涂布机及用于对形成的板膜元件进行涂布的方法

涂布机及用于对形成的板膜元件进行涂布的方法
【专利摘要】一种涂布装置，其包括一个以上涂料出口、涂布刀以及引导部，所述引导部经配置成与膜基材板上的突起啮合，所述涂布装置界定了适于接收所述膜基材的槽。一种涂布其上形成的突起的渗透板的方法包括：在向所述板的两侧提供涂料的同时，拉动所述渗透板以穿过涂布刀，所述涂布刀具有与所述渗透板相对应的图案。另一装置和方法涉及圆柱形辊和压板。
【专利说明】涂布机及用于对形成的板膜元件进行涂布的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及用于膜分离的装置及其制造方法，并特别地涉及适于浸没式(或者被称为淹没式)操作的微滤(MF)、超滤(UF)或纳滤(NF)膜元件或组件。

【背景技术】
[0002]以下内容并非承认下面讨论的任何事物都是公知常识或可引用的现有技术。
[0003]可以在平板式(或称作板和框架式)结构中制造浸没式MF或UF膜。在这种结构中，通过将聚合物的分离层铸件浇注于一卷非织造基材上来制造一卷膜板。两片大致矩形的膜板在它们的边缘处例如通过超声焊接连接在中空塑料框架的相对侧上。这样产生了具有中空内部通道的面板以收集过滤的水(或称作渗透物)。若干个面板并排地滑动至能被浸入到被过滤的水中的框架中。面板的内侧与泵的吸入侧连接，以通过膜板抽取渗透物。从框架下面提供的气泡使气泡与液体的混合流在面板之间的垂直槽中上升，从而保持膜表面清洁。在 Kubota Corporat1n 拥有的美国专利 N0.5，482，625,5, 651，888,5, 772，831、6，287，467和6，843，908中示出了这类装置的示例。
[0004]平板膜组件通常是坚固耐用的，并且具有低的生产成本(相对于中空纤维膜)，这是因为它们可以在宽的板中进行浇注。然而，平板膜相对于中空纤维膜具有较差的封装密度(每单位组件体积的膜表面积)，因此，大的平板车间的总成本可能会非常高。此外，典型的平板膜面板不能被剧烈反洗以足以机械地清洁膜。
[0005]在Microdyn-Nadir GMBH的国际公开WO 2007/036332中披露了平板膜元件的变型。在这些元件中，将两层膜材料浇注于具有位于两个致密层之间的多孔中央区域的织物的前后侧上。该中央区域提供了渗透通道，并将两个致密层连接在一起，从而允许对该元件进行用于机械清洁的反洗。这些元件不需要四边框架，并且它们约2mm厚，这比上述的板框元件更薄。然而，这些元件也有柔韧性，并且它们在框架中从中心到中心的间隔约10mm。封装密度比上述的板框元件更好，但是仍然远低于中空纤维膜组件的封装密度。尽管织物的中央区域是多孔的，但是在渗透通道中也提供了流动的阻性并且增加了元件的成本。


【发明内容】

[0006]以下内容意在为读者介绍后面的详细说明，但并不限制或限定任何要求保护的发明。
[0007]在加热和加压下，将基材材料片(例如非织造布)例如靠着模具腔的内表面形成为具有相对于平面的一个或多个凹陷(例如一系列的大致平行的凹陷)的成形基材板。将其中至少一个具有凹陷的两个基材板例如沿着凹陷的边缘或在凹陷的边缘附近粘合在一起。可选地，可以额外地在两个基材板之间粘合有中间板。两个基材板形成了具有相互组合或与中间板(如果存在一个的话)组合的多个内部通道的基材。如果这些基材材料片没有用膜材料预先涂布，则用涂料(dope)涂布基材并淬火或凝结以形成膜板。
[0008]膜板是大致平面的，但是具有对应于内部通道的一个或多个脊部，从而提供了比等效的平板面积更大的表面积。内部通道提供用于使渗透物流向板的边缘的开放通路。优选地，膜板沿着内部通道之间的一条或多条线以及沿着平行于凹陷的外边缘粘合在一起。当在足够数量的内部通道之间粘合在一起时，可选地当在每个内部通道的每侧上粘合在一起时，膜板在没有四边框架的情况下也可以使用并且可以通过反洗来机械地进行清洁。
