WO2012147926A1 - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents
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- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/06—External membrane module supporting or fixing means
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a hollow fiber membrane module used for water treatment and the like.
- Such a hollow fiber membrane module can be manufactured by the following method, for example. First, a plurality of hollow fiber membranes are aligned and their ends are placed in a container. Next, by injecting a fixing resin into the container and curing it, the ends of the hollow fiber membranes are fixed and integrated to form a hollow fiber membrane bundle. Next, after removing the hollow fiber membrane focusing body from the container, the end portion of each hollow fiber membrane is opened by cutting the portion integrated with the fixing resin.
- the hollow fiber membrane module with the housing attached to the end of the hollow fiber membrane focusing body can be obtained by inserting the open end of the hollow fiber membrane focusing body into the housing and then pouring the adhesive resin. .
- the entire container may be cut without removing the container.
- a method of cutting the end of the hollow fiber membrane bundle there is a method of placing the hollow fiber membrane bundle on a table and cutting with a guillotine type cutting blade. is there. Specifically, the hollow fiber membrane focusing body is placed so that the end to be cut protrudes from the table, and the guillotine cutting blade is lowered and cut off from the protruding portion.
- the formed cut surface is not a plane perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane, but is inclined obliquely. there were.
- the fixing resin may be chipped or burred on the cut surface. If the cut surface is tilted or the fixing resin is chipped or burred, an extra gap is formed when the hollow fiber membrane bundle is inserted into the housing. There was a risk of flowing into the opened end portion and blocking the hollow fiber membrane.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and when cutting the end portion of the hollow fiber membrane focusing body with a cutting blade, it is perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane and is free from chipping, burrs, and the like. It is an object to provide a method capable of forming a good cut surface.
- the end of the hollow fiber membrane converging body in which the ends of two or more hollow fiber membranes are integrated with a fixing resin includes a cutting blade.
- a hollow fiber membrane module manufacturing method comprising a cutting step of cutting with a cutting device and opening an end of each hollow fiber membrane, wherein the cutting step has a bending elastic modulus of 1 GPa or more and a thickness of 1 to 5 mm.
- the support sheet cuts the end portion together with the support sheet while supporting at least the end portion of the hollow fiber membrane bundle from below. It is preferable that the bending elastic modulus of the support sheet is 75 GPa or less.
- the surface roughness of the support sheet is preferably 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m in terms of centerline average roughness Ra.
- the material of the support sheet is preferably polypropylene.
- the cutting step is preferably performed in two or more steps. In the cutting step, the hollow fiber membrane focusing body is cut while being clamped from above, and the clamp pressing surface is preferably formed of an elastic body having a Shore A hardness of 60 to 99. It is preferable that the static friction coefficient of the support sheet is 0.2 to 0.9.
- the cutting blade preferably has an HRC hardness of 50 to 65.
- the cutting blade preferably has an inclination angle of 5 ° to 20 ° in the longitudinal direction. It is preferable that the cutting device is provided with guide means in which a slope is formed below the cutting blade to guide the cutting waste generated by the cutting process to a predetermined position.
- a good cut surface that is perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane and is free from chipping and burrs can be formed.
- FIG. 2 is a sectional view taken along line X-X ′ of the hollow fiber membrane module of FIG. 1. It is a perspective view explaining the manufacturing method of the hollow fiber membrane module of FIG. It is a perspective view explaining the manufacturing method of the hollow fiber membrane module of FIG. It is a perspective view explaining the manufacturing method of the hollow fiber membrane module of FIG. It is a model diagram explaining a cutting process. It is a model diagram explaining a cutting process.
- FIG. 1 is a perspective view showing an example of a hollow fiber membrane module manufactured by the manufacturing method of the present invention
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG.
- the hollow fiber membrane module 10 of this example includes a hollow fiber membrane focusing body 20 including two or more hollow fiber membranes 21 and water collecting housings 30 provided at both ends of the hollow fiber membrane focusing body 20. It is prepared for. Both ends of the hollow fiber membrane 21 are open and communicated with the flow path 31 in the housing 30, and are fixed in the housing 30 by the resin 40.
- Examples of the material of the hollow fiber membrane 21 include polysulfone resin, polyacrylonitrile, cellulose derivatives, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, fluorine resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyamide, polyester, polymethacrylate, poly An acrylate etc. are mentioned, Resin containing 1 or more types among these can be used. In addition, copolymers of these resins or those having a substituent introduced into a part thereof may be used.
- a material having mechanical strength and durability is preferably used.
- polycarbonate, polysulfone, polyolefin, PVC (polyvinyl chloride), acrylic resin, ABS resin, modified PPE (polyphenylene ether) and the like are used. Resins containing one or more of these can be used.
- the fixing resin 41 is poured into the container 50 and cured. After the fixing resin 41 is cured, in this example, the container 50 is removed from the fixing resin 41 as shown in FIG. 3B. Thereby, the hollow fiber membrane focusing body 20 in which the ends of the hollow fiber membrane 21 are fixed and integrated is obtained.
- the fixing resin 41 include epoxy resins, unsaturated polyester resins, polyurethane resins, silicone fillers, and various hot melt resins.
- the hollow fiber membrane focusing body 20 a portion integrated by the fixing resin 41 is cut by a cutting device described below, and the end of each hollow fiber membrane 21 is opened as shown in FIG. 3C (cutting step). ). In the cutting step, the entire container 50 may be cut without removing the container 50 from the end of the hollow fiber membrane focusing body 20.
