CN105188875A - 用于圆柱形过滤元件的拼接纤维增强外壳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有纤维增强壳的过滤元件和一种用于制造所述纤维增强壳的方法。所述制造方法包括以下步骤：i)用液态树脂涂布多股纤维，ii)围绕所述圆柱形过滤元件缠绕所述经涂布的纤维，以及iii)使所述树脂凝固以形成纤维增强壳。所述方法的特征在于利用通过以下形成的拼接纤维：a)将第一多股纤维的一端与第二多股纤维的一端对准以使得所述经对准的纤维沿着公共轴线(X)延伸，b)围绕所述纤维的所述经对准末端的外径包裹可热收缩膜层，其中可热收缩膜包括与所述纤维的重叠股接触的粘合剂层，以及c)加热所述膜以使得所述膜在每一纤维的所述经对准末端上向内拉并且形成整体结合以使得一部分纤维的有效截面面积。

Description

用于圆柱形过滤元件的拼接纤维增强外壳
技术领域
本发明涉及包括纤维增强外壳的过滤元件。
背景技术
过滤元件一般以具有刚性外壳的圆柱形配置提供，所述刚性外壳是由纤维增强复合材料，例如玻璃纤维增强环氧树脂构造。所述壳可以通过围绕过滤元件的外圆周缠绕连续的纤维来制造。所述纤维在缠绕操作之前、在其期间或在其之后用液态树脂(例如未固化的环氧树脂)涂布，并且所述树脂接着凝固(例如固化)以形成刚性壳。纤维典型地由线轴提供并且必须与来自替换线轴的纤维规则地拼接。已知多种拼接技术，但其通常在纤维的接合末端处导致增大的接头。尽管对于许多应用来说是可接受的，但增大的接头对于需要精密公差的制造方法来说是不可接受的。更确切地说，常规拼接技术产生过大的纤维接头，例如结点、收缩包裹管套(参见JP2008-21723)，或缺乏足够的强度和柔性(例如对接端粘合剂)而为不合适的。热可收缩管套在与绞合纤维一起使用时尤其具有局限性，因为所述纤维的末端包括多个单独的股。这些股使得***在管套内极其困难，尤其是在大规模制造环境中。
发明内容
本发明包括一种具有纤维增强壳的过滤元件和一种用于制造所述纤维增强壳的方法。所述制造方法包括以下步骤：i)用液态树脂涂布多股纤维，ii)围绕圆柱形过滤元件缠绕经涂布的纤维，以及iii)使所述树脂凝固以形成纤维增强壳。所述方法的特征在于利用通过以下形成的拼接纤维：
a)将第一多股纤维的一端与第二多股纤维的一端对准以使得经对准的纤维沿着公共轴线(X)延伸，
b)围绕纤维的经对准末端的外径包裹可热收缩膜层，其中可热收缩膜包括与纤维的重叠股接触的粘合剂层，以及
c)加热膜以使得所述膜在每一纤维的经对准末端上向内拉(draw)并且形成整体结合以使得一部分纤维的有效截面面积。
附图说明
附图并未按比例绘制并且包括理想化视图以便于描述。在可能的情况下，已在整个图式和书面描述中使用相同的编号来指代相同或相似的特征。
图1是在圆柱形过滤元件上制造的纤维增强壳的示意图。
图2是沿着公共轴线对准的两个纤维末端的透视图。
具体实施方式
出于本发明的目的，过滤元件内的过滤介质的类型不受特定限制。过滤介质的选择将典型地取决于特定应用、进料源、溶质以及污垢物。代表性实例包括基于膜的介质，如复合平板、空心纤维以及可以用于包括以下各者的各种应用的管状膜：逆渗透(RO)、正向渗透(FO)纳米过滤(NF)、超过滤(UF)以及微过滤(MF)。其它介质实例包括粒状、粉末或粒子形式吸附剂、离子交换和螯合树脂。螺旋形缠绕元件是一种优选类型的过滤元件。所述元件可以通过围绕渗透收集管缠绕一或多个包膜和任选的进料通道垫片(“进料隔片”)来形成。每一包膜优选地包含在渗透通道垫片(“渗透隔片”)周围的两个实质上是矩形的膜片。这一夹层型结构例如通过密封剂沿着三个边缘固定在一起，同时第四个边缘邻接渗透收集管，以使得渗透隔片与穿过渗透收集管的开口流体接触。外壳或“壳”是由纤维增强塑料(例如涂布有热塑性或热固性树脂的长玻璃纤维)构造。