CN104815557B - 一种中空纤维膜元件的生产装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中空纤维膜元件的生产装置及其方法，生产装置包括沿膜丝前进方向依次设置的预烘干单元、定位单元和封装单元，所述预烘干单元为封闭单元，所述定位单元和上述封装单元相连通；还包括控制部，所述控制部与所述预烘干单元、所述定位单元以及所述封装单元分别相连接。本发明的生产方法是通过预烘干单元、定位单元和封装单元分别完成对膜丝的初次烘干、封装段的膜丝烘干以及在线的膜丝烧铸，可以将纺丝头经过漂洗后的膜丝直接自动浇铸封装，实现了从布丝到浇铸及切头实现一体化的工艺，实现了自动化生产过程，降低了工艺对人工因素的依赖；且生产出的膜元件具有排列整齐、膜丝容积比高的特点，质量得到了明显的提高。

Description

一种中空纤维膜元件的生产装置及其方法

技术领域

本发明涉及中空纤维滤芯过滤器元件的生产领域，具体涉及一种中空纤维膜元件的生产装置及其方法。

背景技术

膜技术(特别是中空纤维膜)作为污水资源化的成为最有前景的且发展最快速的水处理技术，无论是用于污水处理厂的MBR膜，还是用于工业与生来水厂的有压式膜，其年需求量均可达千万平方米的级别。

中空纤维膜元件的生产过程多采取手工介入(手工做组件)的办法，所需场地大，制作周期长，人工成本较高，由于存在人工介入，难免存在成品率低以及产品质量波动较大的缺陷，且膜浇铸胶水过程中，膜丝与胶水中的容积比小，膜丝还可能出现断丝率高、堵塞率高以及上下对不齐等问题。

针对手工介入的方式，目前也对膜元件的自动化生产进行了探讨和尝试，但由于中空纤维膜的生产本身工艺较为复杂，加之膜丝较为娇贵，持拿的力度不容易通过自动化工序进行控制，且其在浇铸的过程中需采取交联的胶水、需要较长的固化时间来保证膜丝不存在气泡渗漏、在浇铸前要对膜进行自然阴干等，上述较长的停留时间通过自动化实现显得并不容易。

为了保证中空纤维膜元件生产过程的经济性与实用性问题，目前以下专利已经针对部分问题提出了一些解决方案，但仍然伴随有亟待解决的缺陷，如：

可以看出，目前对于中空纤维膜元件生产的改进只在有限程度上使问题缓解，如采取静胶代替大量的离心装置，降低设备投资，通过部分的布胶设备、切胶设备、混胶等方面实现部分的生化过程。但仍然普遍存在适用性差，投入较高以及使用不便等缺陷，没有能从根本上解决自动中空膜的元件的工业化问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种中空纤维膜元件的生产装置及其方法，旨在实现从纺丝机直接自动化生产中空纤维膜元件的工艺。

本发明采用的技术方案具体为：

一种中空纤维膜元件的生产装置，包括沿膜丝前进方向依次设置的预烘干单元、定位单元和封装单元，所述预烘干单元为封闭单元，所述定位单元和上述封装单元相连通；还包括控制部，所述控制部与所述预烘干单元、所述定位单元以及所述封装单元分别相连接。

在上述中空纤维膜元件的生产装置中，所述预烘干单元包括第一箱体、导辊组和风干机构，所述导辊组和所述风干机构分别设于所述第一箱体内，膜丝缠绕于所述导辊组，所述风干机构置于所述膜丝的外侧，且不与膜丝直接接触；所述控制部设有第一温度控制单元，所述第一温度控制单元与所述风干机构相连接。

在上述中空纤维膜元件的生产装置中，所述风干机构采用加热形式为热空气、微波或者红外线的加热装置。

在上述中空纤维膜元件的生产装置中，所述定位单元包括第二箱体、旋转鼓组和布丝机构，所述旋转鼓组和所述布丝机构沿膜丝前进方向依次设于所述第二箱体内，所述旋转鼓组通过中心轴与所述第二箱体相连接；所述布丝机构设有布丝针，所述布丝针上设有通丝孔，所述膜丝经所述通丝孔缠绕于所述旋转鼓组；所述控制部设有第一电机单元，所述第一电机单元与所述布丝机构相连接，所述第一电机单元控制所述布丝机构沿平行于所述旋转鼓组的中心轴的方向移动。