[0009]可以将多个膜板并排放置成束。膜板的与一个或多个内部通道相交并且向一个或多个内部通道开放的渗透边缘可以通过间隔件与束中的相邻膜板的边缘分开。束连接到一个或多个联箱(header)连接以形成组件。与联箱的连接可以是永久的或可移除的。可以将多个组件组装到盒子内。盒子可以将组件保持在将要过滤的水的槽中，使得膜是大致垂直的，且内部通道是大致水平的。渗透物流向位于盒子侧面的联箱。被过滤的液体和(可选的)气泡在膜之间的空间中垂直流动。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是成形的基材板的立体图。
[0011]图2是图1中的基材板在模具的底腔上的立体图。
[0012]图3是图2中的基材板在模具的底腔上的立体图，其中在基材板上具有模具插入物。
[0013]图4是图3中的基材板在模具的底腔上的立体图，其中在基材板上具有模具插入物，还显示了模具的上腔。
[0014]图5是由图1中的两个成形的基材板制成的基材的截面图。
[0015]图6是图5的基材的立体图。
[0016]图7是在图5中的基材上具有半透性涂层的膜的截面图。
[0017]图8是被组装成束的图7中的多个膜的分解立体图。
[0018]图9是膜束的端视图。
[0019]图10是将一端罐装(pot)至渗透联箱(header)内的膜束的截面图。
[0020]图11是具有两端被罐装至渗透联箱内的膜束的膜组件的俯视图。
[0021]图12是具有多个图11的组件的盒子的俯视图。
[0022]图13是图12的盒子的角部的放大图。
[0023]图14是图12的盒子的侧视图。
[0024]图15是在两个基材板之间具有中间平板的渗透板的侧视图。
[0025]图16是用具有波形轮廓的基材制成的渗透板的侧视图。
[0026]图17示出了涂布机的截面图。
[0027]图18示出了图17的涂布机的一半的内表面的仰视图。
[0028]图19是具有棍形成机(roll forming machine)的形式的另一模具的分解截面图。

【具体实施方式】
[0029]在本说明书中，“板”或“基材板”通常是指基材材料片，其可以被成形为具有多个凹陷。“渗透板”或“基材”通常是指粘合在一起的两个板。“渗透通道”通常是指基材内部的由板的内表面限定的通道，通过该渗透通道液体可以与基材的平面平行地流向基材的边缘。“连接部”可以是指板的位于两个相邻凹陷之间的一部分，或者是指渗透板的位于两个相邻渗透通道之间的一部分。“插入物”可以是指被放置在模具的顶模和底模之间并用于成形凹陷或渗透通道的部分或全部内表面的模具的一部分。“膜板”可以指其上涂布有分离层的渗透板。
[0030]在下面更详细描述的板及其制造方法的实施例中，板由非织造材料片制成，其经热处理且被压制成腔以形成具有多个凹陷或称作波纹的形状。在本文描述的实施例中，各凹陷由各连接部分开。各连接部接触或位于共同平面中。在本文描述的实施例中，连接部基本上是平的，凹陷基本上是半圆柱形的。这些板中的两个板在它们的连接部中的一个或多个(优选地，全部)处以及在它们的与凹陷平行的两个外边缘(或称作凸缘)处连接在一起。这样形成了具有一排平行的大致圆柱形渗透通道的渗透板，每个通道由两个半圆柱形波纹形成，且每个波纹来自每个板。渗透板具有垂直于通道的两个开放的边缘，在边缘处渗透通道进行排放。如果必要，可以将渗透板修剪为最终尺寸和形状。如果板不用膜材料预涂布，则渗透板被馈送至涂布机，在涂布机处将膜涂料浇注在渗透板的外表面上。然后，经涂布的渗透板进入淬火或凝固浴池，其中涂料转变成具有分离层的固态膜材料。膜材料可以通过相分离法形成，例如TIPS或NIPS法。得到的膜板从淬火浴池中取出，并进行进一步冲洗和浸溃(如果需要)以及干燥。根据形成束的目标板间间隔，多个(例如2?50个)膜板可以在它们的开放端粘合在一起。束的至少一个开放端永久地或使用可移除密封件连接到渗透联箱以形成组件。组件可以例如通过压力衰减测试来进行完整性测试。将各组件组装至包含结构性元件的盒子内，以使盒子适于插入过滤槽中。膜板通常在槽中大致垂直地定向，通道大致水平地定向，且联箱位于盒子的侧面并且大致垂直地定向。优选地，盒子还具有下部的通气网格，通气网格被构造成将气泡排放至膜板之间的空间内。下面将要详细讨论的附图示出了板、用于制造板的模具、组件以及盒子的示例。
