一種插入管式多孔噴絲頭的製作方法
2023-04-28 05:17:56 2
專利名稱：一種插入管式多孔噴絲頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及中空纖維膜製造設備技術，具體為一種用於製備中空纖維膜
的插入管式多孔噴絲頭，國際專利主分類號擬為Int. CI. DOID. 4/00 (2006.01) I。
背景技術：
中空纖維膜是分離膜中的一種。其因裝填密度大、生產工藝簡單、設備 小型化等諸多優點在膜分離技術領域得到廣泛應用。
在中空纖維膜的製備研究及生產中主要採用插入管式噴絲頭。單孔插入 管式噴絲頭已有很多專利，如CN2167997介紹的中空膜插入管式噴絲頭； CN1148639介紹的中空膜用插入管式紡絲噴頭等。單孔中空纖維膜噴絲頭己 被廣泛使用，但其生產效率較低，技術相對落後。而將現有的單孔插入管式 噴絲頭技術推廣用於多孔插入管噴絲頭，主要存在以下問題l.調節不便， 即難於分別、逐一地調節其各噴絲孔的中心插入管與噴絲孔之間的同心度， 因而影響了產品質量的穩定性和一致性；2.結構不盡合理，即現有的多孔噴 絲頭不能夠保證進入到各噴絲孔的鑄膜液保持相同的壓力和均勻性，因而也 影響了產品質量的穩定性和一致性。對於成形速率很快，且粘合性很好的高 聚物也可以採用多孔異形噴絲板(頭)紡絲(用於製備外壓型中空纖維 膜)。這種多孔噴絲板的異形孔由若干個圓弧組成，例如由3個圓弧組成的 3C型異形噴絲板等。這種製備中空纖維膜的異形噴絲板，由於不存在同心 度調節問題，因此比較容易實現多孔結構。如專利申請號02203147介紹的 微缺環形噴絲孔式多孔噴絲板就屬於這種多孔異形噴絲板。這種多孔異形噴 絲板的主要缺點是與其相適應的高聚物非常少，而且紡制的中空纖維膜比較 細，只適用於製備外壓型中空纖維膜，大大限制了其使用範圍。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是，設計一種插入管式 多孔噴絲頭，該噴絲頭用於生產中空纖維膜，採用了特殊的鑄膜液分配系統 及可調節插入管與噴絲孔之間同心度的結構，具有能夠得到均勻的環形鑄膜 液，使成形後的多根中空纖維膜壁厚均勻、穩定，提高了中空纖維膜產品的 質量和生產效率。
本發明解決所述噴絲頭技術問題的方案是設計一種插入管式多孔噴 絲頭，包括插入管和噴絲板，其特徵在於該噴絲頭為上板、中板和下板及噴 絲板由螺釘組裝成的長方體；所述上板的中心開有與計量泵座連接的第一鑄 膜液進口，上板的側面開有芯液或氮氣進口，所述第一鑄膜液進口與芯液或 氮氣進口互不相通；所述第一鑄膜液進口之外為空腔，該空腔與所述芯液或 氮氣進口相通，與所述第一鑄膜液進口不相通；
所述中板的中心開有第二鑄膜液進口，第二鑄膜液進口的上口與所述第 - -鑄膜液進口匹配密封管接，第二鑄膜液進口的下口與鑄膜液分配管垂直貫 通，所述鑄膜液分配管的一端管口為盲孔，另一端管口開在中板的側壁，並 配裝密封堵頭；所述鑄膜液分配管的下面以所述第二鑄膜液進口為對稱中 心，兩側由內向外分別開有3—6個鑄膜液分配管道；所述鑄膜液分配管道 的直徑從中間向兩側梯次增加，其設計依據是鑄膜液在所述鑄膜液分配管道 流動中由於流動阻力所產生的遞增壓力降；在所述鑄膜液分配管的兩側對稱 開有兩排安裝插入管的管孔，管孔的數量是所述鑄膜液分配管道數量的2倍， 每個所述管孔中安裝有下穿下板和噴絲板的插入管；
所述的下板開有鑄膜液槽，鑄膜液槽的上部與中板所述的3 — 6對鑄膜 液分配管道連通，在所述鑄膜液槽上與所述管孔的每個對應位置處開有倒截 頭圓錐體形的下鑄膜液管道，該下鑄膜液管道的直徑大於安裝在其內的所述 插入管的直徑l一3 mm，使其在所述插入管的四周構成環形流道；在下板的
