(40)들이 수직 컬럼으로 함께 적층된다. 도 13 을 참조하면, 카세트(42)의 프레임(44)은 카세트(42) 내의 위치에 모듈(40)들을 배치하는 것을 돕기 위해 헤더(28)들의 정렬 홈(30)들에 형상 및 크기가 대응하는 슬라이더(31)들을 유지한다.
다른 옵션은 몰딩된 플라스틱 헤더를 사용하지 않지만 헤더 또는 카세트의 투과 공동 안으로의 직접적인 삽입을 위해, 잠재적으로는 그 둘레에 부착되는 플라스틱 가이드를 갖는 마무리된 요소로서 블록을 사용하는 것이다. 블록과 투과 공동 사이의 제거 가능한 시일은 블록을 투과 공동으로 압축함으로써, 또는 O 링과 같은 시일링 수단에 의해 만들어진다. 이러한 방법의 이점들은 우레탄에 의해 블록되는 더 적은 활성 섬유, 포팅으로부터의 스크랩의 더 적은 제작, 증가된 카세트 패킹 밀도, 감소된 원재료 비용(헤더 플라스틱 및 우레탄), 투과 공동으로부터 채널들을 해제한 후에 개방 채널 단부들을 피닝(pinning) 함으로써 실제로 쉬운 채널들의 수리, 및 감소된 교체 모듈 비용을 포함한다.
헤더가 없는 디자인 하에서, 섬유 번들 블록들은 이중 o 링들을 갖는 헤더들 그리고 투과물 수집 채널들 양쪽의 역할을 하는 몰딩된 플라스틱 단부들을 갖는 강(steel) 프레임으로 구성되는 카세트 안으로 직접 삽입될 것이다. 1 미터 높이 요소들이 임의의 크기의 탱크를 채우기 위해 임의의 개수로 적층될 수 있다. 번들들은 최소한의 응력이 있고 채널들이 헤더들로의 쉬운 피팅을 가능하게 하고 번들들이 더 근접하게 함께 이격되는 것을 가능하게 하기 위해 비투과성인 증가하는 열가소성 물질의 얇은 층을 단부에서 가짐으로써 테이퍼질 것이다. 열가소성 물질은 억제 바(restrainer bar)가 안전을 위해 모든 모듈들에 걸쳐 배치되는 것을 가능하게 하기 위해 정상부 근처에서 더 두꺼울 것이다. 시스템은 수축의 경우에 조정될 것이다.
몰딩된 투과 채널들을 투과 시이트(20) 내측에 제공함으로써, 여과 탱크 내측의 활성 표면의 분산은 정밀하게 제어될 수 있다. 또한, 정밀한 몰딩된 투과 채널들은 0.3 ㎜ 또는 그 미만, 또는 0.15 ㎜ 또는 그 미만의 막 벽 두께를 가능하게 하며, 이는 보강된 중공 섬유 막보다 더 적다. 투과 채널들의 외경은 1 ㎜ 또는 그 미만, 또는 0.5 ㎜ 또는 그 미만일 수 있다. 계산된 예에서, 채널들은 0.7 ㎜ 의 외경을 갖고, 0.15 ㎜ 의 막 벽 두께를 갖는다. 투과 채널들은 0.4 ㎜ 의 내경을 가질 것이며, 이는 1 m 넓이인 막 시이트 내의 투과 채널들을 통하는 투과물 유동으로의 현저한 압력 강하 없이 높은 체적의 투과 유동을 위해 충분할 것이다.
막 시이트는 통상적인 편평한 시이트 막에 비해 현저하게 증가된 표면적을 갖고, 통상적인 편평한 시이트 모듈들에서 필수적인 프레임 구성 요소들 및 스페이서들을 회피하고, 막 시이트(24)들의 강성은 시트 당 더 큰 면적(그의 막 표면적보다는 시이트의 외부 치수들을 지칭)을 가능하게 한다. 막 시이트(24)들은 통기될 때 물결 모양을 이루거나 진동할 수 있지만, 중공 섬유 시스템들에서와 같이 인접한 막들 사이에 마모가 적거나 또는 없다. 모든 투과 채널들은 시이트 내에 정밀하게 배치되고 시이트들은 서로에 대하여 정밀하게 배치될 수 있으며, 이는 최대 50 % 의 패킹 밀도를 가능하게 한다. 탱크 및 모듈 패킹 밀도는 중공 섬유 시스템들과 적어도 비교할만하다.