[0031]参照图1,板7由非织造织物(non-woven textile)片制成。板7已被压制成的形状具有一系列平行的半圆柱形凹陷6，凹陷6以预定的间隔隔开并被平坦的连接部5分离。外侧的凹陷与两个边缘凸缘4毗邻。根据应用，半圆柱形凹陷6的半径例如可以为0.3mm?50mmo
[0032]参照图2?4，包括底腔9、顶腔11和多个插入物8 (只示出一个)的模具10用于形成处理。底腔9与最终模制的板7的外部形状匹配。插入物8可以是金属的并且与腔
9、11 一起用于形成半圆柱形凹陷6。插入物8可以是模具10的单独部件或者可以内置在模具10的顶腔11中。当模具具有内置的插入物8时，插入物可以被固定或者具有自由转动的能力。在模具闭合步骤期间，转动的或被分开的插入物8允许非织造基材材料的滑动。高度抛光(镜面磨光)的材料用于模具的两个腔9、11以及插入物8。将最初是平的非织造基材片装载在模具的底腔9上(图2)。首先，将基材片切割成预定的尺寸。在装载基材片之后，将插入物8(如果没有内置于顶腔11中)放置在基材片上，并且将顶腔11放置在插入物8上方。然后，闭合模具10，并且在腔9、11之间施加压力，例如通过将它们夹在一起。由此，顶腔11和插入物8将板7压到底腔9内。
[0033]原型模具10的顶腔11具有与底腔9相同的内部形状。在闭合图2?4所示的模具10之前，模具10能够通过在插入物8和顶腔11之间插入另一个基材片而同时模制两个板。优选在紧密度容限之内对每个模具腔进行良好的机械加工，以提供对最终板7的厚度和形状的良好控制。特别地，过度压紧板7的任何部分是不希望的。在模制处理中施加热量。在加热阶段之后，在闭合位置时冷却模具直到板(或各板)能够保持其形状。按此方式，在靠着腔9的内表面压制的同时，首先加热板7，然后冷却。在靠着腔9的内表面压制的同时，板7优选被加热至其热变形温度(HDT)或更高。在靠着腔9的内表面压制的同时，板7还优选冷却至低于其HDT，更优选低于其玻璃态转变温度(Tg)。由此，板7获得了具有对应于腔内表面的外表面的永久形状。
[0034]非织造织物(例如通常用作平板UF膜的基材的聚酯类织物)可以用于基材材料。利用原型模具来测试来自不同供应商的样品，这些样品包括来自Hirose (05TH-80W)的样品、来自3M Powell的3级样品和来自Crane Nonwovens>AffA Paper和Ahlstrom的多级样品。基材材料的厚度为80?120微米，空气渗透率为5?15cc/平方厘米/秒。在模制之前干燥基材材料。基材材料通常具有通过热接合短的纤维和长的增强纤维而形成的基质。所有测试的样品都形成可接受的板7。
[0035]根据基材的组成，模制温度至少为100° F(38°C )，且在测试时在300?500° F(149?260°C)之间变化。相比而言，聚酯的Tg为约60?75°C，聚酯的HDT为约170?177°C，且聚酯的熔点(Tm)可以为约255°C，所有这些温度都随着聚酯的形式而发生变化。温度优选高于基质纤维和增强纤维的HDT，可选地还高于基质纤维的熔点，但是优选低于增强纤维的熔点。针对基材，加热模具足够长的时间以获得对应于腔9、11的内表面的形状，但是，模具的加热要在时间和温度的如下组合下来进行:保持基材的大部分空气渗透率，使得膜涂料仍然可以渗透并且固定到基材上。通过将模具10放置在温控烘箱中来提供热量。加热的周期时间在5?10分钟之间变化，而冷却的周期时间为30分钟以上。对于生产而言，可以预期具有内置的水(或其他冷却剂)管线的模具(类似于注射成型)显著地缩短冷却处理。调节模具组件9、8、11的尺寸以生产所需的最终板7的厚度，例如0.05?
