KR20010101721A - 중공 섬유 막의 제조 방법 - Google Patents

중공 섬유 막의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

과불소화된 열가소성 폴리머로 만들어진 포트나 밀봉을 이용하여, 과불소화된 열가소성 폴리머로 제조된, 다수의 중공 섬유 막으로 이루어진 필터 요소를 생산하는 방법. 한 다발의 중공 섬유 막은 적어도 한쪽 말단이 밀봉된, 실질적으로 정렬된 섬유로 준비된다. 밀봉된 말단은 과불소화한 열가소성 포팅 물질의 용융 풀내에 만들어진 임시 오목부에 위치되고, 포팅 물질이 섬유 주위와 상부로 흘러들어 포팅 물질이 냉각되고, 고체화후 단일화된 포트를 형성하는 동안 용융 풀내에 유지된다.

Description

중공 섬유 막의 제조 방법{Method for manufacturing hollow fiber membranes}
중공 섬유 막은 내경, 외경 및 그들 사이의, 일반적으로 다공성인 벽두께를 포함하는 관형(tubular) 필라멘트(filament)이다. 내경은 섬유의 중공(hollow) 부분으로 정의되고, 그리고 여과되는 유체가 외부표면에 접촉하는 경우, 여과될 주입 유체 또는 투과하는 유체를 운반하는데 이용된다. 내부 중공 부분은 때때로 루멘(lumen)이라고 칭하여 진다.
중공 섬유 막은 가스분리, 역삼투, 한외여과 및 미세-다공성 막을 이용한 미립자와 박테리아의 제거를 포함하는 다양한 응용에 사용된다. 이들 응용에서, 그 막은 투과장벽으로 작용하여 운반 유체 및 일부 용해되거나 분산된 종류(species)를 통과하게 하고, 그리고 종류의 크기, 투과속도의 차이나 다른 물리적, 화학적 성질에 기인한 선별된 종류를 보유하게 한다.
실제 응용에서, 섬유는 절단되거나 아니면 특정한 길이로 만들어지고, 그리고 많은 수의 섬유들이 모여서 다발을 이룬다. 그 섬유 다발의 한쪽 또는 양쪽 말단의 부분은 섬유들간의 간극 공간을 채우고 튜브 시트를 형성하는 물질로 캡슐화된다. 이 공정은 때로 섬유들을 포팅(potting)한다고 불려지며, 섬유들을 포팅하는데 사용되는 물질은 포팅 물질이라고 불린다. 튜브 시트는 필터장치에 결합되어 밀봉(seal) 역할을 한다. 캡슐화 공정이 섬유 말단들을 닫아서 밀봉한다면, 포팅된 섬유 다발의 한쪽 또는 양쪽 말단은 지름을 가로질러 절단되거나, 그렇지 않으면 개방된다. 일부 경우에서, 개방된 섬유 말단들은 캡슐화 물질이 개방된 말단들로 유입되는 것을 막기 위해 캡슐화 이전에 닫혀지고 밀봉된다. 만약 한쪽 말단만 유체 흐름을 허용하도록 개방된다면, 다른 쪽 말단은 닫혀있거나 밀봉된 상태로 남겨진다. 필터 장치는 포팅된 섬유 다발을 지지하고, 여과될 유체와 투과 유체로부터 분리된 그것의 농축액을 위한 공간을 제공한다. 사용상에 있어 유체 흐름은 한 표면에 접촉하고, 그리고 분리가 그 표면이나 섬유 벽 깊은 곳에서 일어난다. 섬유 외부 표면이 접촉되면, 투과 유체 및 종류는 섬유 벽을 관통하여 루멘에 모집되어 개방된 말단이나 섬유의 말단들로 이동한다. 섬유 내부 표면이 접촉되면, 여과될 유체 흐름은 개방 말단이나 말단들로 투입되고, 투과 유체와 종류는 섬유 벽을 관통하여 외부 표면으로부터 모집된다.
다양한 물질이 밀봉을 형성하는데 사용된다. 에폭시 수지와 우레탄이 밀봉용 성분으로 일반적으로 사용된다. 열가소성 폴리머는 또 다른 중요한 부류이다. 이들은 가열되면 흐르고 성형될 수 있고, 냉각되면 고유의 고체 성질을 회복할 수 있는폴리머들이다. 필터장치가 사용되는 응용조건이 더욱 엄격해지면서, 밀봉을 형성하기 위해 사용될 수 있는 물질들은 제한된다. 예를 들어, 미세전자 산업분야에서 물 코팅을 위해 사용되는 유기 용매를 바탕으로 한 용액은 우레탄이나 에폭시계열 밀봉을 용해시키거나 팽윤 또는 약화시킨다. 동일 산업에서 고온 박리 배쓰 (stripping bath)는 높은 산성의 산화화합물로 구성되어, 일반적인 폴리머들로 제조된 밀봉을 파괴하게 된다. 과불소화된 열가소성수지로 제조된 밀봉은 화학적 및 열적 분해에 대해서 뛰어난 내성을 가지며 탁월한 밀봉 물질을 제공한다.
과불소화된 열가소성 폴리머로 제조된 막들은 높은 정도의 화학적 및 열적 내성을 요구하는 여과 응용시에 매우 유용하다. 과불소화된 열가소성 막들의 성질로부터 충분히 이득을 얻기 위해서, 그런 막들을 사용하는 필터 요소는 유사한 내성을 갖는 물질로 제조되어야 한다. 고온 작업을 위해서, 포팅 물질의 용융 온도가 중공 섬유 막의 용융 온도와 가능한 근접한 것이 바람직하다. 작업 온도는 필터 성분의 대략 더 낮은 용융점으로 제한될 것이기 때문에, 위 사항은 작업온도를 극대화할 것이다. 또한, 과불소화된 열가소성 막들을 상이한 포팅 물질들로 포팅하고, 그리고 포팅 물질들과 과불소화된 열가소성 막들 사이에 우수한 결합을 얻는 것은 어렵다. 초고순도 용액의 여과시에는, 매우 낮은 수준의 추출 가능한 잔류물질이 필터장치에 요구된다. 과불소화된 열가소성 수지는 매우 낮은 추출가능 물질이 요구되는 응용분야에 일반적으로 사용되고, 그리고 이런 연유로 과불소화된 열가소성 물질로 전적으로 제조된 필터는 그러한 응용분야에 유리할 것이다. 이런 연유로, 과불소화된 열가소성 포팅 물질에서 과불소화된 열가소성 막들을 포팅하는 방법을갖추는 것이 바람직하다.
밀봉 물질로서 열가소성 폴리머를 사용하여 열가소성 중공 섬유 막으로부터 필터 요소를 제조하는 것은 반응성이 있는 에폭시와 우레탄과 같은 전형적인 수지성 물질로 제조하는 것보다 더 어렵다. 이런 응용에 사용된 에폭시와 우레탄은 밀봉되어야 할 섬유들 주위로 용이하게 흘러들 수 있도록 하기 위해, 우수한 흐름 성질을 갖도록 선택된다. 이 물질들은 낮은 점도를 갖고, 섬유 다발을 함유하는 용기부분으로 흘러들거나 로드된 후, 최종 포트를 형성하도록 반응하는 저분자량의 반응성 성분들을 포함한다. 열가소성 폴리머는 가열되면 흐르고 성형될 수 있고, 냉각되면 고유한 고체 성질을 회복할 수 있는 폴리머이다. 열가소성 폴리머들은 고분자량 물질로 점도가 높다. 열가소성 폴리머들은 섬유 다발의 섬유 주위로 용이하게 흐르지 못하고, 대량의 섬유를 주위로 또는 통과하여 균일하게 흐르지 못하는 경향이 있다. 열가소성 물질들은 흐를 수 있는 상태가 되기 위해서는 가열되어 용융되거나 연화되어야 한다. 고온 열가소성 물질은 섬유들이 밀봉되는 것에 대한 불리한 영향을 준다. 과불소화된 열가소성 수지는 그들의 높은 용융 온도 및 고점도 때문에 포팅 물질로서 사용하기가 특히 어렵다. 과불소화된 열가소성 폴리머들은 압출되거나 사출될 그들의 용융점 이상으로 가열되어야 한다. 용융점 이상으로 가열된 과불소화된 열가소성 포팅 물질이 유사한 용융점을 갖는 다공성 중공 섬유 막과 지나치게 오래 접촉하면 중공 섬유들의 용융과 붕괴를 초래할 것이다. 과불소화된 열가소성 포팅 물질이 섬유 다발로 흐름에 따라 매우 급격히 냉각이 되면, 그것은 섬유들 간의 간극 공간을 완전히 충전하지 못하게 된다. 대신에, 쉽게 흐를 수 없는냉각된 포팅 물질로부터 폐쇄 공간을 형성하는 경향이 있다. 이런 것들은 약화와 누출가능성을 초래한다. 실시자들은 다양한 복잡한 계획으로 이런 어려움의 극복을 시도해 왔다.
