專利名稱：：用于空心纖維膜模塊的集管和灌封空心纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本說(shuō)明書涉及對(duì)空心纖維膜進(jìn)行灌封的方法，制作用于空心纖維膜模塊的集管的方法，灌封的空心纖維膜，或者灌封的空心纖維膜的集管或模塊。
背景技術(shù)：
：以下描述并不承認(rèn)或意味著以下所討論的設(shè)備或方法在任何特定的國(guó)家可作為現(xiàn)有技術(shù)或本領(lǐng)域中的技術(shù)人員的常識(shí)進(jìn)行引用。為了利用空心纖維膜進(jìn)行過(guò)濾或滲透，，必須將大量薄的空心纖維固定在集管上，使得其外表面各自相對(duì)集管的外部完全密封，但其腔管對(duì)集管的內(nèi)部空間是敞開(kāi)的。之后，將集管的內(nèi)部空間連接在抽吸源或壓力源上，以形成跨越膜壁的跨膜壓力，并攜帶流體進(jìn)出膜的腔管。在美國(guó)專利No.5,639,373中，纖維陣列的末端浸漬在溢散性液體，例如石蠟中，直到溢散性液體在其周圍固化時(shí)為止。然后將定型液體，例如樹(shù)脂澆灌在溢散性液體上，并容許圍繞膜而固化。之后例如通過(guò)加熱或通過(guò)溶解而除去溢散性液體，留下膜的腔管對(duì)之前由溢散性液體所占據(jù)的空間敞開(kāi)。在美國(guó)專利No.6,042,677中，使用相似的工藝，但纖維陣列凈皮保持在粉末床中，其用來(lái)替代固化的溢散性液體。在美國(guó)專利No.5,922,201中，將連續(xù)的空心纖維制成織品，使得相鄰的纖維長(zhǎng)度彼此間隔開(kāi)，并且沒(méi)有敞開(kāi)的末端?？椘返囊粋€(gè)邊緣插入到液體樹(shù)脂罐中，當(dāng)液體樹(shù)脂固化時(shí)，使該罐進(jìn)行離心運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)，以促進(jìn)樹(shù)脂流入到纖維之間的空間內(nèi)。在樹(shù)脂固化之后，將樹(shù)脂和纖維塊切斷，從而將織品分成具有敞開(kāi)端的單獨(dú)長(zhǎng)度的纖維。然后通過(guò)墊圏將樹(shù)脂塊膠粘在或連接'在集管的剩余部分上。在歐洲專利申請(qǐng)No.EP0931582中，使用彈性管來(lái)制作集管。在管中切出孔，并在孔周圍建造溢流堰。通過(guò)首先將孔拉開(kāi)而后容許其接近膜，從而將空心纖維膜的敞開(kāi)端插入到孔中。液體樹(shù)脂澆灌在膜的末端上，并通過(guò)溢流堰而保持在合適位置，直至其固化。表面張力防止樹(shù)脂通過(guò)孔而流入相鄰的纖維之間的空間內(nèi)。發(fā)明概述以下的概述旨在引導(dǎo)讀者閱讀說(shuō)明書，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明的特征可在于包含在該概述部分或本發(fā)明申請(qǐng)文件的其它部分如權(quán)利要求書中的特征的組合或子組合。本發(fā)明人已經(jīng)覺(jué)察到現(xiàn)有技術(shù)的灌封方法的各種困難。具體地說(shuō)，使用可固化的樹(shù)脂性液體可能產(chǎn)生各種缺陷。例如，可固化的材料如聚氨酯，環(huán)氧樹(shù)脂或硅都是較昂貴的。固化這些材料所需要的時(shí)間也是很長(zhǎng)的，通常需要至少10分鐘，更常見(jiàn)的是需要幾小時(shí)，這是因?yàn)榇髽?shù)脂塊的快速固化產(chǎn)生了過(guò)量的熱量。樹(shù)脂還可能需要小心的混合或固化步驟，或者當(dāng)其固化時(shí)，可能釋放有害的化學(xué)物質(zhì)。在'固化之前，液體樹(shù)脂在纖維長(zhǎng)度上的毛細(xì)作用也可能是一個(gè)問(wèn)題。在灌封空心纖維膜的方法中，以膜束的形式來(lái)提供膜，所述膜束在與膜末端間隔開(kāi)的平面中具有一層包圍膜的可壓縮材料。