0.1_。当在第一原型模具中制造时，形成的板7为0.075_厚。稍许压紧是可接受的并可能是优选的，以减小壁厚并提高板7保持模制形状的能力。模具的闭合和保持压力为15?20psi。对于非常大的板7，模具可能需要较高的闭合压力，但是可以使用相同的保持压力。利用可移除的圆柱形金属插入物8在第一原型模具中同时模制两个板7。模制的板7保持与在模具中使用的插入物8和腔9、11相匹配的内半径和外半径。在原型模具10中，腔9、11中的凹陷的内表面的半径为约1.5mm。在第二原型模具中，腔中的凹陷的内表面的半径为约0.6_。对于水的微滤或超滤而言，最佳直径可以接近0.7mm,以便在具有可接受的管腔压降下使封装密度最大化。
[0036]参照图5和图6，在模制之后，将板7修剪为最终尺寸，并且将一对板7组装成渗透板20。将各板7在粘合区域12处连接在一起。利用包括环氧树脂、水基粘合剂和聚氨酯在内的若干种粘合剂将如上所述的在原型模具中制成的各板7粘合在一起。用于形成板7的相同模具10用于将两个板7融合在一起。为了消除粘合区域12与模具10的粘连以及随后将用膜涂布的表面的污染，由于粘合剂穿过基材材料的完全渗透，因而较高粘度的粘合剂是优选的。当如上所述的在第一原型模具中制成的两个板7融合在一起时，产生具有圆柱形通道的渗透板20，该通道具有3mm的外直径且在外直径之间具有约2mm的间隔。尽管可以制造较大的板7，但是渗透板20的总尺寸为约10英寸(25cm) X 11/2英寸(37cm)。在第二原型模具中制成的两个板7产生具有圆柱形通道的渗透板20，该通道具有1.2mm的外直径且在外直径之间具有约Imm的间隔。这些板20的尺寸为约125mmX 120mm。来自两种原型模具的形成的渗透板20是自支撑的，并且保持了它们的在凹陷6和连接部5之间具有波纹过渡的形状。
[0037]—般地，可以利用诸如聚氨酯、环氧树脂或硅酮等热固性材料或者利用热熔物(热塑性塑料)或其他粘合剂19将两个板7连接在一起。胶合处理可以在与用于形成板7的模具10类似的单独胶合模具中进行。首先，将底板装载在模具中。利用分配器来涂布胶，例如，通过由计算机控制的伺服系统而移动的辊或胶打印头。接着，圆柱形插入物可以放置在预先模制的半圆形状内部。这些插入物的外直径与新形成的通道的预定ID匹配。插入物的使用是可选的，但是插入物有助于确保渗透通道的良好圆形度。然而，在未使用插入物8的情况下，组装处理也在原型形成模具10中完成。在这种情况下，明显地消除了涉及装载和移除插入物的处理步骤。底板7装载于模具的底腔内，顶板7装载于模具10的顶腔中。在闭合模具之后，两个板仅在粘合区域彼此接触。如果需要，可以针对所用的粘合剂将模具闭合压力和热量施加至新产生的结构。接触面会胶合在一起以形成渗透板20。一旦周期结束，就打开模具并且移除插入物。从胶合模具取出渗透板20，如果需要，则将其修剪成最终尺寸，并且转移至浇注机。板7可以包含例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的低表面能纤维，这样可能使其难于实现强粘合。通过使用甲基丙烯酸甲酯粘合剂体系(MMA)、环氧树脂和聚氨酯O3UR)热熔粘合剂即使在PET类的板7中也提供了特别强的粘合。
[0038]粘合的另一种方法是使用热塑性(热熔性)线材。将线材放置在底板的顶部上并位于粘合区域12中央。将装载在模具另一侧的另一个板7放置在第一个板的顶部。施加压力和温度，直到线材熔化、浅薄地渗入两个板7并将它们融合在一起。如前所述，可以在使用或未使用插入物的情况下完成该过程。
[0039]可以使用的第三种组装方法是声波、摩擦或激光焊接。由于从一个通道流到另一个通道的渗透物不会产生污染，因此对于此处理而言沿着连接部的连续性粘合不是最重要的。在各板7之间具有在粘合区域12后面的黑色PTFE背板或具有诸如由GentexCorporat1n出售的Clearweld?系等近红外吸收焊接材料的激光焊接提供了特别强的粘八口 ο