미국 특허 제 4,980,060호와 제 5,066,397호는 말단의 주위에 융합 결합이 되어 말단의 차단을 형성하는 열가소성 수지로 이루어진 다수의 다공성 중공 섬유 막으로 구성된 필터 요소의 제조 방법이 개시되어 있다. 한 구현예서, 미립자 무기 충전제를 포함한 열가소성 중공 섬유 막은 말단 개방을 밀봉하기 위해 석고와 물의 혼합물에 액침된다. 말단 부분을 용매에 액침시켜서 무기 충전제가 말단부분의 표면에서 충전제만 세척하여 제거하도록 한다. 추출 작업은 용매를 초음파 처리되도록 하면서 용매에 막의 말단 부분을 운반하여 액침함으로서 효율적으로 실행될 수 있다. 밀봉된 말단 부분은 세로방향인 다발로 배열되고, 그리고 말단 부분은 적어도 막을 제조하는데 사용되는 수지의 연화온도로 가열된다. 상호인접한 막들의 말단 부분의 주위는 가열처리 이전에 비접착성 테이프로 말단 부분을 감아서 가열단계 동안에 접촉이 유지되어야 한다. 테이프는 가열처리 후 제거된다. 또 다른 구현예에서, 분말형 열가소성 수지가 막의 말단 부분의 주위에 도포된다. 수지는 말단 부분을 액체로 액침시키고, 그리고 나서 말단 부분을 분말수지에서 액체로 습윤시키거나, 습윤된 말단 부분에 분말수지를 분무 또는 살포함으로써 도포된다. 다수의 막이 액체에 액침될 때, 내부의 막들은 때때로 용이하게 습윤되지 않는다. 그런 경우에, 액체를 초음파처리 한다. 분말수지는 또한 동일한 액체와 분말 수지의 혼합물을 제조하여, 말단 부분을 혼합물에 액침하거나, 말단 부분의 주위로 혼합물을분무 또는 살포함으로써 도포될 수 있다. 그리고 나서, 막들을 세로 방향으로 배열하여 다발을 형성하고, 그리고 이전 구현예에서 설명했듯이 밀봉된 말단 부분을 적어도 막을 제조하는데 사용되는 수지의 연화점 정도만큼의 높은 온도로 가열하여, 말단 부분은 분말형 열가소성 수지에서 얻어진 열가소성 수지 매질을 통하여 말단을 융합-결합된다. 이런 두개의 구현예에서, 섬유 다발은 열처리후 충전제의 추출을 완수하게 된다. 또 다른 구현예에서, 비충전된 막은 섬유의 반대편 말단의 개방부로부터 불활성 가스를 투입하면서, 주위에 붙어있는 분말 수지없이 가열된다. 이런 복잡한 작업에는 몇가지의 고유한 어려움이 있다. 극소전기적(microelectronic) 장치의 제작시 사용에서 요구되듯, 무기충전제 함량을 초고순도 유체 여과시의 사용에 적합하도록 충분히 낮은 수준으로 감소시키기 위해서 소모적인 추출이 필요하다. 마찬가지로, 석고 섬유 말단 밀봉의 추출은 비용과 공정 난이도를 증가시킨다. 섬유주변의 열에 의한 융합은 작업동안 섬유의 상호접촉의 유지를 요구한다. 큰 다발을 위해서는, 다발의 외부 부분에 근접한 섬유들은 다발 내부의 섬유에 충분한 압력을 적용하기 위해, 더 높은 압력이 적용될 것이다. 불균일한 압력은 최종 포팅된 다발에서 섬유 성질의 차이를 초래할 수 있다. 액체-분말 수지 사용은 액체운반체를 제거하기 위한 추가적 단계가 요구된다. 융합동안 불활성가스의 흐름은 섬유 주변에 분리된 밀봉과 가스 압력 공급 및 조절 장치가 필요하다.
미국 특허 제 5,015,585호는 결합 공정시, 형태와 완전성을 유지하기 위해 우선 금속 봉(rod)을 각 중공 섬유의 루멘으로 삽입하는 것을 요구하는 열적 결합 기술에 의하여 단일중합 중공 섬유 모듈을 제조하는 공정을 기재하고 있다. 결합이완료된 후, 섬유들에 삽입된 금속 봉은 말단을 통하여 힘을 가하여 제거시킨다. 공정상의 이런 불리한 점은 미세한 금속 봉을 매우 작은 지름을 갖는 루멘에 확실히 삽입하고 결합공정 후에 금속 봉을 제거하는 데 어려움이 있다는 것이다.
미국 특허 제 5,284,584호에는, 열가소성 수지가 상승된 온도에서 압출되어 중공 섬유 막 직물의 표면상으로 향하게 하는 포팅 물질의 용융 밴드를 형성하는 방법이 기재되어 있다. 중공 섬유 막은 막섬유를 유지하는 필라멘트로 구성되어 공간-분리 관계를 갖는 날줄과 직물의 씨줄로 구성된다. 직물은 섬유방향에 평행한 축에 감겨지며, 동시에 열가소성 수지에 다발의 두 말단 각각을 포팅하기 위해 각각의 다발 말단으로 열가소성 수지를 압출하여, 인접한 단일(monolithic) 튜브 시트상으로 다발 말단을 밀봉하는 역할을 한다. 이 방법은 약한 막 섬유로 직물을 짜고, 압출기와 직물을 감는(winding) 시스템을 운영하여, 두 작업을 통합하는 조절 시스템을 필요로 하는 부가적인 복잡성이 요구된다.
미국특허 제 5,556,591호는 본체 내에 섬유를 포팅하는 방법을 기재하는데, 이 방법은 본체에 비어 있는 부분내에 중공 섬유 다발을 형성하는 단계, 여기서 섬유는 실질적으로 세로방향으로 배열되어 균일하게 배치되고, 섬유의 용융점 이하이나, 열가소성 물질의 점도를 충분히 낮추어서 모든 섬유 주위로 흐르게 하는 접촉온도에서 용융된 열가소성 수지 조성물을 다발의 세로축을 따라 배분하는 단계, 압력차이를 본체에 적용하여 흐름을 돕는 단계, 여기서 실질적으로 접촉하고 있는 용융된 열가소성 수지의 고체화를 초래할 만큼 다발은 충분히 낮은 온도가 되고, 그리고 본체의 내부와 다발내의 모든 섬유 주위에 불투과성의 밀봉을 형성하는 단계로 이루어진다. 이 방법은 공정 중 본체에 적용되는 부가적인 압력변화 수단을 필요로 한다. 더욱이 접촉하여 고체화하는 용융 열가소성 수지의 분배는, 고체화하는 최초 물질이 이어지는 물질의 균일한 흐름을 저해하게 되기 때문에, 큰 다발에 있어 어려워진다.
미국 특허 제 5,228,992호와 제 5,445,771호는 섬유들이 그들 구조 전체에서 교차결합하여 열적으로 안정한 구조로 전환하기 위해서, 방사선 처리에 의한 중공 섬유의 향상이 개시되어 있다. 섬유들을 모듈이나 다발로 배치되고, 루프(loop)나 모래시계 배치를 이루게 되고, 모래시계 배치의 중간 섹션의 주입 성형에 의해 포팅된다. 그리고 나서, 포트는 포팅된 부위를 가로질러 절단되어 적어도 두개의 모듈이 형성된다. 특별한 방사선 처리가 필터 제조시 공정단계를 추가하고, 이것은 과불소화된 열가소성 수지의 분해를 초래하게 되므로 그러한 수지들에게 적합하지 않다.
미국 특허 제 5,505,858호 및 제 5,662,843호는 두 포팅 단계에 의해 폴리올레핀 중공 섬유로 이루어진 필터 요소의 제조방법이 개시되어 있다. 제조된 첫번째 폴리올레핀 섬유 다발은 첫번째 폴리올레핀의 용융 온도보다 높지 않은 온도에서 용융된 두번째 폴리올레핀속에 담궈지고, 그리고 두번째 폴리올레핀이 유동성을 잃기 전에 제거되어 고정된다. 부착된 두번째 폴리올레핀을 갖는 결과의 필터 요소는, 외부에 가열수단이 부착되어 있고 내부에 바닥이 없는 나일론이나 폴리올레핀 컵을 갖춘 두번째 주형으로 삽입된다. 주형은 두번째 폴리올레핀과 동일한 저분자량의 용융된 폴리올레핀이나 또는 저분자량 폴리올레핀의 평균분자량 보다 큰 평균분자량을 갖는 통상의 폴리올레핀과 저분자량 폴리올레핀과의 용융 혼합물을 함유한다. 필터 요소는 제거되어 상기한 바와 같이 고정된다. 이 방법은 두개의 분리된 가열, 성형단계가 요구되고 따라서, 사실상 두배의 공정복합성을 갖는다.
유럽 특허 출원 제 0803281 A1호는 말단이 개방된 중공 섬유 분리막의 원료물질의 용융 온도보다 높지 않은 온도에서 열가소성 수지의 용융물속으로 삽입되는 포팅 방법을 기재한다. 그리고 나서, 이 용융물은 냉각되고 고체화되어, 중공 섬유 제조에 사용되는 거대분자 물질과 양립하지 않는 반결합 상태의 밀봉이 형성된다. 그리고 나서, 밀봉 부분에 있는 다발의 개방된 종착(terminal) 말단들은, 밀봉된 부분의 선도(leading) 말단들을 절단 또는 열적 용융을 하여 개방된다. 이 방법은 모든 섬유에 적용할 만한 것은 아니다. 여기에 개시된 바와 같이, 섬유들이 파열시에 너무 큰 굴곡(flexure)을 갖거나, 너무 낮은 강도를 갖는다면 섬유는 포팅될 수 없다. 또한 개방된 말단들로 포팅하는 것은 섬유 루멘을 잉여 포팅 물질로 채워지게 할 수 있다. 다시 말해서, 루멘에서 포팅 물질은 포트의 길이에 맞춰져서 말단의 개방을 절단을 위한 여유공간을 남기지 않는다. 또 다른 구현예에서, 에틸알코올에 분산된 포팅 물질 페이스트는 섬유 다발을 포함하고 있는 외부관의 개방 말단으로 주입되어, 이와 같이 제조된 외부관을 굽고(bake), 구워진 외부관을 오븐에서 방치하여 냉각한다. 이 방법의 불리한 점은 알코올의 발화성질에 기인한 방폭 (explosion proof) 작업이 요구되는 것이다.
종래 기술에서 개발되었던 복잡한 방법들은 포팅 물질로서 열가소성 폴리머를 이용한 중공 섬유 필터 요소의 생산에 어려움을 나타낸다. 따라서 저가와 효율적인 방식으로 과불소화된 열가소성 수지 막 필터 요소를 생산하는 단순화된 방법이 바람직하다.
본 발명은 실질적으로 같은 길이를 갖고, 세로로 배열된 다수의 과불소화된(perfluorinated) 열가소성 중공 섬유 막 및 과불소화된 열가소성 말단 밀봉 또는, 포트(pot)를 포함하는 필터 요소(filter element)를 생산하는 단순화된 방법을 제공한다. 나아가 본 발명의 방법에 의해 제조된 필터 요소를 제공한다.
제 1도는 매듭 수단과 섬유 다발을 관통하여 나아가는 얇은 봉이 있는 중공섬유 막의 다발을 나타낸다.
제 2도는 중공 실린더에 들어가 있는 섬유 다발의 평면도를 나타낸다.
제 3도는 제 2도의 1-1선을 따른 횡단면을 나타낸다.
제 4도는 포팅 물질의 용융 풀을 포함한 용기의 평면도를 나타낸다.
제 5도는 제 4도의 2-2선을 따른 단면을 나타낸다.
제 6도는 포팅 물질의 용융 풀에 임시 오목부가 있는 용기의 평면도를 나타낸다.
제 7도는 제 6도의 3-3선을 따른 단면을 나타낸다.