可通過(guò)將熱熔性粘合劑層置于纖維片上，可選地將多個(gè)纖維片層疊在一起，而形成這層可壓縮材料。之后將纖維放置在模具中，該模具對(duì)壓縮材料帶進(jìn)行壓縮，以形成包含纖維的大致密封的空腔。將熔融的灌封材料注入到空腔中，以包圍膜。灌封材料在模具中冷卻和固化，形成密封地連在膜上的固體灌封材料塊?？蛇x地在所述束上提供兩個(gè)間隔開(kāi)的可壓縮材料層。模具壓縮這兩層材料，從而在這兩層之間提供填充有注入的灌封材料的空腔。在這種情況下，定型液體并不會(huì)流向仍保持敞開(kāi)的膜末端。在制作一種具有灌封的空心纖維膜的集管的方法中，使用上述方法將膜灌封到灌封材料塊中。在一種方法中，從模具中取出灌封材料，之后進(jìn)行切斷，以重新打開(kāi)纖維的末端。然后將灌封材料塊密封在集管盤中，以形成與纖維末端相通的滲透收集區(qū)域。在另一方法中，成形于兩個(gè)可壓縮材料帶之間的灌封材料塊被密封在集管盤上，使得在滲透收集區(qū)域內(nèi)部，纖維的敞開(kāi)端和可壓縮材料層最接近材料塊。在另一方法中，灌封材料塊成形于兩個(gè)可壓縮材料帶之間，而將最靠近膜末端的可壓縮材料帶插入到集管盤中。這樣，灌封材料塊成形于集管盤的頂部或其周圍，并同時(shí)密封住集管盤的頂部和膜。在其它方面，本說(shuō)明書描迷了灌封的膜或集管。在一個(gè)示例中，本發(fā)明涉及一種灌封的膜組件，其具有粘合劑帶、可壓縮材料和固化的熱塑性灌封材料塊。在另一方面，本發(fā)明涉及一種上述組件，其具有密封到集管盤上的灌封材料塊，從而形成與膜末端相通的滲透空腔。附圖簡(jiǎn)介以下將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例的示例。圖1顯示了放置在纖維片上的可壓縮粘合劑材料層的平面圖。圖2顯示了圖1的纖維片裝配成較大纖維束的立體圖，其具有可壓縮粘合劑材料層。圖3是插入到笫一模具中的圖2纖維束的剖視立體圖。圖4顯示了插入到第二模具中的圖2纖維束的剖視立體圖。圖5顯示了連在集管盤上的灌封的膜束的剖視圖。圖6是穿過(guò)灌封材料而剖開(kāi)的灌封的纖維束的照片。圖7是灌封的膜組件的圖片。實(shí)施例的描述圖1顯示了空心纖維膜12的片材10。片材10是通過(guò)將膜12施加在支承面如薄板上而形成的，這樣，至少在靠近其敞開(kāi)端16的灌封區(qū)域14中，膜12是彼此大致平行的，但彼此間隔開(kāi)例如為其直徑的0.2至2倍之間的距離。可選的是，片材10可通過(guò)任何合適的織品成形方法來(lái)成形，并且具有4黃向跨過(guò)膜12的惰性纖維，從而有助于將膜12保持在合適位置。此外還可選的是，通過(guò)將膜12纏繞在巻筒上，優(yōu)選通過(guò)相對(duì)于巻筒的旋轉(zhuǎn)速度以某一速度在巻筒面上前進(jìn)的導(dǎo)向件而形成片材10,該導(dǎo)向件將纖維以所需的間隔按螺旋方式施加在巻筒上。膜12可具有例如在0.5至2.5mm之間的直徑，在片材10中可具有例如在50至400個(gè)之間的膜12。片材10的寬度例如可為400mm至1200mm，并且片材10和其膜12的長(zhǎng)度例如可在200至3200mm之間。在各圖中，膜12顯示為被切成較短的長(zhǎng)度，以容許其它部分^皮顯示得較為大些?？蓧嚎s的粘合劑20的第一層18放置在片材10上，使得膜12的末端16和粘合劑20的第一層18位于灌封區(qū)域14的相對(duì)兩側(cè)。粘合劑20將片材10保持在一起。粘合劑20還將膜12的整個(gè)外周邊密封起來(lái)，但并不需要形成完全不起泡的灌封。粘合劑20的第一層18的長(zhǎng)度、寬度和厚度保持一定的尺寸，其將與下面所述的模具相配合。粘合劑20可以是熱塑性的，并且可通過(guò)首先使其熔融，從而使其可在膜12上及其周圍流動(dòng)從而進(jìn)行施加。粘合劑20還可在將其施加到膜12上之后熔化，或者在其熔化的同時(shí)定型或成形，以提供具有更一致的形狀或更仔細(xì)控制的尺寸的層。