專利名稱：基于LabView控制的雙組份中空纖維復合膜熔紡及拉伸設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及合成(或聚合物)纖維熔紡制備及拉伸加工設備，具體為一種 基于LabView的控制用于雙組份中空纖維復合膜熔紡及拉伸設備。國際專利主 分類號擬為Int.Cr.DO 1D5/08。
背景凈支術
世界性水資源短缺和各種氣體污染等環境問題正嚴重影響著人類的生存和 社會經濟的發展。膜分離技術是一種新型高效的分離技術，與常規分離技術相 比，具有節能、集成、分離效率高，設備簡單，操作方便，無須加化學藥劑， 不會造成二次污染，自動化程度高，不可替代性等優點，在現代工業清潔生產、 節能、高效等方面發揮著巨大作用。
常用的分離膜主要有平板型、管式、螺旋式及中空纖維型等。與平板膜相 比，中空纖維膜具有單位體積裝填密度大、無需任何支撐體、結構簡單、易于 清洗等優點而廣泛地用于大規4莫的海水淡化、污水處理、氣體分離、食品、醫 藥等領域。隨著社會的發展，膜技術應用領域的不斷擴大，對膜的性能要求也在 不斷提高。目前，復合分離膜以平板或巻式膜為主，主要由兩部分構成-多孔 支撐底膜(基膜)和具有凸凹不平表面的超薄功能層。由于中空纖維膜的應用 有其獨特的優勢，尤其是發展具有高氣體滲透率、高滲透選擇性、化學穩定性 以及熱穩定性的新型中空纖維復合膜材料及其制膜工藝裝備是未來的發展趨 勢。聚合物中空纖維膜分離膜的制備方法大致可以分為三類:溶液紡絲、熔融紡 絲和半熔融紡絲。目前，部分低壓中空微濾或超濾分離膜通常采用溶液紡絲法 制備。由于溶液紡絲法是通過浸沒沉淀相轉化法制膜，其纖維強度較低，纖維 直徑不夠細(通常約lmm左右)。熔融紡絲或熔紡-拉伸法與半熔融紡絲或熱致 相分離法的微孔形成機理完全不同。半熔融紡絲或熱致相分離法成膜過程是在 聚合物熔點以上時聚合物與稀釋劑形成均相溶液，冷卻固化時由于液一液、液 一固相分離，當將稀釋劑移開后即形成微孔。如果要形成復合膜，需要進一步
利用界面聚合等技術形成的超薄功能層，工藝復雜，成本高。
熔紡-拉伸法成膜過程是聚合物先在高應力下熔融擠出，然后經過拉伸形成
微孔。由于熔紡-拉伸法制膜，對環境無污染，適合大規才莫的工業化生產，可以 降低成本，具有廣闊的前景。美國專利USP4055696公開報道了拉伸法制備聚烯 烴中空纖維微孔膜技術，該技術以采用高結晶性聚烯烴樹脂為原料，經熔融紡 制中空纖維長絲后，再經拉伸致孔制得中空纖維微孔膜。其膜孔徑為 0.01-0.5pm(壓汞法測定)，氮氣透過量45.6-45600L/(m2.h)(0.1MPa),孔隙率為 5%-23%。美國專利USP4530809報道了熔融-冷拉伸法制備聚乙烯中空纖維膜方 法，該技術以采用高結晶性樹脂為高聚物，經熔融紡制中空纖維長絲后，再經 拉伸致孔制得中空纖維微孔膜。這些專利介紹的是中空纖維單膜而不是復合膜， 另外由于采用一次性拉伸，拉伸方法單一，不容易控制中空纖維膜的皮層結構 及微孔結構。中國專利CN1281301C公開一種用熔紡-拉伸法制備聚偏氟乙烯中 空纖維膜的方法，用該方法制備聚偏氟乙烯中空纖維膜斷裂強度為100-150MPa。 單膜壁厚30-60 um，同樣為中空纖維單膜而不是復合膜。
目前，熔紡-拉伸法制備的分離膜主要是單一平層結構或共混膜，還未見用 熔融紡絲、冷熱拉伸法制備中空纖維復合膜的相關報道。這主要是缺乏自動化和信息化程度高的中空纖維微孔復合膜熔紡擠出、拉伸一次成形的成套設備及 方法。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是提供一種設備和工藝 達到中空纖維復合膜一次成形。同時，引入冷熱、多層次拉伸"R術控制中空纖 維復合膜皮層結構及微孔結構。
