DE60217848T2 - Vergussverfahren für hohlfasern - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Vergussverfahren für poröse Hohlfasermembranen, die typischerweise in Filtersystemen verwendet werden.
  • Die Vergussmaterialien, welche verwendet werden, um die Gruppen poröser Hohlfasermembranen zu halten und zu stützen, sind normalerweise ein Kompromiss zwischen Materialien, welche eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um einen geeigneten Träger bereitzustellen, jedoch eine ausreichende Weichheit und Flexibilität besitzen, um ein Brechen der Fasern zu vermeiden, wenn sie in den Verguss bzw. die Gießform eintreten. Ein zu starres Material führt zu einem schnellen Brechen der Fasern in der Nähe des Vergusses, während ein zu weiches Material keine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, um die Fasern geeignet zu stützen. Die Materialien werden auch gewählt, um einem Zusammenbruch zu widerstehen, wenn sie verschiedenen Arten von Einsatzmaterialien ausgesetzt werden, wie auch Reinigungsfluids, die verwendet werden um die Fasern beizubehalten.
  • Bekannte Systeme setzen einzelne Schichten aus Epoxid-, Polyurethan- oder Silikonmaterialien ein, zeigen jedoch die oben beschriebenen Nachteile.
  • Um diese Nachteile zu überwinden, wurden bereits doppelschichtige Rohrbögen vorgeschlagen.
  • JP-A-04293527 und JP-A-02107318 offenbaren Hohlfasermembranmodule, wobei die Fasern in die Rohrbögen vergossen werden, die jeweils eine Polyurethan- und eine Epoxidharzschicht umfassen. EP-A-0920904 offenbart einen Rohrbogen für ein Hohlfasermembranmodul, wobei der Rohrbogen ein Epoxidharz umfasst, mit unterschiedlichen Graden an Härte in unterschiedlichen Bereichen des Rohrbogens, wenn er gehärtet ist. JP 56118701-A offenbart eine Vergusszentrifuge, welche in der Lage ist, zwei unterschiedliche Klebstoffe über unterschiedliche Mittel zuzuführen.
  • Die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren bereitstellen, welches die Adhäsion der zwei Schichten verbessert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Vergusses für eine Anordnung von Hohlfasermembranen in einer Zentrifuge zur Verfügung, beinhaltend die Schritte:
    Stellen der Enden der besagten Fasermembranen in eine Form;
    Formen einer ersten Schicht aus aushärtbarem Harzmaterial in einem nicht ausgehärteten Zustand, um die besagten Fasermembranenden;
    Aufbringen einer zweiten Schicht aus einem Polyurethanharzmaterial auf die besagte erste Schicht vor dem vollständigen Aushärten der besagten ersten Schicht, wobei die zweite Schicht aus Polyurethanharzmaterial chemisch reaktiv ist gegenüber der besagten ersten Schicht unter Bildung einer Klebeverbindung zwischen diesen;
    Beinhaltend den Schritt des Überwachens der Temperaturänderungen innerhalb der besagten ersten Schicht, um den Zustand des Aushärtungsprozesses der ersten Schicht zu bestimmen, um den optimalen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem die zweite Schicht aufgebracht wird;
    wenigstens teilweises Härten beider Schichten und Entfernen des geformten Vergusses aus der besagten Form, wobei das besagte zweite Schichtmaterial von höherer Flexibilität ist als das besagte erste Schichtmaterial, wenn jede Schicht vollständig ausgehärtet ist.
  • Es wird anerkannt werden, dass jedes geeignete Verfahren der Abdichtung der offenen Fasern vor dem oben beschriebenen Vergussverfahren verwendet werde kann.
  • Vorzugsweise ist das aushärtbare Harzmaterial ein Expoxidharz. Die zweite Schicht des Materials wird aus einem Polyurethanharz gebildet.
