JP5204994B2 - スパイラル型膜エレメントおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回されており、種々の流体（液体あるいは気体）中に存在する特定成分を分離することができるスパイラル型膜エレメントおよびその製造方法に関する。

従来、逆浸透ろ過、精密ろ過などに用いられる流体分離エレメントとして、例えば、図６に示すように、分離膜１と供給側流路材２と透過側流路材３とが積層状態で有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部１１〜１３が設けられているスパイラル型膜エレメントが知られている。

このスパイラル型膜エレメントでは、供給側流体（原水）が供給側流路材２によって分離膜１表面へ導かれ、分離膜１を透過して分離された後、透過側流体（透過水）が透過側流路材３に沿って中心管５（集水管）まで導かれる。そして、このようなスパイラル型膜エレメントには、加圧運転時の耐圧性および形状保持性を付与する目的で、外装材として繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を外周に施す場合がある。

このようなスパイラル型膜エレメントは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、一般的に分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと、透過側流路材３とを積み重ね、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐ封止部を形成するために接着剤４，６を、分離膜周辺部（３辺）に位置する透過側流路材３に塗布して分離膜ユニットＵを作製し、このユニットＵの単数または複数を中心管５の周囲にスパイラル状に巻きつけて、更に分離膜周辺部を封止することによって製造される。この例は、膜リーフ（封止された封筒状膜）が複数の場合であるが、膜リーフが単数の場合も存在する。

また、外装材の形成は、例えば、中心管に膜リーフを巻回した後に、円筒状巻回体の外周面に、エポキシ樹脂を含浸させたポリプロピレン繊維（他例として、耐熱性アルカリプラスチック材料繊維）を巻き付け、これを硬化させて繊維補強樹脂（ＦＲＰ）として形成する方法が知られている（特許文献１、図３、段落番号００３７参照）。また、円筒状または平面状のネット状物（耐熱性アルカリプラスチック材料）を巻き付け、エポキシ樹脂等で包埋（硬化支持）させる方法も知られている（特許文献１、図４，５、段落番号００３８、００３９参照）。

また、外装材の形成方法として、円筒状巻回体の外周面に、ガラス繊維を巻きつけ、エポキシ樹脂で包埋した後、表面に露出したガラス繊維の保護のためにエポキシ樹脂層をさらに、設ける方法が知られている（特許文献２、請求項１、図１参照）。

特開２０００−３５４７４２号公報 特開２００１−１７８４０号公報

しかしながら、上記公知の外装材で形成されたスパイラル型膜エレメントの場合、エポキシ樹脂の吸湿（吸水）性の影響により、外装材全体が膨潤し、特に、スパイラル型膜エレメントの長さ方向に寸法増加した場合に、スパイラル型膜エレメントをベッセルに装填する際にベッセルを密封するための端板を締め切れない状態になることがあり、問題であった。

そこで、本発明の目的は、補強繊維層と強化繊維層とを有する繊維補強樹脂層を形成することで、長さ方向の寸法増加を低減させることができるスパイラル型膜エレメントを提供することにある。また、補強繊維層と強化繊維層とを有する繊維補強樹脂層を形成する工程を有するスパイラル型膜エレメントの製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
本発明のスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントであって、
同一の樹脂で包埋された補強繊維層および強化繊維層を有する繊維補強樹脂層を設けていることを特徴とする。

本発明のスパイラル型膜エレメントによると、円筒状巻回体の外周側に、当該円筒状巻回体を補強支持するために繊維補強樹脂層が設けられている。この繊維補強樹脂層は、繊維で形成された補強繊維層と、この補強繊維層を強固に支持するための、繊維で形成された強化繊維層とを有して構成されている。さらに、補強繊維層および強化繊維層は、同一の樹脂で包埋されている。そして、この樹脂が、予め強化繊維層に付着および／または含浸されている場合、この樹脂が補強繊維層の繊維間を包埋するように構成されることが好ましい。当該樹脂が補強繊維層の繊維間および繊維内部に毛細管現象によって染み込み包埋されることで、硬化後樹脂と繊維が一体となり補強繊維層の強度が増加する。あるいは、樹脂の吸湿膨潤を抑制することによって、スパイラル型膜エレメントの長さ方向の寸法増加を低減させることができると考えられる。また、樹脂が補強繊維層の繊維（例えば、ウォールスパン等）内部に染み込まない場合もあるが、繊維間が包埋されるため、補強繊維層の強度が増加することになる。