제 8도는 포팅 물질의 용융 풀을 갖는 용기의 제 4도에 도시된 단면 및 제 2도에 도시된 중공 실린더에 들어가 있는 중공 섬유 막 다발의 2-2선을 따른 단면을 나타낸다.
제 9도는 포팅후 제 2도에 도시된 중공 실린더에 들어가 있는 중공 섬유 막 다발의 2-2선을 따른 단면을 나타내며, 고체화된 포트와 전형적인 계획 절단을 보인다.
발명의 요약
본 발명은 과불소화된 열가소성 폴리머로 포팅된 과불소화된 열가소성 수지 중공 섬유 막 필터 요소를 제조하는 단순화된 방법에 관한 것이다. 본 방법은 적어도 한쪽이 막힌 중공 섬유 막 길이의 일부분을 용기에 담겨 있는 용융된 열가소성 폴리머 풀(pool)로 만들어진 임시 오목부(recess)에 넣어서 섬유 길이를 정의된 위치, 바람직하게는 수직으로 유지하고, 열가소성 폴리머를 용융상태로 유지하여 임시 오목부로, 섬유들 주위 및 섬유들 사이로 흐르게 하고, 그리고 섬유들 간의 간극 공간을 열가소성 폴리머로 완전히 채우는 것으로 이루어진다. 임시 오목부는 용융 포팅 물질에서 섬유 다발이 위치를 정해서 제자리에 고정하기에 충분한 시간동안 오목부로 유지되고, 그리고 나서 용융된 열가소성수지로 충전되는 오목부이다. 오목부의 임시적인 성질은 포팅 물질이 유지되는 온도, 포팅 물질이 섬유 다발의 배치동안 유지되는 온도 및 포팅 물질의 물리적 성질에 의해서 조절될 수 있다. 또한, 임시 오목부는 열가소성 수지가 흐를 수 있는 연화 또는 용융 온도보다 충분히 높은 온도로 가열되고 오목부를 채우는데 필요한 시간동안 그 온도로 유지될 때, 채울 고체 열가소성 수지내의 오목부일 수 있다. 섬유의 말단은 밀봉(sealing), 플러깅(plugging), 또는 바람직한 구현예에서, 루프로 형성함에 의해 폐쇄시킬 수 있다. 루프는 폐쇄된 말단으로 작용하고, 두 섬유 말단은 포팅 물질로부터 격리된다.용융된 포팅 물질로 캡슐화된 섬유들을 용기에서 제거하고, 열가소성수지를 냉각해서 고체화하여, 고체 열가소성 수지 포트를 형성한다. 임의로, 포팅 물질 및 포팅 섬유 다발이 있는 용기를 냉각시키고, 포팅 물질과 포팅된 섬유 다발을 용기로부터 제거한다. 잉여 열가소성 폴리머 포팅 물질을 제거하고, 포트의 말단은 길이축에 수직으로 또는 90°미만의 각도로 포팅 물질을 절단하여 개방시킨다.
본 방법은 양쪽 말단이 개방되어 있는 관과 같이 중공 본체에서 적어도 한쪽 말단이 밀봉된 중공 섬유 막 길이를 배열함으로써 달성되는데, 여기서 중공 본체가 최종 필터 요소의 일부가 된다. 중공 본체는 상부(top)와 하부(bottom)가 있다. 하부는 상기한 바와 같이 열가소성 폴리머의 용융 풀에 있는 임시 오목부에 위치될 것이다. 섬유들의 길이방향 축은 통(shell)의 길이방향 축과 실질적으로 평행으로 배열된다. 섬유들이 고정 수단과 지지 구조 수단에 의해 중공 본체 내의 적절한 위치에 수직으로 유지되어, 포팅시 섬유들이 부력에 의해 상승하거나, 포팅 물질이 용융 풀로 가라앉지 않는다. 각 섬유의 밀봉된 한 말단이 실질적으로 중공 본체의 하부근처에 있고, 각 말단이 실질적으로 같은 면에 존재하도록 섬유들과 통을 배열한다. 섬유 길이들이 적절한 위치에 있는 중공 본체의 하부 부분을 용기에 담겨 있는 열가소성 폴리머 용융 풀의 임시 오목부에 위치되고, 중공 본체를 정의된 수직위치로 유지하고, 열가소성 폴리머를 용융 상태를 유지하여 임시 오목부에 흘러 들어가서 섬유들을 통과하고 주위를 지나서, 수직 상방향으로 섬유를 지나게 하고, 완전히 열가소성 폴리머로 중공 본체 부분과 섬유들 간의 간극 공간을 채운다. 용융된 포팅 물질로 캡슐화된 섬유들을 용기로부터 제거시키고, 열가소성 수지가 고체화하도록 냉각하여 고체 열가소성 포트를 형성한다. 잉여 열가소성 폴리머 포팅 물질을 제거하고, 포팅 물질과 중공 본체를 길이축에 수직방향으로 절단하여 포트의 말단을 개방한다.
임의로, 섬유 길이들을 촘촘하게 U자형으로 접어서, 각각의 U자의 말단이 실질적으로 동일 평면에 있게 하여, 중공 본체의 하부에 실질적으로 가까이 위치시킬 수 있다. 임의로, 실질적으로 등간격으로 떨어져 있는 섬유길이에 수직으로 일렬로 개개의 섬유 길이들을 배열하고, 그리고 각 섬유 말단과 인접한 섬유말단을 테이프같은 연속적인 수단으로 연결하여 섬유들의 매트가 제조될 수 있다. 또한, 연속적인 수단은 말단들을 밀봉하거나 한쪽 또는 양쪽 말단을 분리해서 밀봉할 수 있다. 그리고 나서, 섬유 매트는 코어(core)상에 또는 코어없이 섬유 길이들에 평행한 축상에 권선된다(rolled-up). 그리고 나서 권선된 매트는 상기한 바와 같이, 중공 본체에 위치된다. 이런 임의적인 방법중의 어느 것에서, 그리고 나서 상기한 바와 같이 포팅이 진행된다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 실질적으로 같은 길이를 갖고, 길이방향으로 배열된 다수의 과불소화된 열가소성 중공 섬유 막 및 과불소화된 열가소성 말단 밀봉 또는 포트를 포함하는 필터 요소를 생산하는 단순화된 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 이 방법에 의해 제조된 필터 요소를 제공한다.
본 발명에 의한 과불소화된 열가소성 중공 섬유 막은 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 또는 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌)과 같은 폴리머로 제조된다. 과불소화된 열가소성 수지 말단 밀봉은 바람직하게는 약 250℃ 내지 약260℃ 정도의 용융점을 갖는 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))로 제조된다. 바람직한 포팅 물질은 뉴저지주 쏘로페어시의 오시몬트 유에스에이 인크(Ausimont USA Inc.)에서 제작된 Hyflon940 AX 수지이다. 미국 특허 제 5,266,639호에서 기재된 바와 같이, 낮은 용융-종결 온도를 갖는 저점도 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌)이 또한 적합하다.
섬유 다발 포팅에 앞서, 과불소화된 열가소성 포팅 물질은 사전에 결정된 양의 과불소화된 열가소성 폴리머를 무게를 달아 분배하고, 그 폴리머를 개방된 용기 상부로 위치시킴에 의해 제조된다. 용기는 바람직하게는 아래 설명될 섬유 다발이나 중공 본체보다 직경이 큰 실린더이다. 용기는 예를 들어 300℃보다 높은 고온에서 장기간의 시간동안 견딜 수 있는 물질로 제조되어야 한다. 두꺼운 벽을 갖는 비반응성 금속 용기가 충분하다. 과불소화된 열가소성 포팅 물질이 있는 용기를 과불소화된 열가소성 폴리머를 용융하기에 충분히 높은 온도로 유지되는 오븐에 위치되고, 탈가스화된 폴리머의 용융 풀을 생산하기에 충분한 오랜 시간동안 유지된다. 오븐을 가열하는 다른 방법으로, 히터 밴드같은 부착된 가열수단이나, 가열된 액체 조에 부분적으로 침수하여서 용기가 가열될 수 있다. 약 260℃ 내지 290℃의 온도범위가 바람직하며, 270℃ 내지 280℃의 온도가 더욱 바람직하고, 275℃의 온도가 가장 바람직하다. 온도는 포팅될 중공 섬유들의 용융 온도보다 낮아야 한다. 16-72 시간이 용융된 포팅 물질을 유지하는데 만족스러우며, 바람직한 시간은 24-48시간이다.
필터 요소는 여러 방식으로 제작될 수 있다. 바람직한 한 구현예는 다음 단계들을 포함한다;
a) 감은 것이 겹치지 않게 직사각형 틀에 연속적인 섬유길이를 감는 것. 직사각형 틀은 폭과 길이가 있고, 폭의 치수는 대략 최종적인 필터 요소의 길이이다. 섬유를 틀의 폭 주위로 감고, 예를 들어 한쪽 길이방향 면을 따라 테이프로 고정한다.
b) 섬유가 감겨 있는 틀을 약 270℃ 내지 280℃의 온도, 바람직하게는 275℃의 온도의 오븐에 약 16시간에서 24시간동안 위치시켜 섬유를 열고정한다.
c) 열고정 처리후, 섬유를 냉각하고, 테이프를 관통하여 자르고, 그리고 잉여 테이프를 잘라 없애서 틀로부터 섬유를 제거한다. 결과는 두개의 개방된 말단을 갖는 U자 형태인 많은 수의 개별적인 섬유 루프들이다.
d) 루프들을 275℃ 오븐에서 약 16-24시간동안 열 완화(relax)시킨다. 열 완화는 섬유변형을 방지하기 위해 수평하게 제어되지 않은 상태로 놓여진 섬유들에 행한다. 다른 방법으로, 다른 접촉없이 수직방향으로 섬유들을 걸 수 있다.
e) 열 완화 단계후 섬유들을 냉각시킨다. 양쪽 말단이 개방된 실린더에 루프들을 넣는다. 이 때 실린더의 한쪽 말단은 위로 향하고, 그리고 다른 말단은 아래로 위치하게 하여 실린더가 용융된 포팅 물질 풀에 수직으로 위치하는 다음 단계가 되게 한다. 다른 중공 본체들은 최종 생산품의 요구에 따라 사용될 수 있다. 중공 본체는 유체가 흐르도록 구멍을 가질 수 있다. 중공 본체는 바람직하게는 포팅 물질과 동일한 물질로 만들어질 수 있으나, 용융된 포팅 물질이 냉각된 후 불침투성 결합을 형성하는 어떤 물질도 가능하다. 중공 본체는 최종 필터 요소의 하우징(housing) 구성 성분으로 고안될 수 있다.
