一种滤膜膜液的试验制备装置及控制方法

技术领域

本发明涉及到过滤膜的试验设备领域，尤其涉及到一种滤膜膜液的试验制备装置及控制方法。

背景技术

现有的滤膜主要以中空纤维膜为主，由于其体积小、效率高的特点，得到大量的应用和改进，但是其自身存在价格高昂、寿命短等缺点。因此，现有厂商开始对膜的成分配方、调制流程作出改进，以求在降低成本的前提下获得质量稳定可靠的膜，或是获得性能更为优越的膜，以应用在超净水处理方面。

管式复合膜是由基膜和表膜组成的一种呈管状的复合膜管，其中表膜设置在基膜的内径/外径表面(实心式基膜的表膜只设置在外径表面)，并且管式复合膜现在得到了大量应用，因此，调制的新膜液大多也用于组成管式复合膜进行试验。

现有的滤膜制备流程一般均是：调制材料配方比例，材料+溶剂调制溶液，溶液混合，搅拌混合过程中的养护(温度、搅拌速度)，膜液采样并喷涂试验。其中，膜液制备的设备、流程均已经成熟，由于制备的新膜液一般是少量的，而少量的膜液试验在现有设备中进行试验较为麻烦，在涂刷过程前后需要降低外界带来的影响(尘埃)。

现有的喷涂设备为生产用的大型设备，其喷涂制作大量试验品较为经济，但是少量试验品非常不经济。而手动浸泡涂、喷涂，容易导致涂层分布过于不均匀，在喷涂期间也易沾附灰尘，对制作者的实验环境和手法有一定要求。

因此，亟需一种能够解决以上一种或多种问题的滤膜膜液的试验制备装置及控制方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的一种或多种问题，本发明提供了一种滤膜膜液的试验制备装置及控制方法。本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种滤膜膜液的试验制备装置，包括：纯水箱、排水箱和膜液箱，纯水箱输出纯水，排水箱收集废水，膜液箱输出膜液；下筒，所述下筒设置有上端开口的浸泡空腔，所述浸泡空腔的底部设置有水口，所述下筒设置有排液口，所述排液口与所述浸泡空腔、排水箱连接，所述下筒的底部设置有底座，所述底座内安装有换向阀，所述换向阀与所述水口、纯水箱、排水箱连接；

喷涂筒，所述喷涂筒的筒壁上安装有若干个喷头，所述喷头与膜液箱连接，所述喷涂筒安装在所述下筒的上端开口处；

上筒，所述上筒的筒壁设置有第一导向部，所述第一导向部沿筒壁朝内侧延伸，所述上筒的安装在所述喷涂筒上；

移动支架，所述移动支架设置有与所述第一导向部对应的第二导向部，所述移动支架的上端设置有支座，所述支座设置有安装室，所述移动支架滑动安装在所述上筒内；

电机，所述电机安装在所述安装室内，所述安装室通过密封盖密封；

中间轴，所述中间轴与所述电机的输出轴连接，所述中间轴转动安装在所述移动支架的下端，所述中间轴被上下限位，所述中间轴设置有连接部，所述连接部用于与基膜连接，所述连接部上安装有固定件，所述固定件用于将基膜的一端固定在所述连接部上；

中空轴电机，所述中空轴电机固定安装在所述上筒的上端，所述中空轴电机螺纹连接有连接轴；

限位压盖，所述限位压盖将所述连接轴的一端上下限位安装在所述支座的上端；

所述连接轴中空设置，所述电机的线路穿过所述密封盖进入到所述连接轴内。

在一些实施例中，还包括：内环，所述内环设置有环槽，所述环槽的直径大于基膜的直径，所述内环的上端面设置有收集槽，所述内环的外侧面安装有胶圈，所述内环安装在所述下筒内，所述排液口位于所述内环的下侧；进一步地，所述环槽的内侧面上设置有指槽。

在一些实施例中，所述连接部的自由端呈锥形；所述上筒的外侧面上设置有挂耳。

以及滤膜膜液的试验制备装置的控制方法，其包括：S010，在执行喷涂工作前，设定所述移动支架的移动速率V1、V2，设定所述喷头的喷涂压力P，设定所述喷头的工作时间T1、T2，设定所述喷头的停止时间T3，设定所述中间轴的转动速率V3；