  • Es ist wichtig, dass die zweite Schicht auf die erste Schicht aufgebracht wird, bevor das Aushärten der ersten Schicht vervollständigt ist, so dass ausreichend aktive Plätze für die chemische Reaktion vorhanden sind, die notwendig ist, um eine Schicht an die andere zu kleben. Eine geeignete Klebung der beiden Schichten ist notwendig, um einen Eintritt von Einsatzmaterial zwischen die Schichten und Wachstum von Bakterien etc. zwischen den Schichten zu verhindern, die zu einer Zerstörung und einem Bruch der Fasern führen und dadurch zur Verunreinigung des Filtrats. Die Verwendung dieses Verfahrens beseitigt auch das Erfordernis spezieller Klebstoffen und Primer, um die Klebung zwischen den Schichten zu erzeugen.
  • Eine notwendige Bedingung für die Klebung der zwei Schichten ist die chemische Reaktion zwischen einigen der Bestandteile der zwei unterschiedlichen Schichten. Für die Epoxid/Polyurethan-Schichten ist es notwendig, dass einer der Epoxidbestandteile mit den Isocyanatgruppen des Polyurethans (vorzugsweise Amine oder Amide) reaktiv ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren einen Apparat zum Vergießen von Hohlfasermembranen zur Verfügung, beinhaltend:
    eine Form zum Aufnehmen der Enden der besagten Hohlfasermembranen;
    Mittel zum Bilden einer ersten Schicht aus aushärtbarem Harzmaterial in einem nicht-ausgehärteten Zustand um die besagten Fasermembranenden in der besagten Form;
    Mittel zum Aufbringen einer zweiten Schicht aus Polyurethanharzmaterial auf die besagte erste Schicht vor dem vollständigen Aushärten der besagten ersten Schicht, wobei das besagte Polyurethanharzmaterial der zweiten Schicht chemisch reaktiv ist gegenüber dem besagten Material der ersten Schicht unter Bildung einer Klebeverbindung zwischen diesen und wobei das besagte Polyurethanharzmaterial der zweiten Schicht eine höhere Flexibilität aufweist als das Material der besagten ersten Schicht, wenn jede Schicht vollständig ausgehärtet ist;
    wobei die Gießform separate Mittel zum Einfließen der ersten und zweiten Schicht in die Form beinhaltet, und
    wobei der besagte Apparat weiterhin eine Zentrifuge beinhaltet, wobei die Materialien der Zentrifuge zugeführt werden, bevor man sie entlang einer Rohrleitung oder eines Schlauchs in die Form einführen lässt.
  • Vorzugsweise kann eine einzelne Zentrifuge verwendet werden, welche separate Abschnitte aufweist, um die entsprechenden Materialien der ersten und zweiten Schicht aufzunehmen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 ein vereinfachtes schematisches Diagramm der Vergussvorrichtung zeigt, welche verwendet wird, um das Vergießverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen; und
  • 2 einen Querschnitt eines vergossenen Endes der Fasern zeigt, um eine Ausführungsform der Erfindung darzustellen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bezug nehmend auf 1 umfasst der Apparat zum Vergießen eine Gießform 5, um die Enden 6 der Fasermembranen 7 aufzunehmen. Die Gießform 5 umfasst einen zylindrischen Hohlraum 8 um die Fasermembranen 7 aufzunehmen. Der Hohlraum 8 weist einen Bereich 9 mit einem vergrößerten Durchmesser auf, um den Vorverguss 10 zu halten, welcher zum Stützen der Fasern während des Vergießverfahrens dient. Ein Rohr oder Schlauch 11 verbindet einen Behälter 12 einer Zentrifuge 13 mit der Basis 14 des Formhohlraumes 8. Ein zweites Rohr 15 verbindet einen zweiten Behälter 16 der Zentrifuge 13 mit dem oberen Bereich 17 des Formhohlraumes 8.
  • Im Einsatz wird das Material zur Ausbildung der ersten relativ harten Schicht des Vergusses in den Behälter 12 der Zentrifuge 13 eingeführt und entlang eines Rohres oder Schlauches 11 in den unteren Bereich 14 des Formhohlraumes 8 geführt, um eine erste Schicht um die Faserenden 6 zu bilden. Vor dem vollständigen Aushärten dieses Materials wird ein zweites Material zur Ausbildung der zweiten weicheren Schicht in den Behälter 16 eingeführt und entlang des Rohres oder des Schlauches 15 in den Formhohlraum 8 geführt, um die zweite Schicht des Materials auf die erste Schicht aufzubringen. Die Schichten reagieren chemisch, um eine Klebeverbindung zwischen der ersten und zweiten Schicht zu bilden. Während eines geeigneten Aushärtungsschrittes werden die vergossenen Fasern aus der Form 5 entfernt.
