喷丝头的制作方法

1.本公开涉及一种用于在相转化过程中生产中空纤维膜的喷丝头。


背景技术：

2.应用于医疗设备(如毛细管透析器和毛细管过滤器)的半渗透中空纤维膜主要采用相转化工艺制造。通常使用带有两个同心的孔口的喷嘴、外环缝和中心孔的喷丝头。聚合物溶液通过喷嘴的外环缝被挤出入到沉淀浴中，同时中心流体通过喷嘴的内孔被挤出。
3.纺丝机组(spinning train)包括在纺丝机中实施的多个喷丝头，用于生产多个中空纤维膜，这些中空纤维膜被捆绑成纤维股。数百个喷丝头布置在纺丝头内，每个喷丝头分别地供应聚合物溶液和中心流体。
4.纺丝机组是一种专门设计的结构，包括用于沉淀、洗涤、干燥、卷曲和收集纤维的子单元。这种机器的机组需要大量投资。增大纺丝能力需要复制这些机器，导致投资的复制。
5.本公开的目的是为纺丝机组的能力扩充提供选项，这种选项不需要对纺丝机组的整个设备的重复，并且允许对现有的纺丝机组进行改造。
6.de3022313a1公开了一种用于生产半渗透中空纤维的纺丝喷嘴，其具有数个单独的中空部段，这些中空部段沿中空纤维的整个长度延伸，每个中空部段均有通孔。喷丝头具有多个相互独立的用于注入第一液体的开口，以及围绕各个开口的相应数量的环状槽。这些环形槽连接在一起以形成连续的缝，用于纤维成型材料的挤压。
7.us3081490a公开了一种喷丝头，用于中空丝的生产，该喷丝头由两个圆形板组成，并通过四个衬套螺钉牢固地保持在一起。第一板设置中心纺丝孔口，该中心纺丝孔口具有用于销的两个对准孔或定位孔以及与该纺丝孔口同轴且直径更大的圆柱形导管或孔。该导管从第一板的上表面延伸到纺丝孔口的上端。第二板的下侧设有圆形凹部，该圆形凹部形成用于纺丝溶液或熔体的供应腔室；以及在该凹部中终止的四个孔，通过这些孔向凹部供应纺丝溶液或熔体。在第二板上钻有向孔开口的供应通道，用于经由开口向中空销的内部供应气体或液体介质。终止在毛细管道中的销通过中空螺钉固定到第二板的孔，并同心地位于直径大于销的圆柱孔内。还描述了一种具有类似结构但具有六个纺丝孔口的喷丝头。
8.jps5590608a公开了一种具有高同心度的孔口和水或气体出口的喷丝头。该喷丝头是通过同时加工喷嘴端部的外围和聚合物出口的内表面以形成孔口，并且通过打孔以及连通水或气体的盲孔来获得的。在中心处具有水或气体盲孔和多个聚合物端口的喷嘴被固定在带有中心聚合物出口的保持架中。