按照本發明通過一種具有權利要求1特征的設備達到該目的。通過諸從屬 權利要求的特征和特征組合闡明本發明。
本發明兩個單紡絲機分別熔紡不同成分的高聚物，單紡絲機為螺桿擠出機， 擠出機在振動進料處設置一個熱風接口 ，使得振動進料的同時具有自下向上的 熱風烘干，單紡絲才幾具有三個或多個溫控加熱區，加熱溫控來自LabView的控 制。單紡絲才幾設置壓力傳感器，具有一個壓力控制功能，受到來自LabView的 控制，保證熔紡恒壓力，提高熔紡質量。兩個單紡絲機連接一個噴絲頭，熔融 的雙組份高聚物通過一個噴絲頭形成中空纖維復合膜，中空纖維復合膜一次成 形。
甬道具有一個冷卻功能，在短時間內固化成形，為中空纖維復合膜進行初 步冷卻處理。
拉伸目的可以這樣達到，處理后中空纖維復合膜進入冷卻槽，冷卻后中空 纖維復合膜進入冷拉伸，冷拉伸裝置由多個串聯式并列設置的冷拉伸導絲輥構 成，每個冷拉伸導絲輥速度獨立且變頻可調，其中后一個導絲輥的速度大于前 一個導絲輥的速度，使得中空纖維復合膜得到多層次逐步拉伸，其特征是拉伸 均勻，易于控制中空纖維膜的皮層結構及微孔結構。導絲輥分別在圓周上具有一槽形的導軌，冷拉伸導絲輥速度受到來自LabView的控制。
冷拉伸后的中空纖維復合膜再一次進行熱拉伸，熱拉伸裝置由多個串聯式 并列設置的熱拉伸導絲輥構成，每個熱拉伸導絲輥具有加熱功能、速度獨立且 變頻可調，分別在圓周上具有一槽形的導軌，在其中引導送進的長絲，熱拉伸 導絲輥表面溫度、速度受到來自LabView的控制。通過分區冷拉伸和多層次熱 .拉伸結構，可以實現中空纖維膜的皮層結構及纟敖孔結構的控制。最后進4t巻繞， 其中巻繞裝置具有一輸出導絲棍。整個設備由LabView進行集中控制。設置一 個或多個輔助導向裝置，借其在巻繞機中往復運動可實現中空纖維復合膜導向 定位和巻繞。
與現有的技術相比，本發明的雙組份中空纖維復合膜熔紡及拉伸設備利用 兩個紡絲機和一個噴絲頭實現不同熔點的高聚物(兩種或多種)紡制中空纖維 復合膜絲，達到中空纖維復合膜一次成形。同時利用多層次逐步的冷拉伸和熱 拉伸進一步控制皮層結構及微孔結構。全套設備由LabView集中控制，所有過 程的工藝參數存儲在工控機中。本熔紡及拉伸法制膜，對環境無污染，工藝筒 單，自動化和信息化程度高，適合大規模的工業化生產，具有廣闊的前景。
以下借助實施例參照附圖更詳細地說明本發明的設備。其中
圖1 本發明的設備的第一實施例的示意主視圖； 圖2 圖1的實施例的示意主^L圖紡絲部分； 圖3 圖1的實施例的控制部分示意具體實施例方式
圖1、 2中示出本發明的設備的第一實施例的多個視圖。圖1中示出該設備 的主視圖，圖2中示出其主視圖紡絲部分，圖3為實施例的控制部分示意圖。 以下描述只要沒有明確地涉及某個圖則適用于全部的圖。
本發明描述一種基于LabView的控制的雙組份中空纖維復合膜熔紡及拉伸 設備，包括兩個單紡絲機(1-1和卜2)、 一個噴絲頭(1-3 )、 一葡道(1-4) 一冷 卻裝置(1-5 )、 一冷拉伸裝置(1-6 )、 一熱拉伸裝置(1-7 )、巻繞裝置(1-8 )和 基于LabView工控機(1-9 )。基于LabView的控制的雙組份中空纖維復合膜熔 紡及拉伸設備實施方式為復合膜熔紡—冷卻-冷拉伸—熱拉伸-巻繞 十LabView控制。
其中復合膜熔紡裝置包括兩個單紡絲機(1-1和1-2)、 一個噴絲頭(1-3 )、。 其實施方式為振動進料部分使用一個電磁吸合裝置(2-2)與料斗(2-1)相連， 通過電磁鐵的吸合來控制料斗的振動進料，從而避免進料擁擠堵塞，同時控制 進料量。在進料處設置一個熱風接口 (2-3),使得振動進料的同時具有自下向上