시이트들의 측면들에 헤더들을 갖는 수직으로 배향된 시이트들은 통기 그리드가 유동을 차단하는 정상 또는 바닥 헤더 없이 시이트들 사이의 공기의 채널링을 가능하게 한다. 공기가 각각의 시트 사이로 지향되고 상방으로 이동하도록 강제되기 때문에, 중공 섬유 번들들 내의 데드존(dead zone)들 내의 파울링 문제는 제거된다. 하지만, 통상적인 편평한 시이트 막들과는 달리, 단지 2 개의 헤더들만을 갖는 것은 막 시이트들의 어떠한 진동이 막 표면에서 발생할 수 있는 슬러징(sludging)을 방지하는 것을 돕는 것을 가능하게 한다. 하지만 막들 사이에 양호하게 한정된 수직 갭들은 갭들을 통하는 플러그 유동을 발생하고, 이는 평균 고체 노출을 감소시키고 탱크가 배수하는 동안 고체 배수를 위한 양호하게 한정된 경로들을 생성한다.
중공 섬유 막들이 올바른 가요성, 강도 및 주조 특성들에 의해 압출될 수 있는 폴리머들로 한정되는 반면, 편평한 시이트 주조는 폴리설폰과 같은 더 강성인 pH 내성 폴리머들이 폴리설폰 강성으로 인한 단점을 겪지 않으면서 사용되는 것을 가능하게 한다. 투과 시이트들은 NF 막 재료들과 같은 얇은 필름 복합물들에 의해 또한 코팅될 수 있으며, 이는 침수된 NF 필터 및 생물 반응기를 가능하게 한다. 예컨대 탄소 나노튜브들, 아쿠아포린들, 마스크형 에칭 또는 다른 진보적 공정들을 사용하는 신규한 나노 구조식 막 재료들이 투과 시이트 상에 형성되기에 또한 적절할 수 있다.
도 17 및 도 18 을 참조하면, 코팅 기계는 3 개의 주요 부분들; 펌핑 시스템, 점액 도포를 위한 주조 기기(60) 그리고 경화를 위한 퀀칭 또는 응고 배스로 이루어진다. 코팅 기계의 목적은 투과 시이트(20) 상에 점액의 고른 층을 도포하고 점액을 반-다공성 막 층으로 변환하는 것이다.
펌핑 시스템(도시되지 않음)은 고정된 온도로 유지되는 예비 혼합된 점액을 취하고 이를 계량 시스템을 통하여 주조 기기(60) 상의 하나 또는 그 초과의 입구(70)들로 전달한다. 이는 투과 시이트(20)가 코팅되는 동안에 단지 가동되는(turned on) 펌프를 갖는 요구된 시스템이다.
주조 기기(60)는 투과 시이트(20)가 주조 기기(60) 내의 수직 슬롯을 통과할 때 이 투과 시이트를 가이드하고 점액을 투과 시이트(20)의 양쪽 측들에 동시에 도포한다. 주조 기기(60)는 2 개의 본체 절반부(62)들을 갖는다. 각각의 본체 절반부(62)는 투과 시이트(20)에 대응하는 패턴을 가진 가이드 부분(64)을 갖는다. 각각의 본체 절반부(62) 상의 나이프 또는 코팅 영역(66)이 또한 투과 시이트(20)에 대응하는 패턴을 갖지만 투과 시이트(20) 상에 바람직한 두께의 점액의 코팅을 도포하기에 적절한 간극을 갖는다. 투과 시이트(20)의 양 측들 상에 동일한 압력으로, 주조 기기(60)의 양 측들 상의 출구(68)들을 통하는 점액을 계량함으로써, 투과 시이트는 수직 슬롯의 한 측을 향하여 푸시되지 않고 점액의 고른 코팅이 투과 시이트(20)의 양 측들 상에 도포된다. 투과 시이트(20)는 수직 방식으로 주조 기기(60) 안으로 장입되고 클램프(74)를 통하여 구동 바(76) 상에 부착된다. 요구 시에, 점액 밸브(72)는 개방되고, 펌프는 가동되며 투과 시이트(20)는 구동 바(76)를 통하여 주조 기기(60)를 통해 당겨지고 공기 갭을 통해 그리고 그 후 미리 설정된 속도 비율로 퀀칭 또는 응고 탱크(도시되지 않음) 안으로 하강된다. 탱크는 요구에 따라 가열 또는 냉각될 수 있다. 일단 투과 시이트(20)가 완전히 코팅되면, 펌프는 중단되고 점액 밸브(72)는 폐쇄된다.