技术实现要素：

9.提供一种双喷丝头，该双喷丝头可以替换纺丝机中的喷丝头(单喷丝头)，使其产能加倍。双喷丝头不是每个喷丝头一根中空纤维，而是其每个喷丝头配送两根中空纤维。由于双喷丝头的安装尺寸与单喷丝头相同，纺丝机的纤维生产能力可以加倍，而机器的基本
设计保持不变。由于只有诸如喷丝头和聚合物泵等备用零件需要更换，因此对现有纺丝机组进行的改造几乎不需要投资。
附图说明
10.本图1示出了本公开的喷丝头的示例性实施例的侧视图和主视图；
11.图2是图1的喷丝头的俯视图；
12.图3是沿图2所示的a-a线的截面图；
13.图4是图3所示的b部分的详细视图；
14.图5示出了本公开的喷丝头的另一示例性实施例的侧视图和主视图；
15.图6是图5喷丝头的俯视图；
16.图7是沿图6所示的a-a线的截面图；
17.图8是图1-3所示的喷丝头的零件的分解横截面图。
具体实施方式
18.提供一种喷丝头，该喷丝头的每个喷丝头生产两个中空纤维(双喷丝头)，而不是像已知的喷丝头(单喷丝头)那样只生产一个中空纤维。双喷丝头的安装尺寸与单喷丝头相同，并且可用于改造现有的纺丝机。
19.本公开的喷丝头特征在于具有两个喷嘴，每个喷嘴具有两个同心的孔口、外环缝和中心孔口。每个喷嘴的外环缝连接到喷丝头中的用于聚合物溶液的隔室，每个喷嘴的中心孔口经由毛细管连接到用于中心流体的储液器。
20.用于聚合物溶液的隔室连接到位于喷丝头的侧壁内的用于聚合物溶液的供给端口。
21.这些毛细管均连接到喷丝头内的用于中心流体的储液器，该储液器又连接到用于中心流体的送入端口，该送入端口位于喷丝头上侧。在进一步的实施例中，用于中心流体的两个储液器连接到用于中心流体的单个的公共的送入端口。在进一步的实施例中，两个毛细管连接到用于中心流体的单个的公共的储液器。
22.在一个实施例中，双喷丝头的两个喷嘴的纵轴偏离喷丝头的竖直中间平面(平行于前侧和后侧)。换句话说，两个喷嘴的纵轴位于公共平面内，该平面与喷丝头的任何侧壁都不平行。这确保了使用一个双喷丝头生产的两个中空纤维之间有更大的距离。在另一个实施例中，两个喷嘴的轴线都位于喷丝头的竖直中间平面内。
23.在一个实施例中，喷丝头由两个单独的构造块组成，将这两个构造块组装后形成喷丝头。第一构造块是喷丝头主体，用于限定用于聚合物溶液的隔室的外壁、用于聚合物溶液的送入端口和喷嘴的环形缝的外壁。喷丝头主体的上侧具有两个开口，第二构造块被插入这两个开口内。第二构造块限定了用于聚合物溶液的隔室的内壁、毛细管、至少一个用于中心流体的储液器和至少一个用于中心流体的送入端口。
24.在进一步的实施例中，喷丝头主体由两个子单元组成，每个子单元包括喷丝头的一个喷嘴。每个子单元的上侧均有圆柱孔，在喷丝头进行组装时，圆柱孔与喷丝头第二构造块的相应零件接合。其中一个子单元的特征在于具有在该子单元的其中一个侧壁中的用于聚合物溶液的送入端口。这两个子单元横向地连结。两个子单元的侧壁包括位于子单元的
交接面上的匹配的开口。在一个实施例中，管状连接器被定位在连结子单元时形成的管状导管内。
25.在进一步的实施例中，第二构造块由两个子单元(“喷嘴插件”)组成，每个子单元包括毛细管、用于中心流体的储液器和用于中心流体的送入端口。在一个实施例中，这些子单元是旋转对称的。
26.因此，本公开的喷丝头包括两个、三个或四个子单元。喷丝头的模块化设计大大方便了喷丝头的维护以及对缺陷或磨损的零件的更换和替换。
27.本公开的喷丝头仅包括用于聚合物溶液的一个送入端口。该送入端口向喷丝头的两个喷嘴供应聚合物溶液。送入端口连接到用于聚合物溶液的隔室，该隔室由喷丝头主体的内壁和喷嘴插件的外表面所限定。该用于聚合物溶液的隔室包括三个部分：围绕喷嘴插件形成的两个旋转对称的壳体，以及连接壳体的管状导管。管状导管与送入端口的孔口对准并且具有相同的内径。每个壳体的直径以及形成壳体的壁之间的距离在管状导管的水平上最大，并朝向喷丝头的喷嘴(即喷丝头的底部)减小。两个壳具有相同的形状和体积。
28.已经发现，尽管本公开的喷丝头只有一个送入端口，用于向两个喷嘴供应聚合物溶液，而不是每个喷嘴一个送入端口，但两个喷嘴具有相同的输出特性。因此，由双喷丝头的喷嘴生产的中空纤维(在测量精度内)具有相同的尺寸。这是由于用于聚合物溶液的隔室的特殊形式产生了聚合物溶液穿过隔室的均匀流动。
29.本公开的喷丝头的进一步的优点是，每个喷丝头只需要用于聚合物溶液的一个泵，即与生产相同数量纤维的传统纺丝机相比，只需要一半的泵。
30.本公开的喷丝头显著地减少了对纺丝机的空间需求。可替代地，通过将本公开的双喷丝头替换传统喷丝头，可以在不需要进一步空间的情况下使纺丝机组的纺丝能力加倍。