- FIG. 4 shows a cutting device 60 used in the cutting process.
- the cutting device 60 includes a table 61 on which a hollow fiber membrane focusing body 20 that is an object to be cut is placed, a hydraulic cylinder clamp 62 that holds the hollow fiber membrane focusing body 20 from above so that the hollow fiber membrane focusing body 20 does not move during cutting, and a hollow A guillotine-type cutting blade 63 that cuts an end portion integrated with the fixing resin 41 in the yarn film focusing body 20 is provided.
- a portion integrated by the fixing resin 41 and cut by the cutting device 60 may be referred to as a cutting portion.
- the lower end of the cutting blade 63 is a cutting edge 63a, and is of a guillotine type in which the cutting portion is cut by operating the cutting blade driving means 64 to lower the cutting blade 63 vertically from above to below.
- the lower surface (pressing surface) 62a of the clamp 62 is formed of a material such as rubber having a Shore A hardness of 60 to 99.
- the cutting device 60 is provided with guide means 65 formed with a slope 65a for guiding cutting waste generated by the cutting process to a predetermined position below the guillotine cutting blade 63.
- a box-shaped waste receptacle 66 for receiving cutting waste is disposed at a predetermined position.
- a support sheet 70 having a bending elastic modulus of 1 GPa or more and a thickness of 1 to 5 mm is horizontally placed on a table 61,
- the hollow fiber membrane converging body 20 is placed thereon.
- the guillotine-type cutting blade 63 is lowered, the cutting edge protrudes from the table 61 so that the cutting edge 63a of the cutting blade 63 comes into contact with the cutting portion and can be cut, that is, the cutting blade from the table 61. It is placed so as to extend to the 63 side.
- the support sheet 70 is also arranged so as to protrude from the table 61, and the support sheet 70 is set so that at least the cut portion of the hollow fiber membrane bundle 20 can be supported from below.
- the clamp driving means 67 is operated to lower the clamp 62, the pressing surface 62 a is brought into contact with the fixing resin 41, and the hollow fiber membrane focusing body 20 is pressed from above, and as shown in FIG.
- the driving means 64 is operated to lower the cutting blade 63 downward, and the cutting part is cut together with the support sheet 70.
- the generated cutting waste 68 slides down the slope 65 a of the guide means 65 and is collected in the waste receiver 66.
- the cutting step is performed, as shown in FIG. 3C, after opening the end of each hollow fiber membrane 21, the opened end of this hollow fiber membrane focusing body 20 is inserted into the housing 30,
- the hollow fiber membrane module 10 of FIGS. 1 and 2 is obtained by pouring the bonding resin 42 and bonding them.
- the adhesive resin 42 include various resins such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a polyurethane resin, and a silicone resin.
- the bending elastic modulus of the support sheet 70 is 1 GPa or more as a lower limit, and preferably 2 GPa or more.
- the support sheet below the lower limit value cannot effectively support the hollow fiber membrane bundle.
- it is preferable that the bending elastic modulus of the support sheet 70 is 75 GPa or less. If the flexural elasticity of the support sheet exceeds 75 GPa, the support sheet is too hard and the cut surface is defective. Furthermore, a higher cutting force is required for the cutting blade 63, and in order to increase the strength of the cutting blade 63, the blade thickness of the cutting blade 63 must be increased, resulting in higher production costs. In addition, since the blade is likely to be chipped, the replacement frequency of the blade is increased and the production cost is further increased.
- the upper limit value of the flexural modulus is more preferably 30 GPa or less, further preferably 15 GPa or less, and particularly preferably 10 GPa or less.
- the material of the support sheet 70 having a bending elastic modulus of 15 GPa or less is often resinous and easy to process.
- the flexural modulus of the support sheet can be obtained by a test method described in JIS K7171 (Plastic—How to obtain bending characteristics).
- the support sheet may be an aluminum sheet using aluminum (elastic modulus ⁇ 70 GPa).
- the flexural modulus of the metal material is described.
- the bending elastic modulus of iron is 210 GPa
- the bending elastic modulus of copper is about 130 GPa
- the bending elastic modulus of silver or gold is about 78 to 83 GPa.
- the thickness of the support sheet 70 is 1 to 5 mm. More preferably, it is 1.5 to 5 mm, and further preferably 2 to 4 mm.
- the support sheet having a thickness of less than 1 mm cannot effectively support the hollow fiber membrane bundle. If the thickness is 5 mm or less, the cost of the support sheet 70 can be suppressed.
- the hardness of the support sheet 70 is required to be smaller than the hardness of the cutting blade 63 in order to prevent deformation, cracking and wear of the cutting blade 63.
- the hardness of the tool steel used as the material of the cutting blade 63 is preferably 55 to 65 in terms of Rockwell hardness HRC (HRC hardness), which is an index mainly indicating the hardness of the metal. A less rigid metal or plastic can be used as the support sheet.
- the hardness of the support sheet is preferably 5 to 50 in terms of Brinell hardness (HB hardness), which is an index mainly indicating resin hardness. More preferably, it is 10-40. A plastic within the above range is particularly preferable because it is softer than metal and does not have a risk of damaging the blade, and is light and easy to handle.
