编织件焊接的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明书涉及中空纤维膜并且涉及用于制造用于中空纤维膜的支承结构的装置和方法。
【背景技术】
[0002]美国专利6，354，444描述了一种不对称膜，该不对称膜包括被支承在管状编织件上的管状聚合物薄膜。该编织件是柔性的但是足够强健，以在膜用于微滤(MF)或超滤(UF)时承受弯曲和拉伸。该编织件根据特定的物理参数预制，使得编织件具有处于0.2mm至
1.0mm的范围内的壁厚以及有限的透气性。该管状聚合物薄膜具有小于0.2mm的厚度并且通过在编织件被进给通过涂覆喷嘴的同时将涂料铸造在编织件上而形成。尽管该编织件是自支承的，但是涂覆喷嘴包括圆形孔口，以保证在涂料被涂覆在该编织件上之前该编织件是完全圆形的。管状聚合物薄膜被支承在编织件的外周表面上，而无需将编织件嵌入到管状聚合物薄膜中。涂覆的编织件行进通过凝固箱，涂料在该凝固箱中转化成聚合物薄膜。
[0003]国际公布号WO 2010/148517描述了制造非编织纺织增强中空纤维膜的各种方法。所述方法中的一些提供增强结构，该增强结构包括围绕膜的外周延伸的丝，但是所述丝不构成编织或织造结构的一部分。增强结构中的一些还包括纵向丝。所述增强结构嵌入在膜壁中。膜具有0.5或更大的内外径比。
【发明内容】
[0004]下文旨在向读者介绍详细描述，以理解并且不限制或限定权利要求书。
[0005]本说明书描述了一种用于制造用于中空纤维膜的支承结构的装置和方法。该装置包括管状支承件成型装置和超声波焊接装置。该方法包括将一组丝布置成管状支承结构并且在丝之间的相交点处通过声波将丝焊接在一起的步骤。
[0006]本说明书描述了一种用于制造中空纤维膜的方法和装置。该装置包括用于制造如上文所描述的支承件的装置和涂覆喷嘴。该方法包括上文所描述的用于制造支承件的步骤以及将支承件结合到中空纤维膜中的步骤。
[0007]本说明书还描述了中空纤维膜。该膜包括聚合物壁和管状支承结构。管状支承结构包括沿周向和径向两个方向相互交叉的丝。所述丝在其间的相交点处焊接在一起。
【附图说明】
[0008]图1是用于制造管状支承结构的装置和被支承的中空纤维膜的示意图。
[0009]图2是编织支承件的一部分的示意图。
[0010]图3是超声波焊接机和采集引导件的横截面示意图，该采集引导件是用于将丝布置成管状支承结构的机器的部件，其中该采集引导件定位在焊接机的前面。
[0011]图4是沿图3的线4-4截取的图3的超声波焊接机的超声波发生器头的横截面图。
[0012]图5是超声波焊接机和采集引导件的另一种布置的横截面示意图，其中焊接机位于采集引导件的前面。
[0013]图6是具有可选的压缩气体喷嘴的大体如图3中所示的超声波焊接机和采集引导件的横截面示意图。
[0014]图7是具有可选的芯棒的大体如图3中所示的超声波焊接机和采集引导件的横截面示意图。
[0015]图8是具有其中焊接机定位在采集引导件的开孔内的另一种构造以及可选的中空芯棒的超声波焊接机和采集引导件的横截面示意图。
[0016]图9是沿图8的线9-9截取的横截面图。
[0017]图10是具有其中采集引导件起到焊接机的部件的作用的另一种构造的超声波焊接机和采集引导件的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0018]大体如美国专利6，354，444中所描述的编织件支承膜用于GE ffater&ProcessTechnologies所制造的ZeeWeed?浸入式膜组件中。具体而言，这些组件用于膜生物反应器(MBR)中。尽管MBR中的膜的剧烈搅动，但是基本不发生纤维与ZeeWeed组件断裂的事故。具有较少的丝的编织件仍然能够产生足够强健的膜。然而，美国专利6，354，444中所描述的物理参数至少部分地被选择成使得编织件将是自支承的并且足够致密以允许膜成型涂料被涂覆在编织件上。
[0019]在本说明书中，词语“管状支承结构”(备选地被称为“支承件”)指的是由沿周向和径向两个方向相互交叉的丝形成的有小孔的或者至少多孔的结构。支承件可以是或者可以不是自支承的，但是能够至少被操作成具有纵向孔的大体管状形状。该支承件例如可以是织造、编织或针织管。
