一种高强度内压复合编织管膜及其制备方法与流程

本发明属于膜分离，具体涉及一种高强度内压复合编织管膜及其制备方法。

背景技术：

1、管式复合分离膜因其流道宽敞、抗污堵能力强，广泛应用于垃圾渗滤液、高盐废水零排放及高固含特种物料分离等苛刻工况领域。为了承受错流过滤时的较高运行压力，管式膜通常采用具有一定机械强度的多孔支撑体作为内衬骨架，在其表面复合高分子分离层。

2、传统的管式膜支撑体多采用无纺布（如聚酯无纺布）卷绕焊接成型。然而，无纺布支撑管式膜存在显著的结构缺陷：首先，超声波卷绕焊接缝处易出现焊接缺陷导致强度低，另外焊缝处因焊接致密导致铸膜液无法渗透入焊接处无纺布层，成膜后膜层与无纺布粘结不牢，反压易剥离；其次，无纺布支撑管本身的爆破强度小于3mpa，无法使用在高压环境。另外，在面对复杂的工业流体和频繁的高压脉冲反洗时，膜层易出现破裂、剥离等。

3、在采用纤维编织管作为内衬支撑体的技术中，早期的制备通常采用“先编织、后涂膜”的两步法非连续工艺。例如，美国专利us 3,676,193披露了一种整体支撑管式膜的成型过程。该工艺需要先将纤维编织成管状支撑物，随后将其插入一个更大直径的支撑管中以维持形状。最后，在管内放入一个内部中空并带有出液孔的涂膜芯棒，通过移动芯棒或编织管，将聚合物溶液挤出并涂覆在编织管内壁上。这种两步法工艺存在显著的工程缺陷：其不仅需要预先成型编织管并借助外部硬质套管进行辅助支撑，导致生产效率低下且难以实现工业化连续生产。

4、为了解决两步法无法连续生产的工程痛点，中国发明专利cn 103949166 b公开了一种内压式纤维增强滤膜的制备方法。该技术采用三通道喷丝板，使中空编织管、铸膜液和内凝固芯液在喷丝头处同时共挤出，从而实现了制膜过程的连续化。

5、该方案解决了连续生产的问题，但在面对恶劣的高污堵工况及大口径特种分离需求时，该技术路线在宏观结构与微观相转化动力学上存在以下有待改进之处：

6、第一、骨架支撑刚度不足。该工艺采用的编织纤维纤度仅为30-400dtex（27-360d，1dtex=0.9d）。使用这种低旦数细纤维编织的支撑管整体骨架较软。在实际工业运行中，当系统施加较高压力的反向冲洗时，这种软质骨架无法提供足够的径向抗压支撑力，极易导致流道发生向内屈曲塌陷，导致原本正圆形的流道发生严重的扁平化变形，进而引发流道机械性闭塞或膜管整体失效。

7、第二、快速相转化使得铸膜液在纤维网格内的渗透深度受限，影响膜层的锚固强度。该工艺在喷丝板的最内侧通道强制引入了内凝固芯液。当高分子铸膜液刚从模头挤出、尚未有充分时间向外围纤维网格的深处进行渗透时，其内表面便瞬间接触到内凝固芯液，引发相转化。这种快速相转化导致铸膜液表面迅速固化并失去流动性，使得分离层仅仅以浅表层状态附着在编织管表面。正是由于缺乏深层贯穿纤维支撑网格的几何互锁，该膜层的界面结合力极弱。在实际高频反洗时，外部反洗流体会轻易透过编织管缝隙，将薄弱的分离层从纤维骨架上整体顶起，导致大面积剥离、鼓起甚至撕裂，极大地限制了其在苛刻环境下的使用寿命。

8、第三、现有三通道工艺不仅在机械结构上异常复杂（需采用分离式组合设计以避免物理干涉，装配要求高，容易造成偏心导致涂膜薄厚不均）。由于纤维纤度小，在制备同样内径的编织管时，需要锭数更多的设备，导致设备投资高，占地大，能耗高。

