Mehrkern-Kanal-Hohlfasermembran-Spinndüse

10. Details zur Zusammenarbeit und technische Ergebnisse:

LSJ Filter Technology, ein chinesischer Spezialist für Membranforschung und -entwicklung, startete 2017 ein Projekt zur Entwicklung leistungsstarker Mehrkanal-Kompositmembranen. Ziel war es, die Engpässe im Durchfluss und die Stofftransportbeschränkungen herkömmlicher Einkanal-Hohlfasern zu überwinden. Der Kunde plante, im Multi-Core-Spinning-Verfahren mehrere gleichmäßig verteilte Strömungsführungskanäle innerhalb einer einzelnen Faser zu erzeugen und so eine „Ein-Mantel-Mehrkern“-Struktur zu realisieren. Diese Architektur vergrößert die spezifische Oberfläche signifikant, senkt den Filtrationswiderstand und verbessert den hydraulischen Transport. Dadurch eignet sie sich für Anwendungen mit hoher Belastung und hoher Verschmutzungsneigung in der Umwelttechnik sowie in der Wasseraufbereitung.

Die Mehrkern-Spinndüse von Trustech ermöglicht es, dass die Polymerlösung entlang der äußeren Schicht der Düse fließt, während die Porenflüssigkeit (Porenbildner) durch mehrere präzise angeordnete Mikroöffnungen im Inneren zugeführt wird. Dadurch entsteht eine spezielle Hohlfaser mit mehreren parallelen internen Kanälen innerhalb eines einzelnen Strangs. Die zentrale Herausforderung bei der Entwicklung der Trustech-Mehrkern-Spinndüse bestand darin, die strukturelle Gleichmäßigkeit und die gleichbleibende Leistung der fertigen Fasern sicherzustellen. Dies erfordert, dass jede Porenflüssigkeitsöffnung in der Spinndüse hinsichtlich Größe, Geometrie und interner Strömungseigenschaften hochgradig einheitlich ist. Selbst geringfügige Abweichungen können zu ungleichmäßigen Porenflüssigkeitsgeschwindigkeiten führen, was wiederum unregelmäßige Mehrkanalstrukturen zur Folge hat und die Trenngenauigkeit sowie die mechanische Festigkeit beeinträchtigt.

I. Durchbrüche bei Mehrkern-Spinndüsen: Gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung im Bohrloch und Strukturoptimierung

● Mehrkern-Verteilungsdesign: Die Trustech-Mehrkern-Spinndüse nutzt einen äußeren Spinnstoffstrom mit Mehrfachdüsen-Fluidverteilung und unterstützt 3-, 4-, 5- und 7-Kern-Konfigurationen. Durch die Verwendung einer konischen Führung und eines Querstromteilers werden identische Düsengrößen gewährleistet und die Fluidverteilungsschwankungen auf unter 3 % begrenzt, wodurch die Gleichmäßigkeit der Faserstruktur grundlegend sichergestellt wird.

● Präzise Steuerung der Bohrungsöffnungen: Bei einer Öffnungstoleranz von ±0,002 mm und einer Montagekonzentrizität von 0,005 mm liegt die Abweichung des Bohrungsöffnungsdurchmessers innerhalb von 0,004 mm; die Schwankung der Faserwandstärke beträgt <5 %, was die Flusskonsistenz und die Trenneffizienz deutlich verbessert.

● NIPS-Kompatibilität: Maßgeschneiderte, gestufte Strömungsführungsstrukturen regulieren die Diffusionsraten der Bohrflüssigkeit und der Polymerlösung im Koagulationsbad, vermeiden lokal dichte oder lockere Bereiche in der Faser und verbessern die Gleichmäßigkeit der Porenverteilung.

II. Optimierung des NIPS-Prozesses: Phasentrennungskontrolle und Verbesserung der Faserleistung

● Schnelle Phasentrennungsabstimmung: Eine Antiquellstruktur in der Mehrkern-Spinndüse reguliert die Austauschrate zwischen der Bohrflüssigkeit und dem Koagulationsbad (z. B. Wasser/DMAC-Mischungen) und bildet so ein gleichmäßiges Komposit aus fingerartigen und schwammartigen Poren. Dies erhöht die Druckfestigkeit und stabilisiert den Fluss (Schwankung < 5 %).

● Optimierung der Hydrophilie: Eine gleichmäßige Verteilung der Bohrflüssigkeit führt zu einer gleichbleibenden Oberflächenhydrophilie; der Wasserkontaktwinkel sinkt und der Reinstwasserfluss ist hoch, und die Antifouling-Wirkung wird deutlich verbessert.

● Materialzuverlässigkeit: Die Edelstahl-Spinndüse verfügt über eine Oberflächenhärtung für verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für den Langzeiteinsatz mit NIPS-Lösungsmitteln wie DMAC.

III. Flexible Mehrkernkonfigurationen und verbesserte Produktionseffizienz

● Flexible Kernanzahloptionen: Trustech bietet anpassbare Designs mit 3 bis 7 Kernen, sodass Kunden die für spezifische Wasseraufbereitungsszenarien (z. B. kommunales Abwasser, industrielles Abwasser) geeignete Kernanzahl wählen können. Dies ermöglicht einen schnellen Übergang vom Labormaßstab zur Massenproduktion.

● Steigerung der Produktionseffizienz: Die Mehrkernkonstruktion erhöht die effektive Filtrationsfläche pro Einheit der Schleuderzeit um das 3- bis 5-Fache im Vergleich zu herkömmlichen Einkern-Spinndüsen, wodurch der Durchsatz gesteigert und die Produktionskosten gesenkt werden.

● Einfache Wartung: Erhältlich in konventioneller Ausführung oder mit abnehmbaren Bohrflüssigkeitskernmodulen; ein defekter Kern kann unabhängig ausgetauscht werden, was die Wartung vereinfacht und eine Anpassung an Materialzusammensetzungsänderungen ermöglicht.