[0040]为了增加渗透板20的渗透板活性表面和结构性强度，可以使用不同的组装方法。在组装处理之前可以将薄的多孔材料放置在两个板之间。这种渗透物载体介质允许在连接部5区域中的膜中渗透的液体在粘合区域12中的两个板7之间流入渗透通道并且流入渗透联箱。焊接或粘合剂可以确保将两个板(经由多孔材料)固定在一起，并且在反洗处理期间为渗透板20提供结构性强度。然而，这种多孔材料仅仅是可选的。渗透物不必在一个渗透通道和另一个渗透通道之间流动，并且甚至在没有多孔材料的情况下一些渗透物也可以从连接部区域流入渗透通道。可选地，特别是当膜板不进行反洗时，但是，尽管它可能会进行反洗，在各板7之间或在各板7和中间材料之间的焊接或粘合附件可以是不连续的，例如，处于沿着连接部5的一系列粘合点的形式，从而使连接部5的区域通过更多的渗透物。
[0041]对于额外强度而言，渗透板20可以可选地具有刚性插入物，该插入物在两个板7之间被夹在边缘4上和/或夹在一个或多个连接部5区域上。在前述的组装处理期间增加了增强件。刚性插入物由非常薄的、高抗拉强度的材料制成，优选具有增强件或没有增强件的塑料材料。当渗透通道在水平位置安装有渗透板时，在施工操作期间它们会抵消由重量增加而产生的应力。组件中的板的定向由应用的类型、液压计算以及用于污染保护和清洁协议的工艺类型来决定。额外的增强件可以放置在渗透板20的中央或放置在整个渗透板20的其他位置。
[0042]如图15所示，另一种选项是通过片形插入物50在两个板7的整个区域之间提供了中间材料或插入物，因此，对于在没有插入物50时形成的每一个圆柱形渗透通道而言，产生了两个半圆柱形渗透通道。如上所述，插入物50可以是刚性的，以增强板7，或者如上所述，可以是可渗透的以增强板7的连接部5区域的活性。无论刚性与否，无论多孔与否，都可以使用插入物50以使各板7能够连接在一起。可以在插入物50的两侧上涂布粘合剂或焊接加强材料，例如，薄层喷洒或印刷作为线或点的网格。因此，在两个板7之间放置插入物50提供了用于将粘合剂或焊接加强材料涂布至连接部5的替代方法。如果在凹陷6和连接部5之间没有波纹区别，例如，如果板7具有如图16所示的波形形状，那么无论是否预涂布粘合剂，插入物50都可以有助于提供各板7之间的牢固粘合。插入物50例如可以是固态膜(例如聚酯薄膜)或诸如聚酰胺(PA，尼龙)纤维的三维基质等非织造片。
[0043]在形成渗透板20之后，在其两个面上浇注聚合物的膜涂料。对于两侧可以同时完成或依次完成(一次一侧)。渗透板20穿过涂布涂料的浇注装置。浇注装置具有与中空纤维涂布机的喷丝头类似的印模(die)，印模的形状对应于渗透板20的外部形状。当渗透板20存在时，利用气压或计量齿轮泵将涂料引入浇注装置。控制涂料层的涂布速度和厚度。也控制其他工艺参数，如涂料粘度、温度和浇注装置内部的内压。浇注装置的形状与渗透板20的外部形状匹配。将渗透板20垂直或水平地馈送至浇注装置，然而，垂直馈送会降低涂料流向粘合区域12的倾向性。浇注装置的出口导致出现间隙，从而允许涂料以大致恒定的厚度分散在渗透板20上。随后，涂布的渗透板20通过凝固浴池和冲洗池。这个处理通过如图7所示的相转化膜形成处理在渗透板20的顶部上形成固态膜层23，从而形成膜板24。然后在离线处理中对膜板24进行冲洗、浸溃(仅UF)并干燥。在第一原型模具中制成的膜板20用一层约140微米厚的聚砜涂布。聚砜浸透了渗透板20，但其确实填充了膜板24的内部渗透通道。
[0044]可选择地，膜板24还可以通过在制造板7之前在基材板上形成膜来制造。可以用常规浇注机浇注平板膜。然后在模具10中使平板膜形成为模制的膜板，并且与另一个这样的板一起组装成膜板24。模制工艺具有不同的周期时间并且利用不同的工艺常数。
[0045]参照图8、9和10，可以组合若干个膜板24来形成束26。虽然可以使用任何数量的膜板24，但是基于所需的板间的间隔间隙和对塑料联箱模制件的限制，优选范围是15?50个。根据诸如短效静态罐装(fugitive static potting)或离心罐装(centrifugepotting)等常规方法，利用切削而打开通道端部，可以利用诸如聚氨酯等树脂将束26罐装在塑料联箱模制件28中。如图8、9和10所示的替代罐装法是利用塑料插入物31、32将各膜板24连接在一起成为可以被插入联箱模制件28的底座中的罐装块或砖块25。可选地，多个膜板24可以连续地铺在两个插入物31、32之间。例如，约Im长的插入物31、32可以保持4个膜板24，每个膜板为约25mm高。进一步可选地，多孔分配器34可以限定底座的底部。通过将树脂36倾注至位于块25上方的联箱中来将块25罐装到位。渗透物流经通道，穿过通道的开放端退出块25，流经分配器34 (如果有的话)，并流入联箱28中的渗透物容器37。可以通过渗透插口 25从渗透物容器37移除渗透物。