- HB hardness Brinell hardness
- a plastic within the above range is particularly preferable because it is softer than metal and does not have a risk of damaging the blade, and is light and easy to handle.
- the measurement of Brinell hardness can be performed according to the method described in JIS Z 2243.
- the surface roughness of the support sheet is 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m in terms of centerline average roughness Ra.
- the thickness is preferably 1.0 ⁇ m to 8 ⁇ m, more preferably 2.0 ⁇ m to 7 ⁇ m.
- the center average line surface roughness of the support sheet is within the above range, the cutting portion can be cut without slipping the fixing resin 41 during cutting.
- the center line average roughness Ra in the surface roughness of the support sheet can be determined according to the test method described in JIS B0601.
- the static friction coefficient of the support sheet is 0.2 to 0.9. Preferably it is 0.2 to 0.8, more preferably 0.2 to 0.7. When the static friction coefficient of the support sheet is within the range of the numerical values, the cutting portion can be cut well without the fixing resin 41 slipping during cutting.
- the material of the support sheet is PP (polypropylene), PE (polyethylene), PET (polyethylene terephthalate), ABS (acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer), PVC (polyvinyl chloride), PMMA (polymethyl methacrylate), etc. Is mentioned.
- PP polypropylene
- Olefin-based PP polypropylene
- aluminum etc. are mentioned as a material of a support sheet.
- the cutting device 60 of this example includes a clamp 62 for pressing the hollow fiber membrane converging body 20 in which a pressing surface 62a that is in contact with the fixing resin 41 is formed of an elastic body having a Shore A hardness of 60 to 99. Therefore, the hollow fiber membrane converging body 20 can be reliably pressed in the cutting step, and the perpendicular accuracy of the cut surface can be further improved.
- the Shore A hardness of the pressing surface 62a is preferably 65 to 90, and more preferably 70 to 85. When the Shore A hardness is 60 or more, even when a shearing force is applied to the cutting portion from the cutting blade 63, the hollow fiber membrane focusing body 20 can be reliably pressed against the shearing force.
- the Shore A hardness is 99 or less, even if there is some unevenness in the outer shape of the fixing resin 41 pressed by the clamp 62, the unevenness is absorbed and the hollow fiber membrane focusing body 20 is securely I can hold it down.
- the Shore A hardness can be measured according to the method shown in JIS K6301.
- An example of an elastic body having a Shore A hardness of 60 to 99 is hard rubber.
- hard rubber Compared to plastic and metal, hard rubber also has a large coefficient of friction and can suppress the slip of the fixing resin 41 and form a good cut surface.
- U urethane rubber
- NBR nitrile rubber
- EPDM ethylene-propylene rubber
- BR butadiene rubber
- SBR styrene-butadiene rubber
- CR chloroprene rubber
- SR silicone rubber
- NR natural rubber
- urethane rubber is preferable because of excellent durability.
- the Rockwell hardness HRC (HRC hardness) is 55 to 65 as an example of the hardness of the tool steel used as the material of the cutting blade 63.
- the tool steel Rockwell hardness HRC used as the material of the cutting blade 63 is more preferably 58 to 63, and further preferably 59 to 62.
- the toughness of the blade is increased and the working efficiency is increased.
- the angle of inclination of the cutting blade in the longitudinal direction is 5 ° to 20 °.
- the angle is preferably 7 ° to 18 °, and more preferably 10 ° to 15 °.
- the angle of inclination of the cutting blade in the longitudinal direction is within the range of the numerical values, the toughness of the blade is increased and the working efficiency is increased.
- the cutting device 60 of this example is provided with guide means 65 having a slope 65a formed below the guillotine cutting blade 63, and the cutting waste 68 generated by the cutting process is received by the slope 65a. 66. Therefore, the operator can collect the collected cutting waste 68 from the waste receiver 66 at a safe position away from the guillotine cutting blade 63 and discharge it to the outside of the cutting device 60. Here, if there is no slope, the cutting waste accumulates almost directly under the guillotine cutting blade, which causes a safety problem. In addition, since the operator needs to collect cutting waste while paying close attention so as not to touch the blade edge, workability is deteriorated.
- Such a cutting step is preferably performed in two or more steps. By performing the process twice or more, the perpendicular accuracy of the cut surface can be further improved. Moreover, since the cutting force per time can be reduced, the life of the cutting blade is extended and a good cutting surface can be obtained.
- the first cutting process performs cutting (rough cutting) for the purpose of reliably opening the end of the hollow fiber membrane 21 and then the second cutting process.
- Cutting (finish cutting) for the purpose of obtaining the right-angle accuracy of the surface can be performed. In the first cutting, for example, about 5 to 50 mm is cut off, and in the second cutting, for example, about 0.5 to 5 mm is cut off.
- the cutting process is performed only once, depending on the type of the fixing resin 41 or the like, there is a possibility that sufficient right-angle accuracy may not be obtained, the chipping of the fixing resin 41 may occur, and the length to be cut off. Therefore, there is a possibility that the cutting blade 63 is loaded and the cutting blade 63 is chipped.
- the cutting step may be performed three times or more, for example, but twice is preferable from the viewpoint of productivity.
- the end portion of the hollow fiber membrane converging body 20 in which the end portions of two or more hollow fiber membranes 21 are integrated by the fixing resin 41 is used to cut the end portion of the hollow fiber membrane converging body 20 with the guillotine cutting blade 63.