31.本公开还提供了一种用于生产中空纤维膜的方法，包括将聚合物溶液送入本装置的喷丝头的用于聚合物溶液的送入端口，同时将中心溶液送入本公开的喷丝头的用于中心溶液的至少一个送入端口，通过本公开的喷丝头的两个喷嘴的外环缝挤出聚合物溶液，同时通过本公开的喷丝头的两个喷嘴的中心孔口挤出中心流体。
32.用于生产半渗透中空纤维膜的合适聚合物溶液和合适的中心流体在本领域是众所周知的。例如，可以使用包括1)至少一种聚砜、聚醚砜或聚芳醚砜，以及2)至少一种聚乙烯吡咯烷酮溶解在3)n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)和水的混合物中的溶液用作聚合物溶液，并且可以使用水和nmp的混合物作为中心流体。
33.现在将参考附图进一步解释本公开的喷丝头。
34.图1示出了本公开的喷丝头10的示例性实施例的侧视图和主视图。喷丝头主体11的特征在于具有在其侧壁中的送入端口12。用于中心液体的两个送入端口13存在于喷丝头主体11的上侧。喷丝头主体包括第一子单元14和第二子单元15，该第一子单元14和第二子单元15经由每个子单元的侧壁彼此附接。
35.图2是图1喷丝头的俯视图，示出了用于中心流体的两个送入端口13以及经由每个子单元的侧壁彼此附接的第一子单元14和第二子单元15。
36.图3是沿图2所示的a-a线的截面图，即通过用于中心流体的送入端口13的中心轴线的截面。如图3所示，喷丝头包括四个子单元或部件14、15、23。子单元14和15一起形成喷
丝头主体11。两个相同的喷嘴插件23分别安装在喷丝头主体的子单元14和15的圆柱形开口内。每个喷嘴插件23的特征在于具有毛细管18、用于中心流体的储液器19和用于中心流体的送入端口13。在子单元14和15的交接面处，存在匹配的连接孔口17，共同形成用于子单元14和15之间的用于聚合物溶液的导管。子单元14和15的内壁以及喷嘴插件23的外表面共同限定了用于聚合物溶液的隔室16。
37.图4是图3所示b部分的详细视图。它示出了用于聚合物溶液的隔室16和用于中心流体的毛细管18的部分。具有外环缝20和中心孔口26的喷嘴24由隔室16和毛细管18的内表面所限定。
38.图5示出了本公开的喷丝头10的另一示例性实施例的侧视图和主视图。喷丝头主体11的特征在于具有在其侧壁中的送入端口12。用于中心液体的两个送入端口13存在于喷丝头主体11的上侧。喷丝头主体是由单件组成的。
39.图6是图5喷丝头的俯视图，示出了用于中心流体的两个送入端口13和用于聚合物溶液的送入端口12。
40.图7是沿图6的a-a线的截面图，即通过用于中心流体的送入端口13的中心轴线的截面。图7所示的喷丝头包括三个子单元或部件11、23。两个相同的喷嘴插件23安装在喷丝头主体11的圆柱形开口内。每个喷嘴插件23的特征在于具有毛细管18、用于中心流体的储液器19和用于中心流体的送入端口13。喷丝头主体11的内壁和喷嘴插件23的外表面共同限定了用于聚合物溶液的隔室16。如图7所示，用于聚合物溶液的隔室16包括三个部分。围绕喷嘴插件23形成的部分是旋转对称的壳体，壳体的直径朝向喷嘴24减小。围绕喷嘴插件23形成的隔室16的两部分经由管状导管25连接。密封圈(o形圈)21定位在用于聚合物溶液的送入导管12周围。
41.图8是图1-3所示的喷丝头10的零件的分解横截面图。图8示出了沿喷丝头主体11的子单元14和15的竖直中间平面(在喷丝头的正面和背面之间)的截面图。与图1-3相比，子单元的方向是相反的。尺寸单位为mm。由于喷丝头的喷嘴的中心轴线不位于竖直中间平面，因此在图8中无法看到喷嘴。
42.用于聚合物溶液的送入端口12集成在子单元15的一个侧壁内，连接孔口17位于子单元15的相对侧壁上。连接孔口17与送入端口12的开口对准。子单元14的特征在于具有与子单元15的连接孔口17对准的且具有相同直径的连接孔口17。
43.连接管道22，其内径与送入端口12的内径相匹配并且其外径与子单元14和15的连接孔口17的内径相匹配，安装在在子单元15的连接孔口17内。接头管道22的长度等于子单元14和15的连接孔口17的孔长之和。接头管道22的突出部分可以在组装喷丝头主体时被插到子单元14的连接孔口17内，形成与送入端口12具有相同内径相同的导管。在一个实施例中，用粘合剂将接头管道22固定在连接孔口17内。
44.附图标记列表
45.10 喷丝头
46.11 喷丝头主体
47.12 用于聚合物溶液送入端口
48.13 用于中心溶液的送入端口
49.14 第一主体子单元
50.15 第二主体子单元
51.16 用于聚合物溶液的腔室
52.17 连接孔口
53.18 毛细管
54.19 用于中心溶液的储液器
55.20 环形缝
56.21 密封圈
57.22 接头管道
58.23 喷嘴插件
59.24 喷嘴
60.25 导管
61.26 中心孔口