底面開有用於安裝噴絲板的安裝孔，噴絲板上對應開有固定孔，固定孔的直
徑大於安裝孔的直徑0. 5-1. 5 mm。
與現有技術相比，本發明插入管式噴絲頭為組合結構，設計了特殊的鑄
膜液分配管路系統及可調節插入管與噴絲孔的同心度的結構，具有能夠得到 均勻的環形鑄膜液，使成形後的多根中空纖維膜壁厚分布均勻，穩定，產品 質量和生產效率大幅提高等特點。
圖1為本發明插入管式多孔噴絲頭一種實施例的整體結構外形示意圖； 圖2為本發明插入管式多孔噴絲頭一種實施例的上板結構示意圖； 圖3為本發明插入管式多孔噴絲頭一種實施例的中板結構示意圖； 圖4為本發明插入管式多孔噴絲頭一種實施例的中板鑄膜液分配管道 結構示意圖5為本發明插入管式多孔噴絲頭一種實施例的下板結構示意圖6為本發明插入管式多孔噴絲頭一種實施例的下板結構局部結構(A-
A)放大示意圖7為本發明插入管式多孔噴絲頭一種實施例的中板、下板、噴絲板與
插入管連接的局部結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發明。具體實施例只是為了進一 步清楚說明本發明的多孔噴絲頭，不構成對本發明權利要求的限制。 本發明設計的製備中空纖維膜的插入管式多孔噴絲頭(以下簡稱多孔噴
絲頭，參見圖1一7)，包括插入管5和噴絲板4，其特徵在於該噴絲頭為由 上板1、中板2、下板3和噴絲板4由螺釘組成的長方體；所述上板1的中 心開有與計量泵座(圖1中未畫出)連接的第一鑄膜液進口 11，上板1的 側面開有芯液或氮氣進口 12，所述第一鑄膜液進口 11與芯液或氮氣進口 12 互不相通；所述第一鑄膜液進口 11外為空腔13，該空腔13與所述芯液或 氮氣進口12相通，但與所述第一鑄膜液進口管ll不相通(參見圖l)。
所述中板2的中心開有第二鑄膜液進口 21，第二鑄膜液進口 21的上口 與所述第一鑄膜液進口 11匹配密封管接，第二鑄膜液進口 21的下口與鑄膜
液分配管22垂直貫通，所述鑄膜液分配管22的一端管口為盲孔，另一端管
口開在中板2的側壁，並配裝密封堵頭26;所述鑄膜液分配管22的下面以 所述第二鑄膜液進口 21為對稱中心，兩側由內向外分別開有3 — 6個鑄膜液 分配管道，或者說兩側開有3 — 6對鑄膜液分配管道。研究表明，所述鑄膜 液分配管道的數量至少為六個(3對)，才有較大實際意義。實施例為3對 鑄膜液分配管道，分別是內鑄膜液分配管道23 (23')、中鑄膜液分配管 道24 (24')和外鑄膜液分配管道25 (25')(參見圖4)。所述鑄膜液 分配管道的直徑從中間向兩側梯次增加。其設計依據是鑄膜液在所述鑄膜液 分配管道流動中由於流動阻力所產生的遞增壓力降。換言之，所述鑄膜液分 配管22兩端的壓力降較中間大，為了保持所述各(3)對鑄膜液分配管道
(23、 23' ; 24、 24'和25、 25')的流量一致或相近，因此設計其直徑 相應梯次增加。在所述鑄膜液分配管22的兩側對稱設計或開有兩排安裝插 入管5的管孔27，管孔27的數量是所述鑄膜液分配管道(23、 23' ; 24、 24'和25、 25')數量的2倍，每個所述插入管孔27中安裝有下穿下板3 和噴絲板4的插入管5。
所述的下板3開有鑄膜液槽31，鑄膜液槽31的上部與中板所述的各
(3)對鑄膜液分配管道(23、 23， ； 24、 24，和25、 25，)連通，在所述 鑄膜液槽31上與所述管孔27的每個對應位置處開有倒截頭圓錐體形(截面 為倒梯形)的下鑄膜液管道33，該下鑄膜液管道33的直徑大於安裝在其