- the support sheet 70 having a flexural modulus of 1 GPa or more and a thickness of 1 to 5 mm. According to the method of cutting this end portion together with the support sheet 70 while supporting from below, it is possible to form a good cut surface that is perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane 21 and has no chipping or burrs.
- the cutting blade when the end of the hollow fiber membrane bundle is cut by the cutting blade, a good cut surface that is perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane and is free from chipping and burrs can be formed. Therefore, it is very useful industrially.
- Hollow fiber membrane module 20 Hollow fiber membrane focusing body 21 Hollow fiber membrane 41 Fixing resin 60 Cutting device 62 Clamp 62a Holding surface 63 Guillotine type cutting blade 65 Guide means 65a Slope 68 Cutting waste 70 Support sheet
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Abstract
本発明により、ギロチン式の切断刃により中空糸膜集束体の端部を切断し、開口させる際において、中空糸膜の長手方向に対して垂直で、かつ、欠け、バリなどのない良好な切断面を形成する中空糸膜モジュールの製造方法が提供される。 本発明は、２本以上の中空糸膜の端部が固定用樹脂により一体化された中空糸膜集束体の端部を、ギロチン式切断刃を備えた切断装置で切断し、各中空糸膜の端部を開口させる際に、曲げ弾性率が１ＧＰａ以上、且つ厚みが１～５ｍｍの支持シートにより、中空糸膜集束体の端部を下方から支持しながら、前記端部を支持シートと共に切断する中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
Description
本発明は、水処理などに用いられる中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
本願は、２０１１年４月２８日に、日本に出願された特願２０１１－１０２０２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１１年４月２８日に、日本に出願された特願２０１１－１０２０２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
無菌水、飲料水、高度純水の製造などに使用される中空糸膜モジュールとして、複数本の中空糸膜の端部に集水用のハウジングが設けられた形態のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このような中空糸膜モジュールは例えば次の方法により製造できる。まず、複数本の中空糸膜を引き揃えて、その端部を容器に入れる。ついで、容器内に固定用樹脂を注入して硬化させることにより、中空糸膜の端部同士を固定、一体化し、中空糸膜集束体とする。
ついで、中空糸膜集束体を容器から取り外した後、固定用樹脂で一体化された部分を切断することにより、各中空糸膜の端部を開口させる。その後、中空糸膜集束体の開口した端部をハウジング内に挿入し、ついで接着用樹脂を流し込むことにより、中空糸膜集束体の端部にハウジングが装着した中空糸膜モジュールを得ることができる。中空糸膜集束体の端部を切断する際には、容器を取り外さずに、容器ごと切断してもよい。
このような中空糸膜モジュールは例えば次の方法により製造できる。まず、複数本の中空糸膜を引き揃えて、その端部を容器に入れる。ついで、容器内に固定用樹脂を注入して硬化させることにより、中空糸膜の端部同士を固定、一体化し、中空糸膜集束体とする。
ついで、中空糸膜集束体を容器から取り外した後、固定用樹脂で一体化された部分を切断することにより、各中空糸膜の端部を開口させる。その後、中空糸膜集束体の開口した端部をハウジング内に挿入し、ついで接着用樹脂を流し込むことにより、中空糸膜集束体の端部にハウジングが装着した中空糸膜モジュールを得ることができる。中空糸膜集束体の端部を切断する際には、容器を取り外さずに、容器ごと切断してもよい。
このような中空糸膜モジュールの製造工程において、中空糸膜集束体の端部を切断する方法としては、中空糸膜集束体をテーブル上に載置し、ギロチン式の切断刃で切断する方法がある。具体的には、切断される端部がテーブルからはみ出るように、中空糸膜集束体を載置し、はみ出た部分に対してギロチン式切断刃を下降させ、切断する。
しかしながら、このような方法で端部を切断した場合、形成される切断面が、中空糸膜の長手方向に対して垂直な平面にならず斜めに傾いてしまう、すなわち、直角精度がでない場合があった。また、切断面に固定用樹脂の欠けやバリが生じてしまう場合もあった。
切断面が傾いたり固定用樹脂の欠けやバリが生じたりすると、中空糸膜集束体をハウジング内に挿入した際に余計な隙間が形成されてしまい、接着用樹脂がその隙間を通じて中空糸膜の開口した端部側まで流れ込み、中空糸膜を閉塞させるおそれなどがあった。
