一种中空纤维膜及制备和在液压油脱气中的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种可用于航空液压油中溶解空气脱除的中空纤维膜制备及改性方法，所制备的中空纤维膜对液压油具有优异的耐受性，在高压液压油中性能稳定，无液压油膜内渗透及膜被溶胀现象。在进行液压油膜法脱气过程中，液压油在膜外侧流动，膜内侧通过抽真空形成渗透动力，使得液压油中溶解的空气渗透通过膜而被有效脱除。本发明专利技术所提供的中空纤维膜制备及改性方法，可有效提高液压油中溶解空气的脱除效率及过程可靠性，同时通过控制中空纤维膜尺寸，以中空纤维膜组件的形式进行工作，可以大幅度提高液压油与脱气膜的接触面积，具有脱气效率高、能耗低以及对航空系统至关重要的体积要求小等优点。要求小等优点。要求小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种中空纤维膜及制备和在液压油脱气中的应用

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[0001]本专利技术涉及一种用于液压油脱气的中空纤维膜制备及改性方法，属于功能膜和航空安全


技术介绍
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[0002]液压传动由于功率体积比大、容易实现自动化等特点在航空航天领域得到广泛应用。液压系统是飞机重要的二次能源系统，以油液为工作介质，靠油压驱动执行机构完成起落架收放、刹车、转弯、飞行控制、反推装置和舱门操纵等特定操纵动作。现代客机的液压系统工作介质为阻燃磷酸酯基液压油。有关资料表明，在液压系统的使用过程中50～70％的故障是由液压系统的污染引起的。飞机液压系统控制精度要求的提高对工作介质的污染控制水平也提出了更高的要求。整体而言，目前对液压油内固体颗粒污染物及液体污染的控制技术已较为成熟，但是对空气污染的控制研究尚有欠缺。
[0003]事实上液压系统中空气污染对其性能的影响非常严重，主要表现在以下几个方面：(1)降低油液容积模数：油液中游离气体的存在会大幅降低油液的弹性模量，造成系统响应迟缓，工作不稳定，从而出现飞机操纵跟随性不好；(2)产生气蚀：当油液从低压进入高压时气泡会瞬间被压缩破灭而产生局部高温和高压冲击，对液压元件造成损害；(3)引起系统压力不稳定：油液中气体的存在影响系统操纵力的稳定，气泡析出会使系统压力发生波动，从而产生操纵不到位的情况；(4)增加系统温升：大量游离气体被急剧压缩时会产生局部高温，甚至产生火花，可能引起油液燃烧碳化；(5)促进油液氧化变质：油液中空气含量增多必然对油液产生氧化腐蚀，增加油液的酸值，缩短油液的使用寿命；(6)产生噪声和振动：油液所含空气随压力的高低变化频繁出现溶解析出现象，将在系统中形成难以消除的噪声和振动。
[0004]液压油中的空气污染主要由两种原因造成：外界气体与液压油接触直接溶解于其中(开式油箱)以及系统运行过程中产生的空气污染。尽管在液压系统设计中采取了各种预防措施，但是空气污染仍然难以完全避免，有证据表明即使是闭式系统，其中仍含有～25％的溶解空气需要被脱除，因此在运行过程中不断排除空气对于液压系统的正常运行非常重要。目前采用的的排气手段主要包括排气阀排气、离心式排气以及真空排气等。
[0005]中国专利CN92108634.2提供了一种从油液中脱气、脱水的方法，包括待处理的油液的输入、真空脱气、脱水和处理后的油液的输出,其特征在于在油液进入真空罐前要经过一节流步骤。
[0006]中国专利CN202010532953.8提供了一种消泡装置,包括油箱本体,其特征在于,所述油箱本体内置隔板,所述隔板将油箱本体分隔为油箱上腔体和油箱下腔体,所述隔板上设置有导通油箱上腔体和油箱下腔体的旋流口,所述油箱本体内的液压油的液面高度高于所述隔板的高度；所述油箱下腔体内通过弧形旋流板形成旋流腔,注入油箱下腔体的液压油通过旋流腔形成旋流并分离出含有气泡的轻质液压油,所述轻质液压油通过旋流口汇集至油箱上腔体。
[0007]上述方法操作繁琐，且排气的规律性、均匀性、可靠性等不能保证，针对民航客机存在的液压油脱气需求，本专利技术提出了一种采用所制备的中空纤维膜对液压系统中的溶解空气进行脱除的方法。膜技术广泛应用于气体分离领域，已经被证明是高效、可靠的过程。气体在压差推动力作用下，以“溶解扩散”方式渗透通过聚合物，而液压油则因为较大的分子体积/膜表面亲水性排斥作用等无法渗透通过膜。依此技术背景，在液压系统回流管道中加入中空纤维膜组件，液压油通过组件壳层流动，膜内管为真空状态故在膜两侧形成分压差，在此推动力作用下，液压油中溶解的空气便渗透通过膜，随着脱气过程的进行，在中空纤维膜轴向液压油流动方向上其所含溶解空气的量逐渐减低，最终实现液压系统中溶解空气的高效脱除。
[0008]基于以上背景，本专利技术提供了一种可用于航空液压油中溶解空气脱除的中空纤维膜制备及改性方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对航空液压油中存在大量溶解空气，其对飞机的安全飞行构成重大挑战，急需开发出安全、可靠、稳定地实现液压油脱气过程的客观要求，从提高膜在液压油脱气过程的稳定性及高效性出发，提供了一种可对液压油具有优异的耐受性，在高压液压油中性能稳定，在液压油中无明显溶胀及液压油膜内渗透现象的中空纤维膜制备及改性方法。