[0046]图11示出了组件40。两个渗透联箱40之间的黑色区域表示如图10更详细地示出的被间隙27隔开的膜板24的束26。膜板可以被隔开成从中心到中心的距离例如为
0.5cm?5cm。可选地，各膜板24可以彼此交错，一个膜板的波纹与另一个膜板的连接部交叉。图12示出了具有包含在框架44内的若干个组件40的盒子42的俯视图。渗透联箱(未示出)与组件40的渗透插口 35连接。框架44、联箱28和可选的渗透管(如果有的话)位于盒子42的侧面，使得流体可以通过间隙27向上运动。可以堆叠各组件40，使得一个组件40的渗透插口 25插入到上或下组件40的渗透物容器37中。在图14中，例如，三个组件40在竖列方向上堆叠在一起。参照图13，盒子42的框架44保持滑块31，滑块31在形状和尺寸方面对应于联箱28的对准槽30，以帮助将组件40放置在盒子42中的适当位置。
[0047]为了直接插入到联箱或盒子的渗透腔内，另一种选项是不使用模制的塑料联箱，而是使用作为完成元件的块，该块可能具有连接到其外围的塑料导向件。通过将块压缩至渗透腔内或通过诸如O型环等密封装置，制造在块和渗透腔之间可移除的密封件。这种方法的优点包括较低活性的尿烷嵌段的纤维、来自罐装的较少生产废料、增大的盒子封装密度、降低的原材料成本(联箱塑料和尿烷)、在从渗透腔释放之后通过钉住开放的通道端部而易于现场修复通道、以及降低的替换组件成本。
[0048]在没有联箱设计的条件下，将纤维束块直接插入由钢框架构成的盒子中，钢框架的模制的塑料端部充当具有双O型环的联箱和渗透物收集通道。可以以任何数量来堆叠I米高的元件，以便填补任何尺寸的槽。随着在端部处的热塑性层越来越薄，束也会逐渐变细，其中在端部处有最小的应力且通道是非渗透的，从而允许更容易地嵌入联箱并允许各束更近地隔开。热塑性塑料在靠近顶部处更厚，从而为了安全而允许限位棒材跨越所有组件。如果发生收缩，则可调整系统。
[0049]通过在渗透板20内提供模制的渗透通道，可以精确地控制过滤槽内侧的活性表面的分布。此外，精确模制的渗透通道允许膜壁厚度为0.3mm以下，或0.15mm以下，这小于增强的中空纤维膜。渗透通道的外直径可以为Imm以下，或0.5_以下。在计算的示例中，通道的外直径为0.7_，膜壁厚度为0.15_。渗透通道的内直径为0.4_，在没有显著压降的情况下对于高体积渗透物流量而言是足够的，从而渗透物流经Im宽的膜板中的渗透通道。
[0050]膜板相对于典型平板膜具有显著增加的表面积，避免了典型平板组件中必要的框架部件和间隔件，并且膜板24的刚性允许每个板具有较大面积(指板的外部尺寸而不是其膜表面积)。在通气时膜板24可以呈波形或振动，但是象在中空纤维体系中一样，在相邻的膜之间很少有或没有磨损。所有渗透通道都精确放置在板内，各板可以相对于彼此精确地放置，从而允许高达50%的封装密度。池和组件的封装密度至少比得上中空纤维体系。
[0051]联箱在板侧面的垂直定向的板允许通气网格在没有顶部或底部的联箱阻塞流动的情况下引导各板之间的空气。因为在每个板之间引导空气并迫使空气向上运行，所以解决了中空纤维束内盲区的污垢问题。然而，与典型平板膜不同的是，只具有两个联箱允许膜板的一些振动以帮助防止可能在膜表面发生的成渣现象。此外，各膜之间限定明确的垂直间隙促进了穿过该间隙的栓塞流，这降低了平均固体暴露并且在槽排放期间产生了固体排放用的限定明确的路径。
[0052]虽然中空纤维膜被限于具有恰当的柔韧性、强度和浇注性能的能被挤出的聚合物，但是平板浇注允许使用诸如聚砜等更加刚性、耐酸碱性的聚合物，而不会经受由于聚砜的刚性产生的缺点。渗透板可以用诸如NF膜材料等薄膜复合材料涂布，从而适于浸没式NF过滤器和生物反应器。例如，利用碳纳米管、水通道蛋白、掩蔽蚀刻或其他新工艺的新型纳米结构的膜材料也可以适于在渗透板上形成。