如以下詳細(xì)所述，粘合劑20通常還可以是柔軟的，從而更容易被才莫具壓縮到密封件中，以提供用于膜12的緩沖層。例如，粘合劑20可以是通常被稱為熱熔膠的類型，其可以是聚乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的共混物。作為備選，粘合劑可以是樹(shù)脂，例如聚氨酯或環(huán)氧樹(shù)脂?？蛇x地，還可以針對(duì)第一層18所述的方式來(lái)提供粘合劑20的第二層22。然而，第二層22施加在末端16和灌封區(qū)域14之間。第二層22并不覆蓋或填充膜12的末端16。然而，優(yōu)選將第二層22放置在盡可能靠近膜12的末端16附近，而沒(méi)有封閉末端16,從而減小將突入到集管成品的滲透空腔中并與空腔中的流體流發(fā)生干涉的膜12的長(zhǎng)度。圖2顯示了通過(guò)將許多片材10,例如1至30個(gè)或10至20個(gè)片材10層疊在一起，而制成的膜12的束24。片材10層疊成使得粘合劑層18，22施加在彼此的頂面之上，從而通常形成平行六面體?？蛇x的是，可將一個(gè)或多個(gè)片材10滾軋?jiān)谝黄?，從而通常形成圓柱體或制成其它形狀。片材10可膠合、焊接或夾緊在一起，或者手動(dòng)地或通過(guò)將細(xì)繩、金屬絲、帶子或其它纏繞材料纏繞在束24上而簡(jiǎn)單地保持在一起。圖3顯示了放置到第一模具30中的束24。模具具有第一板32和第二板34，其具有接觸面36和型面38。在將束24插入到板32，34之間之后，通過(guò)螺釘孔40中未顯示的緊固螺釘而將板32,34彼此相向放置。當(dāng)板32，34—起移動(dòng)時(shí)，接觸面36壓縮粘合劑層18,22，并形成臨時(shí)的密封。在板32,34的型面38、粘合劑層18,22以及與粘合劑層18,22的末端相接觸的第一模具的末端(未顯殺)之間形成空腔44。束24的灌封區(qū)域14處于空腔44的內(nèi)部。一個(gè)或多個(gè)入口噴嘴42容許將熔融的灌封材料注入到空腔44中。在灌封之后，可使用一個(gè)或多個(gè)脫才莫銷46使束24脫離空腔44，并因而允許空腔44通氣。為了完成對(duì)膜12的灌封，將熔融的灌封材料注入到噴嘴42中，以填充空腔44。粘合劑層18,22防止灌封材料離開(kāi)空腔44。灌封材料圍繞束24而流動(dòng)，之后滲入到膜12之間的空間內(nèi)。然后足夠快地冷卻灌封材料，以避免損傷膜12或粘合劑層18，22的過(guò)分熔化。在灌封材料固化之后，可移動(dòng)板32,34使它們彼此分開(kāi)，從而取出灌封的束24。灌封材料可以是注塑才莫制中通常使用的幾種熱塑性聚合物的其中一種，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、熱塑性彈性體(TPE)、熱塑性聚氨酯(TPU)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯共聚物或基于熱熔性聚合物或熱熔膠的聚烯烴，或任何填充形式的這些材料，例如填充有玻璃的這些材料。膜12還可具有本領(lǐng)域中己知的各種結(jié)構(gòu)類型，但必須具有足夠的強(qiáng)度，而不會(huì)被注入的灌封材料壓平。例如，膜12可以是具有編織的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)纖維，例如由ZENONEnvironmentalInc.公司制成的用于ZEEWEED500系列模塊的膜。在取出灌封的束24之后，可將其連接到集管盤52上。如圖5所示，膜12的末端16插入到滲透盤52的內(nèi)部，其內(nèi)形成了滲透(或供給)空腔54。灌封材料50密封在集管盤52的壁56上，或者密封在集管盤52中的一個(gè)或多個(gè)端口58和膜12的末端16上，以便封閉滲透/供給空腔54。在滲透盤52和灌封材料50之間的連接可通過(guò)各種方法制成，例如膠合、焊接或機(jī)械緊固件，可選地通過(guò)墊圏或其它中間材料。