切断面が傾いたり固定用樹脂の欠けやバリが生じたりすると、中空糸膜集束体をハウジング内に挿入した際に余計な隙間が形成されてしまい、接着用樹脂がその隙間を通じて中空糸膜の開口した端部側まで流れ込み、中空糸膜を閉塞させるおそれなどがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、切断刃により中空糸膜集束体の端部を切断する際において、中空糸膜の長手方向に対して垂直で、かつ、欠け、バリなどのない良好な切断面を形成できる方法の提供を課題とする。
本発明の中空糸膜モジュールの製造方法の一態様は、２本以上の中空糸膜の端部が固定用樹脂により一体化された中空糸膜集束体の前記端部を、切断刃を備えた切断装置で切断し、各中空糸膜の端部を開口させる切断工程を有する中空糸膜モジュールの製造方法であって、前記切断工程では、曲げ弾性率が１ＧＰａ以上、且つ厚みが１～５ｍｍの支持シートにより、前記中空糸膜集束体の少なくとも前記端部を下方から支持しながら、前記端部を前記支持シートと共に切断することを特徴とする。
前記支持シートの曲げ弾性率が７５ＧＰａ以下であることが好ましい。
前記支持シートの表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．５μｍ～１０μｍであることが好ましい。
前記支持シートの材質がポリプロピレンであることが好ましい。
前記切断工程を２回以上に分けて行うことが好ましい。
前記切断工程では、前記中空糸膜集束体を上方からクランプで押さえながら切断するものであって、前記クランプの押さえ面が、ショアＡ硬度６０～９９の弾性体で形成されていることが好ましい。
前記支持シートの静止摩擦係数が０．２～０．９であることが好ましい。
前記切断刃のＨＲＣ硬度が５０～６５であることが好ましい。
前記切断刃は、長手方向に傾斜する角度が５°～２０°であることが好ましい。
前記切断装置には、前記切断刃よりも下方に、前記切断工程により生じた切断屑を所定位置に導くためのスロープが形成された案内手段が設けられていることが好ましい。
前記支持シートの曲げ弾性率が７５ＧＰａ以下であることが好ましい。
前記支持シートの表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．５μｍ～１０μｍであることが好ましい。
前記支持シートの材質がポリプロピレンであることが好ましい。
前記切断工程を２回以上に分けて行うことが好ましい。
前記切断工程では、前記中空糸膜集束体を上方からクランプで押さえながら切断するものであって、前記クランプの押さえ面が、ショアＡ硬度６０～９９の弾性体で形成されていることが好ましい。
前記支持シートの静止摩擦係数が０．２～０．９であることが好ましい。
前記切断刃のＨＲＣ硬度が５０～６５であることが好ましい。
前記切断刃は、長手方向に傾斜する角度が５°～２０°であることが好ましい。
前記切断装置には、前記切断刃よりも下方に、前記切断工程により生じた切断屑を所定位置に導くためのスロープが形成された案内手段が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、切断刃により中空糸膜集束体の端部を切断する際において、中空糸膜の長手方向に対して垂直で、かつ、欠け、バリなどのない良好な切断面を形成できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の製造方法で製造される中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図であり、図２は、図１のＸ－Ｘ’線に沿う断面図である。
この例の中空糸膜モジュール１０は、２本以上の中空糸膜２１を備えた中空糸膜集束体２０と、中空糸膜集束体２０の両端部に設けられた集水用のハウジング３０とを備えて構成されている。中空糸膜２１の両端部は開口してハウジング３０内の流路３１に連通した状態で、樹脂４０によりハウジング３０内に固定されている。
図１は、本発明の製造方法で製造される中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図であり、図２は、図１のＸ－Ｘ’線に沿う断面図である。
この例の中空糸膜モジュール１０は、２本以上の中空糸膜２１を備えた中空糸膜集束体２０と、中空糸膜集束体２０の両端部に設けられた集水用のハウジング３０とを備えて構成されている。中空糸膜２１の両端部は開口してハウジング３０内の流路３１に連通した状態で、樹脂４０によりハウジング３０内に固定されている。
中空糸膜２１の材質としては、例えば、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース誘導体、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリアクリレートなどが挙げられ、これらのうち１種以上を含む樹脂を使用できる。また、これらの樹脂の共重合体や一部に置換基を導入したものであってもよい。
ハウジング３０の材質としては、機械的強度および耐久性を有するものが好適に用いられ、例えばポリカーボネート、ポリスルホン、ポリオレフィン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）などが挙げられ、これらのうち１種以上を含む樹脂を使用できる。
このような中空糸膜モジュール１０を製造する場合には、図３Ａに示すように、まず、２本以上の中空糸膜２１をシート状に引き揃え、その両端部を容器５０に入れる。ついで、容器５０内に固定用樹脂４１を注入して硬化させる。固定用樹脂４１の硬化後、この例では、図３Ｂに示すように、固定用樹脂４１から容器５０を取り外す。これにより、中空糸膜２１の端部同士が固定、一体化された中空糸膜集束体２０が得られる。固定用樹脂４１としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン系充填材、各種ホットメルト樹脂が挙げられる。
