專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高強(qiáng)度中空纖維膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度中空纖維膜。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)污水再生處理技術(shù)存在著出水質(zhì)量不高、占地大、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。膜分離技術(shù)具有能耗低、過(guò)程簡(jiǎn)單、分離效率高、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，是解決當(dāng)代能源、資源和環(huán)境問(wèn)題的重要高新技術(shù)，是其它任何一種化工分離技術(shù)無(wú)法替代的，其應(yīng)用已涉足化工、食品、醫(yī)藥、生化、環(huán)保等領(lǐng)域，對(duì)節(jié)約能源、提高效率、凈化環(huán)境等做出了重要貢獻(xiàn)，被國(guó)外稱(chēng)為二i 世紀(jì)最有發(fā)展前途的十大高新技術(shù)之一。目前市場(chǎng)上中空纖維膜常見(jiàn)的是膜本體層內(nèi)無(wú)支撐物的，缺點(diǎn)在于其物理拉伸強(qiáng)度不足，膜絲易斷絲變形；還有膜本體層中帶中空編織繩的，此種中空纖維膜常常通量不夠，且加工工藝復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有中空纖維膜存在物理拉伸強(qiáng)度不足，膜絲易斷絲變形的缺陷，本發(fā)明提供一種物理拉伸強(qiáng)度強(qiáng)且水通量高，成本低的高強(qiáng)度中空纖維膜。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種高強(qiáng)度中空纖維膜，包括膜本體層，所述膜本體層中混紡若干短纖維。短纖維均勻分布在膜本體層中，由于短纖維的加強(qiáng)作用，中空纖維膜的物理拉伸強(qiáng)度最少可以增加數(shù)倍以上，并且可以通過(guò)增加短纖維的數(shù)量來(lái)進(jìn)一步增大中空纖維膜的強(qiáng)度。由于縱向短纖維的作用使得膜絲抗壓強(qiáng)度加強(qiáng)，受到1.5-3mpa壓力不變形。膜絲整體強(qiáng)度大幅度提升，使得膜絲使用壽命是不加短纖維的中空纖維膜的兩倍以上。由于短纖維是混紡到膜本體層中的，短纖維與膜材料有一定的相容性，并且完全被膜本體層材料包裹，不會(huì)發(fā)生分離剝落,失去過(guò)濾功能。
作為優(yōu)選，所述短纖維的直徑為O. OOlmm-1mm,長(zhǎng)度為O. Ol-1mm0上述規(guī)格的短纖維使本發(fā)明既能達(dá)到需要的強(qiáng)度又不影響中空纖維膜的水通量。作為優(yōu)選，所述短纖維的材料為聚丙烯腈、滌綸、尼龍、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、氨綸。膜本體層材料可以是聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈等。短纖維選用這些材料可通過(guò)改性與膜本體層材料具有較好的相容性。作為優(yōu)選，所述短纖維與膜本體層的體積百分比為O. 5%_10%。短纖維鑲嵌在膜本體層中的體積小，對(duì)成膜結(jié)構(gòu)影響很小，膜的水通量是編織繩結(jié)構(gòu)膜的兩倍以上，與無(wú)支撐中空纖維膜相當(dāng)。一種高強(qiáng)度中空纖維膜的制作方法為
I)溶料釜中依次加入膜本體材料(濃度為15-23 wt/v %)、吐溫80或聚乙二醇作為添加齊U (濃度為5-15 wt/v %)、N-甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺為溶齊IK濃度為50-80 wt/v %)，開(kāi)啟溶料釜的攪拌軸密封壓欄，60-100°C下經(jīng)充分?jǐn)嚢?-24h，得到鑄膜液，之后將體積百分比為O. 5%-10%，直徑為O. OOlmm-1mm,長(zhǎng)度為O. Ol-1mm的短纖維混入鑄膜液中，充分?jǐn)嚢柚频没旌翔T膜液。2)將混合鑄膜液擠入管式中空纖維紡絲噴絲頭，在15_40m/min的紡絲速度下，混合鑄膜液被氣壓擠出，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾和計(jì)量泵進(jìn)入噴絲頭鑄膜液進(jìn)入孔，與芯液進(jìn)入孔中的去離子水在噴絲頭發(fā)生復(fù)合成型后進(jìn)入凝固浴后發(fā)生相分離固化成膜，凝固浴凝膠介質(zhì)為恒定溫度的水，水溫度控制在18-45°C，紡絲溫度20-80°C，芯液為去離子水，溫度為5_60O。
3)通過(guò)干-濕法制備中空纖維復(fù)合膜。所制得中空纖維膜成孔性較好，膜孔分布均勻，孔徑分布范圍較窄，且親水性能較好。純水通量可達(dá)到380L/m2h，0.1MPa以上(測(cè)試溫度25 °C )，Ig/L牛血清蛋白緩沖溶液截留實(shí)驗(yàn)中，截留率為99%。
本發(fā)明一種高強(qiáng)度中空纖維膜具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)物理拉伸強(qiáng)度高由于短纖維的加強(qiáng)作用，其物理拉伸強(qiáng)度最少可以增加數(shù)倍以
上；
2)膜絲抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)由于縱向短纖維的作用使得膜絲受到1.5-3mpa壓力不變形；
