具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件制造技术

本发明专利技术涉及相转化法制膜技术领域，具体地说是一种具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，包括纺丝喷头模组和气体间隙环境控制系统，其中所述气体间隙环境控制系统包括环境箱体和设于所述环境箱体内的多个环境检测传感器，所述环境箱体上部设有加湿进气口和干气进气口、下端设有输出口，所述环境箱体壁内设有保温层，且所述保温层内设有加热元件和温度控制器，纺丝喷头模组设于所述环境箱体上端，且所述纺丝喷头模组包括喷头基体，所述喷头基体内设有芯液输送通道和浆料输送通道。本发明专利技术通过对气体间隙微环境进行精确控制，可解决相转化法制膜技术中响应时间长、制膜条件不可控的瓶颈问题。的瓶颈问题。的瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】
具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件


[0001]本专利技术涉及相转化法制膜
，具体地说是一种具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件。

技术介绍

[0002]我国膜技术研究始于20世纪50年代，继中国化学研究所研发出我国第一张膜—聚乙烯醇离子交换膜之后，我国的膜产业得到了长足的发展。我国分离膜产业总产值从1993年的2亿元上升到2014年的730亿元，预计2022年可达到1000亿元。
[0003]分离膜的研究主要紧密围绕膜的功能与膜及膜材料微结构的关系、膜及膜材料的微结构形成机理与控制方法、应用过程中的膜及膜材料微结构演变规律三个关键科学问题展开。但是，我国在膜材料的自主研发和生产上距离国外先进水平还有一定差距，无法做到与进口产品相同的质量，导致了国内膜产品始终停留在较为低端的市场层面，高性能分离膜无论技术、市场还是价格均被国外企业垄断，在低端市场层面，膜进口占比大约为45％，而在高端市场层面，进口率却高达90％～95％，许多进口膜材料的价格高达1万元/平方米。
[0004]同国外产品相比，国内膜产品的缺陷普遍表现在通量较小、寿命较短、性能不稳定、孔径不均匀等问题上，除制膜原材料影响外，主要与制膜工艺有着密切关联，因此如何控制和改善膜制备过程对于快速提高我国膜产业的竞争力以及打破进口膜垄断我国市场的窘境极为重要。
[0005]利用相转化法制备中空纤维膜可以获得指状结构和海绵状结构，不同的膜结构对成膜的性能影响不同，最终影响膜的功能，因此控制好相转化过程的影响因素，对于成膜非常重要。在相转化法制膜过程中，挤出的纤维管坯体进入外部絮凝剂之前会通过一段气体间隙，当铸膜液从含有内插管的喷丝头挤出时，中空纤维膜的内层接触到内凝固浴，开始溶剂与非溶剂双扩散的相转化过程，而在中空纤维膜的外层接触到的是空气，易挥发的溶剂开始挥发，同时膜外层吸附空气中的潮气进行相转化过程，内外层相转化的不同步性和程度的差异性产生了中空纤维膜特有的内外结构变化。值得注意的是，在相转化过程中，气体间隙的温度会影响分子在溶液中的构相并影响溶剂的挥发，随温度升高溶剂的蒸发速率加快，同时膜分子链段的运动能力加强，膜分子能够快速调整构象以达到结晶。在一定温度下，当环境湿度较大时，溶剂的蒸发速度很慢，高分子有足够的时间调整其构象，造成膜材料分子堆积过于紧密，结晶度较高，从而导致膜的渗透通量大幅下降。因此，中空纤维分离膜相转化制备过程中所面临气体间隙的温度、压力、湿度和气氛对膜的微结构和质量具有非常显著的影响。只有精密控制气体间隙的温度、压力、湿度及气氛才能精细调控膜分离的堆积状态及结晶度，从而有效调控膜的结构及性能。
[0006]目前，国内研发、生产分离膜的科研单位及企业均通过对制膜设备所处的整个操作室的温度和湿度进行控制的做法，来宏观调控气体间隙的温度和湿度。由于凝固浴表面会产生一定的溶剂(水)饱和蒸汽压等一系列原因，该方法具有滞后性以及可控性不强等弱点，膜的近表面区容易受不确定性因素的影响，从而影响膜质量和制膜的重现性。具体体现
在：
[0007](1)通过控制制膜设备所处的整个操作室的温度，难以精确控制设备气体间隙处的微环境温度并进行精细的温度调控，因此难以精确调控溶剂的蒸发速度及膜分子的构象调整过程。
[0008](2)通过控制制膜设备所处的整个操作室的湿度，在气体间隙下方的凝固浴表面会产生一定的溶剂(水)饱和蒸汽压，导致气体间隙处的微环境湿度与整个操作室的湿度不同，因而难以精确调控溶剂的蒸发速度及膜分子的构象调整过程。
[0009](3)铸膜液从喷丝头挤出后，中空纤维膜直接暴露在空气中，其外层直接接触空气进行溶剂的蒸发及空气中潮气引发的相转化，未考虑整个纺丝过程中随着溶剂的不断挥发导致的微环境气氛的变化，从而导致每一段中空纤维膜的微结构存在重复性差的问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，通过对气体间隙微环境进行精确控制，可解决相转化法制膜技术中响应时间长、制膜条件不可控的瓶颈问题。