中空糸膜集束体２０において、固定用樹脂４１により一体化された部分を次に説明する切断装置で切断し、図３Ｃに示すように、各中空糸膜２１の端部を開口させる（切断工程）。切断工程では、中空糸膜集束体２０の端部から容器５０を取り外さずに、容器５０ごと切断してもよい。
図４は、切断工程に用いられる切断装置６０である。この切断装置６０は、被切断物である中空糸膜集束体２０を載置するテーブル６１と、切断時に中空糸膜集束体２０が動かないように上方から押さえる油圧シリンダ式のクランプ６２と、中空糸膜集束体２０において固定用樹脂４１で一体化された端部を切断するギロチン式切断刃６３とを備えている。固定用樹脂４１で一体化され、切断装置６０で切断される部分のことを切断部という場合がある。
切断刃６３は下端が刃先６３ａであり、切断刃駆動手段６４を操作して切断刃６３を上方から下方へと鉛直に降下させることにより、切断部を切断するギロチン式のものである。
クランプ６２の下面（押さえ面）６２ａは、ショアＡ硬度が６０～９９のゴムなどの材料で形成されている。
また、切断装置６０には、ギロチン式切断刃６３よりも下方に、切断工程により生じた切断屑を所定位置に導くためのスロープ６５ａが形成された案内手段６５が設けられている。この例では、所定位置には、切断屑を受けるための箱状の屑受け６６が配置されている。
クランプ６２の下面（押さえ面）６２ａは、ショアＡ硬度が６０～９９のゴムなどの材料で形成されている。
また、切断装置６０には、ギロチン式切断刃６３よりも下方に、切断工程により生じた切断屑を所定位置に導くためのスロープ６５ａが形成された案内手段６５が設けられている。この例では、所定位置には、切断屑を受けるための箱状の屑受け６６が配置されている。
このような切断装置６０により切断工程を行うにあたっては、図４に示すように、テーブル６１上に曲げ弾性率が１ＧＰａ以上、且つ厚みが１～５ｍｍの支持シート７０を水平載置し、その上に、中空糸膜集束体２０を載せる。具体的には、ギロチン式切断刃６３が下降した際に、切断刃６３の刃先６３ａが切断部に当接し、切断できるように、切断部がテーブル６１からはみ出るように、すなわちテーブル６１から切断刃６３側に延出するように載置する。その際、支持シート７０もテーブル６１からはみ出るように配置して、支持シート７０が、中空糸膜集束体２０の少なくとも切断部を下方から支持できるようにセットする。ついで、クランプ駆動手段６７を操作してクランプ６２を下降させ、押さえ面６２ａを固定用樹脂４１に接触させ、中空糸膜集束体２０を上方より押さえてから、図５に示すように、切断刃駆動手段６４を操作して切断刃６３を下方へと降下させ、切断部を支持シート７０と共に切断する。生じた切断屑６８は案内手段６５のスロープ６５ａを滑り落ち、屑受け６６へと捕集される。
このようにして切断工程を行い、図３Ｃに示すように、各中空糸膜２１の端部を開口させた後、この中空糸膜集束体２０の開口した端部をハウジング３０内に挿入し、ついで、接着用樹脂４２を流し込み、これらを接着することによって、図１および２の中空糸膜モジュール１０が得られる。接着用樹脂４２としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、等各種樹脂が挙げられる。また、接着用樹脂４２には、接着作業上の取扱いの面からホットメルト接着剤を用いることが好ましい。
このような切断工程においては、支持シート７０で中空糸膜集束体２０の切断部を下方から支持しながら切断を行っているため、切断部に切断刃６３からの剪断力が作用しても、切断部が下方に撓んでしまうことがない。そのため、形成される切断面は、中空糸膜２１の長手方向に対してほぼ垂直となり直角精度が良好となるし、切断面において固定用樹脂４１の欠けやバリが生じてしまうこともない。ここで仮に支持シートを用いない場合には、剪断力により中空糸膜集束体が下方へと撓んでしまい、そのため、切断面が斜めに傾いて直角精度が出ない、切断面に固定用樹脂の欠けやバリが生じるなどの問題が発生する。
支持シート７０の曲げ弾性率は、下限値として、１ＧＰａ以上であり、２ＧＰａ以上であることが好ましい。下限値を下回る支持シートは、中空糸膜集束体を効果的に支持することができない。
一方、支持シート７０の曲げ弾性率は、７５ＧＰａ以下であることが好ましい。支持シートの曲げ弾性が７５ＧＰａを超えると、支持シートが硬すぎて、前記切断面の不良が生じる。さらに、切断刃６３について、より高い切断力が必要となり、切断刃６３の強度を高めるため、切断刃６３の刃厚を厚くしなければならず、生産コストがよりかかることとなる。加えて、刃が欠けやすくなるため、刃の交換頻度が増え、生産コストがさらにかかることとなる。
また、曲げ弾性率の上限値は３０ＧＰａ以下がより好ましく、さらに好ましくは１５ＧＰａ以下であり、特に好ましくは１０ＧＰａ以下である。支持シート７０の曲げ弾性率が１５ＧＰａ以下のシートの材質は樹脂性のものが多く加工が容易である。
ここで、支持シートの曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１７１（プラスチック－曲げ特性の求め方）に記載されている試験方法で求めることができる。
支持シートは、アルミニウム（弾性率≒７０ＧＰａ）を用いたアルミシートでもよい。
参考として、金属材料の曲げ弾性率を記載する。鉄の曲げ弾性率は２１０ＧＰａであり、銅の曲げ弾性率は約１３０ＧＰａであり、銀や金の曲げ弾性率は約７８～８３ＧＰａである。
一方、支持シート７０の曲げ弾性率は、７５ＧＰａ以下であることが好ましい。支持シートの曲げ弾性が７５ＧＰａを超えると、支持シートが硬すぎて、前記切断面の不良が生じる。さらに、切断刃６３について、より高い切断力が必要となり、切断刃６３の強度を高めるため、切断刃６３の刃厚を厚くしなければならず、生産コストがよりかかることとなる。加えて、刃が欠けやすくなるため、刃の交換頻度が増え、生産コストがさらにかかることとなる。
また、曲げ弾性率の上限値は３０ＧＰａ以下がより好ましく、さらに好ましくは１５ＧＰａ以下であり、特に好ましくは１０ＧＰａ以下である。支持シート７０の曲げ弾性率が１５ＧＰａ以下のシートの材質は樹脂性のものが多く加工が容易である。
