一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法。該膜的制備方法：首先用涂層技術(shù)將已配置的不銹鋼粉末懸浮液A，B依次制備于剛性內(nèi)模外表面，干燥后形成均勻的膜層；再將彈性外模、彈性堵頭、固定槽以及多根已涂覆有膜層的內(nèi)模組成模具，將兩種粗細(xì)不同的不銹鋼粉末按一定比例均勻混合后填滿外模與內(nèi)模之間的空腔。兩端固定后放入密封套內(nèi)采用冷等靜壓壓制成型，脫模后將坯體在保護(hù)氣或真空下高溫?zé)Y(jié)，即可制得高度非對(duì)稱的多通道型多孔不銹鋼膜。本發(fā)明可以制得無缺陷，通量高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的多通道型非對(duì)稱型不銹鋼膜。
【專利說明】一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬膜【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多孔不銹鋼膜材料的制備工藝，尤其涉及一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膜分離技術(shù)以其分離效果好、產(chǎn)品質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性好、基本沒有相變、可在常溫下連續(xù)操作、無二次污染、可拓展性好，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化擴(kuò)產(chǎn)需求、設(shè)備可自動(dòng)運(yùn)行，穩(wěn)定性好，維護(hù)方便，與傳統(tǒng)工藝相比節(jié)省能耗，并且還特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理等優(yōu)點(diǎn)，在石化、能源、制藥、環(huán)保、生物工程等過濾分離領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
[0003]膜材料分為有機(jī)膜和無機(jī)膜，其中有機(jī)膜穩(wěn)定性差，使用條件苛刻，其適用范圍受到很大的限制；無機(jī)膜分為陶瓷膜和多孔不銹鋼膜，其中陶瓷膜存在脆性，制作成本較高，相反不銹鋼膜具有孔徑可控、耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕、抗微生物能力強(qiáng)、滲透量大、可清洗性強(qiáng)、分離性能好和使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在石油化工、醫(yī)藥、生物和食品等領(lǐng)域的過濾工藝中得到廣泛應(yīng)用。
[0004]隨著工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的多孔不銹鋼無法同時(shí)滿足高過濾精度與大通量的要求，而非對(duì)稱不銹鋼膜能很好地解決了這一矛盾，膜層提供較高的過濾精度，支撐體保證了機(jī)械強(qiáng)度，兼具精度與通量的雙重要求。因此，以死端過濾的模式在低固含量固液分離體系中大量使用，過濾優(yōu)勢(shì)非常明顯。然而，在高固含量體系中，由于膜層表面極易形成厚厚的濾餅層，影響過濾效果，導(dǎo)致其使用受到限制。理想的解決方式是將膜材料制成多通道結(jié)構(gòu)，采用錯(cuò)流工藝可有效減緩濾餅層的形成，提高過濾效率。但到目前為止，市面上還沒有多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜出現(xiàn)。
[0005]專利CN102133768A和CN102078962A公開了兩種制作多通道型金屬濾芯的模具和方法，采用冷等靜壓技術(shù)成型后高溫?zé)Y(jié)，獲得多通道型多孔金屬。專利CN103691330A公布了一種梯度不銹鋼膜管的制備方法，首先在管式剛性模具外表面制備不銹鋼膜層，然后將大粒徑不銹鋼粉末添加至剛性模具與彈性模具之間的空腔中，冷等靜壓壓制成型后燒結(jié)，制得梯度管式不銹鋼膜。專利CN103585897A提供一種多通道型陶瓷/金屬?gòu)?fù)合膜的制備方法，是將陶瓷層先制備于剛性內(nèi)芯表面形成膜層，再將不銹鋼粉末填充至由多支已經(jīng)制備陶瓷層的內(nèi)芯與外模間組成模具的空腔內(nèi)，壓制形成后燒結(jié)制得多通道型陶瓷/金屬?gòu)?fù)合膜。如果本領(lǐng)域技術(shù)人員想要開發(fā)一種多通道型不銹鋼膜，將該模具設(shè)計(jì)成包括外模和多個(gè)安裝在該外模內(nèi)的芯棒的結(jié)構(gòu)，不銹鋼膜層先制備在芯棒表面應(yīng)該是顯而易見的。