また、本発明の好適な実施形態の一例として、補強繊維層に樹脂が含浸されていることを特徴とする。

この構成によれば、補強繊維層の繊維内部にも樹脂が含浸されるため、繊維間が包埋される構成よりも、効果が高い。

また、本発明の好適な実施形態の一例として、円筒状巻回体と繊維補強樹脂層との間に、樹脂シートまたは樹脂フィルムが介在させている構成がある。樹脂材料としては、例えば、各種プラスチックが例示できる。シートかフィルムかの判断はその厚みが１００μｍを超える場合がシートであって、その厚みが１００μｍ以下の場合がフィルムである。また、樹脂シートとして、ガラス繊維で形成されたシート状体（ロービングされた形態を含む）が例示できる。

ガラス繊維で形成されたシート状体を用いる場合、スパイラル型膜エレメントの長さ方向の寸法増加をさらに低減させることができる。

また、本発明の好適な実施形態の一例として、補強繊維層の繊維層厚みが、０．１ｍｍ以上の構成がある。０．１ｍｍ未満の場合、スパイラル型膜エレメントの長さ方向の寸法増加を十分に低減させることができないからである。例えば、スパイラル型膜エレメントをベッセルに装着できなくなる。また、補強繊維層の繊維層厚みが０．６ｍｍを超えた場合、樹脂が浸透しにくくなる。

また、本発明の好適な実施形態の一例として、補強繊維層における繊維の一方向が当該スパイラル型膜エレメントの長さ方向に配置されることを特徴とする。長さ方向は、流れ方向と略平行である。また、長さ方向に配置された繊維は、全長を縦断していることが好ましい。これによって、スパイラル型膜エレメントの伸びをさらに抑制することができる。

また、本発明の好適な実施形態の一例として、円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を内層とし、強化繊維層を外層とする構成がある。また、本発明の好適な実施形態の一例として、円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を外層とし、強化繊維層を内層とする構成がある。また、本発明の好適な実施形態の一例として、円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を挟み込むように、強化繊維層を多層構造とする構成がある。

これらの構成によって、スパイラル型膜エレメントの長さ方向の寸法増加を十分に低減させることができる。本発明において、補強繊維層の繊維（布）の容量（主に長さ方向の繊維）に依存して効果に差が現れる。例えば、繊維（布）の質量、厚み、密度に依存する。

また、他の本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられ、円筒状巻回体の外周側に外装部が設けられているスパイラル型膜エレメントの製造方法であって、
前記円筒状巻回体の外周側に、当該円筒状巻回体を補強支持する繊維で形成された補強繊維層と、前記補強繊維層の繊維を包埋する樹脂が付着および／または含浸された繊維で形成された強化繊維層と、を有する繊維補強樹脂層を形成する工程を有することを特徴とする。

上記のスパイラル型膜エレメントの製造方法の繊維補強樹脂層を形成する工程において、円筒状巻回体の外周側に補強繊維層を内層として形成した後、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を当該補強繊維層の外周側を被覆するように巻くことで強化繊維層を外層として形成する工程と、を有することを特徴とする。

また、他の繊維補強樹脂層を形成する工程において、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を円筒状巻回体の外周側を被覆するように巻くことで強化繊維層を内層として形成する工程と、
前記強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を外層として形成する工程と、を有することを特徴とする。

また、他の繊維補強樹脂層を形成する工程において、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を円筒状巻回体の外周側を被覆するように巻くことで第１強化繊維層を形成する工程と、
前記第１強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を形成する工程と、
前記補強繊維層形成工程の後に、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を補強繊維層の外周側を被覆するように巻くことで第２強化繊維層を形成する工程と、を有することを特徴とする。

