[發明專利]基于超聲波焊接的PTFE中空纖維復合膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010037321.4
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111111472A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 黃賦;沈紅梅;馮姝姝;劉有喜;吳昊;徐志鵬
• 申請（專利權）人: 浙江開創環保科技股份有限公司
• 主分類號: B01D71/36
• 分類號: B01D71/36;B01D69/12;B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 浙江哲鼎律師事務所 33318
• 代理人: 呂瑞瓊

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及并公開了一種基于超聲波焊接的PTFE中空纖維復合膜，包括聚四氟乙烯分離層和中空纖維支撐管，還包括至少一條焊接加固條，聚四氟乙烯分離層螺旋繞包在支撐管外表面，焊接加固條超聲環焊在聚四氟乙烯分離層外。本發明還公開了PTFE中空纖維復合膜的制備方法，包括如下步驟：1）繞包及定型；2）超聲波焊接。本發明的PTFE中空纖維復合膜剝離強度高，可有效防止分離層在復雜工況下長期運行或承受反洗高壓時從支撐管上剝落，且支撐管使用耐高溫材料，克服耐壓性低缺陷的同時，擴大了支撐材料的選擇范圍，大大降低了生產成本。其制備方法焊接速度快、強度高、能耗低，可以實現對焊區的精準加工。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種基于超聲波焊接的PTFE中空纖維復合膜及其制備方法。

背景技術

中空纖維膜具有較高的裝填密度，在各種形態的膜材料中應用最為廣泛，其材質主要包括聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯腈（PAN）等。但是這些材質的中空纖維膜抗污染性能一般，而且在某些強酸、強堿或強氧化等極端工況下無法使用。聚四氟乙烯（PTFE）樹脂具有優異的物理化學性質，可用于極端惡劣環境，被認為是一種具有極大潛力的制膜材料。然而也正是由于其穩定的物理化學性質，不溶不熔，導致其加工成型困難。目前一般采用先糊料擠出后拉伸方法制備聚四氟乙烯中空纖維膜，由于是單向拉伸工藝，孔徑較大且難以控制，不能滿足高精度分離和過濾的要求。

為了克服單向拉伸工藝的缺陷，研究者開發了復合型的聚四氟乙烯中空纖維膜。最初是將雙向拉伸聚四氟乙烯薄膜繞包在聚四氟乙烯支撐管上，然后再高溫熱處理，由于分離層的縱、橫向收縮均大于支撐管的徑向收縮，從而將分離層抱緊在支撐管上。但是聚四氟乙烯支撐管的耐壓性較低，而且大量使用聚四氟乙烯材料，導致成本高昂。

專利CN201410119738.X公開了一種聚四氟乙烯非均相中空纖維膜的制備方法，將膨體聚四氟乙烯繞包在有機套管上，然后高溫燒結（300~400 ℃）得到聚四氟乙烯非均相中空纖維膜。該方法克服了聚四氟乙烯支撐管耐壓性較低的問題，擴大了支撐材料的選擇范圍，使得降低成本成為可能。但是僅靠高溫燒結難以使聚四氟乙烯分離層與異質支撐管牢固結合，在復雜工況下長期運行或承受反洗高壓時，分離層極易從支撐管上剝落，導致膜組件使用壽命大打折扣。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種聚四氟乙烯中空纖維復合膜分離層與支撐層牢固結合，可有效防止分離層在復雜工況下長期運行或承受反洗高壓時從支撐管上剝落，從而延長膜組件使用壽命的基于超聲波焊接的PTFE中空纖維復合膜及其制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用如下的技術方案：

基于超聲波焊接的PTFE中空纖維復合膜，包括聚四氟乙烯分離層和中空纖維支撐管，還包括至少一條焊接加固條，所述聚四氟乙烯分離層螺旋繞包在支撐管外表面，焊接加固條環焊在聚四氟乙烯分離層外。多條環焊條使得焊接牢固，分離層和支撐管之間剝離強度大。

作為優選，所述焊接加固條沿支撐管軸向的寬度為0.3~0.8mm。焊接寬度越大，能量分散越大，焊接效果越差，有可能無法焊接。焊接寬度小于0.3 mm，則剝離強度較低。

作為優選，所述聚四氟乙烯分離層幅寬≤相鄰焊接加固條之間間距≤6倍聚四氟乙烯分離層幅寬。相鄰焊接加固條之間間距是影響復合膜整體剝離強度的關鍵因素。如果間距太小，則焊接過密，浪費有效膜面積；間距太大則焊接過疏，會存在大面積的剝離強度薄弱面。

作為優選，所述聚四氟乙烯分離層平均孔徑為0.1~1.0μm，厚度為5~60μm，幅寬為5~20mm。

作為優選，所述超聲波環焊間隔距離為1.0~10.0cm。

作為優選，所述中空纖維支撐管內徑為0.5~3.0mm，外徑為1.0~5.0mm。