SU1725993A1

SU1725993A1 - Method of fabricating membrane apparatus based on hollow fibers

Info

Publication number: SU1725993A1
Application number: SU904838133A
Authority: SU
Inventors: Валерий Иванович Карандин; Вячеслав Васильевич Машкин; Александр Владимирович Алексеев
Original assignee: Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1992-04-15

Abstract

Изобретение относитс к мембранной технике и предназначено дл изготовлени мембранных аппаратов, в частности диализаторов или ультрафильтров. Цель изобретени - повышение производительности процесса за счет ускорени отверждени герметика. Подготовленный пучок полых волокон размещают в трубчатом корпусе, на торцы корпуса устанавливают заглушки и подвод т жидкий герметик к концам пучка при вращении корпуса и нагревании до 35-85&deg;С. Затем скорость вращени корпуса увеличивают в 1,5-2,0 раза. После отверждени герметика концы пучка волокон обрезают. 1 ил.The invention relates to membrane technology and is intended for the manufacture of membrane apparatuses, in particular dialyzers or ultrafilters. The purpose of the invention is to increase the productivity of the process by accelerating the curing of the sealant. The prepared bundle of hollow fibers is placed in a tubular body, plugs are installed on the ends of the body and liquid sealant is applied to the ends of the beam when the body rotates and is heated to 35-85 ° C. Then the rotation speed of the body is increased 1.5-2.0 times. After the sealant has cured, the ends of the fiber bundle are trimmed. 1 il.

Description

Изобретение относитс к мембранной технике и предназначено дл изготовлени мембранных аппаратов, в частности диализаторов или ультрафильтров, которые могут использоватьс в качестве искусственной почки дл очистки крови и лимфы от токсических продуктов метаболизма и экзогенных дов.The invention relates to membrane technology and is intended for the manufacture of membrane apparatuses, in particular dialyzers or ultrafilters, which can be used as an artificial kidney for purifying blood and lymph from toxic products of metabolism and exogenous poisons.

Известен способ изготовлени таких аппаратов, включающий в себ операции подготовки пучка полых волокон, размещени пучка в трубчатом корпусе, заливки концов пучка полых волокон герметикой, после отверждени которого залитые участки обрезают тонкими сло ми дл открыти каналов волокон в пучке.A known method of manufacturing such apparatuses includes the preparation of a bundle of hollow fibers, placing the bundle in a tubular body, pouring the ends of the bundle of hollow fibers with a sealant, after which the embedded areas are cut into thin layers to open the fiber channels in the bundle.

Недостатком данного способа вл етс неполное проникновение жидкого герметика между волокнами в пучке, что обусловливает плохое качество герметизации.The disadvantage of this method is the incomplete penetration of the liquid sealant between the fibers in the bundle, which results in poor sealing quality.

Известен также способ изготовлени устройств массопереноса на основе полого волокна, заключающийс в размещении заполненного жидкостью полого волокна с заглушенными концами в корпусе. Торцовые зоны корпуса заполн ют жидким гермети- ком, который в процессе вращени корпуса вместе с жидкостью в полом волокне смещаетс под действием центробежной силы в концевые зоны, где происходит отверждение жидкого , герметика. При этом качество заливки значительно повышаетс . A method of manufacturing mass transfer devices based on a hollow fiber is also known, which consists in placing a liquid-filled hollow fiber with the ends plugged in the housing. The end zones of the housing are filled with a liquid sealant, which during rotation of the shell together with the liquid in the hollow fiber is displaced under the action of centrifugal force to the end zones, where the solidification of the fluid sealant takes place. At the same time, the quality of the casting is greatly improved.

Недостатком данного способа вл етс необходимость значительных затрат времени на изготовление мембранных аппаратов, основна часть которых состоит из времени, в течение которого герметик подвод т к конХ|The disadvantage of this method is the need for a significant investment of time for the manufacture of membrane units, the main part of which consists of the time during which the sealant is applied to the conx |

к сл о юto sl o y

САCa

цевым зонам пучка полых волокон, времени удалени воздушных включений из его толщи и времени отверждени герметика.the core zones of the hollow fiber bundle, the time for removal of air inclusions from its thickness, and the curing time of the sealant.