在上述中空纤维膜元件的生产装置中，所述旋转鼓组包括第一侧鼓和第二侧鼓，所述第一侧鼓和所述第二侧鼓并列布置于所述第二箱体内；所述旋转鼓组的底部通过基座固定于所述第二箱体，所述旋转鼓组的顶部设有第一加热带；所述控制部设有第二电机单元，所述第二电机单元与所述第一侧鼓、所述第二侧鼓分别相连接，所述第二电机单元控制所述第一侧鼓和所述第二侧鼓相对独立地绕其中心轴旋转；所述控制部还设有第二温度控制单元，所述第二温度控制单元与所述第一加热带相连接。

在上述中空纤维膜元件的生产装置中，所述封装单元包括第三箱体以及由所述定位单元转入的所述旋转鼓组，所述旋转鼓组的底部通过供胶槽固定于所述第三箱体，所述旋转鼓组的顶部设有第二加热带；还包括涂胶部和切胶部，所述涂胶部设于所述供胶槽和所述旋转鼓组之间，所述切胶部设于所述第二加热带和所述旋转鼓组之间；所述控制部设有工序控制单元，所述工序控制单元控制所述旋转鼓组依次旋转至涂胶部、第二加热带、切胶部及其在所述涂胶部对应的涂胶位、第二加热带对应的加热位、切胶部对应的切胶位的述停留时间。

一种中空纤维膜元件的生产方法，包括下列步骤：

预烘干步骤：风干机构对缠绕于导辊组上的膜丝进行初步烘干处理，直至膜丝的含水量达到10～50％；

定位步骤：初步烘干后的膜丝进入定位单元，将膜丝定位缠绕于旋转鼓组，并对其进一步烘干；

封装步骤：定位后的绕丝旋转鼓组转入封装单元，对膜丝依次进行涂胶、加热、切胶，完成单个膜元件的封装。

在上述中空纤维膜元件的生产方法中，所述定位步骤具体为：

伸出导辊组的膜丝经过布丝针缠绕于旋转鼓组，控制部一方面控制布丝针沿着与旋转鼓组的中心轴平行的方向移动及其移动速度，另一方面控制旋转鼓组的第一侧鼓和第二侧鼓独立旋转及其旋转速度，使得膜丝均匀地缠绕于第一侧鼓和第二侧鼓的表面；

旋转鼓组顶部的第一加热带对缠绕在第一侧鼓和第二侧鼓表面的膜丝进行烘干，直至膜丝的含水量达到5～10％；

在上述中空纤维膜元件的生产方法中，所述封装步骤具体为：

缠绕在第一侧鼓或第二侧鼓表面的膜丝经第一加热带加热后，随着转辊的运行转动，(即：在第三箱体内两个侧鼓也是独立旋转的)首先旋转至封装单元的涂胶部，在涂胶部对应的涂胶位对膜丝进行涂胶；涂胶完成后，进一步旋转至第二加热带，在第二加热带对应的加热位对膜丝进行加热；直至涂胶固化后，进一步旋转至切胶部，在切胶部对应的切胶位对膜丝进行切割，在膜元件的端部形成涂胶封装部，单个膜元件的封装完成。

在上述中空纤维膜元件的生产方法中，在切胶部对应的切胶位沿涂胶中线对膜丝切割。

本发明产生的有益效果是：

本发明的膜元件生产工艺采用3d打印的方式(即在立体长宽高三个维度上实现了对膜丝的烘干、分布、摆放及胶头的上胶、固化最后切割、成型等一系列过程)，可以根据需要，通过控制编程设计出帘式、圆柱式、方柱式等不同浸入式或有压式膜元件的生产，实现异形膜元件的一体化制造，在直接实现了膜元件生产的前提下，减少了传统生产工艺中的运丝、烘干、布丝、封丝、浇铸、切头等中间环节，减少了所需的固定生产场地，初期投入成本显著降低；