클램프(74)는 이후에 해제되고 코팅된 투과 시이트(20)는 탱크로부터 제거된다. 구동 바(76)는 다음의 투과 시이트(20)에 의해 반복될 공정을 위해 준비되는 주조 기기(60)로 복귀한다.
주조 기기(60)는 몇몇의 이점들을 제공한다. 첫 번째로, 나이프(66)의 상류인 가이드 부분(64)은 2 개의 본체 절반부(62)들 사이에서 그리고 나이프(66)의 대응하는 홈들 내의 투과 시이트(20)의 오목부(6)들을 중심 맞춤함으로써 투과 시이트(20)를 중심 맞추는 것을 돕는다. 두 번째로, 기판 시이트(20)의 양 측들에 점액을, 특히 계량 펌프에 의해 동시적으로 공급하는 것은 기판 시이트(20)를 본체 절반부(62)들 사이에 중심 맞춤된 채로 유지하는 것을 도와서 점액은 투과 시이트(20)의 양 측들 상에 동일한 두께로 도포된다. 세 번째로, 투과 시이트(20)가 공지된 재생 가능한 일정한 속도에서 주조 기기(60)를 통하여 이동하고 조정 가능한 탱크 내의 액체의 표면의 높이와 공지된 속도를 기본으로 하여 결정될 수 있는 제어된 공기 갭 노출 시간 후에 탱크에 들어가도록 견인 바(76)가 제어된 구동부에 의해 이동된다.
도 19 는 시이트(7)를 형성하기 위해 주형(10) 대신 사용될 수 있는 다른 타입의 주형을 도시한다. 도 19 의 주형은 대안적으로는 성형 테이블이라고 불리는, 상부 롤러(82) 및 하부 압반(84)을 포함하는 롤 성형 기계(80)의 형태이다.
롤러(82)는 샤프트(86) 및 실린더(88)의 면에 걸쳐 단부에서 단부까지 연장하는 일련의 돌출부들 또는 각져서 이격된 치형부들을 갖는 엠보싱된(embossed) 표면을 갖는 금속 실린더(88)를 포함한다. 샤프트(86)의 단부들은 실린더(88)의 단부들로부터 돌출한다. 열은 고온 오일, 전기 소자들 또는 인덕션을 통하여 실린더(88)에 가해질 수 있다. 열은 통상적으로 성형 공정 동안 설정된 온도로 유지된다. 샤프트(86)의 단부들은 성형 공정 동안 시이트(7) 위에서 롤러(82)를 가이드하는 압반(84)의 측면들 근처의 2 개의 선형 레일들 상에 실려지고 또한 롤러(82)와 압반(84) 사이의 갭을 설정 및 제어한다. 롤러(82)는 레일들을 따라 샤프트(86)의 단부들을 슬라이딩함으로써 이동된다. 갭은 롤러(82) 상의 돌출부들이 시이트(7)를 압반(84) 내의 홈들 안으로 강제하도록 설정된다. 압반(84)은 주형(10)의 바닥 공동(9)에 대하여 설명된 것과 같이 일반적으로 조각된다.
압반(84)은 일반적으로 롤러(82)의 네거티브인 고정된 판이다. 압반(84)은 물 또는 오일의 재순환에 의해 가열 또는 냉각될 수 있다. 롤러(82)가 시이트 위를 지나간 후에 시이트(7)를 냉각하는 것은 더 짧은 주기 시간을 가능하게 한다. 압반(84)은 진공 챔버(90)로부터 압반(84)의 조각된 표면으로 이동하는 몇몇의 구멍(88)들을 갖는 중공이다.
형성되는 재료의 시이트(7)는 레일들 사이에 압반(84) 상에 배치된다. 압반(84) 내의 챔버(90)를 통하는 견인 진공인 진공 소스가 개시되며, 이는 압반(84)에 대하여 시이트(7)를 효과적으로 진공 클램핑한다.
다이 성형 공정은 그 후 압반(84)을 가로질러 이동하는 롤러(82)에 의해 개시된다. 롤러(82)와 압반(84)의 상대 운동은 롤러(82) 상의 엠보싱된 표면과 압반(84)의 조각된 표면 사이의 포지티브한 정렬을 보장하기 위해 기계적 커플링 또는 전자 기어링을 통하여 동기화될 수 있다. 시이트(7)로 전달되는 열은 시이트(7)가 압반(84)의 조각된 표면의 형상을 취하는 것을 가능하게 하는 온도로 시이트(7)를 가열한다. 롤러(82)는 완전히 형성된 시이트(7)가 형성될 때까지 압반(84)을 계속해서 가로지를 것이다. 시이트(7)들은 그의 시작 위치로 시이트(7)를 가로질러 다시 롤링하는 롤러(82)에 의해 양방향성으로 형성될 수 있다. 시이트는 가해진 진공이 압반(84)의 조각된 표면에 대항하여 시이트(7)를 유지하는 동안 치수적으로 안정적인 온도로 냉각된다.