S020，直线喷涂，在所述喷头对基膜进行喷涂期间，所述电机不驱动所述中间轴进行转动，所述中空轴电机驱动所述移动支架移动；

S030，旋转喷涂，在所述喷头对基膜进行喷涂期间，所述电机驱动所述中间轴进行转动，所述中空轴电机驱动所述移动支架移动；

S040，执行喷涂，所述喷头对基膜进行第一阶段喷涂和第二阶段喷涂，所述第一阶段喷涂为所述直线喷涂/所述旋转喷涂，所述第二阶段喷涂为所述旋转喷涂/所述直线喷涂；

S041，执行所述第一阶段喷涂，所述移动支架的移动速率为V1，所述喷头的喷涂压力为P，所述喷头、所述移动支架的工作时间为T1，若所述第一阶段喷涂为所述旋转喷涂，则所述中间轴的转动速率为V3，所述中间轴的工作时间为T1；

S042，停止阶段，在所述第一阶段喷涂执行完毕后，所述喷头停止喷涂，所述中间轴停止转动，所述移动支架执行移动，所述移动支架的工作时间为T3，所述喷头的停止时间为T3；

S043，执行所述第二阶段喷涂，所述移动支架的移动速率为V2，所述喷头的喷涂压力为P，所述喷头、所述移动支架的工作时间为T2，若所述第二阶段喷涂为所述旋转喷涂，则所述中间轴的转动速率为V3，所述中间轴的工作时间为T2；

S044，在完成所述第一、二阶段喷涂后，所述移动支架下移，使得基膜被喷涂的地方完全进入到所述下筒内；

S050，养护，纯水箱往所述下筒内注入纯水，纯水将基膜被喷涂的地方浸没；

S060，结束，在所述养护结束后，所述下筒内的液体被排入到所述排水箱内，然后取出养护后的基膜。

进一步地，还包括：S051，静止养护，纯水箱注入纯水的高度低于所述排液口，纯水箱在注入完成后停止纯水注入，养护时间为T4；

S052，流动养护，纯水箱持续进行纯水的注入，在纯水从所述排液口中流出时，所述纯水箱的注水量小于或等于所述排液口的排水量，养护时间为T5；

若所述静止养护和所述流动养护均需要执行，则最先执行所述静止养护。

进一步地，还包括：还包括：S053，混合养护，将纯水箱内的纯水替换为甘油与纯水的混合液，先将所述下筒内的纯水排干净，然后注入所述混合液进行养护，养护时间为T6；

若需要执行所述混合养护，则所述混合养护最后执行。

本发明取得的有益价值是：本发明通过上述制备装置实现对外径18-25mm(内径8-15mm或实心)、长度10-25cm的基膜进行膜液外涂、养护工作，能够方便地制作出试验用途的复合膜管/膜棒；相对手动进行浸泡涂、喷涂而言，能够有效避免喷涂期间膜液、基膜与外界接触，以及避免转移样品进行养护期间与外界接触，进而降低尘埃对喷涂、转移的影响，降低实验环境要求，实现在同一器材内完成喷涂、养护工作；能够执行环绕式直线喷涂、环绕式旋转喷涂，方便试验两种不同喷涂方式带来的表层结构，并且在基膜足够长的情况下对同一基膜执行两种不同的喷涂方式，在养护结束后通过裁剪来取得两种不同喷涂方式的复合管膜/膜棒；提高新配方膜液在短小的基膜上的喷涂、养护效率。以上极大地提高了本发明的实用价值。