以上の製造方法によって製造されたスパイラル型膜エレメントは、上記記載と同様の作用効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す断面図である。

本発明のスパイラル型膜エレメントは、外装部の形成方法およびその構造のみが従来のものと異なっており、他の構造は、上述の従来のスパイラル型膜エレメントの構成をいずれも適用することができる。

従って、本発明のスパイラル型膜エレメントは、図６に示すように、分離膜１、供給側流路材２、および透過側流路材３が積層状態で、有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられている。封止部には、例えば、両端封止部１１と外周側封止部１２が含まれ、また、中心管５の周囲の封止を行う高めに封止部１３を形成してもよい。

本発明のスパイラル型膜エレメントは、分離膜１と供給側流路材２と透過側流路材３とを積層状態で有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回して円筒状巻回体Ｒを形成する工程と、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部１１，１２を形成する工程とを含む方法で製造することができる。具体的には、例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示す工程を実施することにより製造することができる。

図７（ａ）に示すように、まず、分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと透過側流路材３とを積み重ね、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐ封止部を形成するための接着剤４，６を、透過側流路材３の軸方向両端部および巻回終端部に塗布したユニットを準備する。このとき、分離膜１の折目部分に保護テープを貼り付けても良い。

分離膜１には、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。供給側流路材２には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。透過側流路材３には、不織布、織布、編布などの繊維布、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。

有孔の中心管５は、管の周囲に開孔を有するものであれば良く、従来のものが何れも使用できる。一般的には、中心管５はＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）等の材質で形成され、その直径は膜エレメントの大きさに応じて異なるが、例えば２０〜１００ｍｍである。

接着剤４，６としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、従来公知の何れの接着剤も使用することができる。但し、加熱による硬化反応を行う上で、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤などの熱硬化性樹脂を含有する接着剤が好ましい。

次に、図７（ｂ）に示すように、この分離膜ユニットＵの複数を積層し、有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回した後、接着剤を硬化させるなどして、封止部１１，１２，１３を形成する。その際、粘着テープをコイル状に巻き付けて、円筒状巻回体Ｒの形状を保持してもよい。

分離膜ユニットＵを積層する際の数量は、必要とされる透過流量に応じて決まるものであり、１層以上であれば良いが、操作性を考慮すると１００層程度が上限である。なお、分離膜ユニットＵの長さが長いほど、積層数量は少なくなる。

（繊維補強樹脂層およびその形成工程）
本発明の繊維補強樹脂層は、円筒状巻回体を補強支持する繊維で形成された補強繊維層と、補強繊維層の繊維を包埋する樹脂が付着および／または含浸された繊維で形成された強化繊維層とを有して形成される。さらに、円筒状巻回体と補強繊維層との間に、樹脂シートまたは樹脂フィルムを介在させて構成することもできる。

補強繊維層の繊維は、例えば、繊維の集合体として構成してもよく、布状に形成されていてもよく、開口部を形成したクロス状として構成してもよい。繊維材料としては、ガラス繊維、あるいはＰＥＴ，ＰＰ、ＰＥ、ＰＳＦ（ポリスルフォン）、アクリル樹脂等の各種プラスチック繊維等が挙げられる。

布状に構成した繊維布の場合、例えば、ＰＥＴ、ＰＳＦ、アクリル樹脂等の各種プラスチック、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の樹脂からなる繊維布の他、ガラスクロスなどのガラス繊維布、金属メッシュスクリーンなどの金属繊維布等を使用することも可能である。表示ラベルを内側に設ける場合、その視認性を高める観点から、ガラスクロスなどのガラス繊維布や透明樹脂からなる繊維布を用いるのが好ましい。

また、繊維布の厚みは、０．１〜０．６ｍｍの範囲が例示でき、好ましくは０．１３〜０．３５ｍｍの範囲である。この場合、樹脂の含浸性と伸び抑制の観点から設定され、厚みに比例して必要樹脂量が増加し、また、厚みが薄すぎると伸び抑制の効果が低くなる（他に質量、密度によっても変動する）。

