專利名稱：一種用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于中空纖維膜領域，具體涉及一種十九通道中空纖維膜及用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件。通過本發(fā)明所得的中空纖維膜適用于氣體和液體分離用。
背景技術：
中空纖維膜具有單位體積裝填密度大、結構簡單、無需任何支撐體、易于清洗、低能耗、不產生二次污染等優(yōu)點，已經廣泛應用于大規(guī)模海水淡化、醫(yī)藥、食品、化工、污水處理、氣體分離等各個領域。目前普遍采用的是單通道聚合物中空纖維膜，由于膜絲強度不足，在應用中不可避免地出現斷絲現象，導致整個膜組件失效，進而對整個分離系統(tǒng)構成威脅。噴絲板的作用是將黏流態(tài)的高聚物熔體或溶液，通過微孔轉變成有特定截面狀的細流，經過凝固介質如空氣或凝固浴固化而形成絲條。聚合物中空纖維膜制備的關鍵部件是噴絲板組件。針對該問題，近年來，研究者們著手在噴絲板上進行各種改進，或采用多通道的方式，或采用復合膜的方式，試圖克服這些問題。世界專利(W0 2006/012920 Al)報道通過噴絲板的設計，對單通道和多通道膜局部壁厚進行增加，以提高膜強度。但是膜絲間隙的增大會明顯降低膜組件裝填密度。中國發(fā)明專利(CN101920172 A)報道采用三孔噴絲板制備出了聚氯乙烯多通道中空纖維膜，但其噴絲板與傳統(tǒng)單孔噴絲板類似，只是增加了針管數量，且由于其斷面小孔面積占總斷面面積較小，單位膜面積上需要耗費更多的膜材料。為了增加膜強度，又不至于增加過膜阻力，人們考慮由支撐層提供膜強度，而表面功能層提供膜分離性能，這樣出現了單通道的復合膜。中國發(fā)明專利(CN 101766960 A)報道采用一種復合中空纖維膜的制備方法。該方法采用聚苯硫醚為增強材料，隨單通道膜絲同時從噴絲板擠出，植入膜絲支撐層，從而提高膜強度。但由于中空纖維膜壁厚較薄，植入的聚苯硫醚位置容易偏離支撐層，不僅加大了制備難度，也容易造成膜表面功能層缺陷。一般而言，在中空纖維膜組件的使用過程中，每根膜絲出現斷絲的概率是一樣的。膜絲結構上由單通道變?yōu)槎嗤ǖ?，首先，結構強度的增加降低了單根膜絲斷絲的概率。其次，通道數的增加意味著同樣有效膜面積的組件所需膜絲根數降低，從而進一步降低了組件斷絲的概率。2012年，期刊《Desalination and Water Treatment))(脫鹽與水處理)第42卷24-29頁報道了七通道中空纖維膜外徑大小、小孔間隙大小與膜裝填密度以及單位膜面積膜材料用量之間的關系。他們發(fā)現:當膜小孔直徑固定為0.9mm時，七孔膜外徑小于
4.02mm時能夠得到在單位膜面積膜材料用量上少于單通道中空纖維膜。當七孔膜外徑小于
3.92mm時，其裝填密度上大于單通道中空纖維膜。同時，該文獻報道了兩種多通道中空纖維膜產品:小通道七通道中空纖維膜(外徑4.0mm,內徑0.9_)和大通道七通道中空纖維膜(外徑6.0mm,內徑1.5mm),其膜絲單位體積膜面積分別為1575m2/m3和1167m2/m3 (見表3)。在原料使用方面，多通道中空纖維膜由于將多根膜絲集成在一起，降低了單位膜面積的原料使用量從而降低了生產成本，是未來制膜的發(fā)展方向之一。然而，欲進一步降低原材料使用量，卻難以通過降低膜壁厚實現。七孔膜外徑進一步降低，會使小孔間隙急劇降低，從而加大七孔膜的制備難度，降低七孔膜結構強度，最終影響膜使用性能和膜壽命。中國專利(CN201216922Y)報道采用聚氯乙烯材料制備出七通道超濾膜，其膜絲外徑3.8mm,內徑0.7mm。由此可見，其七孔膜外徑降低是以減小小孔直徑為代價的，這樣就降低了單根膜絲的有效膜面積。而且，在實際使用過程中，七孔膜中單孔直徑過小，容易造成堵塞或膜污染，影響膜材料的使用效率。

發(fā)明內容
針對現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件。通過噴絲板組件結構的設計與調控，實現所制備的十九通道中空纖維膜單位體積膜面積大、機械性能高，從而解決現有技術存在的中空纖維膜使用過程中容易斷絲，而通常多通道單位膜面積材料成本過高、裝填面積低等問題。通過本發(fā)明所得的中空纖維膜適用于氣體和液體分離用。本發(fā)明涉及一種用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，該噴絲板組件包括分配板、蓋板和底板，其中，所述蓋板中央植入十九個針管，其中一個針管位于中央，六個針管圍繞中央針管在直徑三倍于針管外徑上沿圓周均勻分布，十二個針管圍繞沿圓周均勻分布的六個針管在直徑六倍于針管外徑的圓周上均勻分布；分配板中心管道置于底板通孔中，蓋板蓋在分配板上，蓋板和分配板之間、分配板和底板之間均采用不銹鋼螺釘連接，在板間接觸面配置密封槽，內置密封圈，并在噴絲板邊緣配置定位槽結構，從而保證針管、分配板中心管道及底板通孔三者同心。進一步的，所述針管一端鑲入蓋板中，另一端突出噴絲板底板。所述針管一端優(yōu)選鑲入蓋板中部下表面板體達5 - 10mm，垂直度高，密封性好。所述針管末端優(yōu)選突出噴絲板底板1- 3mm。進一步給出針管的外徑和長徑比，該噴絲板的針管長徑比> 20，每個針管外徑為