[0020]图1示出了用于制造支承件20的装置10，该支承件用于制造中空纤维膜。装置10包括支承件成型机12和超声波焊接机14。支承件20例如可以是针织、织造或编织支承件。支承件成型机20例如可以是针织机、编织机或织造机。支承件由已通过支承件成型机12布置的丝18制成。丝18可以是例如丝束或纱线的单丝或复丝。丝18行进通过支承件成型机12和超声波焊接机14。超声波焊接机14在丝18之间的至少一些相交点处将丝18焊接在一起。可选地，可以提供旋转线轴16以拉动丝18通过装置10。由线轴16施加给支承件20的张力有助于在焊接丝18时将支承件20保持成具有开口纵向孔的圆形。
[0021]可选地，涂覆喷嘴17可以被设置成与焊接机14成直线，以在制造支承件20时将膜成型涂料沉积在支承件20上或该支承件20周围。涂覆支承件21从涂覆喷嘴17通向凝固浴(未示出)，以形成例如适于微滤或超滤过程的中空纤维膜。涂覆喷嘴17在超声波焊接机14之后以及线轴16之前或之后定位。
[0022]可选地，支承件成型机12可以将丝18编织成编织支承件20。例如，丝18可以在竖直或水平管状编织机上被编织在一起，其中竖直机器是优选的。管状编织机包括轨道板，该轨道板具有缠绕轨道和多个筒管承载器。所述筒管承载器承载加载有丝18的筒管并且在顺时针或逆时针方向上沿轨道行进。当筒管承载器沿轨道行进时，丝18被拉向采集引导件22(例如如图3中所示)。采集引导件22定位在轨道板的中心之上。采集引导件22接收丝18并且协助形成编织支承件20。
[0023]筒管承载器的速度和编织丝18被拉动通过采集引导件22的速度能够确定丝18在编织支承件20内的图案和角度。例如，编织支承件20可以具有大约20至100玮纱数(每英寸的绞口 )。编织支承件20的圆柱形壁可以具有从大约0.1mm至大约0.7mm的厚度，优选地处于从大约0.3至0.5mm的范围内。孔可以具有处于从大约0.25mm至大约2.3mm的范围内的内径。
[0024]图2示出了平放的编织支承件20的管状壁的一部分。该壁具有位于两根或多根丝18相互交叉的点处的多个相交部30。编织过程期间丝18中的张力可以在每一个相交部30处压挤丝18。位于相交部30之间的丝18的节段在支承件20的壁中限定孔洞32。孔洞32可以具有均匀或非均匀的形状。孔洞32可以可选地足够小，以抑制通过涂覆喷嘴17沉积在编织支承件20上的涂料的显著渗透。备选地，孔洞32可以较大，使得丝18变得部分或完全地嵌入在涂料中。
[0025]图3示出了管状编织机的采集引导件22以及超声波焊接机14的定位在采集引导件22之上或之后的部件的横截面图。可选地，采集引导件22与超声波焊接机14之间的距离可以是可变的。
[0026]超声波焊接机14包括反向工具26和超声波发生器24。编织支承件20被从采集引导件22拉动以通过反向工具26与超声波发生器24的相对表面之间。反向工具26被固定就位并且还可以被称为砧座或巢。声波焊接机14，并且可选地，相关联的控制器(未示出)使超声波发生器24在大约15或20至70kHz之间的频率下以大约10至150 μπι的振幅朝向和远离反向工具26振荡。超声波发生器24的振荡向丝18中施加声能。优选地，超声波发生器24在与编织支承件20垂直的平面中振荡，例如如图4中的箭头X所示。可选地，超声波发生器24可以在与编织支承件20平行的平面中振荡。
[0027]丝18由易受超声波焊接影响的材料制成或者可选地涂覆有或包括该种材料。振荡的超声波发生器24所施加的声能造成材料由固相暂时转变成熔融相。在处于熔融相时，一根丝18的材料的一部分可以在丝18之间的相交部30中的一些或所有相交部处与另一根丝18的材料的一部分合并。相交部30处的丝18的一部分稍后转变成合并固相，使得相交部30中的一些或所有的相交部都变成焊接点。焊接点可以提高支承件20的结构稳定性或强度。备选地，较少的丝18可以用于制造相对于不具有焊接丝18的类似的支承件具有相等的强度或稳定性的支承件20。
[0028]由在编织过程期间施加的张力所造成的每一个相交部30处的压挤可以突出声能对相交部30的影响。在编织支承件20的给定部分已通过超声波焊接机14之后，声能不再影响丝18的材料并且丝18的材料再次转变成固相。
[0029]装置10可以在连续过程中操作。丝18在张力下被拉动通过成型机12。成型机12将丝18组装成使得当丝18通过采集引导件22时，丝18形成支承件20。丝18的一种或多种材料被超声波焊接机14熔融，这造成来自一根丝18的材料与来自另一根丝18的材料合并。可选地，超声波焊接机14可以在采集丝18以形成支承件20之前或者与此同时熔融丝18的材料。焊接支承件20被从超声波焊接机14拉动并且可以被存储以用于后续使用。可选地