附图说明

图1为本发明的示意图I；

图2为本发明的示意图II；

图3为本发明的上筒的爆炸图；

图4为本发明的移动支架的爆炸图I；

图5为本发明的移动支架的爆炸图II；

图6为本发明的下筒的爆炸图；

图7为本发明的下筒的剖视图；

图8为本发明的内环示意图；

图9为本发明进行喷涂时的剖视图；

图10为本发明进行养护时的剖视图；

图11为本发明的控制方法的示意框图。

【附图标记】

10···纯水箱20···排水箱30···膜液箱40···换水箱50···基膜

101···下筒102···浸泡空腔103···水口104···排液口110···底座

111···换向阀

120···内环121···环槽122···收集槽123···胶圈124···指槽

201···喷涂筒202···喷头

301···上筒302···筒壁303···第一导向部304···挂耳310···移动支架

311···第二导向部312···中间轴313···连接部314···固定件

320···支座321···密封盖322···电机323···驱动板401···中空轴电机

410···连接轴411···限位压盖420···上盖。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加浅显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例限制。

如图1-图10所示，本发明公开了一种滤膜膜液的试验制备装置，包括：纯水箱10、排水箱20和膜液箱30，纯水箱10输出纯水，排水箱20收集废水/输出清洗水，膜液箱30输出膜液；

下筒101，结合图6-图7，所述下筒101设置有上端开口的浸泡空腔102，所述浸泡空腔102的底部设置有水口103，所述下筒101设置有排液口104，所述排液口104与所述浸泡空腔102、排水箱20连接，所述下筒101的底部设置有底座110，所述底座110内安装有换向阀111，所述换向阀111与所述水口103、纯水箱10、排水箱20连接；

所述换向阀111一般为两位三通电磁阀，用于进行所述下筒101的注水和排水动作；

喷涂筒201，结合图2、图9-图10，所述喷涂筒201的筒壁上安装有若干个喷头202，所述喷头202与膜液箱30连接，所述喷涂筒201安装在所述下筒101的上端开口处；

上筒301，结合图2、图3，所述上筒301的筒壁设置有第一导向部303，所述第一导向部303沿筒壁朝内侧延伸，所述上筒301的安装在所述喷涂筒201上；

移动支架310，结合图3-图5，所述移动支架310设置有与所述第一导向部303对应的第二导向部311，所述第一导向部303和所述第二导向部311为凸缘与凹槽的配合，所述移动支架310的上端设置有支座320，所述支座320设置有安装室，所述移动支架310滑动安装在所述上筒301内；

电机322，所述电机322安装在所述安装室内，所述安装室通过密封盖321密封；

中间轴312，结合图3、图4，所述中间轴与312所述电机322的输出轴连接，所述中间轴312转动安装在所述移动支架310的下端，所述中间轴312被上下限位，所述中间轴312设置有连接部313，所述连接部313的自由端呈锥形，所述连接部313用于与基膜连接，所述连接部313上安装有固定件314，所述固定件314用于将基膜50的一端固定在所述连接部313上；

中空轴电机401，所述中空轴电机401固定安装在所述上筒301的上端，所述中空轴电机401螺纹连接有连接轴410；

限位压盖411，所述限位压盖411将所述连接轴410的一端上下限位安装在所述支座320的上端；

所述连接轴410中空设置，所述电机322的线路穿过所述密封盖321进入到所述连接轴410内，线路经过所述连接轴410与外部控制端电连接。

需要说明的是，排水箱20、纯水箱10内设置有水泵，排水箱40内可设置有两个箱体，一个箱体用于收集废液，另一箱体用于存储清水(如：图1中的换水箱40)，存储的清水被泵入到所述排液口104处，对所述下筒101进行清洗；膜液箱30内设置氮气瓶、保压装置及对应的传输管路，通过保压装置输出氮气瓶内的氮气，进而输出箱内存储的膜液，保压装置的管路连接有数字/指针式气压表。特别地，所述纯水箱10内设置有保温结构和加热装置，用于对存储的纯水进行加热、保温。排水箱20、纯水箱10、膜液箱30可为本领域常用设备。

需要说明的是，所述中空轴电机401、所述电机322与外部控制端电连接，控制端可为PC、树莓派或其他嵌入式终端，排水箱20、纯水箱10内的水泵、电磁阀门也与外部控制端电连接，膜液箱30内的保压装置、电磁阀门、电子气压计也与外部控制端电连接，通过控制端运行程序实现设备的自动化运作和监控，以及输出数据(液体余量、工作时常)、设置定时提醒。

