喷丝头的制作方法

1.本公开涉及用于在相转化过程中生产中空纤维膜的喷丝头。


背景技术：

2.应用于医疗设备(如毛细管透析器和毛细管过滤器)的半渗透中空纤维膜大多采用相转化过程来制造。通常使用具有带有两个同心孔口、外环缝(outer ring slit)和中心孔的喷嘴的喷丝头。聚合物溶液通过喷嘴的外环缝被挤出到沉淀浴中，同时中心流体通过喷嘴的内孔被挤出。
3.为了生产具有所需尺寸的中空纤维，通过喷嘴的中心流体的准确的体积流动(volume flow)体积流动很重要。中心流体在一定压力下提供给喷丝头。为了精确调节中心流动，在液体流动路径中提供了生成压力增加的节流阀。节流阀用作流动调节器。具有长达100mm长度的长管通常用作节流阀。液体流动中的压力增加通过管的内径和长度来设定。对于所需的压力增加，管被切割成所需要的长度。压力增加和相关的流动计量在切割后不能改变，并且管必须装在容器中以保护其免受机械损坏
4.本公开的一个目的是提供一种喷丝头，该喷丝头允许精确控制通过喷丝头的中心流体的体积流动并且具有紧凑的设计。
5.ep3147024a1公开了一种喷丝头，其包括第一通路、第二通路和第三通路，通过第一通路提供聚合物溶液，通过第二通路提供鞘液(sheath liquid)，通过第三通路提供芯体气流。
6.us2016/279579a1公开了一种中空纤维膜纺丝喷嘴，包括成膜树脂溶液流过的树脂流道，树脂流道包括存储形成膜树脂溶液的液体存储部分和将成膜树脂溶液成型为圆柱形的成型部分，并满足条件(a)至(c)中的至少一个：(a)树脂流道被设置成使成膜树脂溶液分支和合并；(b)在树脂流道中设置用于延迟成膜树脂溶液流动的延迟装置；以及(c)液体存储部分或成型部分包括用于其中的成膜树脂溶液的分支和合并装置。
7.ep3657056a1公开了一种差压损失阀，包括阀壳，该阀壳包含：套筒，包含在其内表面形成的连续圆柱形螺旋螺纹；以及圆柱形载体，包含在其外表面形成的圆柱形螺旋螺纹。当通道载体定位在套筒内时，套筒圆柱形螺纹的一部分与通道载体圆柱形螺旋螺纹结合，并且在它们之间形成复合通道。
8.us4634434a1公开了一种用在医疗设备中用于调节流体流动的流动调节器，其具有阀体，该阀体具有流体必须流过的螺旋流动通道。为了便于快速调节流体，槽的间距和深度均从流动调节设备的一端向另一端逐渐变化，槽的深度随着槽间距的变细而变小。阀件相对于阀体可纵向移动，并且通过螺纹阀杆的旋转或通过阀杆的纵向移动来为调节纵向位置做准备以快速调节流速。螺旋槽的横截面可以是矩形的，也可以是v形的。提供合适的装置用于密封以防止通过阀门调节装置的泄漏。
9.us2964288a1公开了一种计量阀，包括内部圆柱形主体、主体中的螺纹、主体一端的轴向入口、围绕入口的第一阀座、主体中与入口间隔开横向出口、通过其另一端螺纹被接
纳在主体中的阀主轴、在主轴一端用于与第一阀座配合的第二阀座，主轴在其紧邻第二阀座的端部具有环形凹口，主轴上的光滑圆柱形表面与主体的螺纹紧密配合。当阀座彼此接合时，表面从凹口至少延伸到出口，以在入口和出口之间限定螺旋路径，以及旋转主轴以调节螺旋路径长度的装置。


技术实现要素：

10.提供一种喷丝头芯体，其允许精确控制通过喷丝头芯体的中心流体的体积流动。喷丝头芯体可以代替传统喷丝头中的芯体并且节省了安装空间，否则需要中心流体流动控制单元。
附图说明
11.图1是本公开的喷丝头所使用的毛细管插件的一个实施例的纵截面图。