Наиболее близким к предлагаемому решению вл етс способ изготовлени мембранных аппаратов на основе полых волокон, включающий операции подготовки пучка полых волокон, размещени пучка в трубчатом корпусе, установки заглушек на торцы корпуса, подвода жидкого герметика к концам пучка из дозатора, вращающегос вместе с корпусом вокруг поперечной оси и срезки концов пучка после отверждени герметика. Этот способ позвол ет сократить количество используемого герметика. Однако при данном способе также необходимы значительные затраты времени на проведение герметизации концов пучка полых волокон.The closest to the proposed solution is a method of manufacturing hollow fiber membrane-based apparatus, including preparing a bundle of hollow fibers, placing the bundle in a tubular body, installing plugs on the ends of the body, supplying a liquid sealant to the ends of the beam from a metering device rotating with the body around the transverse axes and cutting the ends of the beam after the sealant has cured. This method reduces the amount of sealant used. However, this method also requires considerable time spent on sealing the ends of the bundle of hollow fibers.

Целью изобретени вл етс повышение производительности процесса за счет ускорени отверждени герметика.The aim of the invention is to increase the productivity of the process by accelerating the curing of the sealant.

Поставленна цель достигаетс тем, что при изготовлении мембранных аппаратов на основе полых волокон по известному способу, включающему подготовку пучка полых волокон, размещение пучка в трубчатом корпусе, установку заглушек на торцы корпуса, подвод жидкого герметика к концам пучка из дозатора в процессе вращени корпуса с пучком по окружности с радиусом, проход щим вдоль продольной оси корпуса , и срезки концов пучка после отверждени герметика, особенностью вл етс то, что в процессе подвода жидкого герметика к концам пучка полых волокон и вращени корпуса с пучком полых волокон, его нагревают до 35-85°С, а после окончани подвода герметика скорость вращени корпуса увеличивают в 1,5-2 раза.The goal is achieved by the manufacture of hollow fiber membrane-based apparatus according to a known method, including preparing a bundle of hollow fibers, placing the bundle in a tubular body, installing plugs on the ends of the body, supplying liquid sealant to the ends of the beam from the dispenser during rotation of the body with the beam circumferentially with a radius extending along the longitudinal axis of the body and cutting the ends of the beam after the sealant has cured, it is peculiar that in the process of supplying the liquid sealant to the ends of the hollow beam curl and rotation of the housing with a bundle of hollow fibers, it is heated to 35-85 ° C, and after the end of the supply of sealant, the rotation speed of the housing is increased by 1.5-2 times.

При изготовлении мембранных аппаратов по предлагаемому способу в процессе подвода жидкого герметика к концам пучка полых волокон и вращени корпуса с пучком герметик, соприкасающийс со стенками корпуса и полых волокон, нагреваетс , что первоначально уменьшает его в зкость и увеличивает текучесть, одновременно в нем ускор ютс процессы полимеризации. Величина температуры нагрева определ етс из услови технологичности, типа используемого герметика, теплостойкости материалов и лежит в пределах 35-85°С. После прекращени подвода герметика скорость вращени корпуса с пучком увеличивают в 1,5-2 раза. Следует отметить, что скорость вращени в процессе подвода герметика к концам пучка полых волокон ограничиваетс условием недопущени смещени концов полых волокон вследствие динамического воздействи потока жидкого герметика , которое может быть вызвано в результате перемещени жидкого герметика между полыми волокнами в пучке. ПоэтомуIn the manufacture of membrane apparatuses according to the inventive method, in the process of supplying a liquid sealant to the ends of the hollow fiber bundle and rotating the housing with the beam, the sealant in contact with the walls of the housing and the hollow fibers heats up, which initially reduces its viscosity and increases flowability, while accelerating processes polymerization. The value of the heating temperature is determined from the conditions of manufacturability, the type of sealant used, the heat resistance of materials and lies within 35-85 ° C. After stopping the supply of sealant, the speed of rotation of the body with the beam is increased 1.5-2 times. It should be noted that the rotational speed in the process of supplying the sealant to the ends of the hollow fiber bundle is limited by the condition that the ends of the hollow fibers are not displaced due to the dynamic effect of the flow of liquid sealant, which can be caused by moving the liquid sealant between the hollow fibers in the beam. therefore