f) 섬유들은 루프들을 실린더의 하부 근처에, 두개의 개방된 말단들을 실린더의 상부 근처에 갖도록 위치된다. 섬유들을 상부 말단 부근에서 함께 묶어 다발로 되게 한다. 묶는 방법 중의 하나는 섬유들을 Teflon파이프 테이프로 상부 말단에 같이 묶는 것이다. 섬유들이 손상되거나 포팅과정에 사용되는 온도에서 매듭(tie)이나 조임(clamping) 수단이 분해되지 않는 한, 다른 매듭 물질이나 조임 수단이 사용될 수 있다.
g) 얇은 봉을 매듭 바로 아래에, 섬유 길이들에 직각으로 다발을 관통하여 들어가게 한다. 봉은 실린더안에서 다발을 고정된 위치에 지지하는데 사용되어, 액침(immersion) 단계에서 용융된 포팅 물질로 다발이 침하되지 않게 한다. 제 1도는 섬유 루프(11), 매듭 수단(13) 및 매듭 수단 아래 섬유들을 관통하여 들어간 얇은 봉(15)을 갖는 섬유 다발을 도시한다. 봉은 실린더에서 반대방향의 구멍을 관통하여 들어갈 수 있고, 구멍에 의해서 지지되거나 실린더의 상부 테두리 위로 놓여질 수 있다. 제 2도는 중공 실린더(17)에 위치한 섬유 다발의 평면도를 나타낸 것으로, 얇은 봉이 매듭 수단에 의한 섬유 다발을 지지하는 것을 도시한다. 제 3도는 제 2도의 1-1선을 따른 단면으로, 얇은 봉(15)에 의해 중공 실린더(17)에서 지지된 루프들(11)을 도시한다.
h) 임시 오목부는 포팅 물질의 용융 풀에 만들어진다. 제 4도는 포팅 물질의 용융 풀(21)을 담고 있는 용기(19)의 평면도를 나타낸다. 제 5도는 제 4도의 2-2선을 따른 단면이다. 제 6도는 용융 풀에 만들어진 임시 오목부(23)가 있는 용기의 평면도를 나타낸다. 제 7도는 제 6도의 3-3선을 따른 단면이다. 섬유들을 포함하고 있는 실린더의 직경보다 큰 직경을 갖고, 원하는 포트의 길이보다 깊은 깊이를 갖는, 실린더형 오목부가 가장 편리하다. 임시 오목부는 포팅 물질의 용융 풀의 온도를 견딜 수 있는 물질로 제조되고, 용융 포팅 물질이 접착되지 않는, 원하는 직경을 갖는 고체 실린더로 만들어진다. Teflon수지가 바람직한 물질이다.
i) 섬유가 담긴 실린더를 포팅 물질 용융 풀에 있는 임시 오목부로 위치시키고, 지지구조 수단(도시되지 않음)에 의해 적절한 위치로 유지된다. 제 8도는 포팅 물질의 용융 풀(21) 안의 임시 오목부(23)에 위치한, 섬유 루프들의 지지되어 있는 섬유 다발(11)이 있는 중공 실린더(17)를 나타낸다. 중공 실린더(17)의 위치를 유지하는 지지수단은 도시되지 않는다. 중공 실린더에 포팅 물질이 섬유 다발로 흘러 들어가게 하는 개방부가 있다면, 중공 실린더를 임시 오목부의 바닥에 접촉시킬 수 있고, 또는 임시 오목부(23)의 바닥보다 상부에 위치시킬 수 있다. 포팅 물질은 임시 오목부를 충분한 시간동안 섬유를 포함하는 실린더가 적절한 위치가 되도록 유지하는 역량을 갖고 있어야 하며, 그럼에도 실린더안으로 그리고 섬유들 주위와 상부로 흘러 들어갈 수 있어야 한다. 더욱이, 포팅 물질은 반-결정 폴리머로 만들어진 중공 섬유 막의 용융점보다 낮거나, 유리질의 폴리머로 만들어진 중공 섬유 막의 연화온도보다 낮은 온도에서 용융 상태로 유지되어서 섬유들이 포팅 과정동안 용융되거나 분해되지 않아야 한다. 연화온도는 유리질의 폴리머의 유리 전이온도이다.
j) 섬유를 담고 있는 실린더는 포팅 물질이 완전히 실린더안으로 그리고 섬유주변과 상부로 흘러 들어갈 만큼 충분한 시간 동안 용융되어 있는 온도로 유지한다. 바람직한 시간은 24 내지 48시간범위이다.
k) 용융된 포팅 물질로 캡슐화된 중공 섬유 막들이 있는 중공 실린더를 포팅 물질 용융 풀에서 제거하고 냉각시킨다. 다른 방법으로, 포팅 물질과 섬유를 포함한 실린더를 냉각시키고, 섬유를 담고 있는 실린더 및 포팅 물질을 용기로부터 제거한다. 어느 경우이던 간에, 잉여 포팅 물질을 깍아내거나 그렇지 않으면 섬유를 담고 있는 실린더의 외부 직경으로부터 제거한다.
l) 실린더와 루프 말단들 상부의 포팅 물질을 관통하여 절단함에 의해, 포팅된 말단들을 유체 흐름에 대해 개방시킨다. 제 9도는 제 2도의 1-1선을 따른 단면으로, a)내지 k)단계를 통한 포팅 과정후에 섬유 다발이 있는 중공 실린더를 나타낸다. 매듭 수단과 얇은 봉은 제거되고, 그리고 고체 포트(25)가 도시되어 있다. 계획 절단(27)은 중공 실린더와 고체 포트와 포팅된 섬유들을 관통하는 전형적인 절단위치를 나타낸다. 계획 절단(27)은 루프들의 상부이다.
m) 상부 말단에서 섬유들을 함께 잡고 있는 매듭을 제거하고, 얇은 봉 또한 제거한다. 이제 상부 말단은 h-k 단계에서 설명된 것처럼 포팅되어 있다. 이 섬유 말단들은 이전 단계에서 밀봉되지 않았기 때문에, 포팅 물질들이 주입되어 섬유들을 밀봉한다. 포트는 실린더와 밀봉된 말단을 가로질러 절단되어, 한쪽 말단이 개방된 섬유들로 이루어진 필터 요소를 생산한다.
포팅 공정의 포팅 물질을 제조하기 위해 다른 방법들이 사용될 수 있다. 용융되거나 가열된 포팅 물질은 예를 들어 압출에 의해 용기에 주입될 수 있고, 그리고 나서 용융 풀을 생산하기에 충분히 높고, 포팅될 중공 섬유들의 용융 온도보다 낮은 온도로 유지하거나 가열한다. 임의로, 용융 풀의 임시 오목부는 섬유 다발이 위치하는 동안 오목부를 유지하기에 충분히 낮은 온도에서 형성될 수 있고, 그리고 나서 포팅 물질과 섬유 다발을 포함한 용기는 포팅 물질의 흐름을 증가시키기 위해, 섬유의 용융 온도보다 낮은, 더 높은 온도로 상승시킨다. 또 다른 방법은 사출 성형이나 다른 방법들에 의해 포팅 물질로부터 용기내에 오목부를 형성하고, 오목부를 유지하도록 포팅 물질을 냉각하고 고체화하여, 설명한 것처럼 오목부로 섬유 다발을 위치시키고, 가열단계와 그에 따른 공정 단계들을 진행한다. 이 방법은 아마도 더 긴 가열시간이 요구될 것이다. 더 나은 다른 방법은, 공동(cavity)의 바닥에 움직일 수 있는 피스톤을 사용하여, 임시 오목부의 형성동안이나 전에 피스톤을 수축시키고, 그리고 나서 섬유들이 오목부로 삽입된 후에 섬유들 방향으로 피스톤을 이동시키는 것이다. 이것은 특별히 큰 다발에서, 섬유들 사이로 용융 물질의 더욱 균일한 충전을 유도하는 플러그(plug) 흐름을 형성한다. 또한, 섬유들 사이나 용융물질속에 갇힌 공기의 배출을 가능하게 한다. 임의로, 모든 방법에 대해, 공기 기포 제거를 돕고, 포팅 면적으로 물질의 더 신속한 흐름을 야기하기 위해, 용융 폴리머 표면에 인접해 진공을 적용할 수 있다. 부가적으로, 고온 공기 주입기(hot air gun)나 복사난방기 등과 같은 하나 이상의 가열장치를 이용하여, 흡열부(heat sink)로 작용하는 섬유들에 의한 시스템의 잠재적 열손실을 줄이기 위해 원한다면섬유들을 가열할 수 있다. 섬유들의 표면에서 온도는 섬유들의 용융점이나 연화점보다 낮아야 한다. 다른 방법들이 또한 공정의 성능을 조절하고, 최적화 하거나 개선하기 위해 사용될 수 있다.
상기한 기본적인 방법은 상이한 디자인의 필터 요소나 제조상의 편의를 위해 변형될 수 있다. 양쪽말단이 개방된 필터 요소의 생산이 요구되는 경우, 상기 단락 d)의 루프들의 개방 말단들의 부분은 개별적으로 또는 짝을 이뤄서 열 밀봉기(sealer)로 밀봉될 수 있다. 2 밀(mil) Kapton폴리이미드 테이프로 변형되고, 열 바(bar)와 압력 바를 덮고 있는 Accu-Seal 530(캘리포니아주 샌디에고 아큐-실 코포레이션(Accu-Seal Corporation)) 열 밀봉기 또는 유사한 열 밀봉기가 사용될 수 있다. 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))로 만들어지는 중공 섬유 막에 대한 전형적인 작업조건은 650℃-700℃의 온도범위에, 조(jaw) 압력범위는 30-50 lb/in2이고, 7-9초 동안이다. 포팅된 길이보다 짧은 개방된 말단의 길이는 포팅 설명에서와 같은 동일한 방식으로 바로 그 길이를 포팅하여 밀봉될 수 있다. 가열 밀봉 부분 상부 또는 상기한 더 짧은 포팅된 길이의 밀봉 상부의 포트와 실린더를 가로질러 포트가 절단될 때, m)에서 언급된 두번째 포팅은 개방된 말단들을 생산할 것이다.