0.4-1.5mm。所述蓋板設有主進入口和芯液入口，其中主進入口用于導入鑄膜液，芯液入口用于導入內凝固劑。所述噴絲板組件還可在蓋板上集成加熱套，所述加熱套環(huán)抱噴絲板固定，功率100-300W,可使組件溫度在10-60 °C范圍內可控。所述蓋板上可集成溫控探頭基座，用于連接溫控探頭實現程序控溫。所述分配板內腔結構設計，根據流體力學原理和浸沒相轉化成膜機理，采用六等份的扇形柱狀結構設計能夠實現鑄膜液在腔體內由非均勻流向均勻流轉變。分配板內腔設有六等份的流體分配結構，分配板中心經中心管道通往噴絲板底部，其中中心管道直徑為針管外徑的7-10倍。分配板中心管道內壁拋光處理。分配板與底板間還可存在一個腔體，腔體中設有類似分配板的六等份流體分配結構，并在底板上設置與該腔體相連的次進入口，所述分配板與底板之間的腔體可導入第二鑄膜液或者凝固劑，隨蓋板與分配板腔體內的鑄膜液一同擠出，實現多通道中空纖維膜外表面的結構可設計性。本發(fā)明還提供采用上述噴絲板組件制備的十九通道中空纖維膜。
與現有技術相比，本發(fā)明技術優(yōu)勢為:I)設有分配板扇形柱狀結構，保證鑄膜液在噴絲板中的有效分配；2)加大了針管長徑比，從而使鑄膜液穩(wěn)定擠出；3)針管末端突出設計能夠防止鑄膜液與凝固劑過早接觸固化堵塞噴絲板；4)通過優(yōu)化噴絲板針管排布位置，調控膜外徑、小孔直徑、小孔間隙等膜尺寸。采用本發(fā)明制備的十九通道中空纖維膜單位膜面積所需的膜絲根數明顯降低，單位體積內的膜面積較七通道顯著增加，膜強度更高，膜組件斷絲率更低。為了考察單通道與多通道中空纖維膜在機械性能上的差異，參照紡織品卷繞紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率測定(GB/T3916-1997)，表2列出了單通道與多通道聚砜中空纖維膜的機械性能。由表2可知，隨著通道數的增加，斷裂應力成數量級的增加，斷裂強力也有明顯增加。表I通道數對膜小孔面積和小孔間隙的影響
權利要求
1.一種用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:該噴絲板組件包括分配板(3)、蓋板(6)和底板(11),其中， 所述蓋板中央植入十九個針管(I )，其中一個針管位于中央，六個針管圍繞中央針管在直徑三倍于針管外徑上沿圓周均勻分布，十二個針管圍繞沿圓周均勻分布的六個針管在直徑六倍于針管外徑的圓周上均勻分布； 分配板(3)中心管道置于底板(11)通孔中，蓋板(6)蓋在分配板(3)上,蓋板(6)和分配板(3 )之間、分配板(3 )和底板(11)之間均采用不銹鋼螺釘連接，在板間接觸面配置密封槽(4)，內置密封圈，并在噴絲板邊緣配置定位槽結構(9)，以保證針管、分配板中心管道及底板通孔三者同心。
2.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:所述針管一端鑲入蓋板中，另一端突出噴絲板底板。
3.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:所述針管一端鑲入蓋板中部下表面板體達5-10mm，所述針管末端突出噴絲板底板l_3mm。
4.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:該噴絲板的針管長徑比≥20,每個針管外徑為0.4-1.5mm。
5.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:所述蓋板(6)設有主進入口(5)和芯液入口(7)。
6.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:所述噴絲板組件還可在蓋板上集成加熱套(2)，所述加熱套(2)環(huán)抱噴絲板固定，功率100-300W。
7.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:所述蓋板上集成溫控探頭基座(8 )，用于連接溫控探頭實現程序控溫。
8.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:所述分配板(3)內腔設有六等份的流體分配結構，分配板中心經中心管道通往噴絲板底部，中心管道直徑為針管外徑的7-10倍。
9.根據權利要求1所述的用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件，其特征在于:分配板與底板間還存在一個腔體，腔體中設有流體分配結構，并在底板上設置與該腔體相連的次進入口(10)。
10.一種中空纖維膜，其特征在于:其為十九通道中空纖維膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于中空纖維膜領域的一種十九通道中空纖維膜及用于生產十九通道中空纖維膜的噴絲板組件。噴絲板為復合腔體結構，含有十九根插入針管，其中一個位于中央，六個圍繞中央，十二個圍繞六個分別沿圓周均勻分布。本發(fā)明包括蓋板、分配板和底板。蓋板、分配板和底板均采用內六角螺釘裝配，通過定位槽實現各部件同心。十九個針管一端鑲嵌于蓋板下部中央，另一端突出底板下端一定長度，加熱套環(huán)抱噴絲板裝配。此外，通過針管間及針管與擠出口內壁間距離的調節(jié)，可以實現所制備膜材料結構可控。采用本發(fā)明能夠制備出機械性能優(yōu)、裝填密度高的十九通道中空纖維膜，所制備的十九通道中空纖維膜可用于液體和氣體分離。
文檔編號D01D5/24GK103114343SQ20131006582
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權日2013年3月1日
發(fā)明者李建新, 徐天成, 付振剛 申請人:天津工業(yè)大學