[0053]参考图17和图18，涂布机由如下三个主要部分组成:泵系统、用于涂布涂料的浇铸装置60和用于固化的淬火或凝固浴池。涂布机的目的在于在渗透板20上涂布一层均匀的涂料并将该涂料转化成半多孔膜层。
[0054]泵系统(未示出)取出以固定温度保持的预混合涂料并经由计量系统将它传送至浇铸装置60上的一个以上入口 70。当对渗透板20进行涂布时，该系统是仅需要开启泵的系统。
[0055]当渗透板20穿过浇铸装置60中的垂直槽时，浇铸装置60引导渗透板20并将涂料同时涂布到渗透板20的两侧。浇铸装置60具有两个半体62。每个半体62具有引导部64，引导部64的图案对应于渗透板20。每个半体62上的刀或涂布区66也具有与渗透板20相对应的图案，但是该图案具有适于将期望厚度的涂料涂层涂布在渗透板20上的间隙。通过对穿过浇铸装置60的两侧上的出口 68的涂料进行计量，在渗透板20的两侧的压强相等的情况下，渗透板没有被推向垂直槽的一侧且均匀的涂料涂层被涂布至渗透板20的两侧。渗透板20以垂直的方式装载到浇铸装置60中并被夹具74连接到驱动杆76。一经需要，打开涂料阀72，开启泵且通过驱动杆76拉动渗透板20穿过浇铸装置60，以预设速率下降，穿过空气间隙并接着进入淬火或凝结池(未示出)中。一旦涂布完渗透板20，就关闭泵和涂料阀72。
[0056]稍后释放夹具74且将经涂布的渗透板20从池处移走。驱动杆76返回至浇铸装置60，以为下一个渗透板20的重复处理做好准备。
[0057]浇铸装置60提供了一些优点。第一，刀66的上游的引导部64帮助使渗透板20在两个半体62之间居中，又帮助使渗透板20的凹陷6在刀66的对应凹槽内居中。第二，特别地通过计量泵同时地向基片20的两侧提供涂料，这有助于使基片20在半体62之间保持居中，使得涂料以相同的厚度涂布到渗透板20的两侧。第三，拉杆76被受控制的驱动器移动，使得渗透板20以已知的可重复的恒定速度移动穿过浇铸装置60并在受控制的空气间隙曝光时间之后进入水槽，该空气间隙曝光时间可以基于已知的速度和水槽中的可调节的液体的表面的高度来确定。
[0058]图19示出了可用于代替模具10以形成板7的另一类型的模具。图19的模具具有辊形成机80的形式，辊形成机80包括上辊82和下压板84 (或者被称为形成台)。
[0059]棍82包括轴86和具有雕刻表面的金属圆筒88,该雕刻表面具有一系列的有角度地间隔开的齿或突起，这些齿或突起以与圆筒88的面交叉的方式从端到端地延伸。轴86的端部从圆筒88的端部突出。可以通过热油、电气元件或感应将热量施加至圆筒88。在形成处理期间通常以设定温度来维持热量。轴86的端部骑在压板84的侧面附近的两条直线轨道上，其中这两个直线轨道用于在形成处理期间在板7上方引导辊82，以及还设定并控制辊82与压板84之间的间隙。通过使轴86的端部沿轨道滑动来移动辊82。设定间隙，使得辊82上的突起迫使板7进入压板84中的凹槽。如针对模具10的底腔9所述地，通常对压板84进行雕刻。
[0060]压板84是固定板，其通常作为辊82的对置板。通过使水或油再循环来对压板84进行加热或冷却。在辊82越过板7之后再对板7进行冷却，使周期时间变短。压板84是中空的，且若干个孔88从真空室90穿行到压板84的雕刻表面。
[0061]将待形成的材料板7放置在轨道之间的压板84上。启动真空源，从而通过压板84中的室90抽吸真空，并将板7有效地真空夹紧至压板84。
[0062]然后，随着辊82横穿压板84，开始印模形成处理。可通过机械耦合或电子传动来使辊82与压板84的相对运动同步，以确保辊82上的雕刻表面与压板84的雕刻表面之间的正对齐(positive alignment)。转移至板7的热量将板7加热至如下温度:该温度使板7获得压板84的雕刻表面的形状。辊82将继续横穿压板82，直到形成完全形成的板7为止。随着辊82横穿板7滚回其开始位置，可以双向地形成板7。当施加的真空以靠着压板84的雕刻表面的方式保持板7时，使板冷却至在尺寸上稳定的温度。