12.图2是包括本公开的喷丝头芯体的一个实施例的喷丝头的纵截面图；
13.图3是包括本公开的喷丝头芯体的实施例的双喷丝头的纵截面图。
具体实施方式
14.本公开提供一种喷丝头芯体，其允许精确控制通过喷丝头芯体的中心流体的体积流动。喷丝头芯体可以代替传统喷丝头中的芯体并且节省了安装空间，否则需要中心流体流动控制单元。本公开还提供一种用于生产中空纤维膜的喷丝头，其包括喷丝头芯体。
15.本公开的喷丝头由两个独立的构建块组成，喷丝头主体和喷丝头芯体组装以形成喷丝头。喷丝头主体在其上侧具有通向空腔的孔口，第二构建块被插入其中。喷丝头因此包括喷丝头主体和设置在喷丝头主体的对应空腔中的本公开的至少一个喷丝头芯体。在一个实施例中，喷丝头是双喷丝头，即喷丝头主体具有用于喷丝头芯体的两个空腔。
16.第一构建块，即喷丝头主体，限定用于聚合物溶液的隔室的外壁和位于喷丝头主体底面的喷丝头喷嘴的环形缝的外壁。喷丝头主体具有用于聚合物溶液的管状导管，其连接到喷丝头中用于聚合物溶液的隔室，该隔室由喷丝头主体的空腔的内表面和喷丝头芯体的外表面限定，以及具有用于中心流体的管状导管，其连接到喷丝头芯体中用于中心流体的对应的进料端。在该实施例中，其中，喷丝头主体具有用于喷丝头芯体的两个空腔，这些空腔由用于聚合物流体的另一导管连接，并且用于中心流体的导管连接到两个喷丝头芯体的对应的进料端。
17.本公开的喷丝头在其底部具有至少一个喷嘴，该喷嘴具有两个同心孔口、外环缝和中心孔口。喷嘴的外环缝连接到喷丝头中用于聚合物溶液的隔室，喷嘴的中心孔口通过毛细管连接到喷丝头芯体中用于中心流体的腔室。
18.第二构建块，即本公开的喷丝头芯体，限定了用于聚合物溶液的隔室的内壁，并且包括毛细管座、连接到座的侧向开口的用于中心流体的进料端、以及位于座下方的用于中心流体的腔室、与腔室流体连通并且位于腔室的底部的毛细管，该座与进料端和腔室流体连通。其下端包括螺纹部分的毛细管插件设置在座中。螺纹部分的外径与座的内径相匹配，并且螺纹部分的螺纹与座的内壁一起限定螺旋毛细管。毛细管插件通过致动器在座中可垂直移动。在一个实施例中，喷丝头芯体具有轴对称形状。
19.当组装喷丝头时，用于中心流体的腔室连接到毛细管，该毛细管延伸到喷丝头主体中的喷嘴。毛细管还限定了喷丝头喷嘴的环形缝的内孔口和内壁。用于中心流体的进料端的孔口与喷丝头主体中用于中心流体的管状导管对齐，并且具有相同的内径。
20.本公开的喷丝头包含用于聚合物溶液的进料端。进料端为喷丝头的喷嘴供应聚合物溶液。进料端连接到用于聚合物溶液的隔室，该隔室由喷丝头主体的内壁和喷丝头芯体的外表面限定。该用于聚合物溶液的隔室采用围绕喷丝头芯体形成的旋转对称外壳的形式，并且连接到喷丝头主体中用于聚合物溶液的管状导管。
21.喷丝头芯体具有用于毛细管插件的座。该座采用具有圆形横截面的腔室的形式。腔室与用于中心流体的进料端和位于座下方用于中心流体的腔室流体连通。在一个实施例中，座采用圆柱形腔室的形式。在另一个实施例中，座包括在其上部的圆柱形部分和在其下部的圆锥形部分。在其他实施例中，座包括在其上部的圆柱形部分和在其下部的漏斗形部分，漏斗形部分通向用于中心流体的腔室。