擠出機筒采用鑄鋁加熱器，機筒冷卻采用風冷卻，機筒加熱分三區溫控，加熱 溫度達到0-400。C,三區各自帶有壓力傳感器，壓力0-25kg,機筒加熱功率約為 3.0KW,機頭加熱設溫控，加熱溫控來自LabView的控制。單紡絲機設置一個 壓力傳感器，具有壓力控制功能，受到來自LabView的控制，保證熔紡過程恒 壓力，提高熔紡質量。平4于并列的兩個單紡絲才幾分別制造熔體長絲。為此在兩 個單紡絲機中共用一噴絲頭(1-3 )，由此借助于兩個單紡絲機可以一次紡制中空 纖維復合膜。噴絲頭及保溫裝置一套，有關噴絲頭的設計需要如下
(1)噴絲頭連接擠出機和計量泵，因此噴絲頭上需要有與擠出機和計量泵的連接孔；，分別為與擠出機出孔相連；
(2) 噴絲頭具有連續同心環狀噴口 (以雙組分為例，不限于雙組分)，分 別作為外層膜通道、內層膜通道和氣體或液體通道，保證來自多個擠 出機的多組份高聚物擠出形成中空纖維復合膜。
(3) 噴絲頭，其噴絲融道長度與噴口直徑比例>10,可以保證中空纖維復 合膜成形質量。
(4) 噴絲頭具有加熱及溫控功能。
(5) 噴絲頭上預留與紡絲組件相連的物料出口，位置在機頭方向。 中空纖維復合膜通過一在紡絲頭的下方設置的冷卻甬道(1-4)進行冷卻。
冷卻葡道與一吹氣裝置相組合，從而在冷卻甬道內冷卻氣流對單絲束產生作用。 其中通過橫向流pAX產生冷卻氣流。在冷卻甬道的出口區域內設置一冷卻水槽， 和冷卻水槽內設置兩個導絲輪(Rl-R2),以便將復合膜導向拉伸裝置。
冷拉伸裝置(l-6)包含一組導絲輪(R3-R6),其實施方式為每個導絲輪后 接獨立電機和不同比例的減速機，同時通過變頻實現后一個導絲輥的速度大于 前一個導絲輥的速度，使得中空纖維復合膜得到多層次逐步冷拉伸，多層次逐 步冷拉伸易于控制中空纖維膜的皮層結構及微孔結構。導絲輪表面鍍鉻處理， 表面拋光。
熱拉伸裝置(1-7)包含一組導絲輪(R7-R11),其實施方式為每個導絲輪內設 計有一個加熱器和溫度傳感器，通過Lab View實現溫控，溫度特征為后一個導 絲輥的溫度大于前一個導絲輥的溫度，實現溫度梯度變化。同時每個導絲輪后 接獨立電機和不同比例的減速機，同時通過變頻實現后一個導絲輥的速度大于 前一個導絲輥的速度，實現速度梯度變化，使得中空纖維復合膜得到多層次逐 步熱拉伸，進一步控制中空纖維膜的皮層結構及微孔結構。導絲輪表面鍍^l各處理，表面拋光。
巻繞裝置(1-8)包括至少一個擺絲輥，其直接設置在巻繞輥(R12)的前 面，由巻繞輥驅動裝置驅動，實現中空纖維膜在巻繞輥上定位。巻繞裝置包括 兩組巻繞輥，其作用是當一個巻繞輥完成時，在不停機的情況下直接使用第二 個巻繞輥(R13)。
設備基于Labview實現全自動加工控制如圖3 ,利用PCI-4351溫度采集卡 和PCI-6703模擬輸出板卡實現(1)紡絲Tl、 T2、 T3區(2-4)溫度控制；(2) 熱拉伸輥R7-Rll(l-7)溫度控制；利用PCI-6221數據采集卡和PCI-6703模擬輸 出板卡實現紡絲速度控制；利用PCI-6703模擬輸出板卡實現冷拉伸輥R3-R6 (l-6)速度控制、熱拉伸輥R7-R11 (l-7)速度控制、巻繞輥R12-R13(l-8)速度控制。
本設備集雙組分熔紡、中空纖維復合膜一次成膜、多層次的冷拉伸和多梯 度逐步熱拉伸控制皮層結構及微孔結構于一體。設備基于Labview實現全自動 加工控制。整個設備采用集中控制，紡絲的各種參數設定、紡絲過程中的過程 參數采集與顯示均通過計算機來完成，不僅直觀簡潔、而且實現設備的高度自 動化和鼠標操作。
權利要求