また、繊維布の質量は、８０〜５００ｇ／ｍ^２の範囲が例示でき、好ましくは１００〜３５０ｇ／ｍ^２の範囲である。この場合、樹脂の含浸性と伸び抑制の観点から設定され、質量に比例して必要樹脂量が増加し、また、質量が小さいと伸び抑制の効果が低くなる（他に厚み、密度によっても変動する）。

また、繊維布の密度（１本の繊維束の密度）は、１０〜５０本／インチの範囲が例示でき、好ましくは１５〜２５本／インチの範囲である。伸び抑制の観点から設定され、密度が小さいと伸び抑制の効果が低くなる（他に質量、厚みによっても変動する）。

また、繊維布の引張強度は、２００〜２０００Ｎ／インチの範囲が例示でき、好ましくは４００〜１５００Ｎ／インチである。この場合、伸び抑制の観点から設定され、強度が小さいと伸び抑制の効果が低くなる。補強繊維層の繊維構成は、継ぎ目があるタイプ、継ぎ目がないタイプのどちらでも使用することが可能である。

また、繊維布の開口率は、１〜８０％の範囲が例示でき、好ましくは１０〜３０％である。樹脂の透過性（裏面への抜け性）、補強繊維層（内）と巻回体との接着性等の観点から設定できる。開口率が低い場合、裏面（巻回体側）へ樹脂が十分に移行せずに、接着力が低くなり好ましくない。例えば、巻回体に繊維布を巻き、その上から強化繊維層を形成させた場合、巻回体または製品ラベルと、繊維布（層）界面を接着するために強化繊維層側の樹脂が繊維布を透過して巻回体（または製品ラベル）／繊維布（層）界面に充填される。このため、繊維布の開口率は１０％以上が必要である。また、製品ラベルが巻回体に貼り付けられている場合、視認性が要求される。この場合、巻回体（製品ラベル）と繊維布との密着性が要求され、密着していないと空気層が介在してしまい視認性が著しく低下する。巻回体表面の視認性が要求されない場合、上記の製法においては、開口率１０％以下でも可能である。

繊維布の種類としては、不織布、織布、編布などが挙げられ、補強効果と視認性の観点から、平織物、あや織物、朱子織物、模しゃ織物、からみ織物、などの織布が好ましい。

強化繊維層の繊維は、補強繊維層の繊維を包埋するための樹脂が付着および／または含浸されている。この繊維としては、マルチフィランメントやモノフィランメントに、必要に応じて撚りをかけたものや、その集束体を用いることがきるが、各種ロービングが好ましく使用できる。また、繊維の種類としては、例えばＰＥＴ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳＦ、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、アラミド等の樹脂繊維の他、ガラスなどの無機系繊維、スチールワイヤなどの金属繊維等を使用することも可能である。但し、表示ラベルを内側に設ける場合、その視認性を高める観点から、ガラス繊維や透明樹脂からなる繊維を用いるのが好ましい。また、強度の観点から繊維の直径は、大きいほうが好ましいが、あまり大きいと外装部層の厚みが大きくなり好ましくない。そこで、これらの観点から、適宜設計することができる。また、強化繊維層としてガラス繊維を巻き付けて形成した巻き付け体の場合、その厚みは０．５〜４．０ｍｍの範囲が例示できる。

補強繊維層の繊維を包埋するための樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂が例示でき、特に視認性を向上させる樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂が挙げられる。

樹脂シートまたは樹脂フィルムの樹脂材料としては、例えば、各種プラスチックが例示できる。また、樹脂シートとして、ガラス繊維で形成されたシート状体（ロービングされた形態を含む）、ガラスクロス等が例示できる。樹脂シートまたは樹脂フィルムは、継ぎ目があるタイプ、継ぎ目がないタイプのどちらでも使用することが可能である。