在元件制造期间，围绕部分构造的元件缠绕长玻璃纤维，并且施加树脂(例如液态环氧树脂)并使之硬化。元件的末端常常装配有抗伸缩装置或端盖(未图示)，其经设计以防止包膜在元件的入口端与出口端之间的压差下移位。端盖设计的实例包括美国陶氏公司(FilmTecCorp)的iLECTM互锁端盖以及在US2011/0042294和US6632356中描述的端盖。关于螺旋形缠绕元件的各种组件和构造的额外细节在文献中提供，参见例如：US5538642，其描述用于将渗透隔片连接至渗透收集管的技术；US7951295，其描述修整操作和使用UV粘合剂用于形成***点密封；US7875177，其描述适用的叶片包(leafpacket)；以及US5096584，其描述尤其适合于气体分离的各种实施例、组件以及构造技术。一种优选的复合膜片是美国陶氏公司的FT-30TM膜，其包含由非编织聚酯材料网(例如PET稀松布)构成的底层(背侧)、由厚度约为25μm至125μm的微孔聚合物(如聚砜)构成的中间层，以及顶层(前侧)，所述顶层包含厚度小于约1微米并且更一般地从约0.010微米到0.1微米的薄膜聚酰胺层。聚酰胺层优选地通过多官能胺单体与多官能酰基卤单体之间的界面缩聚反应在微孔聚砜表面上产生，如US4277344、US5658460以及US6878278中所描述。
在本发明的一个实施例中的是包括纤维增强壳的圆柱形过滤元件，其中所述壳包含围绕元件缠绕并且包入在凝固树脂内的纤维。所述纤维是通过将第一多股纤维的一端与第二多股纤维的一端接合以形成有效截面面积沿着单一纤维长度变化不超过25％的单一纤维而形成的拼接纤维。术语“有效”用于将纤维的截面面积描述为所述纤维的截面形状不一定是圆形，并且考虑到单独的股相对于彼此移动的能力，所述截面形状可以稍微呈动态。拼接末端包括可热收缩膜层的外包裹。
在另一个实施例中，本发明包括一种用于制造用于圆柱形过滤元件的纤维增强壳的方法。如图1中所说明，所述方法涉及以下步骤：i)用液态树脂(12)涂布多股纤维(10)，ii)围绕圆柱形过滤元件(14)缠绕经涂布的纤维，以及iii)使树脂凝固以形成纤维增强壳(16)。多股纤维(10)不受特定限制，但玻璃纤维是优选的。树脂和纤维涂布技术的选择不受特定限制。适用树脂包括热塑性塑料和热固性材料，例如环氧树脂。用于使液态树脂凝固的技术将取决于树脂的组成。常见技术包括加热、暴露于光或时间的流逝。举例来说，可以基于对应于制造时间的固化时间选择液态环氧树脂以使得延迟(例如凝固时间)得以避免。一种优选的纤维涂布技术包括用液态树脂涂布多股纤维，如以喷涂、刷涂或优选地将纤维浸渍到液态树脂的储液槽中的方式。过量树脂(18)可以通过牵拉纤维通过孔口而从经涂布的纤维去除，所述孔口具有比纤维的最大截面面积大1％与25％之间的截面面积。这一步骤确保纤维(10)被充分地涂布，同时减小被牵拉通过制造方法的过量树脂(18)的量。树脂去除步骤的一个难题是纤维的有效截面面积不能沿着其长度显著地变化(例如超过25％)。否则的话，纤维在其穿过孔口时擦毛并且可能断裂或受损。一旦经涂布并且在去除任何过量树脂之后，纤维围绕圆柱形过滤元件同心地缠绕，并且使树脂凝固(例如固化)以形成纤维增强壳。
在制造壳期间，纤维由线轴(22)提供。在纤维到达线轴的末端时，其必须与新线轴上的纤维的末端拼接。使用常规纤维拼接技术无法满足上述纤维均匀性需要。常规拼接技术产生过大的纤维接头，例如结点、收缩包裹管套，或缺乏足够的强度和柔性(例如对接端粘合剂连接)而为不合适的。本发明包括一种新的拼接技术，其提供足够的强度与纤维均匀性两者。更确切地说，本发明的拼接纤维是通过将第一多股纤维(26)的一端(24)与第二多股纤维(30)的一端(28)接合以形成有效截面面积沿着单一纤维长度变化不超过25％的单一纤维而形成。