[发明专利]基于超声波焊接的PTFE中空纤维复合膜及其制备方法

说明书

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及并公开了一种基于超声波焊接的PTFE中空纤维复合膜，包括聚四氟乙烯分离层和中空纤维支撑管，还包括至少一条焊接加固条，聚四氟乙烯分离层螺旋绕包在支撑管外表面，焊接加固条超声环焊在聚四氟乙烯分离层外。本发明还公开了PTFE中空纤维复合膜的制备方法，包括如下步骤：1）绕包及定型；2）超声波焊接。本发明的PTFE中空纤维复合膜剥离强度高，可有效防止分离层在复杂工况下长期运行或承受反洗高压时从支撑管上剥落，且支撑管使用耐高温材料，克服耐压性低缺陷的同时，扩大了支撑材料的选择范围，大大降低了生产成本。其制备方法焊接速度快、强度高、能耗低，可以实现对焊区的精准加工。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于超声波焊接的PTFE中空纤维复合膜及其制备方法。

背景技术

中空纤维膜具有较高的装填密度，在各种形态的膜材料中应用最为广泛，其材质主要包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯腈（PAN）等。但是这些材质的中空纤维膜抗污染性能一般，而且在某些强酸、强碱或强氧化等极端工况下无法使用。聚四氟乙烯（PTFE）树脂具有优异的物理化学性质，可用于极端恶劣环境，被认为是一种具有极大潜力的制膜材料。然而也正是由于其稳定的物理化学性质，不溶不熔，导致其加工成型困难。目前一般采用先糊料挤出后拉伸方法制备聚四氟乙烯中空纤维膜，由于是单向拉伸工艺，孔径较大且难以控制，不能满足高精度分离和过滤的要求。

为了克服单向拉伸工艺的缺陷，研究者开发了复合型的聚四氟乙烯中空纤维膜。最初是将双向拉伸聚四氟乙烯薄膜绕包在聚四氟乙烯支撑管上，然后再高温热处理，由于分离层的纵、横向收缩均大于支撑管的径向收缩，从而将分离层抱紧在支撑管上。但是聚四氟乙烯支撑管的耐压性较低，而且大量使用聚四氟乙烯材料，导致成本高昂。

专利CN201410119738.X公开了一种聚四氟乙烯非均相中空纤维膜的制备方法，将膨体聚四氟乙烯绕包在有机套管上，然后高温烧结（300~400 ℃）得到聚四氟乙烯非均相中空纤维膜。该方法克服了聚四氟乙烯支撑管耐压性较低的问题，扩大了支撑材料的选择范围，使得降低成本成为可能。但是仅靠高温烧结难以使聚四氟乙烯分离层与异质支撑管牢固结合，在复杂工况下长期运行或承受反洗高压时，分离层极易从支撑管上剥落，导致膜组件使用寿命大打折扣。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种聚四氟乙烯中空纤维复合膜分离层与支撑层牢固结合，可有效防止分离层在复杂工况下长期运行或承受反洗高压时从支撑管上剥落，从而延长膜组件使用寿命的基于超声波焊接的PTFE中空纤维复合膜及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

基于超声波焊接的PTFE中空纤维复合膜，包括聚四氟乙烯分离层和中空纤维支撑管，还包括至少一条焊接加固条，所述聚四氟乙烯分离层螺旋绕包在支撑管外表面，焊接加固条环焊在聚四氟乙烯分离层外。多条环焊条使得焊接牢固，分离层和支撑管之间剥离强度大。

作为优选，所述焊接加固条沿支撑管轴向的宽度为0.3~0.8mm。焊接宽度越大，能量分散越大，焊接效果越差，有可能无法焊接。焊接宽度小于0.3 mm，则剥离强度较低。

作为优选，所述聚四氟乙烯分离层幅宽≤相邻焊接加固条之间间距≤6倍聚四氟乙烯分离层幅宽。相邻焊接加固条之间间距是影响复合膜整体剥离强度的关键因素。如果间距太小，则焊接过密，浪费有效膜面积；间距太大则焊接过疏，会存在大面积的剥离强度薄弱面。

作为优选，所述聚四氟乙烯分离层平均孔径为0.1~1.0μm，厚度为5~60μm，幅宽为5~20mm。

作为优选，所述超声波环焊间隔距离为1.0~10.0cm。

作为优选，所述中空纤维支撑管内径为0.5~3.0mm，外径为1.0~5.0mm。