高粘性流体用过滤装置及纺丝组件的制作方法

专利名称：高粘性流体用过滤装置及纺丝组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及高粘性流体用过滤装置及纺丝组件。适用于过滤、分离高粘性的熔融有机高分子化合物或高分子溶液等中所含的夹杂物或胶状物。
背景技术：
以过滤、分离和除去流体中的固体异物为目的而制作的过滤装置，在电子工业、精密工业、制药工业、水处理行业等所有产业领域中被广泛使用，其技术水平极高，并且使用方便。但是，其过滤对象都是以空气或水等低粘度物质为中心而开发的。
另一方面，在以有机高分子化合物为原料的塑料成形加工工业或一部分的食品工业领域等当中，也使用过滤装置过滤、分离高粘度流体中的固体异物。例如，合成纤维、合成薄膜或其他的有机高分子化合物成形品，分别经过纺丝、制膜、成形等工序制造，在这些工序中将原料聚合物加热熔融或溶解到溶剂中、使其液化，然后用安装有过滤装置的过滤设备或纺丝组件等过滤、分离夹杂的异物或胶化物。这些过滤操作与上述空气或水的过滤操作不同，由于原料的有机高分子化合物或其溶液的粘度极高，因此过滤速度低、效率差。因此，为了提高过滤速度，做了许多努力，但迄今为止并没有取得明显的效果。这些努力包括，施加了数十倍、数百倍于上述低粘度物质的过滤压力，或者尽可能地增大过滤器的过滤面积等。
作为增加过滤器的过滤面积的装置，例如日本专利特开昭60-058208号中公开了用网状支持体加强过滤膜，将它们重合折叠成褶裥状，再将其制成圆筒状的过滤装置。这种方式虽然适合于过滤压力小的气体或粘性小的液体的过滤，但由于是圆筒状，因此在过滤需要高过滤压力的高粘度流体时，在耐压设计等方面存在局限。另外，如果在需要高过滤压力的场合下使用褶裥状过滤器，还存在从过滤器的周缘部泄漏的问题。解决这个问题的方法虽然已公开在日本专利特开平10-211411号公报中，但由于使用了粘接剂，从而在过滤高温熔融聚合物时，在耐热性方面是不理想的。另外，在日本专利特开2002-266152号公报中公开了将金属丝滤网与金属丝无纺布叠置成波纹形状、用金属支圈夹持其外周部的熔融纺丝组件用的过滤装置。但是，对于随着高压力损失的粘弹性流体的过滤，仍然存在需要过滤器的变形对策和防止过滤液泄漏的问题。
在上述高温熔融聚合物的过滤过程中，虽然过滤压力根据原料和操作条件的不同而不同，但为了高效地过滤高粘性流体，至少需要10～30MPa左右的过滤压力。为了降低该过滤压力，对过滤器的形状方面进行了研究，例如进行过增加相当于1个纺丝组件的过滤面积的试验。但是，发生过如下问题，即，需要过滤的高粘性流体从过滤器周缘部绕过过滤器而漏出，造成制品的品质下降或操作困难，或者随着操作时间的增长过滤压力增高，过滤器产生变形，不能维持所需的过滤面积等。

发明内容
本发明就是以以下的高粘性流体用过滤装置为课题进行研究和试制而完成的，该过滤装置在合成纤维的纺丝工序或合成薄膜的制膜工序等中、高压过滤高粘性流体时，能够阻止将要过滤的高粘性流体绕过过滤器的漏出，并且能够防止由过滤压力使过滤器产生变形，能够长期、持续、稳定地进行过滤操作，结构紧凑且可靠性高。