오히려 말단들을 가열 밀봉하는 것보다는, b)단계에서 감겨있는 섬유로부터 틀을 제거하고, 섬유를 양쪽 말단들에 루프들을 갖는 일련의 연결된 섬유들과 같은 직각 코일으로 남겨둠에 의해 양쪽 말단들 상에 루프들을 갖는 섬유들이 생산될 수있다. 최종 절단이 양쪽 말단이 개방된 섬유들로 이루어진 필터 요소를 생산한다는 것을 제외하고, 직각 코일의 양은 언급된 d)-m)단계에 따라 처리된다.
또 다른 구현예에서, b)단계의 열 고정 섬유는 냉각되고, 섬유 루프들은 직사각형 틀의 양쪽 길이방향의 면들에 따라 테이프처리 되고, 그리고 절단되어 두개의 직사각형 섬유 매트를 형성한다. 절단된 말단들은 인접한 융합된 섬유 말단들과 가열 밀봉되고 테이프가 제거된다. 매트는 d)단계에서처럼 열 완화된다. 냉각후, 일정량의 매트는 섬유 길이방향에 수직방향으로 권선되어서 섬유 다발을 형성한다. 매트는 고체나 구멍난 중공 코어, 또는 그 자체 주위를 따라 권선될 수 있다. 중공 코어의 하나의 말단 또는 말단들이 유체 통로로 이용되면, 그것들은 밀봉되고 섬유들로 포팅되어야 한다. 개방될 때에, 코어는 필터 요소 내부로의 유체통로로 작용한다. 그리고 나서, 양쪽 말단의 최종적인 절단은 양쪽 말단이 개방된 섬유들을 갖는 필터 요소를 생산한다는 것을 제외하고, 다발은 e)-m)단계에서 설명된 방법과 유사한 방식으로 포팅된다.
다른 형태들이 직사각형 틀을 대신하여 섬유들의 배열을 제조하는데 사용될 수 있다. 고체 직사각형 판이 사용될 수 있다. 섬유는 실린더상에 감기어서 열고정될 수 있다. 예를 들어, 평행육면체의 형태인 3차원 틀이 또한 사용될 수 있다. 날줄 섬유들이 포팅 물질의 흐름을 방해하지 않도록 위치한다면, 중공 섬유 막을 씨줄로 그리고 간격이 있는 필라멘트를 날줄로 하는 직물처럼 등간격인 섬유들을 생산하는 섬유 배열을 형성하는 방법이 예상될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 섬유들은 실린더나 다른 중공 본체에 위치하지 않고,버팀없이 서있는(free-standing) 섬유 다발로서 포팅된다.
섬유 다발을 제조하는 방식은 상기한 방법의 성공에 중요하다. 섬유들은 서로 교차될 수 없는데, 이는 열가소성 포팅 물질이 완전히 섬유를 둘러싸는 것을 방해하기 때문이다. 포팅 물질의 흐름은 공정 초기의 단지 몇 센티미터의 압력헤드로 추진되며, 이 흐름은 공정이 진행되는 동안 감소하고, 그리고 포팅 물질은 임시 오목부로 흘러 들어가 압력 헤드를 낮춘다. 흐름 경로(path)에서 어떤 장애도 흐름 발산을 초래하여 포트에서 바람직하지 않은 폐색의 결과를 낳는다. 따라서, 섬유들을 실질적으로 평행한 배열로 다발화하는게 중요하다.
섬유들은 대략 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하지만, 다른 배치 (configuration)가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 섬유 다발의 중심에서 외부 가장자리까지 길이의 기울기(gradient)는 용융된 포팅 물질의 흐름을 조절하는데 사용될 수 있다. 실시자의 필요에 따라, 기울기는 중심에서 가장 긴 섬유 또는, 다발의 중심에서 가장 짧은 섬유를 갖도록 형성될 수 있다. 다른 배치가 특정한 상품요구에 부응하기 위해 개발될 수 있다.
또한, 동일한 방식으로, 섬유들은 중공 본체에서나 버팀없이 서있는 다발안에서 너무 강하게 패킹될 수 없다. 그렇지 않으면 섬유들 사이의 흐름을 방해해서 불완전한 포팅의 결과를 낳는다. 포팅되는 특정한 섬유에 대해서 패킹 밀도가 바르게 선택된다면, 흐르는 포팅 물질은 섬유들을 떨어뜨려 놓을 것이다. 패킹 밀도는 백분율로 표현된, 다발에서 모든 섬유들의 총 단면적 비 대 중공 본체의 내부 면적의 비로 정의된다. 중공 본체에 위치하지 않은 채 포팅된 섬유 다발의 경우, 이 비는 최종적으로 포팅된 섬유 다발의 단면적에 대한 다발에서 섬유의 총 단면적이다. "너무 강하게"는 패킹 밀도, 최종 포팅된 길이, 및 섬유 강성도(stiffness)의 함수이다. 관련기술 분야에 숙련된 실시자는 특정한 중공 섬유 막에 대한 바람직한 패킹 밀도를 결정할 수 있다. 외경이 대략 800-1000 미크론, 벽두께가 대략 200 미크론이고, 약 10cm의 길이인 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))로 제조된 다공성 중공 섬유 막의 경우, 최소한 70%보다 작고, 바람직하게는 최소한 65%보다 작은 패킹 밀도가 만족스러운 포팅된 섬유들을 제공한다.
큰 다발들에서, 흐르는 포팅 물질은 특히 상대적으로 더 연성인 막을 위해 다발을 압축할 수 있다. 이것은 다발의 일정 영역을 과패킹하여 흐르는 포팅 물질의 불량한 분산을 초래한다. 이런 문제를 극복하기 위해, 얇은 철사나 적당한 필라멘트로 만들어진 격자(grid)를, 예를 들어, 최종 포트 높이 위에 1/2 인치 정도에 위치시킨다. 격자는 섬유 다발을 몇개의 분리된 다발로 분할하고, 포팅 물질이 자유롭게 섬유들 주위를 흐르는 동안 압축을 막는다. 얇은 쐐기(shim)같은 다발을 분할하는 다른 방법이 가능하다. 포팅이 완료된 후, 분할기들은 바람직하게는 제거된다.
포팅 물질의 선택은 본 발명의 성공에 중요하다. 포팅 물질로 사용되는 과불소화된 열가소성 폴리머는 몇 센티미터의 중력 압력 헤드하에서 흘러야 한다. 폴리머의 점도와 항복 응력 성질은 폴리머가 포팅 온도에서 흐를 수 있도록 충분히 낮아야한다. 그러나, 포팅 물질은 섬유 다발이 위치되고 고정될 수 있도록 충분히 오랜시간동안 임시 오목부를 유지하여야 한다. 바람직한 방법으로, 포팅 물질의 용융풀을 포함한 용기는 임시 오목부가 만들어진 275℃ 오븐에서 제거되고, 그리고 실린더내의 섬유 다발은 임시 오목부에 위치되고 지지 구조물에 의해 적절한 위치에 고정된다. 이 조작 동안, 섬유 다발이 최종적인 위치에 있을 때까지, 섬유들이 흐르는 포팅 물질과 접촉하지 않도록 하기 위해서, 임시 오목부는 거의 불변의 상태를 유지하여야 한다. 그리고 나서 섬유 다발이 있는 용기는 오븐으로 되돌려진다. 포팅 물질이 섬유 다발로 너무 급격히 흘러들어 공기 기포를 가둬버리지 않도록 하는 것이 중요하며, 동일한 이유로 흐름은 다발의 주로 바닥에서부터 올라와야 하는 것도 중요하다. 포팅 물질은 중공 섬유 막들의 용융 또는 연화온도보다 낮은 용융온도나 연화온도를 가져야 한다. 바람직한 폴리머는 Hyplon 940 AX(뉴저지주 쏘로페어시의 오시몬트 유에스에이(Ausimont USA, Thorofare))로 약 256℃의 용융온도를 갖는다.
아래 표는 일부 과불소화된 열가소성 폴리머들의 일부 물성과 본 발명에서 포팅 물질로서의 적합성을 나타낸다.
과불소화된 열가소성수지 피크(Peak) 용융 온도 (℃) 용융 종결 온도(℃) 275℃에서 점도(kPa·Sec) 적합성
MFA 6201 288.8 315.2 부적합
FEP 41002 257 296 20 부적합; 항복응력
53 256.6 ~276 1.2 적합
43 257.1 284.7 5 부적합; 항복응력
33 253.6 274.4 1 적합
23 258.0 286.6 2 아주 약간 적합
1. Hyflon620(Ausimont) 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-플루오로(알킬비닐에테르)), 여기서 알킬은 주로 메틸이다. 이런 폴리머는 실시예 1-4에 기재된 중공 섬유 막들의 제조에 사용된다.
2. TeflonFEP 4100(Dupont) 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌).
3. 상이한 많은Hyflon940 AX(Ausimont) 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-플루오로(알킬비닐에테르)), 여기서 알킬은 주로 메틸이다.
용융온도는 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer) DSC 7을 사용하여 20℃/분의 가열속도로 측정되었다.
용융 종결 온도는 용융 발열이 온도바탕선으로 돌아오는 온도이다.
Hyflon940 AX와 FEP 4100의 점도와 항복 응력은 275℃에서 Viscotech 레오미터(스웨덴 런드 레올로지카(Rheologica)사)를 이용하여 측정되었다. 모든 분석은 수평 플레이트 장치에서 수행되었고, 기록된 점도는 0.1 Hz에서 측정되었다. 이 샘플들이 항복응력을 갖고 있는지 아닌지를 결정하기 위해, 275℃에서 이 샘플들에 대해 크리프(creep) 회복 시험이 수행되었다. 본 발명의 범주에서 항복응력은 적용된 응력이 항복응력보다 커질때까지 주어진 온도에서 흐름이 생기지 않는다는 것을 의미한다. 크리프 회복은 규정되어 있는 응력 프로파일을 적용해서 측정되었고, 규정된 응력수준을 유지하기 위해 요구되는 변형(strain)이 측정된다. 응력은 초기에는 0이고, 다음에 즉각적으로 주어진 시간동안 주어진 값으로 상승한 후, 응력은 0으로 돌아온다. 변형을 초기 적용된 응력으로 나눈 비로 정의된, 순응(compliance) 거동은 샘플이 고체같은지, 액체같은지에 관련된다. 고체같은 거동은 부과된 응력에 의한 변형이 응력이 제거될 때 실질적으로 회복되는 것을 의미한다. 액체같은 거동을 갖는 샘플은 부과된 응력으로 인한 변형을 회복하지 못할 것이다. 응력 수준의 증가시 고체같은 거동에서 액체같은 거동으로의 전이를 나타내는 샘플은 전이시 항복응력을 갖는 것으로 간주된다. FEP 4100과 940 AX#4는 대략 10Pa의 겉보기 항복응력을 갖는 것이 발견되었다.