5 первоначальна скорость задаетс меньше, чем скорость, с которой вращаетс корпус с пучком после окончани поступлени герметика . При этом с увеличением скорости увеличиваетс выталкивающа сила, дейст0 вующа на воздушные включени в герметике , и ускор етс процесс их удалени , несмотр на увеличение в зкости герметика , которое происходит вследствие ускорени процесса полимеризации. Сам5, the initial speed is set less than the speed at which the body with the beam rotates after the sealant has arrived. At the same time, with increasing speed, the pushing force increases, which acts on air inclusions in the sealant, and accelerates their removal, despite the increase in viscosity of the sealant, which occurs due to acceleration of the polymerization process. Himself

5 герметик в это врем не перемещаетс и смещение концов пучка полых волокон не происходит. Максимальна скорость вращени ограничиваетс из-за возможности деформации сечени полого волокна от5, the sealant does not move at this time and no displacement of the ends of the bundle of hollow fibers occurs. The maximum rotational speed is limited due to the possibility of deformation of the hollow fiber section from

0 сдавливающего воздействи на него со стороны герметика.0 pressure from the sealant.

При использовании предлагаемого технического решени по сравнению с аналогами и прототипом сокращаетс врем When using the proposed technical solution in comparison with analogues and prototype, the time is reduced

5 изготовлени мембранных аппаратов на основе полого волокна. Это достигаетс за счет ускорени процесса отверждени герметика при нагревании корпуса с пучком полых волокон в процессе вращени до 350 85°С, При этом качество герметизации сохран етс благодар увеличению скорости вращени корпуса с пучком не менее, чем в 1,5-2 раза, после сокращени подвода жидкого герметика к концам пучка полых воло5 кон.5 manufacturing hollow fiber based membrane apparatuses. This is achieved by accelerating the process of curing the sealant when the body with a bundle of hollow fibers is heated during rotation to 350-85 ° C. At the same time, the sealing quality is maintained due to an increase in the speed of rotation of the body with the beam not less than 1.5-2 times reducing the supply of liquid sealant to the ends of the bundle of hollow hairs;

Способ иллюстрируетс чертежом. П р и м е р 1. Мембранные аппараты изготавливают на установке, схема которой показана на чертеже.The method is illustrated in the drawing. PRI me R 1. Membrane devices are manufactured on the installation, the scheme of which is shown in the drawing.

0 Пучок полых волокон подготавливают по любой известной технологии и размещают пучок 2 в трубчатом корпусе 1. Затем устанавливают на торцы корпуса 1 заглушки 3, подают жидкий герметик 4 из дозатора 5,0 A bundle of hollow fibers is prepared by any known technology and placed beam 2 in a tubular body 1. Then, plugs 3 are installed on the ends of body 1, liquid sealant 4 is supplied from dispenser 5,

5 расположенного на корпусе 1, в процессе вращени корпуса 1 на центрифуге 6 и нагревают корпус 1 с пучком 2 до 35-85°С, например, в сушильном шкафу 7, После окончани подвода герметика 4 скорость5 located on the housing 1, in the process of rotating the housing 1 on the centrifuge 6 and heating the housing 1 with the beam 2 to 35-85 ° C, for example, in the drying cabinet 7, after the completion of the sealant supply 4 speed

0 вращени корпуса 1 увеличивают в 1,5-2 раза.0 rotation of the housing 1 is increased by 1.5-2 times.