（実施形態１）
繊維補強樹脂層を形成する工程において、円筒状巻回体の外周側に補強繊維層（例えば、ガラスクロス）を内層として形成した後（例えば、平面状のガラスクロスを１〜数回巻きつけた後）、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を付着および／または含浸させた直後の繊維（例えば、ガラスロービング）を当該補強繊維層の外周側を被覆するように螺旋状に隙間無く巻きつけて強化繊維層を外層として形成する。補強繊維層の繊維（ガラスクロス繊維）は、円筒状巻回体の長さ方向に対し、全長を縦断して配置することが好ましい。

この際、繊維（ガラスロービング）に樹脂（エポキシ樹脂）を付着および／または含浸させる工程を設け、その直後（硬化する前）に補強繊維層の外周側に巻き付ける必要がある。付着および／または含浸させる樹脂量は、補強繊維層の厚みと繊維（ガラスロービング）に依存し、適宜設定できる。

繊維（ガラスロービング）に付着または含浸していた樹脂（エポキシ樹脂）が、補強繊維層（ガラスクロス）の繊維間、繊維中に侵入し硬化する。硬化工程としては、室温（例えば、１２〜２７℃）で静置させる方法があるが、加温させることで硬化時間を短縮させることができる。加温温度としては、樹脂材料にもよるが、３０〜１３０℃の範囲が例示でき、好ましくは、５０〜９０℃である。

図２（ａ）に上記方法で形成された、円筒状巻回体Ｒ／補強繊維層１０１（内層）／強化繊維層１０２（外層）の構成例を模式的に示す。補強繊維層１０１（内層）／強化繊維層１０２（外層）の全体厚みは、０．５〜４．０ｍｍの範囲が好ましい。

（実施形態２）
繊維補強樹脂層を形成する工程において、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を付着および／または含浸させた直後の繊維（例えば、ガラスロービング）を円筒状巻回体の外周側を被覆するように隙間無く巻き付け強化繊維層を内層として形成し、強化繊維層形成直後（硬化する前）に、補強繊維層（ガラスクロス）を外層として形成する。

繊維（ガラスロービング）に付着または含浸していた樹脂（エポキシ樹脂）が、補強繊維層（ガラスクロス）の繊維間、繊維中に侵入し硬化する。

図２（ｂ）に上記方法で形成された、円筒状巻回体Ｒ／強化繊維層１０２（内層）／補強繊維層１０１（外層）の構成例を模式的に示す。円筒状巻回体Ｒ／強化繊維層１０２（内層）／補強繊維層１０１（外層）の全体厚みは、０．５〜４．０ｍｍの範囲が好ましい。

（実施形態３）
繊維補強樹脂層を形成する工程において、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を付着および／または含浸させた直後（硬化前）の繊維（例えば、ガラスロービング）を円筒状巻回体の外周側を被覆するように隙間無く巻きつけ、第１強化繊維層を形成し、ついで、第１強化繊維層形成工程の直後（硬化前）に、補強繊維層（例えば、ガラスクロスを巻き付ける）を形成する。この際、繊維（ガラスロービング）に付着または含浸していた樹脂（エポキシ樹脂）が、補強繊維層（ガラスクロス）の繊維間、繊維中に侵入し硬化する。

しかし、硬化後、硬化前あるいは完全に硬化する前に（補強繊維層形成工程の後に）、樹脂（エポキシ樹脂）を付着および／または含浸させた直後（硬化前）の繊維（ガラスロービング）を補強繊維層（ガラスクロス）の外周側を被覆するように隙間無く巻きつけ、第２強化繊維層を形成する。

繊維（ガラスロービング）に付着または含浸していた樹脂（エポキシ樹脂）が、補強繊維層（ガラスクロス）側に移行し、硬化する。

図２（ｃ）に上記方法で形成された、円筒状巻回体Ｒ／第１強化繊維層１０２ａ／補強繊維層１０１／第２強化繊維層１０２ｂの構成例を模式的に示す。円筒状巻回体Ｒ／第１強化繊維層１０２ａ／補強繊維層１０１／第２強化繊維層１０２ｂの全体厚みは、０．５〜４．０ｍｍの範囲が好ましい。