22.毛细管插件存在于座中。在一个实施例中，毛细管插件具有圆形横截面。毛细管插件包括位于其下端的螺纹部分。螺纹部分的外径与座的内径相匹配。螺纹部分与座的内壁表面一起限定螺旋毛细管。螺旋毛细管的有效长度可以通过升高或降低座内的毛细管插件来改变。当毛细管插件向上移动时，螺旋毛细管的有效长度减小，导致较小的液体压力增加。当毛细管插件向下移动时，螺旋毛细管的有效长度增加，导致较大的液体压力增加。当毛细管插件处于液体在其最顶端转弯处进入螺纹部分的位置时，螺旋毛细管的有效长度和压力增加变得最大。毛细管插件的螺纹部分的长度等于或小于从座的圆柱形部分的底部到用于中心流体的进料端的孔口的距离。在座内的最低位置，毛细管插件关闭了流经喷丝头芯体的液体流动，因为流体不再能进入毛细管插件的螺纹。
23.毛细管插件在座内的垂直运动是由合适的致动器引起的。致动器选自液压、气动、电动、磁力、热力和机械致动器。示例包括线性致动器，诸如柱塞或活塞，以及基于螺杆的致动器，诸如动力螺杆、滚珠螺杆或滚子螺杆。
24.在一个实施例中，螺纹部分上方的毛细管插件部分由螺纹套筒保持，即外表面具有螺纹的套筒。螺纹套筒布置在设置于喷丝头芯体中的对应的座内。用于螺纹套筒的座位于用于毛细管插件的座的上方。用于螺纹套筒的座在其内壁表面具有螺纹。螺纹被配置为与螺纹套筒外表面上的螺纹相互作用。通过旋转螺纹套筒，毛细管插件可以在座中上下移动，因此改变由毛细管插件上的螺纹与用于毛细管插件的座的内壁表面形成的螺旋毛细管的有效长度。
25.在一个实施例中，螺纹套筒由塑料材料构成。塑料材料优选地对中心流体耐受。在一个实施例中，塑料材料是聚甲醛(pom)。塑料材料为零件提供一定的柔韧性，便于与毛细管插件和设置在喷丝头芯主体的内壁表面上的螺纹相互作用。喷丝头芯主体、毛细管插件和喷丝头主体通常由金属构成，如不锈钢。
26.在一个实施例中，螺纹套筒沿其纵向轴线延伸具有中心孔，并且毛细管插件通过延伸穿过螺纹套筒并进入毛细管插件的紧固元件保持在螺纹套筒内。在一个实施例中，紧固元件是螺栓或螺杆。在一个实施例中，在毛细管插件的轴上沿其中心纵向轴线设置螺纹孔。
27.在一个实施例中，毛细管插件的轴，即螺纹部分上方的部分，具有与螺纹部分的外
径相同的外径。在另一个实施例中，轴的外径小于螺纹部分的外径。在进一步的实施例中，轴包括与螺纹部分相邻的第一圆柱形部分和与第一圆柱形部分相邻的第二圆柱形部分。第二圆柱形部分的直径小于第一圆柱形部分的直径，使得在第一圆柱形部分的顶侧、第二圆柱形部分的底部形成周向凸缘。凸缘可用于支撑螺纹套筒并锁定将毛细管插件紧固到螺纹套筒的紧固元件。
28.本公开的喷丝头芯体显着减少了喷丝头的空间需求。它允许单独调节喷丝头中的中心流体压力，从而调节通过喷丝头的中心流体的流速。喷丝头芯体是可更换的，可用于不同的喷丝头。通过喷丝头芯体的中心流体流动可以在喷丝头芯体安装在喷丝头之前被校准，即，在独立的校准设备或校准装置(arrangement)中被校准。本公开还提供了一种用于生产中空纤维膜的方法，包括：向本公开喷丝头的用于聚合物溶液的进料端供给聚合物溶液，同时向用于中心流体的进料端供给中心溶液，通过本公开的喷丝头的喷嘴的外环缝挤出聚合物溶液，并同时通过本公开的喷丝头喷嘴的中心孔口挤出中心流体。
29.用于生产半渗透中空纤维膜的合适的聚合物溶液和合适的中心流体是本领域众所周知的。比如，一种溶液包含：1)至少一种聚砜、聚醚砜或聚芳醚砜，以及2)至少一种聚乙烯吡咯烷酮可以用作聚合物溶液。在一个实施例中，将至少一种聚砜、聚醚砜或聚芳醚砜和至少一种聚乙烯吡咯烷酮溶解在3)n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)和水的混合物中。在一个实施例中，水和nmp的混合物被用作中心流体。
30.现在将参考附图进一步解释本公开的喷丝头芯体和喷丝头。