下面参照图1及图2说明本发明。本发明公开这样一种高粘性流体用过滤装置，它是一种将支承部件2叠置在薄片状过滤器1上、进而折叠成之字形的多层而形成的褶裥状的盘状体3，盘状体的周缘部4形成为平坦的帽檐状，并且，在上述帽檐状部分4的至少一个面上叠置软质金属制或金属无纺布制的环形薄片件5，再罩有金属薄板6，通过压接叠置在帽檐状部分4上的过滤器、支承部件、环形薄片件和罩着的金属薄板，从而防止高粘性被过滤流体在周缘部绕过过滤器1漏出。褶裥的褶皱7的顶端部分最好鼓起，相邻的褶皱的顶端部互相接近，或者部分地接触。
上述高粘性流体用过滤装置如图8所示那样，根据高粘性流体的种类或过滤条件，在使用中会有滤液流出侧的褶皱81的顶端部变形、妨碍滤液顺畅地流过的问题。在这样的情况下，如图3所示那样使用由在过滤器31的滤液流出侧B叠置2片支承部件32b、32c、折叠成之字形的4层而构成的褶裥状的盘状体，由此能够维持滤液顺畅地流过。而且，在支承部件41采用由金属线材42编织而成的金属网时，最好使金属线材42与褶皱的长度方向43斜交地叠置(图4)。
另外，本发明的过滤装置如图6所示那样为了维持滤液流路的稳定，也可以将通液性隔板62插入盘状体的一面或两面的褶皱61之间。此时，为了防止隔板脱落，可以预先在上述盘状体的两个表面或一个表面安装通液性金属网63等。
或者，在上述帽檐状部分71，也可仅在一个面上叠置软质金属制或金属无纺布制的环形薄片件72(图7)。
而且，本发明还公开了一种纺丝组件(图9)，其中，在纺丝组件的外壳91中，从纺丝液的排出侧92依次至少安装了纺丝喷丝头93、支持过滤装置的耐压板94、上述任意一个高粘性流体用过滤装置95、前一级的过滤器96和高粘性流体分配板97。另外，在本发明中，过滤装置是指可在设备等上容易地安装、交换过滤器等、使用方便地与附属部件一起组装的装置。


图1 表示本发明的高粘性流体用过滤装置的一个实施例，为沿与褶裥垂直的方向的断面图(局部图)。
图2 图1的平面图。
图3 表示本发明的高粘性流体用过滤装置的另一个实施例，为沿与褶裥垂直的方向的断面图(局部图)。
图4 以平织金属网为支承部件，使金属网的线材方向与褶皱的方向斜交配置的过滤装置的立体图(局部图)。
图5 使线材方向与褶皱的方向平行配置的过滤装置的立体图(局部图)。
图6 表示本发明的高粘性流体用过滤装置的其他实施形态的示例，为沿与褶裥垂直的方向的断面图(局部图)。
图7 表示本发明的高粘性流体用过滤装置的其他实施形态的示例，为沿与褶裥垂直的方向的断面图(局部图)。
图8 表示流出侧的褶皱的顶端部变形，堵塞滤液流路的状态的断面图。
图9 表示组装了本发明的高粘性流体用过滤装置的纺丝组件的一个例子的模式断面图。
具体实施例方式
为了容易理解本发明，参照图1及图2，按照简便、通常的制作顺序依次说明本发明的高粘性流体用过滤装置，但本发明的过滤装置并不受制作顺序的限制。
过滤器1，一般根据必要的过滤水平，适当地选择使用构成细网孔的金属无纺布制薄片状的精密过滤用过滤器等，但由于目的不同，也可以使用细网孔的金属网或合成纤维无纺布等。例如，在制作组装到合成纤维的纺丝组件中用的过滤装置时，一般使用网孔在40μm以下的过滤器。