（実施形態４）
円筒状巻回体の外周側に、先ず、樹脂シート（または樹脂フィルム）を巻回する。その後、上記実施形態１〜３の製造方法を用いて樹脂シートの外周側に繊維補強樹脂層を形成する。図２（ｄ）に円筒状巻回体Ｒ／樹脂シート１０３／繊維補強樹脂層１００の構成例を模式的に示す。樹脂シート／繊維補強樹脂層の全体厚みは、０．５〜４．０ｍｍの範囲が好ましい。

（実施形態５）
円筒状巻回体の外周側に、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を付着および／または含浸させた直後（硬化前）の補強繊維層（例えば、平面状のガラスクロスを１回巻きつけて）を形成する。端部同士の継ぎ目は、接着剤等で貼り合わせてもよく、粘着テープで仮止めし、樹脂の硬化後に剥離してもよい。繊維布（平面状のガラスクロス）の幅は、円筒状巻回体の幅に合わせることが好ましい。繊維布を単層とする場合、その厚みを大きく設定することが好ましい。その厚みとしては、０．５〜４．０ｍｍの範囲が例示できる。図２（ｅ）に円筒状巻回体Ｒ／補強繊維層１０１（単層）の構成例を模式的に示す。

（実施形態６）
円筒状巻回体の外周側に、樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を付着および／または含浸させた直後（硬化前）の補強繊維層（例えば、平面状のガラスクロスを複数回巻きつけて）を形成する。端部同士の継ぎ目は、接着剤等で貼り合わせてもよく、粘着テープで仮止めし、樹脂の硬化後に剥離してもよい。繊維布（平面状のガラスクロス）の幅は、円筒状巻回体の幅に合わせることが好ましい。繊維布を複数層とする場合、その全体の層厚みを大きく設定することが好ましい。その厚みとしては、０．５〜４．０ｍｍの範囲が例示できる。図２（ｆ）に円筒状巻回体Ｒ／補強繊維層１０１（複数層）の構成例を模式的に示す。

また、繊維補強樹脂層の厚みは例えば０．５〜４ｍｍの範囲であるが、視認性を高める上では、０．５〜２ｍｍが好ましい。

（別実施形態）
分離膜ユニットＵ（円筒状巻回体Ｒ）の樹脂封止と、繊維補強樹脂層２６等の樹脂の硬化とは、別々に行ってもよいが、本発明では、分離膜ユニットＵ（円筒状巻回体Ｒ）の樹脂封止と、繊維補強樹脂層２６等の樹脂の硬化とを同時に行ってもよい。その場合、両者の樹脂として同種の樹脂を使用するのが好ましい。つまり、加熱による硬化反応を行う上で、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤などの熱硬化性樹脂を含有する樹脂を使用することが好ましい。

また、スパイラル型膜エレメントは、樹脂封止後の円筒状巻回体Ｒを、軸方向の長さを調整するために、両端部のトリミング等を行ってもよい。更に変形（テレスコープ等）を防止するための有孔の端部材や、シール材、補強材などを必要に応じて設けることができる。

また、樹脂シート等としては、円筒状巻回体Ｒとの密着性が良く、追随性のあるものが好ましく、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ゴムなどのシート、フィルムなどが挙げられる。このような樹脂シートは、約１周分が巻き込まれるが、粘着剤層を有するものが好ましい。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。

