多孔多层中空纤维、过滤模块和多孔多层中空纤维的制造方法技术

一种用于外侧压滤的多孔多层中空纤维由多层制成，该多层包括由扩展多孔聚四氟乙烯管的厚度构成的支撑层和在支撑层外表面上提供的过滤层，其中过滤层中由纤维性骨架围绕的孔小于支撑层中的孔，设计过滤层外表面中围绕每个孔的纤维性骨架的最大原纤维长度（Ｌ）的平均值较小，使得（Ｘ）和（Ｙ）落在ＸＹ平面上的范围内，其中（Ｘ）是在其中在０．１ＭＰａ的升高压力下进行过滤的情况下，当粒子俘获比等于或大于９０％时捕集的粒子粒径，（Ｙ）是指定为通过将（Ｌ）除以（Ｘ）获得的ＲＦＬ的数值。因此，由于要分离的固体粒子并不进入孔，甚至在过滤高浊度溶液的情况下，孔也不发生堵塞和阻塞，从而可以防止由于时间过去的流速劣化。结果是，可以容易地通过进行回洗反过滤而恢复过滤性能和保持优异的过滤性能持续较长时间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多孔多层中空纤维(porous multilayered hollow fibers)和含有多孔多层中空纤维的过滤模块(filtration module)，以及制造多孔多层中空纤维的方法。特别地，本专利技术涉及多孔多层中空纤维过滤性能的改进，该纤维由多孔管如聚四氟乙烯构成，用于环境保护、药学和食品领域中固液分离处理的过滤设备。
技术介绍
除优异的耐化学品性、耐热性、耐侯性、阻燃性等以外，由聚四氟乙烯制成的多孔材料具有如非粘性和低摩擦系数的特性。同样，由于它们的多孔结构，它们不仅仅具有优异的渗透性和柔韧性，而且在细粒(fine particles)的捕捉和过滤中显示优异的性能。因此，在过去，由聚四氟乙烯制成的材料广泛用于如精细化学药物的过滤和排水加工的过滤器的领域。更特别地，由于多孔聚四氟乙烯材料具有微观纤维性纹理，其中原纤维以三维网络的形式互连使得存在许多由纤维性骨架围绕的孔，其中骨架由节点和原纤维构成，所以它们成形为管状或片形式，用于各种过滤器、除氧器膜、防水膜等。同样，可以通过将多个由这种多孔聚四氟乙烯制造的管聚集成模块化形式，而制备用于固液分离处理的过滤模块。已经提出各种建议用于实现在这样的过滤模块中使用的多孔聚四氟乙烯过滤材料的高过滤性能。例如，日本专利申请公开H4-75044B公开了管状过滤器，其中尝试由聚四氟乙烯制成的连续多孔膜达到过滤性能，并通过在由聚四氟乙烯制成的连续多孔管外表面上卷绕-覆盖膜而改进管强度。此外，提出了其中多孔膜具有除去0.1μm或更大的微小粒子的过滤性能的管形过滤器。日本技术申请公开H4-3607提出了管状过滤器，该过滤器从它的内侧向外侧过滤流体，由多孔聚四氟乙烯管、孔度小于管的多孔聚四氟乙烯膜和聚四氟乙烯纱线的增强编织层构成。将膜螺旋卷绕，在轴向延伸过管子的外表面，并且在由这样的卷绕膜制成的层的外表面上提供增强编织层。另外，在日本专利No.3221095中，本申请人提出了多孔多层中空纤维，其中通过热熔粘合将可渗透流体的片如多孔聚四氟乙烯片固定在多孔聚四氟乙烯管的内表面上。在日本专利申请公开H4-75044B中公开的管形过滤器的缺点在于尽管过滤器具有除去0.1μm或更大微小粒子的功能，但是由于多个小时的使用，多孔膜的孔逐渐被粒子填充，过滤性能随时间的流逝而劣化。即，由于当它们在孔内部通过时，膜的孔捕集微小粒子，其中该孔被设计成相对足够大，以便达到一定程度的流速，所以这种构造的过滤器使得微小粒子不在多孔膜的表面除去，但0.1μm微小粒子总体上由多孔膜除去。因此，尽管在使用的初始阶段中在过滤性能方面它是优异的，但由于堵塞随时间的流逝而发生，会导致过滤性能的劣化，所以它的缺点在于这样的良好性不能保持较长的时间。特别地，在过滤高浊度溶液的情况下由于堵塞快速发生，所以它是不利的。一般情况下，由于孔由缠结的原纤维形成并且形状和尺寸会变化，所以难以确定孔的尺寸，进而多孔材料的性能通过在收集预定颗粒的效率方面的过滤精度来确定。根据日本技术申请公开H4-3607B，从具有更大孔尺寸的管子内表面向外进行过滤，完成预过滤，由卷绕膜层来保证过滤的精度。但是在过滤高浊度液体的情况下，不能去到外侧的大粒子堵塞了进行预过滤的多孔管内层的孔。因此，这样的堵塞降低了液体的渗透性。同样，提供作为最外层的纱的增强编织层并不有益于过滤性能，而是由于粒子进入编织层导致而降低了流速。因此，使用多孔材料的膜过滤器的重要方面不仅仅是初始流速，而且还包括随时间的积累，固体粒子引起堵塞，进而由堵塞引起流速降低，随时间的流逝由固体粒子引起该堵塞。