本发明的膜元件生产工艺提高了膜丝的利用率，且膜丝不采取封堵环节，实现了膜丝的等规摆放，实现了膜元件的生产自动化，而且省去了人工介入的环节，在人工成本节约的同时也提高了生产效率和成品的合格率。

经本发明的生产工艺加工出的膜元件是一种实现了技术的升级和改造的适用于在当前(家用)纯净水机上的中空纤维膜。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种中空纤维膜元件的生产装置的立体示意图；

图2为本发明一种中空纤维膜元件的生产装置的主视示意图；

图3为本发明一种中空纤维膜元件的生产装置的俯视示意图；

图4为本发明一种中空纤维膜元件的生产装置的在生产帘式膜元件过程中的缠绕封装示意图；

图5为图4生产出的帘式膜元件示意图。

图中：1、预烘干单元 11、第一箱体 12、导辊组 13、风干机构 2、定位单元 21、第二箱体 22、布丝针 23、第一加热带 24、第一侧鼓(左) 25、第二侧鼓(右) 26、基座 3、封装单元 31、第三箱体 32、第二加热带 33、涂胶部 34、切胶部 35、供胶槽 4、膜丝 41、第一涂胶线 42、第二涂胶线 43、切割线 51、涂胶封装部。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1-3所示的一种中空纤维膜元件的生产装置，包括依次连续排放设置的预烘干单元1、定位单元2和封装单元3，膜元件生产过程是中空纤维膜丝4依次在预烘干单元1、定位单元2、封装单元3中完成初烘干、定位缠绕并持续烘干、切割膜丝并完成膜元件封装三道工序；具体生产过程如下：

预烘干单元1主要包括第一箱体11、导辊组12和风干机构13，导辊组12和风干机构13分别设于第一箱体11内，膜丝4缠绕于导辊组12，风干机构13置于膜丝4的底侧且不与膜丝4发生直接接触，而是通过提供热源对膜丝4进行烘干。第一箱体1为风干机构13提供了一个保温的空间，通过导辊组12的转辊对膜丝4的导引，风干机构13优选为采用热空气、微波或红外线等加热形式的加热装置，实现了对膜丝的初次整体烘干。且可根据工艺要求，通过控制部调节加热装置对应的烘干的时间、温度等参数。

预烘干步骤：中空纤维膜丝4首先进入预烘干单元1，风干机构12对缠绕于导辊组12上的膜丝4进行初步烘干处理，在经过初步烘干后，膜丝含水量达到10～50％；

初步烘干后的膜丝4进入定位单元2，对其进行定位缠绕以及进一步的烘干；

定位单元2主要包括第二箱体21、由并列布置的第一(左)侧鼓24、第二(右)侧鼓25组成的旋转鼓组和设有布丝针21的布丝机构；旋转鼓组和布丝机构沿膜丝前进方向依次设于第二箱体21内；其中左侧鼓24和右侧鼓25可以在电机驱动下相对独立地旋转，在旋转鼓组前部设置有布丝针25，布丝针22上设有通丝孔，在电机驱动下可左右移动，左侧鼓24和右侧鼓25通过底部的基座26固定于第二箱体21内，其上部分别设有第一加热带23。

定位步骤：膜丝4经过布丝针22上的通丝孔后，移动至左侧鼓24处，并缠绕在左侧鼓24面；左侧鼓24旋转，布丝针22左右移动，同时打开其顶部的第一加热带23，通过电控设置转速和移动速度，使得膜丝4均匀地缠绕在左侧鼓24的表面，完成缠绕和烘干后，左侧鼓24即进入等待进入下道工序(封装工序)的状态；此时膜丝4右移至右侧鼓25处，并缠绕在右侧鼓25表面；右侧鼓25旋转，布丝针22左右移动，同时打开顶部的第一加热带23，通过电控设置转速和移动速度，使得膜丝4均匀地缠绕在右侧鼓24的表面，完成缠绕和烘干，在经过第一加热带23烘干后，膜丝含水量达到5％～10％后，右侧鼓24也进入等待进入下道工序(封装工序)的状态。