9、因此，如何简化涂膜装置，打破传统三通道共挤出工艺中内凝固芯液导致的相转化过快壁垒，在实现一步法连续同步编织涂膜的同时，利用纯机械物理压实工艺将铸膜液强行挤入纤维网格深处，制备出能够在超高反压下保持流道几何稳定、不脱层的高强度管式分离膜，成为当前膜分离技术领域亟待解决的工程技术瓶颈。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种高强度内压复合编织管膜，通过大旦数纤维骨架与高分子分离层的深层立体互锁，显著改善编织管膜在高压反洗下易变形、膜层易剥离的工程技术痛点。本发明的另一目的在于提供上述管膜的制备方法，打破传统三通道共挤出工艺中复杂喷丝板结构、“内凝固芯液”导致瞬间分相、膜层结合不牢的问题。本发明的目的在于提供上述管膜及其组件在流体分离、浓缩与纯化中的应用。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明的第一个目的在于，提供一种高强度内压复合编织管膜，包括纤维编织支撑层以及复合于所述纤维编织支撑层内表面的分离层；

4、所述纤维编织支撑层由单一纤度或多种不同纤度的纤维编织而成，所述纤维的纤度为400d~3000d；

5、所述分离层由高分子材料形成，并至少部分进入所述纤维编织支撑层的纤维网格缝隙内，与所述纤维编织支撑层形成机械互锁；

6、所述复合编织管膜为内压式管膜结构，且所述复合编织管膜的耐反压能力大于200kpa，即在大于200kpa反向水压作用下仍可保持流道稳定，并减少分离层鼓起、破裂及剥离现象。

7、进一步地，所述纤维的纤度为400d~2500d。

8、进一步地，所述纤维编织支撑层的纤维材质选自聚酯（pet）、聚丙烯（pp）、聚乙烯（pe）、聚酰胺（pa）、聚醚醚酮（peek）、聚四氟乙烯（ptfe）、聚乳酸（pla）、聚苯硫醚（pps）或液晶聚芳酯（lcp）中的一种或多种。

9、进一步地，所述高分子材料选自酚酞基聚芳醚酮（pek-c）、聚偏氟乙烯（pvdf）、聚醚砜（pes）、聚砜（psf）、聚丙烯腈（pan）、聚氯乙烯（pvc）、聚酰胺（pa）、纤维素衍生物或聚醚酰亚胺（pei）中的一种或多种。

10、进一步地，所述复合编织管膜的内径为3mm~15mm。

11、本发明的第二个目的在于，提供一种高强度内压复合编织管膜的制备方法，用于制备上述所述的高强度内压复合编织管膜，包括以下步骤：

12、（1）在纤维编织机连续向下编织形成纤维编织支撑管的同时，将内涂芯棒同轴定位于编织汇聚点下方，并将铸膜液同步涂覆于连续行进的所述纤维编织支撑管的内表面；

13、（2）使涂覆后的复合编织管膜经过空气浴，以使所述铸膜液在进入凝固浴发生相转化之前继续向所述纤维编织支撑管的纤维网格缝隙内部进行径向深层渗透；

14、（3）使经过空气浴的复合编织管膜进入凝固浴中进行相转化，使所述铸膜液固化形成分离层。

15、进一步地，所述内涂芯棒沿轴向依次包括连接段、储液段和抹平段；

16、所述连接段用于与铸膜液输送管道相连通，且所述连接段的外径小于所述纤维编织支撑管的内径；

17、所述内涂芯棒内部设有沿轴向延伸的中心流道，所述中心流道延伸至所述储液段；

18、所述储液段呈径向凹陷状，其外径小于所述连接段和所述抹平段的外径，以在所述内涂芯棒与所述纤维编织支撑管内壁之间形成环形储液槽；

19、所述储液段沿径向设有与所述中心流道连通的出液孔，以使所述铸膜液流出至所述环形储液槽；

20、所述抹平段的外径大于所述储液段的外径，并与所述纤维编织支撑管的内径之间形成预设间隙，以对从所述环形储液槽流出的铸膜液施加径向挤压，使所述铸膜液进入所述纤维网格缝隙并对所述分离层进行均匀刮涂。