但是，僅僅采用上述模具與工藝是不可能獲得完整不銹鋼膜材料。這是由于不銹鋼粉末與陶瓷相比，粒徑大，密度高，很難直接在光亮的芯棒表面直接形成均勻的膜層；彈性密封頭在壓制泄壓過程中回彈，導(dǎo)致密封處漏油，坯體受力破損；此外支撐層粉體的粒徑要超過膜層粉體粒徑，兩者很難在同一溫度下實(shí)現(xiàn)共燒。因此，非對(duì)稱多孔不銹鋼的制備需在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上開發(fā)一種全新的制備工藝。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種制備多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的方法。
[0007]本發(fā)明的針對(duì)制備多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的特殊需求進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì):
[0008](I)有針對(duì)性地將光亮的金屬芯棒粗糙化。為使得坯體易于脫模，并具備平整的膜層，模具的芯棒必須采用平整光亮的金屬芯棒。然而，這對(duì)于不銹鋼粉末涂層而言是及其不利的，直接涂層，根本不可能獲得完整的涂層。解決方式是將芯棒表面粗糙化，以利于不銹鋼粉末層的制備。
[0009](2)采用整體包裹的方式取代端面密封，以防止漏油與坯體破損。金屬粉末經(jīng)冷等靜壓壓制，體積必然隨著壓力上升發(fā)生縮減，在壓力卸載過程中，外模與封頭的回彈，必然導(dǎo)致液壓油進(jìn)入坯體，或者封頭彈力導(dǎo)致坯體破損。解決方式是采用可形變的固定部件固定芯棒，再將整個(gè)模具包覆密封后壓制。
[0010](3)通過調(diào)配支撐層粉體粒徑與燒結(jié)工藝控制實(shí)現(xiàn)膜層與支撐層的完美共燒。透過在制備支撐層的粉體內(nèi)添加細(xì)粉的方式降低其燒結(jié)溫度，使膜層與支撐層的粉體在相近的溫度下實(shí)現(xiàn)共燒結(jié)，此法即保證強(qiáng)度，又使膜層與支撐層燒結(jié)在一起，提供其附著力。此夕卜，由于膜層在內(nèi)側(cè)，支撐層在外側(cè)，在升溫接近膜層燒結(jié)溫度時(shí)，急速升溫至支撐層燒結(jié)溫度，再快速降溫，實(shí)現(xiàn)支撐層與膜層分區(qū)燒結(jié)，以滿足兩層各自的燒結(jié)要求。
[0011]本發(fā)明的具體技術(shù)方案:(I)將制備膜層的不銹鋼粉末配置成A、B兩種懸浮液；
(2)采用涂層技術(shù)先將懸浮液A制備于光亮致密的剛性內(nèi)模外表面，干燥后使其形成粗糙表面；(3)再采用涂層技術(shù)將懸浮液B制備于粗糙內(nèi)模表面形成均勻的膜層；(4)將外模、彈性堵頭、固定槽與一定數(shù)量已涂覆有膜層的內(nèi)模組成模具，將兩種粗細(xì)不同的不銹鋼粉末按一定體積比均勻混合后填滿外模與內(nèi)模之間的空腔；(5)兩端固定后放入密封套內(nèi)采用冷等靜壓壓制成型，脫模后將坯體直接在保護(hù)氣或真空下脫脂、高溫?zé)Y(jié)，制得高度非對(duì)稱的多通道型多孔不銹鋼膜。
[0012]所述的制備膜層的不銹鋼粉未的平均粒徑為0.5_50um,優(yōu)選為l_25um ;懸浮液A中不銹鋼粉末的濃度為0.l-100g/L，優(yōu)選為0.l-10g/L ;懸浮液B中不銹鋼粉末的濃度為50-1000g/L，優(yōu)選為50-200g/L。所述懸浮液中溶劑優(yōu)選水、乙醇:添加的分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇縮丁醛或聚乙烯醇，甲基纖維素、聚甲基纖維素。涂層技術(shù)為浸潰提拉法、濕法噴涂法、旋轉(zhuǎn)涂覆法。所述制備基體兩種不同粒徑的不銹鋼粉，至少有一種粉粒徑大于制備膜層的不銹鋼粉粒徑，且兩種粒徑不同的不銹鋼粉末平均粒徑分別為50-500um和0.5-50um,體積比為1-100。所述的剛性內(nèi)模為金屬芯棒；彈性外模材質(zhì)為塑料、娃膠、橡膠等。所述的冷等靜壓成型壓力為150-400MPa，壓制時(shí)間1-900S。所述的燒結(jié)在真空或還原性氣氛下進(jìn)行，升溫速率5-50°C /min，燒結(jié)溫度為800-1300°C，降溫速率10_100°C /min。
[0013]有益效果:
[0014]通過有針對(duì)性地將光亮的金屬芯棒粗糙化，有利于不銹鋼膜層的制備，獲得均勻光亮的膜層；采用整體包裹的方式取代端面密封，有效防止漏油與坯體破損；通過調(diào)配支撐層粉體粒徑與燒結(jié)工藝，實(shí)現(xiàn)膜層與支撐層的完美共燒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為雙層結(jié)構(gòu)多通道不銹鋼膜冷等靜壓成膜示意圖。[0016]圖2為雙層結(jié)構(gòu)多通道不銹鋼膜成型截面圖。