아래의 토의는 실시예 1-4에서 예시된 Hyflon620 (오시몬트(Ausimont)사)과 실시예 5에서 예시된 TeflonPFA로 제조된 중공 섬유 막들과 관련된 것으로, 본 발명의 제한을 의미하는 것이 아니라 본 발명의 원리를 설명하는 것을 의미한다.
대략 290℃의 용융온도를 갖는 HyflonMFA 620으로 제조된 섬유들에 있어서, 적어도 피크 용융온도인 용융 풀을 유지하는데 필요한 온도는 동일 물질의 섬유들을 용융하고, 그리고 과불소화한 열가소성 중공 섬유 막의 용융온도 아래의 온도에서 흐르기에 점도가 너무 높기 때문에, MFAC 620은 포팅 물질로서 적합하지 않다. 비록 용융온도가 실시예 1-4의 섬유의 용융온도보다 낮더라도, 점도가 너무 높고 흐름을 방해하는 겉보기 항복응력이 있기 때문에, FEP 4100은 적합하지 않다. 피크 용융온도가 실시예 1-4의 섬유들에서의 피크 용융온도보다 낮고, 점도가 낮으며, 실제시간동안 포팅되는 섬유의 용융온도보다 낮은 온도에서 충분히 흐르지 않기 때문에, 940AX#2는 아주 약간 적합하다. 940AX#4는 항복응력이 있고 275℃에서 흐름을 저해하는 점도를 갖기 때문에 실시예 1-4의 섬유들에 부적합하다. #2와 #4의 흐름 성질은 용융 풀이 흐름이 발생하도록 유지되는 온도보다 높은 용융 종결온도 때문일 수 있다. 용융되지 않은 결정 영역들이 이 온도에서 흐름을 방해하는 것이 가능하다. 940 AX#3과 #5는 용융온도와 점도의 적절한 균형을 갖고 있고, 실시예 1-4의 섬유에 대한 항복응력이 없어서 적합하다.
실시예 5에서 940 AX#4는 약 310℃보다 높은 용융온도를 갖는 DuPont TeflonPFA로 제조된 중공 섬유 막들을 성공적으로 포팅하는데 사용되었다. 샘플의 용융 종결온도보다 높은, 290℃에서 이 포팅이 수행되었고, 이때 점도는 275℃일때 보다 낮다.
본 발명의 방법은 포팅 물질이 방해받지 않고 섬유사이와 상부로 흐를 수 있도록 섬유 다발의 적절한 구성(fabrication)의 조합, 포팅 물질내에 임시 오목부의 제작, 오목부에서 섬유 다발의 적절한 위치, 그리고 용융온도와 점도 성질의 적절한 조합을 갖춘 포팅 물질에 의존한다. 이런 요소들중 하나라도 없으면, 본 방법은 매우 완전한 포팅된 섬유나 포팅된 필터 요소를 생산하는 것이 기대될 수 없다.
본 발명의 방법에 의해 생산된 필터 요소는 극한 화학적 내성과 여과될 물질에 불순물이 첨가될 가능성이 매우 낮은 것이 요구되는 응용에 적합할 것이다. 상기한 요소는 매우 높은 등급의 결합을 할 것이다. 사실, 포팅 물질이 다공성 막들의 기공들로 주입되어, 탁월한 접착과 완성된 섬유-포팅물질 결합을 제공함이 관찰되었다.
가시적인 끓는점
포팅된 섬유 요소는 끓는점 시험 홀더에 장착시킨다. 루프는 IPA의 유리 용기에 잠긴다. 공기 압력은 섬유들의 루멘내에서 서서히 증가시킨다. 첫번째 기포가 섬유들의 외부 표면에서 나타날 때의 압력을 가시적인 끓는점으로 기록한다.
실시예 1
직경 57mm, 깊이 25mm의 치수를 가진 용기를 용융온도가 256℃이고 5Kg, 373℃에서 용융 지수가 373인 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 45g으로 부분적으로 채웠다. 이 용기를 용기내에 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))의 용융 풀이 생성되도록 275℃ 오븐에 약 24시간 동안 위치시켰다. 30개의 중공 섬유 막 섬유들의 다발을 제조하였다. 섬유들은 길이 8cm, 외경 850 미크론 및 벽두께 225 미크론이었다. 섬유들은 용융온도가 약 285℃인 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))로 제조되었다. 섬유 다발은 Teflon파이프 테이프의 길이를 이용해서 한 말단 가까이에서 묶었다. 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(프로필비닐에테르))(PFA)로 만들어진, 약 6.4mm의 내경을 갖는 중공 실린더에 섬유들을 위치시켰다. 섬유들은 매듭하부에 섬유들을 관통하여 들어가 있고 중공 실린더의 가장자리 위에 놓여 있는 얇은 봉으로 적당한 위치로 유지하였다. 섬유 패킹 밀도는 대략 60%이었다. 포팅 물질의 용융 풀을 포함한 용기를 오븐으로부터 제거하고, 직경 12.75 mm인 Teflon봉으로 풀안에 12mm 깊이의 임시 오목부를 만들었다. 중공 실린더를 임시 오목부내에 위치시키고 집게(clamp)로 제위치로 지지하였다. 용기와 섬유 다발을 포함한 중공 실린더를 275℃인 오븐으로 되돌리고, 약 이틀동안 275℃로 유지하였다. 용기와 섬유 다발을 포함한 중공 실린더를 이틀후 오븐에서 제거하고 캡슐화된 섬유들을 포함한 중공 실린더를 포팅 물질로부터 꺼내어 냉각시키고 고체화하였다. 다발내에 섬유들의 루프된 말단들의 위의 위치에서 포트를 관통하여 중공 실린더의 직경을 가로질러 절단하였다. 반대편 섬유 말단들을 상기 언급된 포팅 방법과 유사한 방법을 사용하여 밀봉하였다. 포트가 용융되는 것을 방지하기 위해, 포팅 물질 용융 풀을 포함한 용기는 275℃로 유지되는 가열기 블록(block)에서 유지하여 밀봉되는 말단만 가열되었다. 중공 실린더의 반대편 말단은 풀에 만들어진 임시 오목부에 위치시키고, 집게로 제위치로 유지하였다. 약 2시간 정도 섬유 말단들의 짧은 부분으로의 주입후에, 섬유들을 포함한 중공 실린더를 용융된 포팅 물질로부터 꺼내어 냉각시켰다. 잉여 포팅 물질을 제거하였다.
포트의 횡단면은 광학현미경 하에서 검토하였다. 포팅 물질이 간극 공간을 완전히 채웠음이 관찰되었다. 포팅 물질은 막의 표면 구멍으로 스며들었고, 섬유들과 포팅 물질 간의 경계면은 깨끗했다. 다발은 이소프로필 알코올에 담궜고 공기압력을 개방된 섬유 말단들에 가하였다. 필터 요소는 완전한 요소를 나타내는 약 45lb/in2의 가시적인 끓는점을 보였다.
실시예 2
약 285℃의 용융점을 갖는 대략 175개의 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 중공 섬유 막 루프를 다발로 만들고 실시예 1과 유사한 방식으로 포팅에 대한 준비가 이루어졌다. 섬유 패킹 밀도는 대략 60%이었다. 포팅 물질의 흐름에 의한 이 큰 다발의 압축 가능성을 감소시키기 위해, 섬유 다발을 4개의 대략 같은 집단으로 분할하는데 철사 격자를 사용하였다. 포팅 및 반대편 섬유 말단의 밀봉은 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 이소프로필 알코올 끓는점 시험은 필터 요소가 완전하다는 것을 나타내었다.
실시예 3
16개의 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 중공 섬유 막 루프들로 구성된 다발을 약 지름이 6.4mm인 PFA 실린더에 위치시키고, 실시예 1에 기재된 방법을 사용하여 포팅하였다. 포팅 물질은 7.5 Mrads의 감마선조사에 의해 조사된 TeflonFEP 4100등급 수지(DuPont)였다. 이러한 처리는 FEP 폴리머의 분자량을 감소시켰다. 280℃에서 측정된 점도는 조사되지 않은 폴리머의 대략 350,000 포이즈와 비교하여, 0.1 s-1의 전단율에서 18,000 포이즈까지 감소되었다. 탈가스화된 포팅 물질의 형성과 연이은 포팅은 280℃에서 수행하였다. 최종적인 포팅된 막 요소는 완전한 요소를 나타내는, 약 35lb/in2의 가시적인 IPA 끓는점을 보였다.
실시예 4
길이가 대략 7.6cm인 약 500개의 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 중공 섬유 막 루프들로 이루어진 다발을 1 인치(2.54 cm) PFA 파이프에 위치시켰다. 포팅 물질, Ausimont Hyflon940 AX 수지는 용융되고, 탈가스화될때까지 275℃ 오븐안의 용기에서 가열하였다. 용기를 오븐에서 제거하고 Teflon봉으로 포팅 물질의 용융 풀에 임시 오목부를 만들고, 용기와 포팅 물질을 밤새 상온으로 냉각시켰다. 섬유 다발을 포함한 PFA 파이프는 루프 말단들이 아래로 향하도록 오목부에 수직방향으로 위치시켰다. 고체화한 포팅 물질을 포함한 용기 및 섬유 다발을 포함한 PFA 파이프를 오븐으로 되돌려 놓고, 275℃에서 약 72시간동안 유지하였다. 캡슐화된 섬유들을 포함한 PFA 파이프를 용융된 포팅 물질로부터 꺼내어, 냉각시키고 고체화하였다. 다발내에 섬유들의 루프된 말단들의 위의 위치에 포트를 관통하여 중공 실린더의 직경을 가로질러 절단을 하였다. 반대편 섬유 말단들은 실시예 1에 기재된 포팅 방법과 유사한 방법을 사용하여 밀봉하였다. 이소프로필 알코올 끓는점 시험은 필터 요소가 완전하다는 것을 나타내었다.