[0011]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0012]一种具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，包括纺丝喷头模组和气体间隙环境控制系统，其中所述气体间隙环境控制系统包括环境箱体和设于所述环境箱体内的多个环境检测传感器，所述环境箱体上部设有加湿进气口和干气进气口、下端设有输出口，所述环境箱体壁内设有保温层，且所述保温层内设有加热元件和温度控制器，纺丝喷头模组设于所述环境箱体上端，且所述纺丝喷头模组包括喷头基体，所述喷头基体内设有芯液输送通道和浆料输送通道。
[0013]所述环境箱体内的环境检测传感器包括温湿度传感器和压力传感器。
[0014]所述环境箱体一侧设有排气口。
[0015]所述排气口外侧设有排气挡片，且所述排气挡片上端与环境箱体铰接。
[0016]所述纺丝喷头模组为单浆料通道纺丝喷头，所述喷头基体内设有芯液输送通道和第一浆料输送通道，且芯液输送通道设于喷头基体中心处，第一浆料输送通道设于所述芯液输送通道外侧。
[0017]所述纺丝喷头模组为双浆料通道纺丝喷头，所述喷头基体内设有芯液输送通道、第一浆料输送通道和第二浆料输送通道，且芯液输送通道设于喷头基体中心处，第一浆料输送通道设于所述芯液输送通道外侧，第二浆料输送通道设于所述第一浆料输送通道外侧。
[0018]所述芯液输送通道下端和各个浆料输送通道下端均形成喷丝孔。
[0019]所述纺丝喷头模组设于一个安装架体上，并且所述安装架体可拆装地设于所述气体间隙环境控制系统的环境箱体上端。
[0020]所述安装架体设有安装底板，所述纺丝喷头模组通过压板固定于所述安装底板上，所述环境箱体上端两侧设有卡槽，且所述安装底板两侧分别插入对应的卡槽中。
[0021]所述安装底板上设有超声波传感器，并且所述安装架体设于一个升降装置上。
[0022]本专利技术的优点与积极效果为：
[0023]1、传统制膜设备通过控制整个操作室的温度和湿度来宏观调控气体间隙的温度和湿度，由于凝固浴表面会产生一定的溶剂饱和蒸汽压等一系列原因，该方法具有滞后性和可控性不强等弱点，膜的近表面区容易受不确定性因素的影响，从而影响膜质量和制膜的重现性。本专利技术则能够对气体间隙环境控制系统的空间湿度、温度、压力等进行精确控制，从而克服了常规装置响应时间长、环境因素多变及不可控的瓶颈问题，真正实现了中空纤维膜的精确可控制备。
[0024]2、本专利技术既兼顾了传统纺丝装置和常规技术的优点，如占地面积小，易于线性放大、节能降耗、操作简单等，还通过制膜设备中的气体间隙环境控制系统精确控制克服了现有制备技术无法实现精确可控制备膜材料的缺点，可实现制膜效率提升和环境干扰消减的双重优化控制，满足多种复杂结构和组成的中空纤维膜的可控制备要求。
[0025]3、本专利技术的纺丝喷头模组包括单浆料通道纺丝喷头和双浆料通道纺丝喷头两种结构形式，可根据实际需要选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，其特征在于：包括纺丝喷头模组(1)和气体间隙环境控制系统(2)，其中所述气体间隙环境控制系统(2)包括环境箱体和设于所述环境箱体内的多个环境检测传感器，所述环境箱体上部设有加湿进气口(3)和干气进气口(4)、下端设有输出口(5)，所述环境箱体壁内设有保温层，且所述保温层内设有加热元件和温度控制器，纺丝喷头模组(1)设于所述环境箱体上端，且所述纺丝喷头模组(1)包括喷头基体(11)，所述喷头基体(11)内设有芯液输送通道(12)和浆料输送通道。2.根据权利要求1所述的具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，其特征在于：所述环境箱体内的环境检测传感器包括温湿度传感器(7)和压力传感器(8)。3.根据权利要求1所述的具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，其特征在于：所述环境箱体一侧设有排气口(6)。4.根据权利要求3所述的具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，其特征在于：所述排气口(6)外侧设有排气挡片，且所述排气挡片上端与环境箱体铰接。5.根据权利要求1所述的具有气体间隙环境可控功能的纺丝喷头组件，其特征在于：所述纺丝喷头模组(1)为单浆料通道纺丝喷头，所述喷头基体(11)内设有芯液输送通道(12)和第一浆料输送通道(13)，且芯液输送通道(12)设于喷头基体(11)中心处，第一浆料输送通道(13)设于所述芯液输送通道(12)外侧。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳，江河清，梁文渊，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：