在薄片状的过滤器1上叠置用来保持形状的支承部件2，为了增大过滤面积，折叠成之字形、进行褶裥加工，在两面平行地形成褶皱7，作为褶裥状盘状体3使用。盘状体3的与褶皱7相垂直的方向的断面形状可以是，在两面上顶端是尖的以往的之字形褶裥状。但最好如图1例示那样，将支承部件2叠置到薄片状过滤器1的两面上，形成3层，进而加工成褶裥，将两面的褶皱7的顶端部分都鼓成圆形，加工成相邻的褶皱7的顶端部互相接近或部分地接触的褶裥状的盘状体3。由于褶皱7之间构成滤液的流路8，因此为了保证流通而设置有间隙。加工时使用金属网用的褶裥加工设备即可。由于在褶裥加工时过滤器1与支承部件2之间并没有固定，因此过滤器1上不会作用过多的应力，能够容易地加工。
考虑到支承部件2的强度，支承部件2最好使用直径为0.17mm以上的金属线材织成或编成的、网孔比较粗的金属网。此外，也可以采用使用了金属线材的无纺布等。线材大多使用不锈钢丝、使用平织、斜纹编织、叠织(Dutch weave)的金属网。褶裥的深度和间距可以根据过滤压力、所需的过滤面积和安装条件等适当决定。在以安装到纺丝头上为目的时，一般在使盘状体3的厚度在5～10mm左右、褶皱的间距在3～5mm左右的范围内设计、制作。对于支承部件，在例如过滤压力损失小、长期使用时可以忽略褶裥面的变形的情况下，考虑到过滤时的受压方向，可以仅在过滤器的一个面上配置支承部件；但在以组装到合成纤维的纺丝组件中为目的等情况下，最好在两个面上均叠置支承部件。
本发明的过滤装置，由于受到很大的过滤压力，因此在纺丝组件等中通常安装在支承过滤装置的耐压板(图9的94)上。当高粘性流体的过滤操作开始，过滤后的异物渐渐存积在过滤器面上，使过滤压力增高，则过滤装置被夹在将要过滤的高粘性流体与耐压板之间、承受大的压缩力，褶皱容易被挤压变形。如果褶皱变形，则过滤器的过滤面积减小，此外，阻碍将要过滤的高粘性流体的流畅地流过，不能维持所需的过滤性能。因此，本发明的过滤装置使褶皱7的顶端部分鼓成圆形，使相邻的褶皱的顶端部互相接近或部分地接触，难以产生挤压变形；此外，即使产生变形，也能确保高粘性流体的流路8，能够长期地维持过滤性能。
实际上，将本发明的高粘性流体用过滤装置安装到纺丝组件的实际实验结果为没有过滤液的泄漏，品质有所提高，与以往的平面型过滤装置相比，将由网孔堵塞等引起的过滤压力的上升速度降低到1/3左右。
但是，由于过滤的聚合物的种类和过滤条件的不同，使用开始后过滤压力逐渐增大，成为与以往的平面型过滤器相差不大的状态。拆卸调查的结果如图8所示那样，滤液流出侧B的褶皱81的顶端部变形，使用前为5mm的褶皱81的高度H变成了4.2～4.5mm；此外，褶皱81相互紧贴，成为滤液的流出侧流路82被堵塞的状态。结果，可以认为有效的过滤面积成为与平面型过滤器相同的状态。
研究上述问题的结果发现了有效的解决办法，以下进行说明。说明顺序与效果和益处无关。一个方法是如图3所示那样，将2片支承部件叠置，从上流侧A向下流侧B依次层叠支承部件31、过滤器32、支承部件33和支承部件34，以确保滤液的流路的顺畅。同时，强化支承部件，防止变形，将支承部件自身的间隙用于滤液流路。
在将纵向和横向的线材正交的上述平织等的金属网作为支承部件41使用时，最简单的方法是如图4所示那样，将构成支承部件41的线材42以与褶皱的长度方向43斜交的方向叠置。现有技术如图5所示那样，通常使一方的线材51的方向与褶皱的长度方向53平行地加工。但是，如果使线材52与褶皱的长度方向53平行地叠置，则由于褶皱顶端侧部的变形，相邻的褶皱的线材互相紧贴或者啮合，容易阻碍滤液的流过。斜交的角度最好为与褶皱的长度方向成60°或者30°左右。由于折返的线材的斜交角度为30°，因此线材之间互相紧贴，支承部件互相啮合的可能性变小。