  • Um den optimalen Zeitraum während des Aushärtens der ersten Schicht zum Aufbringen der zweiten Schicht zu bestimmen, wird das Temperaturprofil des Materials der ersten Schicht überwacht, wenigstens während des anfänglichen Abschnitts des Verfahrens. Das Temperaturprofil gibt die verschiedenen Stufen des Härtungsverfahrens an und wann die zweite Schicht aufgebracht werden kann, um sicherzustellen, dass ausreichend freie Plätze zur chemischen Bindung zwischen den beiden Schichten vorhanden sind. Wenn der optimale Zeitraum für eine bestimmte Materialkombination bestimmt wurde, ist ein weiteres Überwachen unnötig.
  • Eine starke Erhöhung der Temperatur zeigt, dass ein Großteil der Härtereaktion stattgefunden hat. Der optimale Zeitraum zur Zugabe der zweiten Schicht liegt innerhalb von ±5 Minuten des Zeitraumes dieser Temperaturerhöhung und vorzugsweise ±2 Minuten.
  • Die in 2 dargestellte Ausführungsform zeigt ein Verfahren unter Verwendung einer Gussmanschette 23, um die Klebung zwischen zwei Flächen zwischen den Vergussschichten 20, 21 zu erhöhen. Die Menge des Vergussmaterials oder die Breite der Gussmanschette 23 wird so ausgewählt, um sicherzustellen, dass die Zwischenfläche 24 der beiden Schichten innerhalb der Gussmanschette 23 liegt. Die Gussmanschette 23 ist aus Material gebildet, welches eine gute Haftung zwischen der Innenoberfläche und den zwei Vergussmaterialien sicherstellt. Neben der Auswahl des Materials der Gussmanschette, kann ein Aufrauen der inneren Oberfläche der Manschette 23 auch das Anhaften der Vergussmaterialien mit der Manschette 23 steigern. Eine weitere Steigerung kann erzielt werden, indem Nuten bzw. Einbuchtungen 25 in der Gussmanschette 23 ausgebildet werden. Aufgrund der Haftkraft zwischen den Vergussmaterialien und der Gussmanschette 23 dient es dazu, jede Bewegung oder Ablösung der zwei Vergussschichten 20, 21 an der Zwischenfläche 24 zu reduzieren und steigert daher das Verkleben der zwei Vergussschichten 20, 21.
  • Das oben beschriebene Vergussverfahren bietet eine Anzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik, einschließlich einer besseren Unterstützung der Fasern, was zu einem verringerten Bruch an der Faser/Verguss Zwischenfläche führt. In einigen Anwendungen ist es auch möglich, die normale Gussmanschette einzuführen, da der durch dieses Verfahren gebildete Verguss eine ausreichende Starre aufweist, um selbsttragend zu sein. Dies führt zu Einsparungen bei der Herstellung, da in einigen Fällen das Schrumpfen der Vergussmaterialien relativ zu der Gussmanschette zu Spalten führt, die wiederum im Hinblick auf ein Leck und bakterielles Wachstum unerwünscht sind. In diesen Fällen muss der Verguss entsorgt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Formen eines Vergusses (pot) für eine Anordnung von Hohlfasermembranen in einer Zentrifuge, beinhaltend die Schritte: Stellen der Enden (6) der besagten Fasermembranen (7) in eine Form (5); Formen einer ersten Schicht (20) aus aushärtbarem Harzmaterial in einem nicht-ausgehärteten Zustand um die besagten Fasermembranenden; Aufbringen einer zweiten Schicht (21) aus einem Polyurethanharzmaterial auf die besagte erste Schicht vor dem vollständigen Aushärten der besagten ersten Schicht, wobei die zweite Schicht aus Polyurethanharzmaterial chemisch reaktiv ist gegenüber der besagten ersten Schicht unter Bildung einer Klebeverbindung zwischen diesen; Beinhaltend den Schritt des Überwachens der Temperaturänderungen innerhalb der besagten ersten Schicht, um den Zustand des Aushärtungsprozesses der ersten Schicht zu bestimmen, um den optimalen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem die zweite Schicht aufgebracht wird; Wenigstens teilweise Härten beider Schichten und Entfernen des geformten Vergusses aus der besagten Form, wobei das besagte zweite Schichtmaterial von höherer Flexibilität ist als das besagte erste Schichtmaterial, wenn jede Schicht vollständig ausgehärtet ist.