[0063]包括移动辊82和固定压板84的印模的使用提供了一些优点。平坦的压板84使板7中的连接部5变平坦并形成单平面，这是可能使得其没有和使用两个辊的情况相同的精确度。然而，与图4的模具10相比,使用一个棍减小了印模的总的热质量(thermal mass)并导致板7中的材料发生更小的拉伸。真空避免了必须加热和冷却如图4所示的上模具4，这减小了形成处理的能量消耗和周期时间。
[0064]在此通过对美国临时专利申请61/325，972和61/549，507的引用将该临时专利申请并入本文。
【权利要求】
1.一种涂布装置，其界定了适于接收膜基材的槽，所述基材具有形成在所述基材上的突起，所述涂布装置包括引导部、一个以上的涂料出口以及涂布刀，所述引导部经配置与所述突起啮合。
2.如权利要求1所述的涂布装置，其包括两个涂料出口，其中，通过所述涂料出口以大体上相等的压力将涂料馈送至所述基材的两侧。
3.如权利要求1或2所述的涂布装置，其中，所述一个以上的涂料出口位于所述引导部和所述涂布刀之间。
4.如任一前述权利要求所述的涂布装置，其包括计量系统，所述计量系统适于以受控速率向所述一个以上的涂料出口提供涂料。
5.如任一前述权利要求所述的涂布装置，其还包括驱动杆，所述驱动杆适于以选定的速度拉动所述基材以穿过所述涂布装置。
6.如任一前述权利要求所述的涂布装置，其具有涂料泵，所述涂料泵通过阀门与所述一个以上的涂料出口分离。
7.如权利要求6所述的涂布装置，其中，所述涂料泵是计量泵。
8.如任一前述权利要求所述的涂布装置，其具有控制器，所述控制器适于: a)通过所述涂布刀，以选定的速率大体上同时地开始涂料的流动和所述膜基材的移动；以及 b)在所述膜基材离开所述涂布刀之前停止涂料的流动。
9.一种涂布渗透板的方法，所述渗透板具有形成在所述渗透板上的突起，所述方法包括如下步骤: a)确定所述渗透板相对于涂布刀的位置，所述涂布刀具有与所述渗透板相对应的图案； b)同时向所述渗透板的两侧提供大体上等量的涂料；以及 c)以受控速度拉动所述渗透板以穿过所述涂布刀。
10.如权利要求9所述方法，其还包括对涂料的流动进行计量的步骤。
11.如权利要求9或10所述方法，其中，以大体上恒定的速度拉动所述渗透板以穿过所述涂布刀，且涂料的流动处于大体上恒定的速率。
12.如权利要求11所述方法，其中，所述渗透板被从所述涂布刀处拉动以穿过空气间隙并到达浴池，且所述空气间隙的长度被选择成用于在所述恒定速度下给定期望的驻留时间。
13.一种板形成装置，其包括一组相匹配的圆柱形辊和固定压板。
14.如权利要求13所述的装置，其包括孔，所述孔位于所述压板和真空室之间。
15.如权利要求13或14所述的装置，其包括用于加热所述辊的加热系统。
16.如权利要求13-15中任一项所述的装置，其具有温度控制系统，所述温度控制系统能够用于冷却所述压板。
17.如权利要求13-16中任一项所述的装置，其具有引导系统，所述引导系统适于在所述辊与所述压板之间保持选定的间距的同时使所述辊在所述压板上方移动。
18.如权利要求13-17中任一项所述的装置，其具有驱动系统，所述驱动系统用于使所述辊移动地横穿所述压板。
19.一种用于形成材料板的方法，其包括以下步骤: a)将所述板放置在具有凹槽的压板上；以及 b)使雕刻辊滚动地横穿所述压板。
20.如权利要求19所述的方法，其还包括:对所述辊进行加热。
21.如权利要求19或20所述的方法，其还包括:在所述辊和所述压板之间保持选定的间距。
22.如权利要求19-21中任一项所述的方法，其还包括对所述压板进行冷却的步骤。
23.如权利要求19-22中任一项所述的方法，其还包括使所述板偏向所述压板的步骤。
24.如权利要求23所述的方法，其中，通过气压使所述板偏向所述压板。
25.如权利要求23或24所述的方法，其中，通过所述压板施加的真空使所述板偏向所述压板。
【文档编号】B05C11/04GK104136103SQ201280062722
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年10月18日 优先权日:2011年10月20日
【发明者】约内尔·约翰·托梅斯库, 拉斐尔·西蒙 申请人:法伊布拉卡斯特有限公司