带膜丝4的左侧鼓24(或者右侧鼓25)在在控制部的电机控制之下转入封装单元3，进行单个膜元件的封装；

封装单元3主要包括转入封装单元3的旋转鼓组以及第三箱体31、第二加热带32、涂胶部33和切胶部34，旋转鼓组通过供胶槽35固定于第三箱体31内，涂胶部32设于供胶槽35和旋转鼓组之间，第二加热带32设于旋转鼓组的上部，切胶部34设于第二加热带32和旋转鼓组之间。

封装步骤：转入封装单元3的左侧鼓24(或者右侧鼓25)随着转辊的运行转动，旋转至涂胶部33对应的涂胶位后开始对膜丝进行涂胶，涂胶完成后左侧鼓24(或者右侧鼓25)进一步旋转至第二加热带32对应的加热位开始对膜丝进行加热，直至涂胶固化后进一步旋转至切胶部34对应的切胶位，沿涂胶中线切割，完成单个膜元件的封装。

本发明属于对纺丝机的收丝机的升级设备，可以直接对纺丝头经过漂洗后的膜丝实现自动浇铸封装。可以完成帘式膜、圆柱式、方柱式等不同元件的生产，且本发明生产的膜丝具有排列整齐、膜丝容积比高以及膜丝利用率高的特点，占地小、节约了人工成本，实现了膜丝生产的自动化操作。

以(如：对缠绕于左侧鼓24上的膜丝4进行封装)帘式膜元件为例，涂胶和切胶如图4所示，涂胶线(41、42)之间的部分为涂胶带，且涂胶带的宽度与加热带(23、32)的宽度相等，优选为5～10cm。即为在涂胶部33对应的涂胶带的加工部位，切割线43则为在切胶部34对应的切胶位的加工部位，亦即封装步骤所说的沿涂胶中线切割；封装的帘式膜元件进一步图5所示，膜元件的两侧端头即具备了涂胶封装部51，两个端头的涂胶封装部51分别对应的是图4中所示的涂胶带中的第一涂胶线41与切割线43的部分以及第二涂胶线42与切割线43之间的部分。

在本实施例中，旋转鼓组为布丝加热转鼓组，是由两个绕丝轴(24、25)、1个布丝针、1条组成。作为一种优选，绕丝轴是直径为0.2-2m、长度为0.1-1m的圆柱体，加热带(23、32)则是在圆柱上方凸出较绕丝轴直径高出0.05-0.20m，圆弧长度为0.1-0.40m的加热带，加热带可以为金属或非金属材质，且其内置有电、红外线、超声等加热方式；2个绕丝轴并列独立地运行，并通过机电自动控制其启停；此外，通过采取电机控制，可以使得布丝针22上的通丝孔按照编订程度往复的运动。

供胶槽则是一个弧度与加热带弧度相同的槽体，内存有涂胶装置。涂胶装置与加热带(23、32)的距离可以调节，涂胶装置内的胶水则采用元件生产所需要的有机胶水，如环氧胶水、聚胺酯胶水等。

切胶部34的作用就是通过在涂胶的位置中间往复运行，利用机械或者热方式进行切割，其中切割机械的具体形式可以是机械刀片、锯片、激光、水刀等。

通过控制部的设定，使得本发明的膜元件生产装置按设定的程序实现布丝针、供胶槽、切胶部、绕丝轴的运动速度与方向，以及通过调整风干机构和加热带、实现不同元件的自动控制过程。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种中空纤维膜元件的生产方法，使用一种中空纤维膜元件的生产装置，包括沿膜丝前进方向依次设置的预烘干单元、定位单元和封装单元，所述预烘干单元为封闭单元，所述定位单元和上述封装单元相连通；