即，重要的是在使用一段时间之后，过滤性能处于稳定状态。根据日本专利No.3221095，通过统一管子的内侧与具有小孔度和高孔隙率的重叠多孔片，改进了用于从内侧向外过滤的多孔多层中空纤维中的过滤性能。然而，由于在通道内部发生阻塞，过滤性能对于过滤高浊度液体是不足够的。因此，需要进一步的改进。在使用这种多孔聚四氟乙烯管的过滤中，一般进行回洗反过滤以除去粘合到管的孔或内表面上的粒子，以延长过滤寿命。然而，在粒子不在过滤层表面，而是贯穿包括管子厚度的整个过滤层的情况下，不能容易地由回洗反过滤除去进入多孔管的孔内的粒子。为防止粒子进入多孔管等的孔，可以考虑降低在表面处的孔度。然而在此情况下，由于扩展比降低，不可避免地会降低孔隙率。因此，缺点在于降低了流体的渗透性。上述的这种多孔聚四氟乙烯管的缺点在于由于它们的形成使得简单地在平聚四氟乙烯管上卷绕聚四氟乙烯片，所以在内部或外部压力、弯曲等方面的耐用性不足够。为改进耐用性，进行编织和穿线用于增强作用，但由于其中会积累粒子(悬浮的固体粒子)，导致流速降低，所以这样的增强是不利的。
技术实现思路
针对于上述问题而得到了本专利技术，本专利技术的目的是提供多孔多层中空纤维和过滤模块，其中在多孔材料的孔中并不发生因固体粒子而产生的堵塞，即使过滤高浊度溶液，它们也能够保持优异的过滤性能持续较长时间。根据本专利技术，可以防止由于时间流逝的流速降低，并可以容易地由回洗反过滤恢复过滤性能。本专利技术的另一个目的是提供制造多孔多层中空纤维的方法，在多孔膜的内部或外部压力和弯曲性(bending)方面改进了纤维的耐用性。为达到上述目的，本专利技术提供了一种用于外侧压滤(outer side pressedfiltration)的多孔多层中空纤维，包括支撑层和在支撑层外表面上提供的过滤层，该多孔多层中空纤维从中空纤维的外表面侧向内表面侧进行固液分离处理，其中支撑层包括扩展多孔聚四氟乙烯管(expanded porouspolytetrafluoroethylene tube)的整个厚度。在过滤层中由纤维性骨架围绕的孔小于支撑层中的那些孔，其中的骨架由节点和原纤维形成，设计过滤层外表面中围绕每个孔的纤维性骨架的最大原纤维长度(L)的平均值，使得(X)和(Y)落在由在XY平面上将如下10个点作图而确定的范围内，其中(X)是在其中在0.1MPa的升高压力下进行压滤的情况下，当粒子俘获比(trapping ratio)等于或大于90％时捕集的粒子粒径(particle diameter)，(Y)是指定为通过将(L)除以(X)获得的RFL(即相对原纤维长度)的数值，即，(Y＝L/X)(X，Y)＝(0.055，2)、(1，1.5)、(2，1)、(5，0.5)、(10，0.3)、(10，4)、(5，6)、(2，10)、(1，15)、(0.055，25)。根据本专利技术的过滤模块由束形成，通过集束多个本专利技术的多孔多层中空纤维而制备该束，可用于外侧压滤或浸渍类型外侧加压抽滤。根据本专利技术制备多孔多层中空纤维的制造方法，在多孔扩展聚四氟乙烯管的外表面周围卷绕(lap)多孔扩展的树脂片，将该管外表面加工成不均匀性(uneven)，在这样的卷绕过程之后或期间通过向其提供负荷(load)，将多孔扩展聚四氟乙烯管和多孔扩展树脂片粘合在一起；烧结这样粘附的管和树脂片，并将它们联合成统一体。根据本专利技术，在用于外侧压滤的多孔多层中空纤维中，其中外层起过滤层的作用，设计过滤层外表面中存在的孔的最大横截面尺寸适当地较小，使得在固液分离处理早期阶段之后的稳态中，要分离的固体粒子可以容易地从孔中由回洗反过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔多层中空纤维的制造方法，它包括如下步骤：使多孔扩展树脂管的外表面具有不均匀性；在该多孔扩展聚四氟乙烯管的外表面周围卷绕多孔扩展的树脂片；在这样的卷绕过程之后或期间通过向其施加负荷，将该多孔扩展聚四氟乙烯管和该 多孔扩展树脂片粘合在一起；烧结这样的粘附管和树脂片以将它们联合成统一体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：森田彻，井田清志，船津始，
申请(专利权)人：住友电工超效能高分子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]