21、进一步地，所述空气浴的长度为5cm~30cm。

22、本发明的第三个目的在于，提供一种高强度内压复合编织管膜构成的膜组件，包括膜壳以及封装于所述膜壳内部的膜管束；

23、所述膜管束由多根上述所述的高强度内压复合编织管膜组成；

24、所述复合编织管膜的两端通过灌封材料浇注固化并密封固定于所述膜壳的两端，从而在所述膜壳内部形成相互物理隔离的料液侧通道与产水侧通道；

25、所述料液侧通道由所述复合编织管膜的内腔构成，所述产水侧通道由所述复合编织管膜外壁与所述膜壳内壁之间的环隙构成。

26、进一步地，所述膜组件适用于反向冲洗工况，在运行过程中允许向所述产水侧通道施加大于200kpa的反向冲洗压力，且所述复合编织管膜不发生明显流道形变或所述分离层剥离；所述膜壳的材质选自硬聚氯乙烯（upvc）、氯化聚氯乙烯（cpvc）、聚丙烯（pp）、玻璃纤维增强塑料（frp）、304不锈钢、304l不锈钢、316不锈钢、316l不锈钢或2205双相不锈钢中的一种。

27、本发明的第四个目的在于，提供所述管膜或所述膜组件在流体分离、浓缩与纯化中的应用。

28、进一步地，所述应用领域选自环保水处理、生物医药加工、食品加工、化工特种分离或工业流体处理中的至少一种。

29、进一步地，所述环保水处理包括具有高频高压反洗工况的废水处理，所述废水处理选自垃圾渗滤液处理、高盐废水零排放预处理、煤化工灰水处理、钛白粉洗水回用、磷酸铁合成纯化、油田采出水处理、气田压裂液废水处理、矿井水处理或电镀废水处理。

30、进一步地，所述生物医药加工包括中药提取液澄清、酶制剂纯化、植物提取物澄清、玉米芯酸解制木糖澄清或生物发酵液澄清；所述工业流体处理包括冷却循环水净化、工艺用水制备或废水资源化回用。

31、进一步地，所述食品加工包括乳制品除菌、果汁澄清或酿造废水回收；所述化工特种分离包括催化剂回收、产品提纯或母液分离。

32、本发明相比现有技术具有以下优点：

33、1. 卓越的抗高压与抗形变能力：本发明摒弃了常规的小纤度纤维，选用400d至3000d的大纤度纤维编织支撑层，能承受5mpa以上过滤压力，同时大幅提升了支撑管在反压时的抗形变能力。

34、2. 极强的抗膜层剥离能力（深层立体互锁）：本发明使用芯棒进行内涂膜，芯棒在编织管内，铸膜液具有一定的挤出压力能够更好地渗入编织层，同时结合一段空气浴保证铸膜液渗透深度，分离层连续贯穿并锚固于所述纤维编织支撑层的纤维网格缝隙内，形成了极强的机械物理锚固和几何互锁效应，从而显著降低了膜层在高压反洗下的脱层和剥离。

35、3. 高稳定性的连续化生产：本发明通过特定的一步法工艺，将纤维向下编织成型与单通道同轴涂覆无缝结合。由于无需引入复杂的流体（芯液）压力控制，以及复杂的喷丝板装配要求，极大地降低了生产设备的调试难度，提高了连续量产的良品率和产品尺寸的一致性。

36、4. 更优异的分离性能：使用相同配方和工艺制备出的管膜相比传统无纺布管膜的通量更大。

37、5. 广泛的高难工况适配性：本发明管膜不仅适用于常规水处理，在90℃以下高温、高固含、高粘度物料的频繁高压反洗工况下，保持流道形状稳定与膜层完整性，解决了传统无纺布管膜在生物医药提取、化工特种分离等领域易脱层、寿命短的工程痛点。

38、6. 本发明设备投资低、占地小、能耗低。