ここで、支持シートの曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１７１（プラスチック－曲げ特性の求め方）に記載されている試験方法で求めることができる。
支持シートは、アルミニウム（弾性率≒７０ＧＰａ）を用いたアルミシートでもよい。
参考として、金属材料の曲げ弾性率を記載する。鉄の曲げ弾性率は２１０ＧＰａであり、銅の曲げ弾性率は約１３０ＧＰａであり、銀や金の曲げ弾性率は約７８～８３ＧＰａである。
支持シート７０の厚みは、１～５ｍｍである。より好ましくは１．５～５ｍｍであり、さらに好ましくは２～４ｍｍである。厚みが１ｍｍ未満の支持シートは、中空糸膜集束体を効果的に支持することができない。厚みが５ｍｍ以下であれば、支持シート７０のコストを抑えられる。
支持シート７０の硬さは、切断刃６３の変形や割れ及び摩耗を防ぐため、切断刃６３の硬さより小さいことが要求される。例えば、切断刃６３の材料として使用される工具鋼の硬さは、主に金属の硬さを示す指標であるロックウェル硬さＨＲＣ（ＨＲＣ硬度）で５５～６５であることが好ましいため、それより硬さの小さい金属、又はプラスチックが、支持シートとして使用可能である。
また、支持シートの硬さは、主に樹脂硬さを示す指標であるブリネル硬さ（ＨＢ硬度）で５～５０であることが好ましい。より好ましくは１０～４０である。上記範囲内にあるプラスチックは、金属より柔らかくて刃物を傷つける心配がなく、軽くて取り扱い性がよいことから、特に好ましい。ここで、ブリネル硬度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に記載された方法に準拠して行うことができる。
支持シート７０の硬さは、切断刃６３の変形や割れ及び摩耗を防ぐため、切断刃６３の硬さより小さいことが要求される。例えば、切断刃６３の材料として使用される工具鋼の硬さは、主に金属の硬さを示す指標であるロックウェル硬さＨＲＣ（ＨＲＣ硬度）で５５～６５であることが好ましいため、それより硬さの小さい金属、又はプラスチックが、支持シートとして使用可能である。
また、支持シートの硬さは、主に樹脂硬さを示す指標であるブリネル硬さ（ＨＢ硬度）で５～５０であることが好ましい。より好ましくは１０～４０である。上記範囲内にあるプラスチックは、金属より柔らかくて刃物を傷つける心配がなく、軽くて取り扱い性がよいことから、特に好ましい。ここで、ブリネル硬度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４３に記載された方法に準拠して行うことができる。
前記支持シートの表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．５μｍ～１０μｍである。好ましくは１．０μｍ～８μｍであり、より好ましくは２．０μｍ～７μｍである。支持シートの中心平均線表面粗さが前記範囲内であると、切断時に固定用樹脂４１がすべることなく、前記切断部を切断することができる。
ここで、前記支持シートの表面粗さにおける中心線平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に記載の試験方法に準拠して求めることができる。
ここで、前記支持シートの表面粗さにおける中心線平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に記載の試験方法に準拠して求めることができる。
前記支持シートの静止摩擦係数は０．２～０．９である。好ましくは０．２～０．８であり、より好ましくは０．２～０．７である。支持シートの静止摩擦係数が前記数値の範囲内であると、切断時に固定用樹脂４１がすべることなく、前記切断部を良好に切断することができる。
支持シートの材質としては、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）などが挙げられる。支持シートの材質として、ＰＰ（ポリプロピレン）が好ましい。オレフィン系のＰＰ（ポリプロピレン）は廃棄する際に焼却しても、有害ガスが発生せず、環境にやさしく、且つ安価である。
また、支持シートの材質としては、アルミニウムなども挙げられる。
また、支持シートの材質としては、アルミニウムなども挙げられる。
また、この例の切断装置６０は、中空糸膜集束体２０を押さえるクランプ６２として、固定用樹脂４１と接触する押さえ面６２ａがショアＡ硬度６０～９９の弾性体で形成されたものを備えているため、切断工程において中空糸膜集束体２０を確実に押さえることができ、切断面の直角精度をより向上させることができる。押さえ面６２ａのショアＡ硬度は、６５～９０が好ましく、７０～８５がさらに好ましい。ショアＡ硬度が６０以上であると、切断部に切断刃６３から剪断力が作用しても、その剪断力に抗して、中空糸膜集束体２０を確実に押さえることができる。一方、ショアＡ硬度が９９以下であると、クランプ６２で押さえる固定用樹脂４１の外形に多少の不陸があったとしても、その不陸を吸収して、中空糸膜集束体２０を確実に押さえることができる。ここで、ショアＡ硬度は、ＪＩＳ Ｋ６３０１に示された方法に準拠して測定可能である。
ショアＡ硬度が６０～９９の弾性体としては、硬質ゴムが挙げられる。プラスチックや金属と比べて、硬質ゴムは摩擦係数についても大きく、固定用樹脂４１のすべりを抑制して良好な切断面を形成できる。具体的には、Ｕ（ウレタンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＳＲ（シリコーンゴム）、ＮＲ（天然ゴム）などが挙げられる。これらのなかでは、耐久性に優れることから、ウレタンゴムが好ましい。
上記の観点から、支持シートの材質にＰＰ（ポリプロピレン）を用い、クランプの押さえ面に硬質ゴムを用いた組み合わせが最適である。