이동 롤러(82) 및 고정된 압반(84)을 포함하는 다이의 사용은 몇몇의 이점들을 제공한다. 편평한 압반(84)은 시이트(7)의 커넥터(5)들이 편평하게 되고 단일 평면에 있는 것을 가능하게 하며, 이는 2 개의 롤러들을 사용하여서는 동일한 정밀도가 가능하지 않다. 하지만, 롤러가 다이의 전체 열용량을 감소하게 하고 도 4 의 주형(10)에 비교하여 시이트(7)의 재료의 더 적은 신장을 초래한다. 진공은 도 4 에 설명된 것과 같이 상부 주형(4)을 가열하고 냉각시키는 것을 회피하며, 이는 성형 공정의 주기 시간 및 에너지 소비를 감소시킨다.
미국 가특허 출원 번호 제 61/325,972 호 및 제 61/549,507 호는 인용에 의해 본원에 포함된다.

Claims (25)

  1. 기판 상에 형성된 돌출부들을 갖는 막 기판을 수용하도록 적응되는 슬롯을 한정하는 코팅 기기로서,
    상기 코팅 기기는 돌출부들, 하나 또는 그 초과의 점액 출구들(dope outlets) 및 코팅 나이프와 맞물리도록 구성되는 가이드 섹션을 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 가이드 섹션, 상기 점액 출구들 및 상기 코팅 나이프를 통해 수직으로 연장하는,
    코팅 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2 개의 점액 출구들을 포함하며, 점액은 점액 출구들을 통하여 본질적으로는 동일한 압력으로 기판의 양쪽 측들로 이송되는,
    코팅 기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 점액 출구들은 가이드 섹션과 코팅 나이프 사이에 위치되는,
    코팅 기기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    점액을 제어된 비율로 하나 또는 그 초과의 점액 출구들로 공급하도록 적응되는 계량 시스템을 포함하는,
    코팅 기기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    코팅 기기를 통하여 선택된 속도로 기판을 당기도록 적응된 구동 바를 더 포함하는,
    코팅 기기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    밸브에 의해 하나 또는 그 초과의 점액 출구들로부터 분리되는 점액 펌프를 갖는,
    코팅 기기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 점액 펌프는 계량 펌프인,
    코팅 기기.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    a) 코팅 나이프를 통하여 선택된 비율로 막 기판의 운동 및 점액의 유동을 일반적으로 동시적으로 시작하고;
    b) 상기 막 기판이 코팅 기기를 떠나기 전에 점액의 유동을 정지시키도록 적응되는 제어기를 갖는,
    코팅 기기.
  9. 투과 시이트 상에 형성되는 돌출부들을 갖는 투과 시이트를 코팅하기 위한 공정으로서, 상기 공정은
    a) 투과 시이트를 코팅 기기에 의해 한정되는 슬롯을 통해 안내하는 단계;
    b) 코팅 기기의 코팅 나이프에 대하여 투과 시이트를 위치시키는 단계로서, 상기 코팅 나이프가 투과 시이트에 대응하는 패턴을 갖는, 투과 시이트를 위치시키는 단계;
    c) 투과 시이트가 상기 슬롯을 통해 이동할 때, 투과 시이트의 양쪽 측들에 일반적으로 동일한 양의 점액을 동시적으로 제공하는 단계; 및
    d) 제어된 속도로 코팅 나이프를 통하여 상기 슬롯을 따라 상기 투과 시이트를 견인하는 단계를 포함하는,
    코팅 공정.
  10. 제 9 항에 있어서,
    점액의 유동을 계량하는 단계를 더 포함하는,
    코팅 공정.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 투과 시이트는 일반적으로 일정한 속도로 코팅 나이프를 통하여 견인되고 점액의 유동은 일반적으로 일정한 비율인,
    코팅 공정.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 투과 시이트는 코팅 나이프로부터 공기 갭을 통하여 배스(bath)로 견인되고 공기 갭의 길이는 일정한 속도로 바람직한 잔류 시간을 주도록 선택되는,
    코팅 공정.
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