基膜的规格一般为：外径18-25mm(内径8-15mm或实心)、长度10-25cm，基膜的材料为超高分子量聚乙烯(-(-CH2-CH2-)-n-)，基膜采用烧结冷却的方式制作。长度大于30cm的基膜不适用于本装置进行喷涂和养护，过长的基膜夹持不稳，并且在旋转时其尾端晃动幅度会增大。本装置使用的所述喷涂筒201为常规喷涂设备，其呈圆环状，内环壁上设置多个喷头202，外环壁上可设置多个进液口，所述喷涂筒201和所述喷头202的材质为不锈钢，所述上筒301、所述下筒101的材质也为不锈钢。

需要指出的是，所述固定件314通过拧合压紧的方式将基膜50固定在所述连接部313上。所述电机322的驱动板323可设置在所述安装室内，所述上筒301的上端面安装有上盖420，所述中空轴电机401安装在所述上盖420，所述上盖420设置有透气孔，所述透气孔设置有过滤塞；所述连接轴410在转动时，所述连接轴410的一端在所述限位压盖411内转动。如图3所示，所述上筒301的外侧面上设置有挂耳304，所述挂耳304用于连接外部固定的支架，支架带着所述上筒301进行升降，进而方便基膜50的装入和取出。

如图6-图8所示，还包括：内环120，所述内环120设置有环槽121，所述环槽121的直径大于基膜50的直径，所述内环120的上端面设置有收集槽122，所述内环120的外侧面安装有胶圈123，所述内环120安装在所述下筒101内，所述排液口104位于所述内环120的下侧。特别地，所述环槽121的内侧面上设置有指槽124，用于取出所述内环120。在使用时所述内环120被所述喷涂筒201压入到所述下筒101内，所述内环120通过所述胶圈123固定在所述下筒101内，所述内环120用于收集所述喷头202上滴落的膜液，避免滴落的膜液在养护的纯水表层形成膜液层。

如图9所示，在所述中空轴电机401的驱动下，所述移动支架310带着基膜50上移，期间所述喷头202对基膜50进行喷涂；如图10所示，所述移动支架310被限位固定，喷涂了膜液的基膜50泡在纯水中进行养护，纯水的液面在所述内环120之下。

由于基膜进行喷涂、养护的移动行程较长，而所述连接轴410不能被喷涂膜液和浸泡，因此使用所述中空轴电机401进行驱动，使得所述连接轴410能够进行移动，避免被喷涂膜液和浸泡；为保障透气性和密封性，所述上盖420设置有透气孔，且透气孔设置有过滤塞，所述移动支架310也可将其下侧的空间密封，此时所述移动支架310内也可设置有透气孔、过滤塞。

以及上述滤膜膜液的试验制备装置的控制方法，其包括：S010，在执行喷涂工作前，设定所述移动支架310的移动速率V1、V2(或是所述中空轴电机401的转速)，设定所述喷头202的喷涂压力P(一般为0.015-0.04Mpa之间)，设定所述喷头202的工作时间T1、T2(T1可等于T2，工作时间由上下方向上的喷涂行程L决定，T1＝L1/V1、T2＝L2/V2，喷涂行程L由使用者根据基膜的长度L0决定，基膜长度L0＝L+XL，XL为夹持固定段加其他不喷涂段)，设定所述喷头202的停止时间T3，设定所述中间轴312(即所述电机322)的转动速率V3；

其中V1、V2一般在0.2-0.8m/min内，V3一般在40-120r/min内，T3＝XL1/Vx，Vx为所述移动支架310的任意移动速率，XL1为直线喷涂和旋转喷涂之间的过渡不喷涂段(由使用者设定，一般为1-3cm)；

S020，直线喷涂，在所述喷头202对基膜50进行喷涂期间，所述电机322不驱动所述中间轴312进行转动，所述中空轴电机401驱动所述移动支架310移动；

S030，旋转喷涂，在所述喷头202对基膜50进行喷涂期间，所述电机322驱动所述中间轴312进行转动，所述中空轴电机401驱动所述移动支架310移动；

S040，执行喷涂，所述喷头202对基膜50依次进行第一阶段喷涂和第二阶段喷涂，所述第一阶段喷涂为所述直线喷涂/所述旋转喷涂，所述第二阶段喷涂为所述旋转喷涂/所述直线喷涂；

