● Auswirkungen der Phasentrennung: Inkompatible Restlösungsmittel (z. B. DMF) verändern die Koagulationsrate – übergroße Poren oder defekte Oberflächen – was zu einer Verringerung des Flusses/der Selektivität führt.
● Materialverunreinigung: Restliche korrosive Stoffe (starke Säuren/Basen) reagieren mit der Membran (z. B. PA-Hydrolyse); Metallpartikel können sich einlagern und die Rückhaltung verringern.
● Biokompatibilität: Medizinische Membranen erfordern sehr niedrige Rückstände (z. B. Ethanol ≤ 10 ppm), um unerwünschte Reaktionen zu vermeiden.
● Korrosionsbeschleunigung: Restliches Cl⁻ (z. B. aus der HCl-Reinigung) verursacht Lochfraß in Edelstahl.
● Speziell entwickelt: Maßgeschneidert für ein bestimmtes Material – z. B. lösungsmittelbeständige Beschichtungen für PVDF, hochfeste Materialien für PA, Keramikbeschichtungen für CTA, Titan für PA zur Verhinderung von Hydrolyse. Höhere Präzision/Stabilität, erfordert jedoch häufige Produktwechsel in Anlagen mit mehreren Produkten.
● Empfehlung: Bei hohem Durchsatz empfiehlt sich ein Universalgerät, um die Kosten zu senken; bei hohen Präzisionsanforderungen (z. B. Hämodialyse) sollte ein dediziertes Gerät gewählt werden, um die Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.
● Rheologischer Einfluss: Temperatur/Druck entsprechend anpassen.
● Thermische Empfindlichkeit: Einige Additive zersetzen sich bei hohen Temperaturen und bilden Gele in toten Zonen – was zu Verstopfungen führt.
● Unlösliche Additive/Nanofüllstoffe (TiO₂, CNTs, Aktivkohle):
● Hohe Empfindlichkeit – Hauptrisiko ist Verstopfung. Partikelgröße ≤ 1/5 der Öffnung (z. B. ≤ 20 μm bei 0,1 mm Öffnungsdurchmesser), mit ausgezeichneter Dispersion (keine Agglomeration).
● Abrieb: Harte Füllstoffe verschleißen Öffnungen und Kapillaren und verschieben so kritische Abmessungen.
● Agglomeration: Sammelt sich an Verengungen/Öffnungen an und verursacht Verstopfungen.
● Sedimentation: Dichte Füllstoffe setzen sich in scherarmen Totzonen ab.
● Sicherheitsfaktor:
● Branchenübliche Praxis: 3–4 für kontinuierliche Präzisionschemieanlagen.
● Formel (vereinfacht): Zulässiger Betriebsdruck ≈ Streckgrenze / Sicherheitsfaktor.
● Beispiel: Die Streckgrenze von Edelstahl 304 liegt bei einer Temperatur von ca. 240 MPa; bei einem Sicherheitsfaktor von 4 beträgt die zulässige Spannung ca. 60 MPa. Der tatsächliche Auslegungswert liegt aus Sicherheitsgründen deutlich darunter.
● Nitrieren (z. B. Ionennitrieren): Erhöht die Oberflächenhärte (HV ≥ 1000) und die Korrosionsbeständigkeit; geeignet für Hochtemperatur-TIPS und chlorierte Medien; gut für PSf/PES-Spülungen. Weniger beständig gegenüber fluorierten Lösungsmitteln; mäßige Hydrophobie; geringere Reduzierung von Hang-ups als bei DLC; kann die Rauheit leicht erhöhen.
● Allgemeines Prinzip: Bei starken Lösungsmitteln (z. B. DMF) ist DLC vorzuziehen; bei hohen Temperaturen/Drücken ist Nitrieren vorzuziehen. Die Verträglichkeit der Beschichtung muss stets geprüft werden, um chemische Schäden zu vermeiden.
● Material zuerst: SUS304/316L bevorzugen; Beschichtungen nur für extreme Bedingungen (hoher Feststoffgehalt/hoher Verschleiß) nach Langzeitvalidierung in Betracht ziehen.
● Nicht unbedingt „je niedriger, desto besser“:
● Abnehmende Erträge unterhalb von Ra ~0,4 μm bei stark steigenden Kosten.
● Ausnahmen: Ultraglatte Wände können das Wandgleiten hochelastischer Schmelzen verändern; Systeme mit hohem Feststoffgehalt (>30 %) können Gleit-Haft-Pulsationen aufweisen. Einige Systeme zeigen ein optimales Rauheitsfenster.