在連接到集管盤52上之前，還可以可選地沿著線60切斷灌封材料。例如，如果集管盤52連接在灌封材料塊50的下表面62上而非側(cè)面64上，那么這樣可提供平滑的下表面62。當(dāng)需要重新打開(kāi)膜12的末端16，例如如果在改進(jìn)的模具中沒(méi)有使用粘合劑20的底層22來(lái)形成從粘合劑20的第一層18延伸超出膜12的末端16的空腔時(shí)，也可切斷灌封材料50。圖4顯示了第二模具70。除了一組接觸面36已構(gòu)造成可接受預(yù)制的集管盤52之外，第二模具70與第一才莫具30是相似的。膜12的束24插入到集管盤52中，使得粘合劑20的第二層22的底部位于集管盤52的頂部邊緣以下，而粘合劑20的第一層18的底部位于集管盤52的頂部邊緣以上。當(dāng)將板32,34移動(dòng)至一起時(shí)，一組接觸面對(duì)粘合劑20的第一層18進(jìn)4亍壓縮和臨時(shí)密封，而另一組^接觸面36對(duì)滲透盤52進(jìn)行壓縮和臨時(shí)密封，這又對(duì)粘合劑20的第二層22進(jìn)行壓縮和密封。這就形成了包括灌封區(qū)域14和滲透盤52頂部區(qū)域的空腔44。滲透盤52頂部區(qū)i泉可位于滲透盤52的內(nèi)部，滲透盤52的外部，或同時(shí)位于內(nèi)部和外部。當(dāng)注入熔融的灌封材料時(shí)，灌封材料在膜12之間和其周圍流動(dòng)，并且當(dāng)冷卻成固體時(shí)，將膜12彼此相對(duì)地密封以及相對(duì)于滲透盤52密封起來(lái)。如上所述的灌封材料的注塑^^莫制可在1-300巴范圍內(nèi)的外加壓力下，在20-340°C或160-340°C的溫度下進(jìn)行。灌封材料應(yīng)該在所有預(yù)期應(yīng)用中保持為充分強(qiáng)度的固體，其能夠與高達(dá)60°C或更高溫度的流體保持接觸。熱熔膠和灌封材料的樣本特征如下給出<formula>complextableseeoriginaldocumentpage10</formula>例如，ZENONEnvironmentalInc.公司的ZEEWEED500系列模塊中所使用的膜12，利用3種類型的聚丙烯而在第一才莫具30中進(jìn)行灌封，所述3種類型的聚丙烯具有在大約10g/10min至1000g/10min之間的熔體流動(dòng)指數(shù)。利用195°C至230°C之間的溫度和在90巴至110巴之間的注入壓力，可在具有14片膜12的灌封束24中獲得滿意的結(jié)果。圖6顯示了這樣一種沿著聚丙烯灌封材料50切開(kāi)的灌封束24。圖7是另一個(gè)這種束的外部的照片。在沒(méi)有脫離本發(fā)明范圍的條件下，可利用上述實(shí)施例的許多變型來(lái)實(shí)施本發(fā)明。例如，但非限制性的是，本發(fā)明可供管狀膜使用。權(quán)利要求1.一種空心纖維膜模塊，其中，所述膜完全灌封在一個(gè)或多個(gè)熱塑性材料中，所述熱塑性材料在所述模塊的操作溫度下是固態(tài)的，但是在高于其熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行施加的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖莫塊，其特征在于，所述熱塑性材料在第一區(qū)域包括熱熔性類型的材料，并且在與所述第一區(qū)域相鄰的第二區(qū)域包括注塑模制的聚合物，所述注塑模制材料具有比所述熱熔性類型的材料更高的強(qiáng)度和熔化溫度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的^莫塊，其特征在于，所述至少一個(gè)熱塑性材料具有大于140°C的熔化溫度。4.