作为防止由过滤压力使过滤器变形的其他方法，可以如图6所示例那样，在褶皱61与褶皱61之间插入或填充高粘性流体容易通过的通液性隔板62。该高粘性流体可以为金属网、螺旋线材、金属粒子、金属纤维或陶瓷粒子等，或者它们的烧结多孔质成形体等的高粘性流体。隔板62通常插入过滤装置的两面侧。而且，为了使插入、填充的隔板62不脱离，可以将金属网薄片63等抵接固定在过滤装置的两面。上述哪种方法适当，可以根据其状况选择上述任何一种方法或组合来使用。
接下来，将上述盘状体切断成所需的平面形状。制作顺序可以是，将过滤器和支承部件切断成所需的形状，层叠以后进行褶裥加工。在将盘状体3切断成所需的形状后将周缘部4压缩成形为帽檐状。帽檐4的宽度通常在3～5mm左右较理想。然后，在成形的帽檐状部分4的两面，层叠软质金属制或金属无纺布制的环形薄片件(包括金属制O形圈)5。作为上述软质金属，考虑由过滤流体产生的腐蚀等，可以从铝、铜、铅、及其合金类、软钢等中适当地选择使用。根据条件的不同，在一面层叠环形薄片就足够的情况也不少。图7表示在一面层叠环形薄片71的例子。
然后，从周缘侧将金属薄板6(图7中的72)加压罩在帽檐状部分4上，将过滤器1、支承部件2、环形薄片件5及罩着的金属薄板6压接在帽檐状部分上，完成过滤装置。其结果，能够防止高粘性流体从过滤器1的周缘部绕过漏出。
由于在高粘性流体的供给侧施加有大的过滤压力，因此与所需的部件等一起安装在耐压外壳等中来使用。
本发明的高粘性流体用过滤装置，作为过滤各种高分子高粘性流体、进行纺丝的纺丝组件的主要部件适用于与喷丝头一起组装成一体。其中一个示例表示在图9中。该纺丝组件，在外壳91中，从纺丝液的排出侧92开始，依次至少安装了纺丝喷丝头93、支持过滤装置的耐压板94、上述本发明的高粘性流体用过滤装置95、前一级过滤器96及高粘性流体分配板97。前一级过滤器96多数情况下使用滤沙器。
上述本发明的高粘性流体用过滤装置，解决了纺丝原液从其周缘部泄漏的问题，提高了褶裥型过滤装置的可靠性，防止过滤器变形，减少流路堵塞或网孔堵塞而造成的过滤器的升压速度，使有效地使用大过滤面积成为可能这些方面具有明显的效果。其结果，组装了本发明的过滤装置的纺丝组件能够放心地实现褶裥型过滤装置的优越性。
本发明的过滤装置由于将过滤器加工成褶裥形状，制作成例如增加相当于1个纺丝头的过滤面积、并且相对于过滤高粘性流体时所特有的高过滤压力不易变形的形状和结构，因此能够进行长期稳定的过滤操作。而且采用过滤器的周缘部被压接、高粘性流体不能绕过过滤器的结构，从而能够紧凑地构成不会因异物的混入而产生故障、且过滤面积大的耐压过滤器。
因此，适用于过滤、除去在合成纤维、合成薄膜及其他的有机高分子化合物成形品的制造过程中混入的异物或胶化物。该异物或胶化物包括加热熔融的，或溶解在溶剂中的聚合物中的异物或胶化物。特别是作为纺丝组件的利用性很高。
权利要求