3)使用壽命長(zhǎng)由于膜絲整體強(qiáng)度大幅度提升，使得膜絲使用壽命是不加短纖維的中空纖維膜的兩倍以上；
4)膜材料不會(huì)發(fā)生剝落采用編織繩的混紡中空纖維膜，涂層與編織繩容易分離剝落，失去過(guò)濾功能；而本發(fā)明，由于短纖維材料與本體材料有一定的相容性,并且完全被膜本體材料包裹，不會(huì)發(fā)生分離剝落而失去過(guò)濾功能，從而大大增加了膜的使用壽命； 5)成本低于編織繩的混紡中空纖維膜編織繩的混紡中空纖維膜材料成本中編織繩成本要占一半以上，所以成本比本發(fā)明高一倍以上； 6)膜通量未受影響因?yàn)橐氲亩汤w維通過(guò)改性跟膜材料有一定的相溶性，且鑲嵌在膜中的體積小，只占膜材料體積的O. 5-10%,對(duì)成膜結(jié)構(gòu)影響很小，因此膜的水通量可達(dá)到380L/m2h，0.1MPa以上(測(cè)試溫度25°C )，是編織繩結(jié)構(gòu)膜的2倍以上，與無(wú)支撐中空纖維膜相當(dāng)。


圖1為本發(fā)明一種高強(qiáng)度中空纖維膜實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。一種高強(qiáng)度中空纖維膜，包括膜本體層1，所述膜本體層I中均勻混紡短纖維2。膜本體層I的材料為聚偏氟乙烯，短纖維的材料為聚丙烯腈，短纖維直徑為O. 001mm，長(zhǎng)度為
O.1mm，在中空纖維膜中所占體積比為0.5%，經(jīng)測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度為IlN (同等條件下，未加短纖維的中空纖維膜的拉伸強(qiáng)度約為4N)，在O.1mpa時(shí)，其抗壓情況為不變形，且在壓力為
O.lmpa，測(cè)試水溫為25攝氏度時(shí)，水通量為399 L/m2h。本發(fā)明的一種高強(qiáng)度中空纖維膜的制作步驟為
I)溶料釜中依次加入膜本體材料聚偏氟乙烯(濃度為18. 5wt/v %)、聚乙二醇作為添加齊U (濃度為6. 5wt/v %)、N-甲基吡咯烷酮為溶劑(濃度為75wt/v %)，開(kāi)啟溶料釜的攪拌軸密封壓欄，80°C下經(jīng)充分?jǐn)嚢?2h，得到鑄膜液，之后將體積百分比為1%，直徑為O. OOlmm,長(zhǎng)度為O.1mm的聚丙烯腈短纖維混入鑄膜液中，充分?jǐn)嚢柚频没旌翔T膜液。2)將混合鑄膜液擠入管式中空纖維紡絲噴絲頭，在18m/min的紡絲速度下，混合鑄膜液被氣壓擠出，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾和計(jì)量泵進(jìn)入噴絲頭鑄膜液進(jìn)入孔，與芯液進(jìn)入孔中的去離子水在噴絲頭發(fā)生復(fù)合成型后進(jìn)入凝固浴后發(fā)生相分離固化成膜，凝固浴凝膠介質(zhì)為恒定溫度的水，水溫度控制在45°C，紡絲溫度20°C，芯液為去離子水，溫度為40°C。
3)通過(guò)干-濕法制備中空纖維復(fù)合膜。所制得中空纖維膜成孔性較好，膜孔分布均勻，孔徑分布范圍較窄，且親水性能較好。純水通量可達(dá)到380L/m2h，0.1MPa以上(測(cè)試溫度25 °C )，I g/L牛血清蛋白緩沖溶液截留實(shí)驗(yàn)中，截留率為99%
本發(fā)明還有如下變形，其中短纖維的直徑、長(zhǎng)度、材料、在中空纖維膜中所占體積比如表I所示，其相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度、抗壓情況、水通量大小也如表I所示
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度中空纖維膜，包括膜本體層(1)，其特征在于所述膜本體層(I)中混紡若干短纖維(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度中空纖維膜，其特征在于所述短纖維(2)的直徑為 O. OOlmm-1mm,長(zhǎng)度為 O. Ol-lmm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度中空纖維膜，其特征在于所述短纖維(2)的材料為聚丙烯腈、滌綸、尼龍、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、氨綸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度中空纖維膜，其特征在于所述短纖維(2)與膜本體層(I)的體積百分比為O. 5%-10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及并公開(kāi)了一種高強(qiáng)度中空纖維膜，包括膜本體層，所述膜本體層中混紡若干短纖維，所述短纖維的直徑為0.001mm-1mm，長(zhǎng)度為0.01-1mm，所述短纖維與膜本體層的體積百分比為0.5%-10%。本發(fā)明的一種高強(qiáng)度中空纖維膜在膜本體材料中加入短纖維，具有物理拉伸強(qiáng)度高、膜絲抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)、膜材料不會(huì)發(fā)生剝落、使用壽命長(zhǎng)，成本低且膜通量未受影響的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D69/08GK103041712SQ201310008328
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者鄭子龍, 包進(jìn)鋒, 張星星 申請(qǐng)人:浙江開(kāi)創(chuàng)環(huán)?？萍加邢薰? 杭州求是膜技術(shù)有限公司