(下鑄膜液管道33)內的所述插入管5的直徑l一3 mm，實施例為大於2 mm，使其在所述插入管5的四周構成環形流道；實施例的下鑄膜液管道33 為倒截頭圓錐體(截面為倒梯形)與圓柱體(截面為矩形)組合體形狀。在 下板3的底面開有用於安裝噴絲板4的安裝孔32，噴絲板4上對應開有固 定孔42，固定孔42的直徑大於安裝孔32直徑0. 5-1. 5 mm，實施例為大於 0.5 mm，用於分別調整噴絲板4上的噴絲孔41與所述插入管5的同心度
(參見圖5 — 7)。'
本發明的噴絲頭所述的芯液或氮氣進口 12依次與空腔13、插入管5的 插入管孔51構成芯液或氮氣通道；所述的第一鑄膜液進口 11依次與第二鑄
膜液進口 21、鑄膜液分配管22、各(3)對鑄膜液分配管道(23、 23'、 24、 24， 、 25、 25，)、鑄膜液槽31、下鑄膜液管道32直至噴絲板4的噴 絲孔41連通，構成鑄膜液紡絲通道，這兩個通道互不相通。.在噴絲板4的 噴絲孔41出口處，鑄膜液從環繞插入管5的環形下鑄膜液通道32及噴絲孔 41流出，中間的插入管孔51則根據鑄膜液性質流出芯液或氮氣，即形成了 毛細管狀的鑄膜液細流，經凝固浴凝固後，製成均勻壁厚的中空纖維膜。
在鑄膜液流動過程中，由於流動阻力的存在，產生壓力降。為了保證中 板2的各鑄膜液分配管道(如內、中、外3對鑄膜液分配管道23、 23'、 24、 24' 、 25、 25')的流量基本相同，本發明在各鑄膜液分配管道的開孔 尺寸設計上採用了不等徑的技術方案，即在距離所述第二鑄膜液進口 21越 遠開孔尺寸越大的技術方案，以此抵消靜壓強逐步降低的影響，使到達每一 個噴絲孔41的鑄膜液流量儘可能相同，同時也使所製得的多根中空纖維膜 的幾何尺寸一致。本發明實施例內、中、外3對鑄膜液分配管道23 (23， ) 、 24 (24， ) 、 25 (25，)的直徑設計分別為2.5mm、 3.0mm、 3.5mm;各鑄膜液分配管道的中心距等分或相等。
本發明噴絲頭在下板3的下面安裝噴絲板4。噴絲板4及其安裝為現有 技術。噴絲板4的數量為管孔27或插入管5的數量一致。實施例的噴絲板 4為12塊(當然也可以是大於4的4一6整倍數塊，如16塊、20塊、24塊 等)，均分為四個區域安裝(參見圖3、 5)。每塊噴絲板的固定孔42與下 板3的安裝孔33都有一定的調節空間，實施例的安裝孔33的直徑為4mm， 固定孔42的直徑為4. 5mm。通過一定的調節空間的調節，可以使插入管5 的插入管孔51 (噴出芯液)與噴絲板4的噴絲孔41 (噴出鑄膜液)保持同 心。雖然這種分別或逐一調節噴絲孔41與插入管孔51同心度的操作略顯麻 煩，但產品質量卻可大幅提高，所制中空膜不僅單根壁厚均勻，而且各根之 間也壁厚均勻一致，從而提高了產品的整體質量，同時生產效率也可提高十 幾倍。
本發明的多孔噴絲頭在依賴相轉化法、拉伸致孔法以及熱致相法的中空 纖維滲透膜的研製，生產中都得到了很好的應用。
本發明多孔噴絲頭的工作原理是鑄膜液通過噴絲頭上板1的第一鑄膜 液進口 11進入到中板2的第二鑄膜液進口 21中，進而均勻分配到直徑不等 的所述各鑄膜液分配管道中。由於所述直徑不等的各鑄膜液分配管道的直徑 是根據彌補鑄膜液在流動中流動阻力產生的壓力降需要而設計的，因而可保 證鑄膜液進入各鑄膜液分配管道中的流動阻力相近或一致，進而直至各噴絲
孔41的流動阻力相近或一致，使各個噴絲孔41紡出的中空纖維膜的橫截面
幾何尺寸相近或一致，解決現有多孔噴絲頭得到的中空纖維膜的幾何尺寸難 以一致的難題，保證了中空纖維膜的通量、截留性能等的一致性。同時，本 發明針對製備中空纖維膜的多孔噴絲頭在使用過程中容易造成插入管孔(芯