Трубчатый корпус мембранного аппарата имел длину 140 мм, наружный диаметр - 54 мм и был выполнен из поликарбонатаThe tubular body of the membrane apparatus had a length of 140 mm, an outer diameter of 54 mm and was made of polycarbonate

5 марки ПК-5. Волокна изготавливались из полисульфонатипа ПСФ и имели наружный диаметр 500-550 мм с толщиной стенок 50- 100 мкм. Число волокон составл ло 5000. В качестве герметика использовалс полиуретан марки СКУ-ПФЛ. Вращение корпуса на5 marks PK-5. The fibers were made of polysulfonatype PSF and had an outer diameter of 500-550 mm with a wall thickness of 50-100 microns. The number of fibers was 5000. Polyurethane SKU-PFL was used as a sealant. Body rotation on

центрифуге с радиусом 170 мм производилось в сушильном шкафу марки УС.ЗУ, где создавалась температура 50°С, с первона чальной скоростью 300 об/мин и последующим увеличением скорости до 600 об/мин после перемещени герметика из дозатора в концевые зоны корпуса. Момент прекращени перемещени герметика определ лс на одном образце визуально с помощью стробоскопа и засекалось врем , которое составило 2 мин. Общее врем центрифугировани составл ло 15 мин. Подобным способом было изготовлено 10 образцов. После окончани вращени герметик имел высокую степень полимеризации, текучесть отсутствовала , воздушных включений в толще герметика не было. Одновременно было получено 10 образцов мембранных аппаратов , при изготовлении которых температура , врем вращени и скорости вращени не измен лись. У шести образцов из этой партии в толще герметика были вы влены воздушные пузыри, которые при обрезании привели к разгерметизации концов пучка полых волокон После этого были изготовлены 10 образцов мембранных аппаратов при комнатной температуре с тем же временем вращени . После окончани вращени герметик имел высокую степень текучести, что потребовало дополнительного времени дл деполимеризации в течение 15 мин при 50°С. Воздушные включени в толще герметика отсутствовали.A centrifuge with a radius of 170 mm was produced in a US.ZU drying cabinet, where a temperature of 50 ° C was created, with an initial speed of 300 rpm and a subsequent increase in speed to 600 rpm after the sealant moved from the dispenser to the end zones of the housing. The moment when the sealant stopped moving was determined visually on a single sample using a stroboscope, and the time was measured, which was 2 minutes. The total centrifugation time was 15 minutes. In a similar way 10 samples were made. After the end of rotation, the sealant had a high degree of polymerization, there was no flow, there were no air inclusions in the thickness of the sealant. At the same time, 10 samples of membrane devices were obtained, during the manufacture of which the temperature, rotation time and rotation speed did not change. Air bubbles were detected in six samples from this lot in the thickness of the sealant, which, when cut off, led to the depressurization of the ends of the bundle of hollow fibers. After that, 10 samples of membrane devices were made at room temperature with the same rotation time. After rotation was complete, the sealant had a high degree of fluidity, which required additional time for depolymerization for 15 minutes at 50 ° C. Air inclusions in the sealant thickness were absent.

Пример 2. У 15 образцов мембранных аппаратов с теми же параметрами, что и в примере 1, производилась герметизаци концов пучка полых волокон быстродействующим компаундом марки КЛТ-30. Заливка первых п ти образцов производилась при 35 С со скоростью 300 об/мин и увеличением скорости до 600 об/мин. Врем вращени составл ло 5 мин. Качество заливки было хорошим. У вторых п ти образцов заливка производилась при комнатной температуре и том же времени вращени . Компаунд КЛТ-30 в этом случае был отверж- ден не полностью, что потребовало дополнительного отверждени в течение 10 мин.Example 2. At 15 samples of membrane devices with the same parameters as in example 1, the ends of the bundle of hollow fibers were sealed with a KLT-30 compound with a high-speed compound. The first five samples were filled at 35 C at a speed of 300 rpm and an increase in speed up to 600 rpm. The rotation time was 5 minutes. The fill quality was good. In the second five samples, pouring was performed at room temperature and the same spin time. Compound KLT-30 in this case was not fully cured, which required additional curing for 10 minutes.