（実施例１）
（１）日東電工製ＲＯ膜ＥＳ２０と厚み０．７ｍｍのＰＰ製供給側流路材からなる膜リーフユニットを用意した。次いで、直径３２ｍｍのＰＰＥ製中空状中心管に厚み０．３ｍｍのＰＥＴ製透過側流路材の先端を固定し、透過側流路材上に膜リーフユニットを封止部に当たる部分でポリウレタン樹脂を塗布しながら積載した。次いで、中空状中心管を軸に回転させテンションを掛けながら積載した膜リーフユニットを巻き込み巻回体とした。次いで、この巻回体に、粘着テープ（幅７５ｍｍ）をコイル状に隙間無く巻きつけて形状保持させ、更に、その表面に製品名を印刷した表示ラベルを貼着した。
（２）巻回体の外周面全域に厚み０．３ｍｍ、質量３４０ｇ／ｍ^２、密度（１本の繊維束あたりの密度）１５本／インチ、引張強度１３００Ｎ／インチのガラスクロス（日東紡製、平織物）を接着剤を用いて貼り付けた。ここでのガラスクロス（繊維布）は補強繊維層に相当する。次いで、エポキシ樹脂を含浸（または付着）させた繊度１１５０ＴＥＸ、引張強度０．２４５Ｎ／ＴＥＸのガラスロービング（旭ファイバーグラス製）を巻き付け、巻きつけた厚みを１．５ｍｍとした。ここでのガラスロービングの巻き付け体は、強化繊維層に相当する。その後、エポキシ樹脂を２５℃で硬化させ、スパイラル型膜エレメントを作製した。図４に、補強繊維層（ガラスクロス）と強化繊維層との断面写真およびその模式図を示す。図４の模式図によれば、エポキシ樹脂が、硬化前にガラスクロス側に移動し、ガラスクロスに移動したエポキシ樹脂がガラスクロスと一体になって硬化していると考えられる。なお、補強繊維層の繊維（ガラスクロス繊維）は、円筒状巻回体の長さ方向に対し、全長を縦断して配置されている。

（実施例２）
実施例１において、ガラスクロスの仕様を変更（厚み０．１５ｍｍ、質量１００ｇ／ｍ^２、密度１９本／インチ、引張強度５００Ｎ／インチ）した以外、実施例１と同様の条件でスパイラル型膜エレメントを作製した。

（比較例１）
実施例１において、ガラスクロスに代わり、厚み０．２５ｍｍ、質量５５ｇ／ｍ^２、密度９本／インチ、引張強度１７０Ｎ／インチの収束処理剤で処理されたガラス繊維テープ（製品名：ウォールスパン（ニューヨークワイヤー社製）、補強繊維層に相当する）であって、幅４８ｍｍの帯状物を螺旋状に巻いたこと以外、実施例１と同様の条件でスパイラル型膜エレメントを作製した。図５に、補強繊維層（ウォールスパン）と強化繊維層との断面写真およびその模式図を示す。図５の模式図によれば、強化繊維層側のエポキシ樹脂が、硬化前にウォールスパン側を被覆（包埋）するように移動し、硬化することで、ウォールスパンの長さ方向の伸びを抑制していると考えられる。

（比較例２）
実施例１において、ガラスクロスを設けなかったこと以外、実施例１と同様の条件でスパイラル型膜エレメントを作製した。

（評価方法）
実施例１〜２および比較例１〜２で得られたスパイラル型膜エレメントを、湿潤状態にあるポリエチレン袋内に密閉し、４０℃の環境に置き、エレメント全長の変化を観察した。図３に全長に対する伸び率の経時変化のグラフを示す。

（結果）
保管３ヶ月後において、実施例１は、長さ方向の寸法伸び率は０．０５％以下であった。実施例２は、０．０７％であった。比較例１は、０．１４％であった。比較例２は、０．４２％であった。

図４の模式図を参照して説明すれば、実施例１〜２及び比較例１は、ガラスクロス（またはウォールスパン）に移動したエポキシ樹脂がガラスクロス（またはウォールスパン）と一体になって硬化したことによって、この部分のエポキシ樹脂の吸湿膨潤が抑制されていると推測される。さらに、外層（または内層）をガラスロービングの巻き付け体として構成することで、エポキシ樹脂の吸湿膨潤を相乗効果的に抑制していると推測される。この結果、スパイラル型膜エレメントの保管および使用時において、形状は安定し、寸法上の問題が生じない。

