专利名称：一种高密度三维机织物的制备方法
技术领域：
本发明属于膜生物反应器的膜的制备领域，特别涉及一种高密度三维机织物的制备方法。
背景技术：
目前工业化应用的膜生物反应器中的过滤膜组件大多为中空纤维膜或平板膜。在使用过程中，悬浮液与膜表面接触，在压力的作用下，小于膜材料孔径的颗粒穿过过滤膜，大于或等于孔径的颗粒被截留在膜表面形成一层滤饼，然后由逐渐增厚的滤饼层截留颗粒，从而实现固液分离。虽然膜生物反应器工艺已相当成熟，但是其推广应用却不甚理想。关键的问题是通常采用的有机或无机膜价格较昂贵，致使整体投资偏高，膜污染导致膜通量下降，增加膜组件更换和膜清洗的频率，从而增加运行费用，限制了膜生物反应器的应用所以今后的发展趋势是开发高强度、大通量、低成本、耐污染等性能优越的膜材料，进行新型膜组件及其模块化的设计。市场上用作作为膜组件的替代布膜材料主要有非织造布，机织布膜，多层混合布膜等。非织造布膜具有价格低廉，制备简单，且工业化产量大的优势，但由于其内部孔道结构不能通过制备工艺控制，大多为弯曲的盲孔，导致一旦被污物堵塞无法冲洗，继续使用。所以使用寿命有限，污水通量下降很快。普通机织布的孔隙度是通过经纬纱线细度和经纬纱线的交织方法来控制的，大多为贯通孔，但是作为膜组件替代材料也存在以下问题机织物的孔径普遍较膜材料大，对颗粒的截留能力不强；被过滤颗粒极易在经纬交织点出积累和集结，使织物孔隙变小，滤饼堵塞，需要的污水抽吸压强变大，过滤效率降低。在一定抽吸压强下，容易形变，需要加支撑层，才能构成完整的膜组件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高密度三维机织物的制备方法，具有操作简单、成本低的优点，利于产业化生产和膜生物反应器的推广；本发明制备的过滤膜作为反应器的膜组件替代品结构紧密，机械强度高，在保证高通量的同时有效截留滤液颗粒；处理的污水量得到大幅提高；内部孔道为通透孔，有利于滤饼和滤布的剥离清洗，可长期循环使用；不会造成二次污染，可回收再利用。本发明的一种高密度三维机织物的制备方法，包括选择经纬纱和捆绑纱；选择纱线密度、织造密度和织造层数；织造得到三维机织物。所述经纬纱和捆绑纱的原料为锦纶、涤纶或丙纶；经纬纱和捆绑纱为单丝、复丝、空气变形纱、包芯纱或皮芯结构复合纱中的一种或几种。所述三维机织物的经纬纱捆绑纱的纱线密度为2tex至20tex的低线密度，织造密度为经密每层500根/IOcm至1000根/IOcm,每层讳密为100根/IOcm至300根/IOcm的高密度织物。所述三维机织物至少为3层。
所述三维机织物按照捆绑纱接结方式的不同，可以有多种织造结构，为三维正交机织物或三维角联锁织物。所述三维正交机织物为变捆绑纱的穿综规律获得的平纹、斜纹、缎纹变换组织的三维正交机织物。所述三维角联锁织物为带衬经或衬纬的多层斜交角联锁织物、带衬经或衬纬的多层正交角联锁织物，三维角连锁织物是角度联锁织物，是机织三维织物的一种。所述三维正交机织结构在原有的X方向的纬纱和Y方向上的经纱基础上，引入Z方向的纱为捆绑纱，捆绑纱将相互垂直的经纬纱铺层束缚在一起成为整体的立体结构。按照捆绑纱接结方式的不同，可以有多种织造结构，包括多种变化的三维正交机织物和三维角联锁机织物的结构。所述三维机织物应用于制造抗细菌吸附结构，高通量结构或高强度结构的布膜。根据实际生产的具体要求，织造时各层选择不同原料，不同功能的纱线，选择合适的经纬密度和织物层数，织造出满足不同过滤条件和不同功能的多种布膜。
所述三维机织物在三维织机或传统二维双经轴有梭织机上织造。
_4] 有益.效果(I)本发明制备的一种高密度三维机织物，作为膜生物反应器的膜组件替代品，具有制备方法简单、机械强度高、成本低的优点，利于产业化生产和膜生物反应器的推广。(2)本发明在保证过滤效果的前提下，增大污水通量，即在一定的压强下处理的污水量得到大幅提闻。(3)本发明是一种机织过滤布，内部孔道为通透孔，有利于滤饼和滤布的剥离清洗，达到长期循环使用。(4)本发明作为反应器的膜组件替代品，不会造成二次污染，可清洗再利用。