还包括控制部，所述控制部与所述预烘干单元、所述定位单元以及所述封装单元分别相连接；

所述预烘干单元包括第一箱体、导辊组和风干机构，所述导辊组和所述风干机构分别设于所述第一箱体内，膜丝缠绕于所述导辊组，所述风干机构置于所述膜丝的外侧，且不与膜丝直接接触；

所述控制部设有第一温度控制单元，所述第一温度控制单元与所述风干机构相连接；

所述风干机构采用加热形式为热空气、微波或者红外线的加热装置；

所述定位单元包括第二箱体、旋转鼓组和布丝机构，所述旋转鼓组和所述布丝机构沿膜丝前进方向依次设于所述第二箱体内，所述旋转鼓组通过中心轴与所述第二箱体相连接；所述布丝机构设有布丝针，所述布丝针上设有通丝孔，膜丝经所述通丝孔缠绕于所述旋转鼓组；

所述控制部设有第一电机单元，所述第一电机单元与所述布丝机构相连接，所述第一电机单元控制所述布丝机构沿平行于所述旋转鼓组的中心轴的方向移动；

所述旋转鼓组包括第一侧鼓和第二侧鼓，所述第一侧鼓和所述第二侧鼓并列布置于所述第二箱体内；所述旋转鼓组的底部通过基座固定于所述第二箱体，所述旋转鼓组的顶部设有第一加热带；

所述控制部设有第二电机单元，所述第二电机单元与所述第一侧鼓、 所述第二侧鼓分别相连接，所述第二电机单元控制所述第一侧鼓和所述第二侧鼓相对独立地绕其中心轴旋转；

所述控制部还设有第二温度控制单元，所述第二温度控制单元与所述第一加热带相连接；

所述封装单元包括第三箱体以及由所述定位单元转入的所述旋转鼓组，所述旋转鼓组的底部通过供胶槽固定于所述第三箱体，所述旋转鼓组的顶部设有第二加热带；

还包括涂胶部和切胶部，所述涂胶部设于所述供胶槽和所述旋转鼓组之间，所述切胶部设于所述第二加热带和所述旋转鼓组之间；

所述控制部设有工序控制单元，所述工序控制单元控制所述旋转鼓组依次旋转至涂胶部、第二加热带、切胶部及其在所述涂胶部对应的涂胶位、第二加热带对应的加热位、切胶部对应的切胶位的述停留时间；

其特征在于包括如下步骤：

预烘干步骤：风干机构对缠绕于导辊组上的膜丝进行初步烘干处理，直至膜丝的含水量达到10～50％；

定位步骤：初步烘干后的膜丝进入定位单元，将膜丝定位缠绕于旋转鼓组，并对其进一步烘干；

封装步骤：定位后的绕丝旋转鼓组转入封装单元，对膜丝依次进行涂胶、加热、切胶，完成单个膜元件的封装；

所述定位步骤具体为：

伸出导辊组的膜丝经过布丝针缠绕于旋转鼓组，控制部一方面控制布丝针沿着与旋转鼓组的中心轴平行的方向移动及其移动速度，另一方面控制旋转鼓组的第一侧鼓和第二侧鼓独立旋转及其旋转速度，使得膜丝均匀地缠绕在第一侧鼓和第二侧鼓的表面；

旋转鼓组顶部的第一加热带对缠绕在第一侧鼓和第二侧鼓表面的膜丝进行烘干，直至膜丝的含水量达到5～10％；

所述封装步骤具体为：

缠绕在第一侧鼓或第二侧鼓表面的膜丝经第一加热带加热后，首先旋转至封装单元的涂胶部，在涂胶部对应的涂胶位对膜丝进行涂胶；涂胶完成后，进一步旋转至第二加热带，在第二加热带对应的加热位对膜丝进行加热；直至涂胶固化后，进一步旋转至切胶部，在切胶部对应的切胶位对膜丝进行切割，在膜元件的端部形成涂胶封装部，单个膜元件的封装完成；

在切胶部对应的切胶位沿涂胶中线对膜丝切割。