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das härtbare Harzmaterial ein Epoxidharz ist.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, beinhaltend den Schritt des Bereitstellens einer Gussmanschette (23) (potting sleeve) innerhalb der besagten Form, um die erste und zweite Schicht des Materials aufzunehmen, wobei die besagte Gussmanschette Mittel zur Haftung (25) aufweist, um die Anhaftung der besagten Materialien zu fördern.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, worin die besagten Mittel zur Haftung ein Aufrauen derjenigen Oberfläche der Manschette beinhalten, welche in Kontakt mit den besagten Materialien ist.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die besagten Mittel zur Haftung eine oder mehrere Vorsprünge und/oder Einbuchtungen beinhalten, die auf derjenigen Oberfläche der Manschette gebildet sind, welche in Kontakt mit den besagten Materialien ist.
  6. Apparat zum Vergießen von Hohlfasermembranen, beinhaltend: Eine Form (5) zum Aufnehmen der Enden (6) der besagten Hohlfasermembranen (7); Mittel zum Bilden einer ersten Schicht (20) aus aushärtbarem Harzmaterial in einem nicht-ausgehärteten Zustand um die besagten Fasermembranenden in der besagten Form; Mittel zum Aufbringen einer zweiten Schicht (21) aus Polyurethanharzmaterial auf die besagte erste Schicht vor dem vollständigen Aushärten der besagten ersten Schicht, wobei das besagte Polyurethanharzmaterial der zweiten Schicht chemisch reaktiv ist gegenüber dem besagten Material der ersten Schicht unter Bildung einer Klebeverbindung zwischen diesen und wobei das besagte Polyurethanharzmaterial der zweiten Schicht eine höhere Flexibilität aufweist als das Material der besagten ersten Schicht, wenn jede Schicht vollständig ausgehärtet ist; wobei die Gießform separate Mittel (11, 15) zum Einfließen der ersten und zweiten Schicht in die Form beinhaltet, und wobei der besagte Apparat weiterhin eine Zentrifuge (13) beinhaltet, wobei die Materialien der Zentrifuge zugeführt werden, bevor man sie entlang einer Rohrleitung oder einem Schlauch in die Form einfließen läßt, wobei der Apparat dadurch charakterisiert ist, dass er Mittel zum Überwachen der Temperaturänderungen innerhalb der besagten ersten Schicht aufweist, um den Zustand des Aushärtungsprozesses der ersten Schicht zu bestimmen, um den optimalen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem die zweite Schicht aufgebracht wird.
  7. Der Apparat gemäß Anspruch 6, wobei die besagte Zentrifuge separate Abschnitte (14, 17) aufweist, um die entsprechenden Materialien der ersten und zweiten Schicht aufzunehmen.
  8. Der Apparat gemäß Anspruch 6 oder 7, der weiterhin eine Gussmanschette (23) innerhalb der besagten Form beinhaltet, um die besagten ersten und zweiten Schichten an Materialien aufzunehmen, wobei die besagte Gussmanschette Mittel zur Haftung (25) aufweist, um die Anhaftung der besagten Materialien zu fördern.
  9. Der Apparat gemäß Anspruch 8, wobei die Mittel zur Haftung ein Aufrauen derjenigen Oberfläche der Manschette beinhalten, welche in Kontakt mit den besagten Materialien ist.
  10. Der Apparat gemäß Anspruch 8, wobei die Mittel zur Haftung einen oder mehrere Vorsprünge und/oder Einbuchungen beinhalten, die auf derjenigen Oberfläche der Manschette gebildet sind, welche in Kontakt mit den besagten Materialien ist.
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