图I是三维正交机织物的结构示意图；其中，I为捆绑纱，2为纬纱，3为经纱；图2是一种三维角联锁机织物的结构示意图；其中，4为经纱，5为纬纱；图3是三维正交机织物组织结构图；其中,6为捆绑纱(Z纱)。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I三维正交机织过滤膜材料选择锦纶单丝作为经纱和捆绑纱，锦纶空气变形纱作为纬纱，在三维织机上织造出三维正交织物，如图I所示三维正交机织物的平纹组织结构示意图。所述的三维正交机织物包括经纱3和纬纱2，所述的经纱3和纬纱2通过捆绑纱I连接。经纱和捆绑纱的线密度为6tex。纬纱的线密度为5tex。织造步骤
第一步，提升最上层的所有经纱，形成一次梭口，引入一根纬纱；然后，梭口保持不变，只是次上层经纱上升，再引入一根纬纱；依次类推，直至所有经纱全部上升，仅留捆绑纱在下，此时，引入最后一根纬纱，集中打一次纬(或每引入一纬打一次，或同时开多个梭口同时引入多根纬纱。第二步，提升捆绑纱及除最下层经纱之外的所有经纱，形成一次梭口，引入一根纬纱；然后，梭口保持不变，只是次下层的经纱下降，再引入一根纬纱依次类推，直至所有经纱全部下降，仅留捆绑纱在上，此时，引入最后一根纬纱，集中打一次纬纱。至此，完成一个组织循环。重复进行上述步骤，即可使织造连续进行。每层的经密为570根/10cm，每层的纬密为150根/10cm，捆绑纱密度为570根/IOcm0根据膜生物反应器的膜组件尺寸设计织造幅宽。实施例2
三维角联锁机织过滤材料选择锦纶单丝作为经纱，锦纶空气变形纱作为纬纱，在传统双经轴有梭织机上织造出三维角联锁机织物，如图2所示，为一种三维角联锁机织物的结构示意图，所述的三维角联锁组织中，包括经纱4和纬纱5，每根经纱均穿透织物的整个厚度和各层纬纱呈斜角度(45° )依次交织。经纱为锦纶单丝，线密度为6tex ;纬纱为锦纶空气变形纱，其中第一、二两层的纬纱线密度为5tex，三、四层纬纱的线密度为6tex。织造时按上机织造图的提综顺序织第一根纬纱时第一根经纱提起，其他的所有经纱均不提起。织第二根纬纱时，依照顺序将第一、二、五根经纱提起；织第三根纬纱时，第一、二根经纱提起；织第四根纬纱时，第一、二、三、五根经纱提起；在喂入其他的纬纱时，依此类推提综。每层的经密为600根/10cm，每层的纬密为140根/10cm，并根据膜生物反应器的实际膜组件尺寸设计织造幅宽。实施例3三维机织高强过滤材料选择锦纶复丝作为经纱，线密度为15tex，锦纶单丝作为纬纱和捆绑纱，线密度为IOtex,在传统双经轴有梭织机上织造三维正交机织物。所述的三维正交机织物具有三层经纱，四层纬纱，每层的经纱密度为650根/10cm，每层纬纱密度为300根/10cm，捆绑纱密度为650根/10cm。该织物具有较高拉伸强度，不易蠕变，可在较大压降条件下进行过滤。所述的三维正交机织物捆绑纱(Z纱)6的穿综顺序为平纹结构，对应的上机组织图如图3所示。织造时，经纱和捆绑纱(Z纱)分别绕到两个经轴上进行送经。所述的三维织物的织造步骤可参考实例一，根据膜生物反应器的实际膜组件尺寸设计织造幅宽。实施例4三维机织抗污过滤膜材料选择纳米银离子锦纶纤维织造的纱线和锦纶空气变形纱为纬纱，锦纶单丝为经纱和捆绑纱，在三维织机上织造三维正交机织物，所述的三维正交机织物具有三层经纱，四层纬纱，第一、第二层纬纱采用纳米银离子锦纶纱线，线密度为5tex。第三层纬纱用锦纶空气变形纱，线密度为6tex。锦纶单丝的线密度为6tex，每层的经纱密度为600根/10cm，每层的纬密为250根/10cm，捆绑纱密度为600根/10cm，织造结构为缎纹组织的三维正交机织物。该结构的织物表面光滑能减少膜生物反应器内的细菌吸附造成的污泥附着堵塞，适用于长期运行环境。织造时根据相应缎纹组织上机图，所述的三维织物的织造步骤类似于实例一，仅捆绑纱提综顺序不同。实际织造根据膜生物反应器的膜组件尺寸设计织造幅宽。实施例5