31.图1示出了在本公开的喷丝头芯体中使用的毛细管插件20的示例性实施例的纵截面图。毛细管插件20包括其下端的螺纹部分21。螺纹部分21在插入相应的喷丝头芯体中时提供螺旋毛细管。
32.在所示实施例中，第一圆柱形部分22和第二圆柱形部分23位于螺纹部分21上方。第一圆柱形部分22具有小于螺纹部分21外径的直径，而第二圆柱形部分23具有小于第一圆柱形部分22外径的直径，使得在第一圆柱形部分22的顶侧、第二圆柱形部分23的底部形成周向凸缘。
33.在其他实施例中，第一段22和第二段23的直径相同，即，毛细管插件20包括其下部的螺纹部分21和螺纹部分21上方的圆柱形部分。在其他实施例中，螺纹部分21和第一圆柱形部分22的外径一致。
34.在所示的实施例中，毛细管插件20具有10mm的总长度，螺纹部分具有3.4mm的长度，第一圆柱形部分22具有1.6mm的长度，第二圆柱形部分23具有5mm的长度。在所示的实施例中，螺纹部分具有5mm的外径，第一圆柱形部分22具有4mm的外径，第二圆柱形部分23具有3mm的外径。螺纹部分21中的螺距为0.5mm，螺纹高度为0.2mm，其深度为0.17mm。毛细管插件20被配置为在2bar(g)的压力下运行，并提供4ml/min的流速，精度为
±
0.5ml/min。
35.在所示的实施例中，在第二圆柱形部分23中设置中心螺纹孔24。孔延伸通过第二圆柱形部分23进入第一圆柱形部分22。
36.图2是包括本公开的喷丝头芯体10的实施例的喷丝头100的纵截面图。喷丝头芯体10已被插入喷丝头主体30的空腔33中。喷丝头主体30在其底部具有喷嘴31，其包括在空腔33底部的圆形孔口。喷丝头主体具有用于聚合物溶液的导管(未示出)，该导管与空腔33流体连通。用于中心流体的导管32也设置在喷丝头主体30中。导管32连接到喷丝头芯体10中
用于中心流体的对应的进料端11。喷丝头芯体10具有用于毛细管插件20的座12。座12与进料端11和位于座12下方的中心流体腔室13流体连通。在中心流体腔室13的底部，定位有毛细管14，该毛细管14延伸进入喷嘴31中并且限定喷嘴31的内孔口和喷嘴31的外环缝的内边界。
37.如图1所示的毛细管插件20位于座12内。螺杆26将毛细管插件20锁定在螺纹套筒25内。螺纹套筒25位于设置于喷丝头芯体10中的对应的座15内。座15在其内壁表面上具有螺纹16。螺纹16被配置为与螺纹套筒25的外表面上的螺纹相互作用。通过旋转螺纹套筒25，毛细管插件20可以在座12中上下移动，因此改变毛细管插件20上的螺纹与座12内壁表面形成的螺旋毛细管的有效长度。
38.图3是包括本公开的喷丝头芯体10的实施例的双喷丝头200的纵截面图。两个一致的喷丝头芯体10已被插进双喷丝头主体30的两个对应的空腔中。双喷丝头主体30具有用于由进料管路(未示出)提供的聚合物溶液的端口35和连接双喷丝头主体30的两个空腔的聚合物溶液导管34。当操作双喷丝头200时，进料端35周围的密封环36防止聚合物溶液的泄漏。参考符号列表10 喷丝头芯体11 用于中心流体的进料端12 用于毛细管插件的座13 中心流体腔室14 毛细管15 用于螺纹套筒的座16 螺纹20 毛细管插件21 螺纹部分22 第一轴部分23 第二轴部分24 螺纹孔25 螺纹套筒26 螺杆30 喷丝头主体31 喷嘴32 中心流体导管33 空腔34 聚合物溶液导管35 聚合物溶液端36 密封环100 喷丝头200 双喷丝头