1、本發明是一種基于LabView的控制的雙組份復合中空纖維膜熔紡及拉伸成套設備，包括兩個單紡絲機(1-1和1-2)、一個噴絲頭(1-3)、一甬道(1-4)一冷卻裝置(1-5)、一冷拉伸裝置(1-6)、一熱拉伸裝置(1-7)、卷繞裝置(1-8)和基于LabView工控機(1-9)；兩個單紡絲機分別紡制不同成分的高聚物，熔紡擠出雙組份高聚物通過一個噴絲頭形成中空纖維復合膜，中空纖維復合膜通過甬道進行降溫處理，爾后進入水槽(1-5)進行冷卻，冷卻后中空纖維復合膜通過拉伸裝置(1-6)進行冷拉伸，再經熱拉伸裝置(1-7)進行熱拉伸，最后通過卷繞裝置(1-8)進行卷繞；整套設備由LabView進行集中控制。
2、 按照權利要求1所述的設備，其特征在于單紡絲機在振動進料(2-1 和2-2)處設置一個熱風接口 (2-3)，使得振動進料的同時具有自下向上的熱風 烘干，單紡絲才幾具有三個溫控加熱區(2-6)，加熱溫控來自LabView的控制； 單紡絲才幾設置壓力傳感器，具有一個壓力控制功能(2-4),受到來自LabView 的控制，保證熔紡過程恒壓力，提高熔紡質量。
3、 按照權利要求1所述的設備，其特征在于兩個單紡絲機連接一個噴絲 頭，兩個單紡絲機分別熔紡不同成分的高聚物，熔紡出來的雙組份高聚物通過 一個噴絲頭形成中空纖維復合膜，中空纖維復合膜一次成型。
4、 按照權利要求1所述的裝備，其特征在于具有一 萄道(1-4 )和一個水 槽(l-5):甬道具有一個冷吹風，使中空纖維復合膜在短時間內固化成形。
5、 按照權利要求1所述的設備，其特征在于具有一冷拉伸裝置(1-6), 所述冷拉伸裝置由多個串聯式并列設置的冷拉伸導絲輥(R3-R6)構成，每個 冷拉伸導絲輥速度獨立且變頻可調，其中導絲輥分別在圓周上具有一槽形的導 軌，冷拉伸導絲輥速度受到來自LabView的控制。
6、 按照權利要求1所述的設備，其特征在于具有一熱拉伸裝置(1-7)， 所述熱拉伸裝置由多個串聯式并列設置的熱拉伸導絲輥(R7-R11)構成，每個 熱拉伸導絲輥具有加熱功能、速度獨立且變頻可調，分別在圓周上具有一槽形 的導軌，熱拉伸導絲輥表面溫度、速度受到來自LabView的控制。
7、 按照上述權利要求1所述的裝備，其特征在于分區冷拉伸和多層次熱 拉伸結構，其特征是拉伸均勻，可以較好控制中空纖維膜的皮層結構及微孔結 構。
8、 按照上述權利要求1所述的裝備，其特征在于，設置一個或多個輔助 導向裝置(1-8),借其在巻繞機中往復運動可實現中空纖維復合膜導向定位和 巻繞。
9、 按照上述權利要求1 '所述的裝備，其特征在于整套設備由LabVieW進 行集中控制(1-9)，其中包括一個工控機和1個NI PCI-4351溫度采集卡、2 個NIPCI-6703模擬輸出板卡、l個NIPCI-6221數據采集卡，實現溫度、壓 力、紡絲、拉伸、巻繞等控制。
全文摘要
本發明描述一種基于LabView控制的雙組份中空纖維復合膜熔紡及拉伸成套設備，其特征是將兩種不同物理性能的聚合物形成中空纖維復合膜。本發明設備包括兩個單紡絲機、噴絲頭、甬道、冷卻、冷拉伸、熱拉伸、卷繞等裝置和基于LabView控制部分。兩個單紡絲機分別熔融、擠出不同成分高聚物并通過噴絲頭形成中空纖維復合膜。該纖維膜通過甬道、水槽進行冷卻固化，冷卻后纖維膜進入多層次冷拉伸，冷拉伸后的膜絲再一次進行多層次熱拉伸，最后進行卷繞。采用本發明實現雙組份高聚物中空纖維復合膜一次成形。通過分區冷拉伸和多層次熱拉伸控制中空纖維膜的皮層及微孔結構。全套設備由LabView集中控制。本發明熔紡拉伸法制膜，工藝簡單，自動化程度高。
文檔編號B01D69/08GK101612530SQ20091006938
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者付振綱, 李建新, 濤 楊, 羅納德·道格拉斯·薩德森, 贠今天 申請人:天津工業大學