П ть последних образцов были залиты при 35°С, но без увеличени скорости вращени . У всех этих образцов в центральной области торцевого сечени пучка имелись незаполненные участки.The last five samples were cast at 35 ° C, but without increasing the rotation speed. All these samples in the central region of the end section of the beam had empty areas.

Пример 3. У 15 образцов мембранных аппаратов с аналогичными параметрамиExample 3. 15 samples of membrane devices with similar parameters.

производилась заливка торцов эпоксидной смолой марки ЭД. П ть первых образцов заливались при 85°С, первоначальной скорости вращени 300 об/мин с последующимthe ends were filled with epoxy resin mark ED. The five first samples were cast at 85 ° C, the initial rotational speed of 300 rpm followed by

увеличением скорости до 450 об/мин. Врем вращени составл ло 2 ч. Качество заливки было хорошим. У п ти вторых образцов заливка производилась при комнатной температуре с тем же режимом изменени скорости. После окончани вращени компаунд имел текучесть, что потребовало дополнительного времени дл полимеризации в течение 2 ч. Треть парти из п ти образцов была залита при 85°С безincrease speed up to 450 rpm The spin time was 2 hours. The fill quality was good. In the five second samples, the pouring was performed at room temperature with the same mode of change of speed. After the rotation was completed, the compound had fluidity, which required additional time to polymerize for 2 hours. A third batch of five samples was cast at 85 ° C without

изменени скорости вращени . После окончани вращени в толще компаунда у трех образцов имелись пузыри воздуха, что свидетельствует о некачественной заливке. Из приведенных примеров следует, чтоchanges in rotational speed. After the termination of rotation in the thickness of the compound, three samples had air bubbles, which indicates a poor-quality fill. From the above examples it follows that

дл компаундов, имеющих высокую скорость отверждени , таких как полиуретан или КЛТ-30, скорость вращени дл удалени пузырей воздуха при повышенной температуре необходимо увеличивать примерно в 2for compounds with a high cure rate, such as polyurethane or KLT-30, the rotational speed to remove air bubbles at elevated temperatures must be increased by about 2

раза, а дл компаундов с низкой скоростью полимеризации, например дл эпоксидных смол, скорость вращени достаточно увеличить примерно в 1,5 раза. Следует отметить, что температуры нагрева в процессе вращени определ лись в соответствии с теми предельными значени ми, которые допускаютс в каждом конкретном случае заливки дл примен емых компаундов.times, and for compounds with a low polymerization rate, for example, for epoxy resins, it is sufficient to increase the rotation speed by about 1.5 times. It should be noted that the heating temperatures during rotation were determined in accordance with the limit values that are allowed in each particular case of casting for the compounds used.

Таким образом, изобретение позвол етThus, the invention allows

повысить производительность тру да при изготовлении мембранных апларатов на основе полых волокон за счет сокращени времени на герметизацию концов пучков полых волокон и получить значительныйto increase labor productivity in the manufacture of hollow fiber membrane based devices by reducing the time for sealing the ends of hollow fiber bundles and to obtain significant

экономический эффект.economic effect.

Claims

The invention The method of manufacturing a membrane apparatus based on hollow fibers, including the preparation of a bundle of hollow fibers, its

placement in a tubular body, installation of plugs on the ends of the body, supplying a liquid sealant to the ends of the beam when the body rotates and cutting off the ends of the beam after the sealant has cured, characterized in that, in order to increase productivity by accelerating the cure of the sealant when heated to a temperature of 35-85 ° C, after which the rotation speed

cases increase 1.5-2.0 times.