실시예 5
길이가 대략 7.6cm인 약 48개의 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 중공 섬유 막 루프들로 이루어진 다발을 외경 1/2 인치(1.27cm), 내경 3/8 인치(0.95cm)인 PFA 파이프에 위치시켰다. 중공 섬유 막은 용융온도가 대략 310℃인 DuPont TeflonPFA로 제조하였다. 섬유들은 외경 900미크론이고, 내경 400미크론이었다. 포팅 물질, Hyplon940 AX 수지(표 1의 샘플 4)는 용융되고, 탈가스화될때까지 275℃ 오븐안의 용기에서 가열하였다. 용기를 오븐에서 제거하고 Teflon봉으로 포팅 물질의 용융 풀에 임시 오목부를 만들었다. 섬유 다발을 포함한 PFA 파이프는 루프 말단들이 아래로 향하도록 오목부에 수직방향으로 위치시켰다. 포팅 물질을 포함한 용기 및 섬유 다발을 포함한 PFA 파이프를 오븐으로 되돌려놓고, 290℃에서 약 72시간동안 유지하였다. 캡슐화된 섬유들을 포함한 PFA 파이프를 용융된 포팅 물질로부터 꺼내어, 냉각시키고 고체화하였다. 다발내에 섬유의 루프된 말단의 위의 위치에 포트를 관통하여 중공 실린더의 직경을 가로질러 절단하였다. 반대편 섬유 말단들은 실시예 1에 기재된 포팅 방법과 유사한 방법을 사용하여 밀봉하였다. 이소프로필 알코올 끓는점 시험은 필터 요소가 완전하다는 것을 나타내었다.
필터 요소들, 특히 중공 섬유 막 필터 요소들을 생산하고 개발하는 분야에 익숙한 실시자들은 본 발명의 장점을 식별할 수 있을 것이다. 소모적으로 가능한 모든 조합과 대체, 또는 수정에 제공하는 것이 아니라 숙련된 실시자들의 개발에 대해 대표적인 방법을 제공하는 것이 본 발명의 토의에 대한 의도이다. 대표적인 예들은 실행의 감소를 설명하기 위해 주어졌고, 본 발명의 제한된 범위로서 간주되는 것은 아니다. 발명자는 작성된 청구항이 만들어진 시기에 알려진 가장 포괄적인 방식으로 본 발명의 가장 넓은 측면을 포함하려고 한다.

Claims (28)

  1. 내경, 외경 및 다공성 벽 사이를 갖고, 세로방향으로 배열되고, 두개의 말단을 갖는 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을 포팅하는 방법으로, 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들의 한쪽 또는 양쪽 말단 부분은 과불소화된 열가소성 폴리머로 포팅되고, 그리고 적어도 하나의 포팅된 말단이 상기 내경을 통한 유체 흐름에 개방되어 있고, 상기 방법은;
    a) 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을, 상기 섬유들의 내경을 통한 용융된 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질의 흐름에 제한된 적어도 하나의 말단을 갖는 섬유 다발로 제조하는 단계,
    b) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 상기 과불소화된 중공 섬유 막들의 용융점이나 연화점보다 낮고, 그리고 상기 포팅 물질의 용융점 또는 연화점보다 높은 온도에서, 상기 적어도 한쪽 말단의 상기 중공 섬유 막들 주위로 흐르게 하여, 상기 과불소화된 열가소성 폴리머로 상기 부분의 섬유들 간의 간극 공간들을 완전히 채우는 단계,
    c) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 냉각하여 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 고체화하여 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    d) 임의로, 반대편 중공 섬유 막 말단들에 대해 a)에서 c)단계를 반복하여 두번째 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    e) 적어도 하나의 포팅된 말단을 잘라내어 상기 포팅된 중공 섬유 막 말단들을 개방하는 단계, 및
    f) 임의로, 반대쪽 포팅되지 않은 중공 섬유 막 말단들을 밀봉하는 단계로 이루어지는 방법.
  2. 내경, 외경 및 다공성 벽 사이를 갖고, 세로방향으로 배열되고, 두개의 말단을 갖는 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을 포팅하는 방법으로, 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들의 한쪽 또는 양쪽말단 부분은 과불소화된 열가소성 폴리머로 포팅되고, 그리고 적어도 하나의 포팅된 말단이 상기 내경을 통한 유체 흐름에 개방되어 있고, 상기 방법은;
    a) 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을, 상기 섬유들의 내경을 통한 용융된 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질의 흐름에 제한된 적어도 하나의 말단을 갖는 섬유 다발로 제조하는 단계,
    b) 일정량의 과불소화된 열가소성 포팅 물질로 임시 오목부를 만드는 단계,
    c) 상기 임시 오목부의 고정된 위치에 밀봉된 말단으로 상기 중공 섬유 막 다발을 위치시키는 단계,
    d) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을, 상기 과불소화된 중공 섬유 막들의 용융점이나 연화점보다 낮고, 그리고 상기 포팅 물질의 용융점 또는 연화점보다 높은 온도로 유지시키고, 여기서, 상기 열가소성 폴리머 포팅 물질은 상기 중공 섬유 막들 주위와 상부로 흘러서 상기 과불소화된 열가소성 폴리머로 상기 부분의 섬유들 간에 있는 간극 공간들을 완전히 채우는 단계,
    e) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질 및 상기 중공 섬유 다발을 냉각하여 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 고체화하여 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    f) 임의로, 반대편 중공 섬유 막 말단들에 대해 a)에서 d)단계를 반복하여 두번째 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    g) 적어도 하나의 포팅된 말단을 잘라내어 상기 포팅된 중공 섬유 막 말단들을 개방하는 단계 및,
    h) 임의로, 반대쪽 포팅되지 않은 중공 섬유 막 말단들을 밀봉하는 단계로 이루어지는 방법.
  3. 내경, 외경 및 다공성 벽 사이를 갖고, 중공 본체 내에 세로 방향으로 배열되고, 두개의 말단을 갖는, 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을 포함하는 필터요소를 생산하는 방법으로, 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들의 한쪽 또는 양쪽말단 부분은 과불소화된 열가소성 폴리머로 포팅되고, 그리고 적어도 하나의 포팅된 말단이 상기 내경을 통한 유체흐름이 개방되어 있고, 상기 방법은;
    a) 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을, 상기 섬유들의 내경을 통한 용융된 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질의 흐름에 제한된 적어도 하나의 말단을 갖는 섬유 다발로 제조하는 단계,
    b) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 상기 과불소화된 중공섬유 막들의 용융점이나 연화점보다 낮고, 그리고 상기 포팅 물질의 용융점 또는 연화점보다 높은 온도에서, 상기 적어도 한쪽 말단의 상기 중공 섬유 막들 주위로 흐르게 하여, 상기 과불소화된 열가소성 폴리머로 상기 부분의 섬유들 간의 간극 공간들을 완전히 채우는 단계,
    c) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 냉각하여 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 고체화하여 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    d) 임의로, 반대편 중공 섬유 막 말단들에 대해 a)에서 c)단계를 반복하여 두번째 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    e) 적어도 하나의 포팅된 말단을 잘라내어 상기 포팅된 중공 섬유 막 말단들을 개방하는 단계, 및
    f) 임의로, 반대쪽 포팅되지 않은 중공 섬유 막 말단들을 밀봉하는 단계로 이루어지는 방법.
  4. 내경, 외경 및 다공성 벽 사이를 갖고, 중공 본체 내에 세로 방향으로 배열되고, 두개의 말단을 갖는, 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을 포함하는 필터요소를 생산하는 방법으로, 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들의 한쪽 또는 양쪽말단 부분은 과불소화된 열가소성 폴리머로 포팅되고, 그리고 적어도 하나의 포팅된 말단이 상기 내경을 통한 유체흐름이 개방되어 있고, 상기 방법은;
    a) 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을, 상기 섬유들의 내경을 통한 용융된 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질의 흐름에 제한된 적어도 하나의말단을 갖는 섬유 다발로 제조하는 단계,
    b) 일정량의 과불소화된 열가소성 포팅 물질로 임시 오목부를 만드는 단계,
    c) 상기 임시 오목부의 고정된 위치에 밀봉된 말단으로 상기 중공 섬유 막 다발을 위치시키는 단계,
    d) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을, 상기 과불소화된 중공 섬유 막들의 용융점이나 연화점보다 낮고, 그리고 상기 포팅 물질의 용융점 또는 연화점보다 높은 온도로 유지시키고, 여기서, 상기 열가소성 폴리머 포팅 물질은 상기 중공 섬유 막들 주위와 상부로 흘러서 상기 과불소화된 열가소성 폴리머로 상기 부분의 섬유들 간에 있는 간극 공간들을 완전히 채우는 단계,
    e) 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질 및 상기 중공 섬유 다발을 냉각하여 상기 과불소화된 열가소성 폴리머 포팅 물질을 고체화하여 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    f) 임의로, 반대편 중공 섬유 막 말단들에 대해 a)에서 d)단계를 반복하여 두번째 포팅된 말단을 형성하는 단계,
    g) 적어도 하나의 포팅된 말단을 잘라내어 상기 포팅된 중공 섬유 막 말단들을 개방하는 단계 및,
    h) 임의로, 반대쪽 포팅되지 않은 중공 섬유 막 말단들을 밀봉하는 단계로 이루어지는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 섬유 막들은 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 또는 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌)으로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))의 알킬은 프로필, 메틸, 또는 메틸과 프로필의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포팅 물질은 중공 섬유 막들을 제조하는데 사용되는 물질의 용융 또는 연화 온도보다 낮은 용융 또는 연화 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 포팅 물질의 용융 또는 연화 온도가 중공 섬유 막을 제조하는데 사용되는 물질의 용융 또는 연화 온도보다 적어도 약 5℃ 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 포팅 물질의 용융 또는 연화 온도가 중공 섬유 막을 제조하는데 사용되는 물질의 용융 또는 연화 온도보다 적어도 약 10℃ 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 포팅 물질의 용융 또는 연화 온도가 중공 섬유 막을 제조하는데 사용되는 물질의 용융 또는 연화 온도보다 약 40℃ 이상으로는 낮지 않은 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 포팅 물질의 용융 또는 연화 온도가 중공 섬유 막을 제조하는데 사용되는 물질의 용융 또는 연화 온도보다 약 10℃ 이상으로는 낮지 않은 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 과불소화된 열가소성 포팅 물질이 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 또는 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌)인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))의 알킬은 프로필, 메틸, 또는 메틸과 프로필의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 과불소화된 열가소성 포팅 물질이 약 250℃ 내지 약 260℃의 용융점을 갖는 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 중공 섬유 막의 패킹 밀도가 약 70%보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 중공 섬유 막의 패킹 밀도가 약 65%보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 중공 섬유 막의 패킹 밀도가 약 55%보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 중공 본체가 포팅 물질과 동일한 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 섬유 막들의 다발이 양쪽 말단이 모두 밀봉된 중공 섬유 막들의 권선된 매트인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 권선된 매트가 코어주위로 권선되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 내경, 외경 및 다공성 벽사이를 갖고, 중공 본체 내에 세로 방향으로 배열되고, 두개의 말단을 갖는, 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들을 포함하고, 상기 다수의 과불소화된 중공 섬유 막들의 한쪽 또는 양쪽 말단의 부분은 과불소화된 열가소성 폴리머로 포팅되고, 그리고 적어도 하나의 포팅된 말단이 상기 내경을 통한 유체흐름에 개방되어 있는 제 3항 또는 제 4항의 방법에 의해서 제조되는 필터 요소.