一種對(duì)空心纖維膜進(jìn)行灌封的方法，包括如下步驟a)形成空心纖維膜束，所述膜通過(guò)與所述膜末端間隔開(kāi)的粘合劑材料層而保持在一起，從而在所述粘合劑材料層與所述膜末端之間提供灌封區(qū)域；b)將所述膜束放置在模具中，其中，所述沖莫具相對(duì)于所述粘合劑材料進(jìn)行密封，從而形成圍繞所述灌封區(qū)域的空腔；c)將液體灌封材料注入到所述空腔中，使得所述灌封材料圍繞所述膜流動(dòng)；d)使所述灌封材料固化，而與所述膜形成密封；和，e)從所述模具中取出所述膜束。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述灌封材料是通過(guò)熔化而成為液體以及通過(guò)冷卻而固化的熱塑性材料。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述束隨同位于與所述第一材料相對(duì)的所述灌封區(qū)域那一側(cè)的第二粘合劑材料層一起成形，并且所述空腔部分地由所述第二粘合劑材料層形成。7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任一權(quán)項(xiàng)所述的方法，其特征在于，穿過(guò)所述纖維來(lái)切割所述固化的灌封材料，從而提供所述灌封材料的一個(gè)面，其具有與所述面齊平的膜敞開(kāi)端。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述空腔是部分地通過(guò)所述才莫具相對(duì)于所述第二粘合劑材料層進(jìn)行密封而形成的。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述空腔部分地通過(guò)所述模具相對(duì)于包圍所述膜末端的滲透盤進(jìn)行密封，并且所述滲透盤相對(duì)于所述第二粘合劑層進(jìn)行密封而形成的，所述空腔設(shè)置成還包括所述滲透盤的壁表面的一部分。10.—種形成集管的方法，包括形成根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一權(quán)項(xiàng)所述的灌封到灌封材料中的空心纖維組件，以及將所述灌封材料密封到滲透盤上，從而在所述滲透盤中形成與所述膜末端相通的流體空腔的步驟。11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一權(quán)項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在權(quán)利要求4的步驟(a)中形成所述膜束的所述步驟還包括，提供膜片，并將熱熔性粘合劑層置于所述膜片上。12.根據(jù)權(quán)利要求11所迷的方法還包括將多個(gè)如權(quán)利要求11所述的膜片與其相應(yīng)的粘合劑層彼此層疊起來(lái)。13.—種灌封的空心纖維膜束，包括a)空心纖維膜陣列；b)包圍和連^t妾所述膜的粘合劑層；和c)密封在所述膜上并處于所述膜之間的熱塑性聚合物層，其中，所述熱塑性聚合物層從所述粘合劑層延伸到所述膜的末端或與所述膜末端間隔開(kāi)的位置。14.根據(jù)權(quán)利要求13所迷的灌封的膜束，其特征在于，還包括包圍和連接所述膜的第二粘合劑層，所述第二粘合劑層從所述熱塑性聚合物層延伸到所述膜的末端或靠近所述膜末端的位置。15.—種集管，其包括根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的灌封的膜束，其中，所述熱塑性聚合物層連接在集管盤上，從而在所述滲透盤中形成密封的流體空腔，所述膜的末端對(duì)所述滲透空腔是敞開(kāi)的。全文摘要通過(guò)將熱塑性材料注塑模制到包含纖維的空腔中，而將空心纖維膜灌封起來(lái)。該空腔通過(guò)模具與預(yù)先施加到膜束上的粘合劑層的相互作用而部分地形成。文檔編號(hào)B01D69/00GK101198397SQ200580044206公開(kāi)日2008年6月11日申請(qǐng)日期2005年10月25日優(yōu)先權(quán)日2004年10月26日發(fā)明者A·帕林卡斯,G·巴科斯,R·紹博,S·K·彼得森申請(qǐng)人:澤農(nóng)科技合股公司