切断刃６３の材料として使用される工具鋼の硬さの一例として、ロックウェル硬さＨＲＣ（ＨＲＣ硬度）５５～６５であると上述した。切断刃６３の材料として使用される工具鋼ロックウェル硬さＨＲＣは、５８～６３であることがより好ましく、５９～６２であることがさらに好ましい。切断刃６３の材料として使用される工具鋼ロックウェル硬さＨＲＣが前記数値の範囲内であると、刃のじん性が高まり、作業効率が高くなる。
前記切断刃は、長手方向に傾斜する角度が５°～２０°である。前記角度は７°～１８°であることが好ましく、１０°～１５°であることがより好ましい。切断刃の長手方向に傾斜する角度が前記数値の範囲内であることで、刃のじん性が高まり、作業効率が高くなる。
また、この例の切断装置６０には、ギロチン式切断刃６３よりも下方にスロープ６５ａが形成された案内手段６５が設けられていて、切断工程により生じた切断屑６８は、スロープ６５ａにより屑受け６６に導かれる。そのため、作業者は、ギロチン式切断刃６３から離れた安全な位置にある屑受け６６から、溜まった切断屑６８を回収し、切断装置６０外へと排出することができる。ここで仮にスロープがないと、切断屑はギロチン式切断刃のほぼ直下に溜まるため、安全面上の問題がある。また、作業者は刃先に触れないように細心の注意を払いつつ、切断屑を回収する必要が生じるため、作業性が低下する。
このような切断工程は、２回以上に分けて行うことが好ましい。２回以上に分けて行うことによって、切断面の直角精度をより向上させることができる。また、１回あたりの切断力を減らすことができるため、切断刃の寿命が延び、且つ良好な切断面を得ることができる。例えば切断工程を２回行うと、１回目の切断工程で、中空糸膜２１の端部を確実に開口させることを目的とした切断（荒切り）を行い、ついで２回目の切断工程で、切断面の直角精度を出すことを目的とした切断（仕上げ切り）を行うことができる。１回目の切断では、例えば５～５０ｍｍ程度切り落とし、２回目の切断では、例えば、０．５～５ｍｍ程度切り落とす。切断工程が１回のみであると、固定用樹脂４１の種類などによっては、充分な直角精度が出ない可能性や、固定用樹脂４１の欠けが生じる可能性があり、さらには、切り落とされる長さが長くなり過ぎるために、切断刃６３に負荷がかかり、切断刃６３の欠けが生じる可能性がある。切断工程は例えば、３回以上行ってもよいが、生産性の点からは、２回が好ましい。
以上説明したように、２本以上の中空糸膜２１の端部が固定用樹脂４１により一体化された中空糸膜集束体２０の端部を、ギロチン式切断刃６３を備えた切断装置６０で切断し、各中空糸膜２１の端部を開口させる際に、曲げ弾性率が１ＧＰａ以上、且つ厚みが１～５ｍｍの支持シート７０により、中空糸膜集束体２０の少なくとも切断される端部を下方から支持しながら、この端部を支持シート７０と共に切断する方法によれば、中空糸膜２１の長手方向に対して垂直で、かつ、欠け、バリなどのない良好な切断面を形成できる。
本発明によれば、切断刃により中空糸膜集束体の端部を切断する際において、中空糸膜の長手方向に対して垂直で、かつ、欠け、バリなどのない良好な切断面を形成できるため、産業上極めて有用である。
１０ 中空糸膜モジュール
２０ 中空糸膜集束体
２１ 中空糸膜
４１ 固定用樹脂
６０ 切断装置
６２ クランプ
６２ａ 押さえ面
６３ ギロチン式切断刃
６５ 案内手段
６５ａ スロープ
６８ 切断屑
７０ 支持シート
２０ 中空糸膜集束体
２１ 中空糸膜
４１ 固定用樹脂
６０ 切断装置
６２ クランプ
６２ａ 押さえ面
６３ ギロチン式切断刃
６５ 案内手段
６５ａ スロープ
６８ 切断屑
７０ 支持シート
Claims (10)
- ２本以上の中空糸膜の端部が固定用樹脂により一体化された中空糸膜集束体の前記端部を、切断刃を備えた切断装置で切断し、各中空糸膜の端部を開口させる切断工程を有する中空糸膜モジュールの製造方法であって、
前記切断工程では、曲げ弾性率が１ＧＰａ以上、且つ厚みが１～５ｍｍの支持シートにより、前記中空糸膜集束体の少なくとも前記端部を下方から支持しながら、前記端部を前記支持シートと共に切断する、中空糸膜モジュールの製造方法。 - 前記支持シートの曲げ弾性率が７５ＧＰａ以下である請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記支持シートの表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．５μｍ～１０μｍである請求項１または２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記支持シートの材質が、ポリプロピレンである、請求項１～３いずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記切断工程では、前記中空糸膜集束体を上方からクランプで押さえながら切断するものであって、前記クランプの押さえ面が、ショアＡ硬度６０～９９の弾性体で形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記支持シートの静止摩擦係数が０．２～０．９である請求項１～４のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記切断刃のＨＲＣ硬度が５０～６５である請求項１～５いずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記切断刃は、長手方向に傾斜する角度が５°～２０°である請求項１～６いずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記切断工程を２回以上に分けて行う、請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
- 前記切断装置には、前記切断刃よりも下方に、前記切断工程により生じた切断屑を所定位置に導くためのスロープが形成された案内手段が設けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
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