所述拼接方法包括沿着公共轴线(X)(图2中示出)将第一和第二纤维(26、30)的末端(24、28)对准的步骤。将纤维末端对准的步骤优选地包括使多个从第一和第二纤维(26、30)的末端延伸的单独股重叠(32)(部分地缠结)。为了增加重叠(32)的表面积，可以沿着与轴线(X)成锐角的角度切割纤维(26、30)的末端(24、28)，并且可以将末端对准以与彼此大致形成余角。以此方式，大多数从纤维末端延伸的单独股彼此重叠(32)但不产生截面面积显著大于(例如超过25％)单独纤维的截面面积的接头。接着围绕纤维的经对准末端的外径包裹可热收缩膜(34)层。为了维持接合纤维的截面面积的更大均匀性，膜较薄(例如小于0.1mm，更优选地小于0.05mm并且再更优选地小于0.04mm)。为了进一步避免增加体积，优选地围绕经对准的纤维末端包裹膜以使得膜最多具有轻微的自身重叠，即小于50％重叠(540°)并且更优选地小于25％或甚至10％重叠。一旦处于合适的位置，即加热可热收缩膜(34)以使得膜在每一纤维(26、30)的经对准末端(24、28)上向内拉并且形成整体结合。为了改进结合，膜优选地包括与纤维的重叠股接触的粘合剂层。粘合剂不受特定限制，例如粘合剂可以是接触粘合剂、热活化粘合剂等。为了进一步改进结合同时减小所得的拼接纤维接头的截面面积，可以在加热步骤期间围绕经对准的纤维末端压缩膜。代表性热可收缩膜包括OracoverUltraCote和TopFlightMonokote。
已经描述了本发明的多个实施例并且在一些情况下已将某些实施例、选择、范围、组分或其它特征表征为“优选的”。“优选的”特征的所述指代决不应以任何方式解释为本发明的必需或重要方面。前述专利和专利申请中的每一者的全部内容都以引用的方式并入本文中。

Claims (6)

1.一种用于制造用于圆柱形过滤元件的纤维增强外壳的方法，其包含以下步骤：i)用液态树脂涂布多股纤维，ii)围绕所述圆柱形过滤元件缠绕所述经涂布的纤维，以及iii)使所述树脂凝固以形成纤维增强壳，其中用于步骤i)的所述纤维包含通过以下形成的拼接纤维：
a)将第一多股纤维的一端与第二多股纤维的一端对准以使得所述经对准的纤维沿着公共轴线(X)延伸，
b)围绕所述纤维的所述经对准末端的外径包裹可热收缩膜层，其中可热收缩膜包括与所述纤维的重叠股接触的粘合剂层，以及
c)加热所述膜以使得所述膜在每一纤维的所述经对准末端上向内拉并且形成整体结合以使得一部分纤维的有效截面面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)进一步包括使所述第一和第二纤维的单独股彼此重叠。
3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(a)进一步包括：
i)沿着与轴线(X)成锐角的角度切割所述第一和第二纤维的所述末端，和
ii)将所述第一和第二纤维的所述末端对准以与彼此形成余角。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在步骤(c)期间围绕每一纤维的所述经对准末端压缩所述可热收缩膜的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述粘合剂是热活化的。
6.一种包括纤维增强壳的圆柱形过滤元件，其中所述壳包含围绕所述元件缠绕并且包入在凝固树脂内的纤维，并且其中所述纤维包含拼接纤维，所述拼接纤维是通过将第一多股纤维的一端与第二多股纤维的一端接合以形成有效截面面积沿着单一纤维长度变化不超过25％的单一纤维而形成，并且其中所述拼接末端包括单个可热收缩膜层的外包裹。
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