1.一种高粘性流体用过滤装置，其特征在于，该过滤装置为将支承部件(2)叠置在薄片状过滤器(1)上、进而折叠成之字形的多层而形成的褶裥状的盘状体(3)，上述盘状体的周缘部(4)形成为平坦的帽檐状，并且，在上述帽檐状部分(4)的至少一个面上叠置软质金属制或金属无纺布制的环形薄片件(5)，再罩有金属薄板(6)，通过压接叠置在帽檐状部分(4)上的过滤器、支承部件、环形薄片件和罩着的金属薄板，从而防止高粘性被过滤流体在周缘部绕过过滤器(1)而漏出。
2.如权利要求1所述的高粘性流体用过滤装置，其特征在于，褶裥的褶皱(7)的顶端部分鼓起，相邻的褶皱的顶端部互相接近，或者部分地接触。
3.如权利要求1或2所述的高粘性流体用过滤装置，其特征在于，上述盘状体为由在过滤器(31)的滤液流出侧(33)叠置2片支承部件(32)、折叠成之字形的4层而构成的褶裥状的盘状体。
4.如权利要求1或2所述的高粘性流体用过滤装置，其特征在于，支承部件(41)为编织金属线材(42)而成的金属网，上述金属线材在与褶皱(43)的长度方向相斜交的方向叠置。
5.如权利要求3所述的高粘性流体用过滤装置，其特征在于，支承部件(41)为编织金属线材(42)而成的金属网，上述金属线材在与褶皱(43)的长度方向相斜交的方向叠置。
6.如权利要求1所述的高粘性流体用过滤装置，其特征在于，在上述的盘状体中，褶皱(61)与褶皱之间插入通液性隔板(62)。
7.如权利要求6所述的高粘性流体用过滤装置，其特征在于，在上述盘状体的表面上张设有防止隔板脱落的通液性薄片(63)。
8.一种纺丝组件，其特征在于，在纺丝组件的外壳(91)中，从纺丝液的排出侧(92)依次至少安装有纺丝喷丝头(93)、支持过滤装置的耐压板(94)、权利要求1、2或6所述的高粘性流体用过滤装置(95)、前一级过滤器(96)和高粘性流体分配板(97)。
9.如权利要求8所述的纺丝组件，其特征在于，安装权利要求3所述的高粘性流体用过滤装置取代权利要求1、2或6所述的高粘性流体用过滤器。
10.如权利要求8所述的纺丝组件，其特征在于，安装权利要求4所述的高粘性流体用过滤装置取代权利要求1、2或6所述的高粘性流体用过滤器。
11.如权利要求8所述的纺丝组件，其特征在于，安装权利要求5所述的高粘性流体用过滤装置取代权利要求1、2或6所述的高粘性流体用过滤器。
12.如权利要求8所述的纺丝组件，其特征在于，安装权利要求7所述的高粘性流体用过滤装置取代权利要求1、2或6所述的高粘性流体用过滤器。
全文摘要
一种用于过滤高粘性的熔融有机高分子化合物或高分子溶液等中所含的异物的褶裥型过滤装置。采用过滤的高粘性流体不会从过滤器的周缘部漏出、不会因高过滤压力而使过滤器变形的结构。将支承部件(2)叠置在薄片状过滤器(1)的两面，折叠成之字形、进行褶裥加工。将成为褶裥状的盘状体的周缘部(4)形成为帽檐状，在两面上叠置软质金属制或金属无纺布制的环形薄片类(5)，用金属薄板(6)罩着并压接，防止高粘性流体在周缘部(4)漏出。褶皱(7)形成为顶端部分鼓起，相邻的褶皱的顶端部互相接近或者部分地接触。由于上述褶裥型过滤器的可靠性和优点，适用于合成纤维、合成薄膜等有机高分子化合物成形品的制造过程。
文档编号B01D39/10GK1655861SQ0381205
公开日2005年8月17日 申请日期2003年5月27日 优先权日2002年5月27日
发明者石川敏, 西畑睦彦, 谷川英昭 申请人:关西金网株式会社