  22. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 중공 섬유 막들은 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 또는 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌)으로 제조된 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))의 알킬은 프로필, 메틸, 또는 메틸과 프로필의 혼합물인 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  24. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 과불소화된 열가소성 포팅 물질이 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)) 또는 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌)인 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  25. 제 22항에 있어서, 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르))의 알킬은 프로필, 메틸, 또는 메틸과 프로필의 혼합물인 것을 특징으로하는 필터 요소.
  26. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 중공 섬유 막의 패킹 밀도가 70%보다 작은 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  27. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 중공 섬유 막의 패킹 밀도가 65%보다 작은 것을 특징으로 하는 필터 요소.
  28. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 중공 섬유 막의 패킹 밀도가 55%보다 작은 것을 특징으로 하는 필터 요소.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015046980A1 (ko) * 2013-09-30 2015-04-02 삼성에스디아이 주식회사 중공사막 모듈, 이의 제조 방법, 이를 위한 헤더 장치 및 중공사막 구속 장치

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6802972B1 (en) 1999-01-29 2004-10-12 Mykrolis Corporation Microporous hollow fiber membranes from perfluorinated thermoplastic polymers
US6582496B1 (en) 2000-01-28 2003-06-24 Mykrolis Corporation Hollow fiber membrane contactor
US6921482B1 (en) 1999-01-29 2005-07-26 Mykrolis Corporation Skinned hollow fiber membrane and method of manufacture
ES2240075T3 (es) * 1999-01-29 2005-10-16 Mykrolis Corporation Metodo para fabricar membranas de fibra hueca.
US7347937B1 (en) * 2000-01-28 2008-03-25 Entegris, Inc. Perfluorinated thermoplastic filter cartridge
US20040096821A1 (en) * 2001-02-05 2004-05-20 Keenan Elizabeth Ann Detection of micro-organisms
WO2003029744A2 (en) 2001-10-01 2003-04-10 Mykrolis Corporation A thermoplastic heat exchanger and method of making the same
CZ2002184A3 (cs) * 2002-01-16 2003-09-17 Eidos, S. R. O. Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy
JP4498748B2 (ja) * 2002-03-19 2010-07-07 インテグリス・インコーポレーテッド 中空糸膜接触装置およびプロセス
US20050001340A1 (en) * 2003-05-30 2005-01-06 Page John K. Apparatus for the preparation of liquids for the dispense of beverages
US20060285091A1 (en) * 2003-07-21 2006-12-21 Parekh Bipin S Lithographic projection apparatus, gas purging method, device manufacturing method and purge gas supply system related application
US7384149B2 (en) * 2003-07-21 2008-06-10 Asml Netherlands B.V. Lithographic projection apparatus, gas purging method and device manufacturing method and purge gas supply system
US20070144716A1 (en) * 2003-12-22 2007-06-28 Doh Cha P Potted exchange devices and methods of making
US20070074733A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-05 Philip Morris Usa Inc. Cigarettes having hollow fibers
EP2042228A4 (en) * 2006-07-10 2011-07-06 Asahi Kasei Chemicals Corp METHOD FOR PRODUCING HOLLOW FIBER MEMBRANE BUNNERS
US8113215B2 (en) * 2007-06-21 2012-02-14 Philip Morris Usa Inc. Smoking article filter having liquid additive containing tubes therein
US7867319B2 (en) * 2008-04-01 2011-01-11 Honeywell International Inc. Filled epoxy tubesheet
US7875176B2 (en) * 2009-03-06 2011-01-25 Porous Media Corporation Membrane module for fluid filtration
US8540081B2 (en) 2011-03-16 2013-09-24 Markel Corporation Fluoropolymer hollow fiber membrane with fluoro-copolymer and fluoro-terpolymer bonded end portion(s) and method to fabricate
KR101382672B1 (ko) * 2011-12-09 2014-04-07 기아자동차주식회사 연료전지 막 모듈 제조방법
EP2794075A4 (en) * 2011-12-22 2015-11-25 Refine Technology Llc HOLLOW FIBER CARTRIDGES AND COMPONENTS AND METHOD FOR THEIR CONSTRUCTION
EP2866922B1 (en) * 2012-06-28 2018-03-07 Evoqua Water Technologies LLC A potting method
US9555375B2 (en) 2012-08-17 2017-01-31 General Electric Company Method of potting hollow fiber membranes and apparatus for filtering liquid with hollow fiber membranes
US9283524B2 (en) * 2013-12-20 2016-03-15 L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude Woven membrane module with controlled tubesheet epoxy wicking
US10981117B2 (en) * 2015-07-09 2021-04-20 Entegris, Inc. Blended potting resins and use thereof
CN116057135A (zh) * 2020-09-10 2023-05-02 大金工业株式会社 涂料组合物和涂装品
CN112387124A (zh) * 2020-11-11 2021-02-23 杰纳斯(北京)科技有限公司 一种中空纤维帘式膜元件的封装方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3760949A (en) * 1971-08-13 1973-09-25 Us Interior Sealing means for hollow fiber bundles
JPS51128880A (en) * 1975-05-02 1976-11-10 Nippon Zeon Co Method of securing yarn bundle end to case
US4315819A (en) * 1978-06-12 1982-02-16 Monsanto Company Hollow fiber permeator apparatus
DE3425027A1 (de) * 1983-07-08 1985-01-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka Fluorharz-filter
GB2152399A (en) 1984-01-03 1985-08-07 Hr Textron Inc Filter element
FR2566003B1 (fr) 1984-06-13 1987-07-24 Inst Nat Rech Chimique Fibres creuses, leur procede de fabrication et leurs applications notamment dans le domaine des separations par membranes
DE3577404D1 (de) 1984-09-10 1990-06-07 Hr Textron Inc Vollstaendig aus fluorkohlenstoffharz hergestelltes filterelement.
EP0217482A1 (en) 1985-07-19 1987-04-08 Hr Textron Inc. Filter element
JPS6420314A (en) * 1987-07-13 1989-01-24 Asahi Chemical Ind Production of improved hollow fiber membrane
US4980060A (en) * 1987-07-13 1990-12-25 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Hollow fiber membranes with fusion-bonded end portions
WO1989000879A1 (en) 1987-07-30 1989-02-09 Toray Industries, Inc. Porous polymetrafluoroethylene membrane, separating apparatus using same, and process for their production
US4990294A (en) 1988-05-04 1991-02-05 Millipore Corporation Process for producing fluorocarbon membranes and membrane product
US5032274A (en) 1988-05-04 1991-07-16 Millipore Corporation Process for producing fluorocarbon membranes and membrane product
US4902456A (en) 1988-05-04 1990-02-20 Millipore Corporation Fluorocarbon membranes and process for making fluorocarbon membranes
US4906377A (en) 1988-05-04 1990-03-06 Millipore Corporation Fluorocarbon membranes and process for making fluorocarbon membranes
US5154827A (en) 1990-01-22 1992-10-13 Parker-Nannifin Corporation Laminated microporous fluorocarbon membrane and fluorocarbon filter cartridge using same
JP3077260B2 (ja) 1991-06-01 2000-08-14 住友電気工業株式会社 中空糸状多孔質分離膜エレメントおよびその製造方法
US5855783A (en) 1991-11-15 1999-01-05 Memtec America Corporation Pleated poly(tetra-fluoro ethylene) filter cartridge
US5490931A (en) 1992-02-24 1996-02-13 Hoechst Celanese Corp. Fabrication of a fluoropolymer hollow fiber having a defect-free separation layer
US5228992A (en) * 1992-03-03 1993-07-20 Pall Corporation Process for preparing hollow fiber separatory devices
US5695702A (en) 1994-07-01 1997-12-09 Millipore Corporation Thermoplastic hollow fiber membrane module and method of manufacture
EP0855212B1 (en) * 1995-09-21 2006-11-15 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Hollow fiber membrane module
JP3077020B2 (ja) 1996-04-25 2000-08-14 株式会社キッツ 中空糸型分離膜モジュール
US5762789A (en) 1996-06-28 1998-06-09 Millipore Corporation Disposable membrane module with low-dead volume
WO2000044487A1 (en) 1999-01-29 2000-08-03 W. R. Grace & Co.-Conn. Sugar derivative composition for modifying properties of cement and cementitious compositions and processes for manufacturing same
ES2265337T3 (es) 1999-01-29 2007-02-16 Entegris, Inc. Contactor de membranas de fibras huecas.
ES2240075T3 (es) * 1999-01-29 2005-10-16 Mykrolis Corporation Metodo para fabricar membranas de fibra hueca.
KR100607021B1 (ko) 1999-01-29 2006-08-01 엔테그리스, 아이엔씨. 퍼플루오르화 열가소성 수지제 필터 카트리지
US6582496B1 (en) * 2000-01-28 2003-06-24 Mykrolis Corporation Hollow fiber membrane contactor
AU2975600A (en) 1999-01-29 2000-08-18 Millipore Corporation Microporous hollow fiber membranes from perfluorinated thermoplastic polymers
AU3217400A (en) 1999-01-29 2000-08-18 Millipore Corporation Method of forming a perfluorinated, thermoplastic hollow fiber module
WO2000044482A2 (en) 1999-01-29 2000-08-03 Millipore Corporation Skinned hollow fiber membrane and method of manufacture

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015046980A1 (ko) * 2013-09-30 2015-04-02 삼성에스디아이 주식회사 중공사막 모듈, 이의 제조 방법, 이를 위한 헤더 장치 및 중공사막 구속 장치
US10155202B2 (en) 2013-09-30 2018-12-18 Lotte Advanced Materials Co. Ltd. Hollow fibre membrane module, manufacturing method therefor, header apparatus for hollow fibre membrane module and hollow fibre membrane restraining apparatus

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Publication number Publication date
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AU3477100A (en) 2000-08-18

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