[发明专利]单丝增强的中空纤维膜

说明书

技术领域

本发明涉及通常用编织成管状形状的多个复丝纱线增强的宏观的复合中空纤维膜；通过编织或缠绕具有期望的抗拉强度的聚合物的多个绞合线或单丝制造每个这样的纱线。然后，用成膜涂料（聚合物溶液或简称“涂料”）涂布所述管状编织物，该成膜涂料凝固以形成具有至少0.5mm的内腔直径的管状聚合物膜。设计这样的结构用于其中渗透需要满足严格规格的应用需求中。例如，对于水过滤，使用一个或多个束，在组件中每个束包括许多中空纤维膜（下文简称“纤维”或“膜”），该组件运用在将被过滤的“脏”水的容器内。纤维的“束”为彼此邻近运用的一束纤维，全部在通常相同的方向上。“组件”为其相反的末端通常通过灌注固定在集管内的一束纤维。多个组件通常运用在包含大量将被过滤的液体的容器内，例如在市政的水过滤场内。当在过滤的过程中通过组件内的纤维的压降足够高时，在压力下用渗透物反冲洗所述组件。期望的系统通过提供高的渗透流量并通过使对中空纤维膜的损坏最小化，而提供经济地渗透。

背景技术

编织的中空纤维膜通常用在包含数百至数千的膜的组件中。对组件内单个膜的损坏导致脏水污染渗透物是比所期望的更经常出现的严重问题。虽然渗透物通常为水，但是渗透物可为从液体内的微粒悬浮液或分散液分离的任何可滤过的液体。

到此为止，已经公开了许多编织的膜，其中的每个旨在提供所期望的过滤效率，但是所提供的关于避免对膜的损坏或最大化渗透效率的有用信息是不足的。对于膜的物理强度的强调概括在美国专利号3,644,139、4,061,821、5,472,607、5,914,039、6,354,444、7,165,682、7,172,075、7,306,105、7,861,869、7,909,172的公开和其它公开中。对强度的需要决定通过编织每个包括多个长单丝（或简称“长丝”）的纱线制造这些现有技术的编织物。使用复丝纱线的缺点会被忽视或忽略。

Hyano等的美国专利号4,061,821（下文‘821）中公开的膜具有在厚的聚合物膜下埋置的编织物，以在膜的使用过程中提供稳定效应。这里使用的术语“埋置的”的说明了纱线或单丝的至少99%的表面涂布有聚合物。具有0.5～10mm范围内的内径和未限定的“薄的厚度”的编织物由在多层中彼此叠加和随机覆盖的长丝制造（参见‘821中图4、5&6），但是优选由复丝纱线制造。当用聚合物涂布编织物时，增强材料内开孔的稳定效应丧失（参见从栏4的底部开始的句子以及桥接栏4和5），所以它们的增强膜不是有效的膜。

稳定性的问题在Mahendran等的美国专利号5,472,607（下文‘607）中说明，其教导了在已预收缩的编织物的外圆周表面上支撑的具有0.01mm至0.1mm范围内的壁厚的膜；沿纵向的中心轴看，多孔管状支撑物的圆形横截面区域的主要部分脱离膜并不埋置在膜内。因此，如何在膜中埋置编织物影响膜的性能是未知的；也未确定不能在膜内埋置编织物是否会提供重要的优点。

通过首先编织复丝纱线的管状编织物以具有>0.8的圆柱度，预收缩所述编织物，然后用可聚合的成膜聚合物的涂料涂布圆柱形编织物的外圆周表面，而生产例如Mahendran等的美国专利号6,354,444（下文‘444）中公开的膜。术语“圆柱度”（有时称为“圆度”）是指管状支撑物的圆形横截面匹配相应于编织物的平均直径的画出的实际圆的几何形状的程度，完美的匹配为1.0。“编织”意思是不打结地交织长丝（如果编织编织物时将如此）。“涂料”是指液体“膜聚合物”，例如熔化或在溶液中的聚偏二氟乙烯（“PVDF”）。如果在溶液中并凝固，所述涂料形成具有>0.2mm的壁厚的膜并具有适合于将被过滤的液体，典型地为脏水的过滤所期望的性质。‘444的编织物是相对稠密的，在1.378kPa具有1至10cc/sec/cm²范围的透气性，以使编织物内的孔隙足够地小，以提供空气通过的基本上的阻挡，并因而防止聚合物的大量渗透。预收缩编织物以提供编织物的稳定性。位于通常纵向取向（沿z轴）的纱线提供在未涂布编织物的断裂时至少10%的延长，延长性称为“弹性”。