液管)51與噴絲孔41不同心，影響中空纖維膜環形橫截面的均勻性問題， 本發明採用在噴絲頭下板3上分別安裝噴絲板4，依靠噴絲板4的固定孔42 的尺寸餘量，使每塊噴絲板4上的固定孔42與插入管孔51的同心度有一定 的調節空間，方便調節兩者的同心度，使中空纖維膜的環形橫截面均勻一 致，從而提高和保證了膜產品的質量。換言之，本發明噴絲頭設計了特殊的 鑄膜液分配管道系統及可調節插入管與噴絲孔的同心度的結構，具有能夠得 到均勻的環形鑄膜液，使成形後的多根中空纖維膜壁厚分布均勻的特點。 本發明未述及之處適用於現有技術。
權利要求
1.一種插入管式多孔噴絲頭，包括插入管和噴絲板，其特徵在於該噴絲頭為上板、中板和下板及噴絲板由螺釘組裝成的長方體；所述上板的中心開有與計量泵座連接的第一鑄膜液進口，上板的側面開有芯液或氮氣進口，所述第一鑄膜液進口與芯液或氮氣進口互不相通；所述第一鑄膜液進口外為空腔，該空腔與所述芯液或氮氣進口相通，與所述第一鑄膜液進口不相通；所述中板的中心開有第二鑄膜液進口，第二鑄膜液進口的上口與所述第一鑄膜液進口匹配密封管接，第二鑄膜液進口的下口與鑄膜液分配管垂直貫通，所述鑄膜液分配管的一端管口為盲孔，另一端管口開在中板的側壁，並配裝密封堵頭；所述鑄膜液分配管的下面以所述第二鑄膜液進口為對稱中心，兩側由內向外分別開有3—6個鑄膜液分配管道；所述鑄膜液分配管道的直徑從中間向兩側梯次增加，其設計依據是鑄膜液在所述鑄膜液分配管道流動中由於流動阻力所產生的遞增壓力降；在所述鑄膜液分配管的兩側對稱開有兩排安裝插入管的管孔，管孔的數量是所述鑄膜液分配管道數量的2倍，每個所述管孔中安裝有下穿下板和噴絲板的插入管；所述的下板開有鑄膜液槽，鑄膜液槽的上部與中板所述的3—6對鑄膜液分配管道連通，在所述鑄膜液槽上與所述管孔的每個對應位置處開有倒截頭圓錐體形的下鑄膜液管道，該下鑄膜液管道的直徑大於安裝在其內的所述插入管的直徑1—3mm，使其在所述插入管的四周構成環形流道；在下板的底面開有用於安裝噴絲板的安裝孔，噴絲板上對應開有固定孔，固定孔的直徑大於安裝孔的直徑0.5-1.5mm。
2.根據權利要求1所述的插入管式多孔噴絲頭，其特徵在於所述的鑄膜 液分配管道為3對，其直徑設計由內向外分別為2.5mm、 3. Omm和3. 5mm; 所述下鑄膜液管道的直徑大於安裝在其內的所述插入管的直徑2 所述 的噴絲板為12塊；所述安裝孔的直徑為4mm，所述固定孔的直徑為4. 5mm。
全文摘要
本發明涉及一種插入管式多孔噴絲頭。該多孔噴絲頭包括插入管和噴絲板，其特徵在於該噴絲頭為上板、中板和下板及噴絲板組裝成的長方體；上板中心開有第一鑄膜液進口，側面開有芯液或氮氣進口，兩者不相通；中板中心開有第二鑄膜液進口，其與鑄膜液分配管垂直貫通，鑄膜液分配管兩側由內向外對稱開有3-6個鑄膜液分配管道，且其直徑從中間向兩側梯次增加；鑄膜液分配管的兩側對稱開有安裝插入管的管孔，每個管孔中安裝有下穿下板和噴絲板的插入管；下板開有鑄膜液槽，在鑄膜液槽上開有下鑄膜液管道，其直徑大於安裝在其內插入管直徑1-3mm；在下板底面開有噴絲板安裝孔，噴絲板上對應開有直徑大於安裝孔直徑0.5-1.5mm的固定孔。
文檔編號D01D4/00GK101372765SQ20081015229
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月10日 優先權日2008年10月10日
發明者安樹林, 梁海先, 肖長發, 胡曉宇 申請人:天津工業大學