三维机织高通量过滤膜材料选择锦纶单丝为机织物的经纬纱，涤纶单丝作为捆绑纱，在三维织机上织造三维正交机织物。所述的三维正交机织物具有三层经纱，四层纬纱，其中第一层第二层经纱和纬纱的线密度为lOtex，第三第四层经纱和纬纱的线密度为5tex，每层的经纱密度为550根/10cm，纬纱密度为250根/10cm。捆绑纱的线密度为lOtex，交织顺序为平纹结构，捆绑纱的密度为550根/10cm。该高密度织物具有较高孔隙率，在保持过滤效果时能提高污水通量，满足快速处理大面积污水的需求。所述的三维织物的织造步骤可参考实例一，并且根据膜生物反应器的膜组件实际尺寸设计织造幅宽。
权利要求
1.一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于选择经纬纱和捆绑纱；选择纱线密度、织造密度和织造层数；织造得到三维机织物。
2.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述经纬纱和捆绑纱的原料为锦纶、涤纶或丙纶；经纬纱和捆绑纱为单丝、复丝、空气变形纱、包芯纱或复合型纱线中的一种或几种。
3.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维机织物的经纬纱和捆绑纱的纱线密度为2tex至20tex，纱织造密度经密每层500根/IOcm至1000根/10cm，纬密为每层100根/IOcm至300根/10cm，捆绑纱密度依据组织结构随单层经密相应变化。
4.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维机织物至少为3层。
5.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维机织物为三维正交机织物或三维角联锁织物。
6.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维正交机织物为平纹、斜纹、缎纹变换组织的三维正交机织物。
7.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维角联锁织物为带衬经或衬纬的多层斜交角联锁织物、带衬经或衬纬的多层正交角联锁织物。
8.根据权利要求5所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维正交机织结构在原有的X方向的纬纱和Y方向上的经纱基础上，引入Z方向的纱为捆绑纱，捆绑纱将相互垂直的经纬纱铺层束缚在一起成为整体的立体结构。
9.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维机织物在三维织机或二维双经轴有梭织机上织造。
10.根据权利要求I所述的一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于所述三维 机织物应用于织造抗细菌吸附结构、高通量结构或高强度结构的布膜。
全文摘要
本发明涉及一种高密度三维机织物的制备方法，其特征在于使用锦纶、涤纶、丙纶等原料的单丝、复丝、空气变形纱、包芯纱、皮芯结构复合纱作为三维织物的经纬纱和捆绑纱；选择合理的纱线细度、经纬密度和织造层数，采用三维正交机织结构、三维角联锁结构或其他结构的三维机织物织造过滤膜。本发明采用三维织机或者二维双经轴有梭织机织造出过滤布膜，方法简单，结构紧密，在保证高通量的同时有效截留滤液颗粒；另外所用原料成本低廉，满足了行业对新型低成本膜组件的要求。
文档编号D03D25/00GK102828326SQ20121033116
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者邱夷平, 赵芳, 陈红, 许福军, 姚澜, 奚旦立 申请人:东华大学