本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す断面図 繊維補強樹脂層の例を示す断面図 全長に対する伸び率の経時変化のグラフを示す図 補強繊維層（ガラスクロス）および強化繊維層の断面の写真および模式図 補強繊維層（ウォールスパン）および強化繊維層の断面の写真および模式図 従来（本発明）のスパイラル型膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図 従来（本発明）のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図

符号の説明

１ 分離膜
２ 供給側流路材
３ 透過側流路材
４ 接着剤
５ 中心管
６ 接着剤
１００ 繊維補強樹脂層
１０１ 補強繊維層
１０２ 強化繊維層
Ｒ 円筒状巻回体
Ｕ 分離膜ユニット

Claims (12)

1. 分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、
   前記円筒状巻回体の外周側に、同一の樹脂で包埋された補強繊維層および強化繊維層を有する繊維補強樹脂層を設けており、
   前記補強繊維層は、開口部を形成した繊維布で形成されており、
   前記強化繊維層は、ガラスロービングで形成されており、
   前記繊維布の質量が８０〜５００ｇ／ｍ ^２ の範囲であり、厚みが０．１〜０．６ｍｍの範囲であり、且つ、密度が１０〜５０本／インチの範囲であることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
2. 前記補強繊維層に前記樹脂が含浸されていることを特徴とする請求項１に記載のスパイラル型膜エレメント。
3. 前記円筒状巻回体と前記繊維補強樹脂層との間に、樹脂シートまたは樹脂フィルムを介在させてある請求項１または２に記載のスパイラル型膜エレメント。
4. 前記繊維布の引張強度が、２００〜２０００Ｎ／インチの範囲である請求項１から３のいずれか１項に記載のスパイラル型膜エレメント。
5. 前記補強繊維層における繊維の一方向が当該スパイラル型膜エレメントの長さ方向に配置される請求項１から４のいずれか１項に記載のスパイラル型膜エレメント。
6. 前記円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を内層とし、強化繊維層を外層とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスパイラル型膜エレメント。
7. 前記円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を外層とし、強化繊維層を内層とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスパイラル型膜エレメント。
8. 前記円筒状巻回体の外周側に繊維補強樹脂層が形成される場合に、補強繊維層を挟み込むように、強化繊維層を多層構造とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスパイラル型膜エレメント。
9. 分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられ、円筒状巻回体の外周側に外装部が設けられているスパイラル型膜エレメントの製造方法であって、
   前記円筒状巻回体の外周側に、当該円筒状巻回体を補強支持する繊維で形成された補強繊維層と、前記補強繊維層の繊維を包埋する樹脂が付着および／または含浸された繊維で形成された強化繊維層と、を有する繊維補強樹脂層を形成する工程を有し、
   前記補強繊維層は、開口部を形成した繊維布で形成されており、
   前記強化繊維層は、ガラスロービングで形成されており、
   前記繊維布の質量が８０〜５００ｇ／ｍ ^２ の範囲であり、厚みが０．１〜０．６ｍｍの範囲であり、且つ、密度が１０〜５０本／インチの範囲であることを特徴とするスパイラル型膜エレメントの製造方法。
10. 前記繊維補強樹脂層を形成する工程において、円筒状巻回体の外周側に補強繊維層を内層として形成した後、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を当該補強繊維層の外周側を被覆するように巻くことで強化繊維層を外層として形成する工程と、を有することを特徴とする請求項９に記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。
11. 前記繊維補強樹脂層を形成する工程において、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を円筒状巻回体の外周側を被覆するように巻くことで強化繊維層を内層として形成する工程と、
    前記強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を外層として形成する工程と、を有することを特徴とする請求項９に記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。
12. 前記繊維補強樹脂層を形成する工程において、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を円筒状巻回体の外周側を被覆するように巻くことで第１強化繊維層を形成する工程と、
    前記第１強化繊維層形成工程の直後に、補強繊維層を形成する工程と、
    前記補強繊維層形成工程の後に、前記樹脂を付着および／または含浸させた直後の繊維を補強繊維層の外周側を被覆するように巻くことで第２強化繊維層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項９に記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。