● Übermäßiges Polieren kann die Bildung nützlicher Schmierfilme verringern; bei viskoseartigen geladenen Kolloiden kann die Adsorption die Spinnbarkeit verschlechtern.
● Problem: Raue Oberflächen erhöhen die Reibung, wodurch Restflüssigkeit zurückbleibt, die Gele bildet und nachfolgende Läufe verunreinigt.
● Optimierung: Durch Polieren eine geringe Rauheit (Ra ≤ 0,8 μm) anstreben, um Verschmutzungen und Hänger zu vermeiden.
● Exzentrizität: Beschädigungen können ungleichmäßige Klemmkräfte hervorrufen, wodurch kleine Biegemomente entstehen, die die interne Strömungsausrichtung verzerren und zu exzentrischen Fasern führen.
● Verschleißeffekte: Vergrößerung der Öffnung, Abrundung der Kanten, Mikrorisse verursachen:
● Höherer Durchfluss → dünnere Wände.
● Geringere Scherkräfte → lockerere Haut.
● Höhere Exzentrizität → geringere Festigkeit.
● Chargenvariabilität: Selbst identische Zeichnungen führen zu Mikroabweichungen in Öffnung/Spalt, Konzentrizität und Oberflächenbeschaffenheit – was die Spinndynamik und die Membranleistung (Fluss, Rückhaltung, Festigkeit) verändert.
● Qualitätsmanagement: Hohlfaserspinndüsen sind als kritische Anlagen zu behandeln; die Nutzungshistorie ist mit der Produktleistung abzugleichen; bei Überschreitung der Toleranzgrenzen sind sie auszusortieren/aufzuarbeiten.
● Druckmessung: Verwenden Sie Hochgeschwindigkeits-Druckaufnehmer am Einlass der Hohlfaserspinndüse; achten Sie auf pumpensynchrone Welligkeit.
● Korrelationstest: Pumpendrehzahl ändern; folgt die Fehlerperiode, ist eine starke Kopplung angezeigt.
● Pumpenverschleiß ausschließen: Sicherstellen, dass die Wellenbildung nicht ausschließlich auf mechanische Probleme der Pumpe (Zahnradeingriff, Verschleiß) zurückzuführen ist.
● Hauptursache: Die Nachgiebigkeit des Systems (Leitungssteifigkeit/-länge), die Kompressibilität des Spannmittels und die Pumpenwelligkeit bilden eine Resonanz, die die Druckwellen verstärkt.
● Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion: Chloride verursachen Spannungsrisskorrosion in Edelstählen. Bei möglicher Chloridexposition (Rohstoffe, Reinigungswasser) ist 316L vorzuziehen; für extreme Bedingungen empfiehlt sich Hastelloy C-276.
● Grundlage: Wählen Sie Materialien mit nachgewiesener Beständigkeit gegenüber den zu erwartenden Lösungsmitteln, Oxidationsmitteln und der SCC-Umgebung.
● Zu hohe Temperatur: Thermische Zersetzung; niedrige Viskosität; Brüche im Luftspalt; Risse/Hohlräume im Querschnitt.
● Gleichmäßige Temperaturregelung: Erzeugt dichte, rissfreie Querschnitte; verbessert die Durchmessergleichmäßigkeit und die mechanischen Eigenschaften.
● Viskositätsgradienten: Heißere Zonen → niedrigeres μ → schnellere Strömung → geringere Schwellung; kühlere Zonen → höheres μ → langsamere Strömung → größere Schwellung; führt zu Unterschieden im Lochdurchmesser.
● Phasentrennungskinetik: Die Temperatur beeinflusst direkt den Austausch zwischen Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel; eine ungleichmäßige Temperatur führt zu unterschiedlichen Porengrößen/Porositäten über die gesamte Platte hinweg.
● Lokale Hotspots: Niedrigeres μ → schnellere Strömung → dünnere Wände; gröbere fingerförmige Poren.
● Lokale Kältezonen: Verzögerte Phasentrennung → dickere Haut oder schwammartige Struktur; geringerer Fluss.
● Umfangs-ΔT: Verursacht Ungleichmäßigkeiten der Wandstärke, Exzentrizität und sogar spiralförmige Fasern.
● Axiales ΔT (TIPS): Vorzeitige Erstarrung vor dem Austritt führt zu instabiler Extrusion.
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