S041，执行所述第一阶段喷涂，所述移动支架310的移动速率为V1，所述喷头202的喷涂压力为P，所述喷头202、所述移动支架310的工作时间为T1，若所述第一阶段喷涂为所述旋转喷涂，则所述中间轴312的转动速率为V3，所述中间轴312的工作时间为T1；

S042，停止阶段，在所述第一阶段喷涂执行完毕后，所述喷头202停止喷涂，所述中间轴312停止转动，所述移动支架310执行移动，所述移动支架310的工作时间为T3，所述喷头202的停止时间为T3；

S043，执行所述第二阶段喷涂，所述移动支架310的移动速率为V2，所述喷头202的喷涂压力为P，所述喷头202、所述移动支架310的工作时间为T2，若所述第二阶段喷涂为所述旋转喷涂，则所述中间轴312的转动速率为V3，所述中间轴312的工作时间为T2；

S044，在完成所述第一、二阶段喷涂后，所述移动支架310下移，使得基膜50被喷涂的地方完全进入到所述下筒101内；

S050，养护，纯水箱10往所述下筒101内注入纯水，纯水将基膜被喷涂的地方浸没；

S051，静止养护，纯水箱10注入纯水的高度低于所述排液口104，纯水箱10在注入完成后停止纯水注入，养护时间为T4(5-120min)，可进行多次的静止养护(每次均需换水)，当进行两次并且是换水后连续进行的静止养护时，第一次T4可为10min，第二次T4可为90min；

S052，流动养护，纯水箱10持续进行纯水的注入，在纯水从所述排液口104中流出时，所述纯水箱10的注水量小于或等于所述排液口104的排水量，养护时间为T5(5-30min)；

若所述静止养护和所述流动养护均需要执行，则最先执行所述静止养护；

S053，混合养护，将纯水箱10内的纯水替换为甘油与纯水的混合液(甘油：纯水＝3：100)，先将所述下筒101内的纯水排干净，然后注入所述混合液进行养护，养护时间为T6(10-30min)；

若需要执行所述混合养护，则所述混合养护最后执行；

S060，结束，在所述养护结束后，所述下筒10内的液体被排入到所述排水箱20内，然后取出养护后的基膜，此时得到复合膜管/膜棒。

复合膜管/膜棒裁掉固定的一端进行过滤试验，若同一复合膜管/膜棒使用了两种喷涂方式，则还需要进行再次裁剪。

需要说明的是，直线喷涂时喷涂的重叠部分呈直线，旋转喷涂时喷涂的重叠部分呈螺旋线。养护时间T4-T6是由使用者通过以前收集的数据推算得出的经验值，可进行多次调整。

流动养护的目的是缩短养护时间，但是需要不断注入活水和排水，不断注入活动的纯水能够保障水体的温度不变、更换纯水，但需要控制注入速率，不能过大。在流动养护期间，所述水口103不断注入纯水，所述排液口104不断排出废水。

综上所述，本发明通过上述制备装置实现对外径18-25mm(内径8-15mm或实心)、长度10-25cm的基膜进行膜液外涂、养护工作，能够方便地制作出试验用途的复合膜管/膜棒；相对手动进行浸泡涂、喷涂而言，能够有效避免喷涂期间膜液、基膜与外界接触，以及避免转移样品进行养护期间与外界接触，进而降低尘埃对喷涂、转移的影响，降低实验环境要求，实现在同一器材内完成喷涂、养护工作；能够执行环绕式直线喷涂、环绕式旋转喷涂，方便试验两种不同喷涂方式带来的表层结构，并且在基膜足够长的情况下对同一基膜执行两种不同的喷涂方式，在养护结束后通过裁剪来取得两种不同喷涂方式的复合管膜/膜棒；提高新配方膜液在短小的基膜上的喷涂、养护效率。以上极大地提高了本发明的实用价值。

以上所述的实施例仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。