[0010]本专利技术首先在液压油中性能稳定的特定高分子材料，采用混合溶剂溶解制得均一膜液，通过改变纺丝过程参数对相转化过程进行精细调控，制备出具有致密无缺陷皮层结构的中空纤维膜底膜或者存在表皮缺陷孔的中空纤维膜；前者致密皮层厚故气体通量小但可直接应用于液压油脱气过程；后者致密皮层薄且有缺陷孔故气体通量大，但是因为高压液压油会渗透通过此膜所以无法直接应用，需要采用特定材料进行表面缺陷孔密封改性处理后才可应用于液压油脱气过程。
[0011]本专利技术的具体步骤如下：
[0012]A.铸膜液制备：在50～90℃温度下，以一定比例将聚合物/溶剂/非溶剂混合搅拌，形成均一溶液并真空脱泡，制成聚合物含量25～35wt％的透明铸膜液；
[0013]所用的膜材料可以是聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚偏氟乙烯、纤维素、聚醋酸纤维素等；所用的溶剂可以是N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、环己酮、四氢呋喃等；所用的非溶剂可以是甲醇、乙醇、丙酮、水、丁内酯等；
[0014]B.采用沉浸相转化法干湿纺制备具有中空纤维膜，纺丝工艺参数为：纺丝温度50～110℃，干纺距离为0～500mm，外凝胶浴为0～50℃的自来水，内管芯液为含有0～90wt％溶剂的水溶液，通过向膜液料罐施加100～500KPa的N2推动膜液进入齿轮泵，并由齿轮泵精确控制流量，通过喷头挤压进入凝胶浴池，在内外凝胶浴的共同作用下形成中空纤维底膜；
[0015]C.用流动自来水冲洗中空纤维膜48小时以上以充分洗去膜内残留溶剂，然后采用溶剂置换方法(乙醇置换膜内水，正己烷置换乙醇)对膜内水进行充分去除，正己烷挥发后将底膜放入温度50～120℃的真空烘箱中进行干燥，根据膜液初始浓度不同，可得到具有致密无缺陷皮层结构的中空纤维膜底膜或者存在表皮缺陷孔的中空纤维膜；
[0016]以上具体纺丝工艺流程为：用压缩氮气把纺丝溶液压出纺丝液罐，经计量泵计量
后进入过滤器，然后进入插管式纺丝喷头内外管间的空腔中，压出后经过一定高度的空气层干纺阶段后进入凝胶浴中。芯液由平流泵控制从贮存容器中压入喷头的内管，与纺丝溶液同时挤出喷头，这样纺丝液通过干纺阶段后进入凝胶浴固化为初生纤维，用流动自来水冲洗中空纤维膜48小时以上以充分洗去膜内残留溶剂，然后采用溶剂置换方法(乙醇置换膜内水，正己烷置换乙醇)对膜内水进行充分去除；正己烷挥发后将底膜放入温度50～120℃的真空烘箱中进行干燥，干燥2～5小时后得到干态的中空纤维膜；
[0017]D.对中空纤维膜表面孔缺陷进行封堵及改性的方法，其特征在于首先将中空纤维膜制备为适用规格的膜组件，并配置浓度为1～10wt％的涂层液，涂层所采用的聚合物可以是醋酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中空纤维膜的制备方法，其具体步骤如下：1)铸膜液制备：在50～90℃温度下，将聚合物、溶剂、非溶剂混合搅拌，形成均一溶液并真空脱泡，制成聚合物含量20～40wt％的铸膜液；所用的膜材料可以是聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚偏氟乙烯、纤维素、聚醋酸纤维素等中的一种或二种以上；所用的溶剂可以是N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、环己酮、四氢呋喃等中的一种或二种以上；所用的非溶剂可以是甲醇、乙醇、丙酮、水、丁内酯等中的一种或二种以上；溶剂与非溶剂的重量比例依铸膜体系相图及纺丝要求确定，一般情况下溶剂非溶剂的重量比例在4：1到19：1之间调节；2)采用沉浸相转化法干湿纺制备中空纤维膜，纺丝工艺参数为：纺丝温度50～110℃，干纺距离为0～500mm，外凝胶浴为0～50℃的水，内管芯液为含有0～95wt％溶剂的水溶液；铸膜液通过喷头挤压进入凝胶浴池，在内外凝胶浴的共同作用下形成中空纤维膜；所述溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、环己酮、四氢呋喃中的一种或二种以上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过向铸膜液料罐施加100～500KPa的N2推动膜液进入齿轮泵，并由齿轮泵精确控制流量，铸膜液通过喷头挤压进入凝胶浴池，在内外凝胶浴的共同作用下形成中空纤维膜(底膜)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：采用沉浸相转化法干湿纺所制备的中空纤维膜用流动自来水冲洗中空纤维膜不少于24小时以充分洗去膜内残留溶剂，然后采用溶剂置换方法对膜内水进行充分去除，先用乙醇置换膜内水，再用正己烷置换乙醇，正己烷挥发后将底膜放入温度50～120℃的真空烘箱中进行干燥。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据铸膜液初始浓度不同，高浓度铸膜液可制得到具有致密无缺陷皮层结构的中空纤维膜底膜，而低浓度铸膜液一般制得存在表皮缺陷孔的中空纤维膜；所述高浓度是指...

【专利技术属性】
技术研发人员：介兴明，王丽娜，刘丹丹，于海军，曹义鸣，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：