[0017]圖1中標(biāo)記:(I)彈性外模；(2)不銹鋼基體；(3)不銹鋼膜層；(4)彈性堵頭；(5)剛性內(nèi)模；(6)固定槽。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以具體實(shí)施例為限，而是由權(quán)利要求加以限定。
[0019]實(shí)施例1
[0020](I)稱取2g平均粒徑10 μ m的不銹鋼粉末，加入到IOOOg含5%聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中，攪拌24h制得懸浮液A。采用噴涂技術(shù)將不銹鋼懸浮液制備于剛性內(nèi)模表面，干燥后形成粗糙表面。
[0021](2)稱取25g平均粒徑10 μ m的不銹鋼粉末，加入到500g含5 %聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中，攪拌24h制得懸浮液B。采用噴涂技術(shù)將不銹鋼懸浮液制備于剛性內(nèi)模表面，干燥后形成均勻的膜層。
[0022](3)將5根表面涂覆有不銹鋼膜層的剛性內(nèi)模、彈性堵頭、固定槽、彈性外模組裝成模具，將平均粒徑分別為IOOym和10 μ m的不銹鋼粉末按體積比1: 10混合均勻后添加至彈性外模和剛性內(nèi)模之間的空隙中。密封后，用冷等靜壓機(jī)壓制成型，壓力為200MPa。
[0023](4)坯體脫模后，置于燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，在氫氣氣氛下，以10°C /min的速率升溫至800°C，保溫3h，冷卻后即可制得多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜。
[0024]實(shí)施例2
[0025](I)稱取4g平均粒徑15 μ m的不銹鋼粉末，加入到IOOOg含5%甲基纖維素的水溶液中，攪拌24h制得懸浮液A。采用噴涂技術(shù)將不銹鋼懸浮液制備于剛性內(nèi)模表面，干燥后形成粗糙表面。
[0026](2)稱取50g平均粒徑15 μ m的不銹鋼粉末，加入到500g含5%甲基纖維素的水溶液中，攪拌24h制得懸浮液B。采用噴涂技術(shù)將不銹鋼懸浮液制備于剛性內(nèi)模表面，干燥后形成均勻的膜層。
[0027](3)將9根表面涂覆有不銹鋼膜層的剛性內(nèi)模、彈性堵頭、固定槽、彈性外模組裝成模具，將平均粒徑分別為200μπι和20μπι的不銹鋼粉末按體積比1: 20混合均勻后添加至彈性外模和剛性內(nèi)模之間的空隙中。密封后，用冷等靜壓機(jī)壓制成型，壓力為300MPa。
[0028](4)坯體脫模后，置于燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，在氫氣氣氛下，以20°C /min的速率升溫至800°C，保溫3h，冷卻后即可制得多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜。
[0029]實(shí)施例3
[0030](I)稱取8g平均粒徑20 μ m的不銹鋼粉末，加入到IOOOg含5%聚甲基纖維素的乙醇溶液中，攪拌24h制得懸浮液。采用噴涂技術(shù)將不銹鋼懸浮液制備于剛性內(nèi)模表面，干燥后形成均勻的膜層。
[0031](2)稱取75g平均粒徑20 μ m的不銹鋼粉末，加入到500g含5%聚甲基纖維素的乙醇溶液中，攪拌24h制得懸浮液B。采用噴涂技術(shù)將不銹鋼懸浮液制備于剛性內(nèi)模表面，干燥后形成均勻的膜層。
[0032](3)將19根表面涂覆有不銹鋼膜層的剛性內(nèi)模、彈性堵頭、固定槽、彈性外模組裝成模具，將平均粒徑分別為300μπι和30μπι的不銹鋼粉末按體積比1: 20混合均勻后添加至彈性外模和剛性內(nèi)模之間的空隙中。密封后，用冷等靜壓機(jī)壓制成型，壓力為400MPa。
[0033](4)坯體脫模后，置于燒結(jié)爐內(nèi)，在氫氣氣氛下，以30°C /min的速率升溫至1200°C，保溫3h，冷卻后即可制得多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜。
【權(quán)利要求】
1.一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于以下步驟:(1)將制備膜層的不銹鋼粉末配置成A、B兩種懸浮液；(2)采用涂層技術(shù)先將懸浮液A制備于光亮致密的剛性內(nèi)模外表面，干燥后使其形成粗糙表面；(3)再采用涂層技術(shù)將懸浮液B制備于粗糙內(nèi)模表面形成均勻的膜層；(4)將外模、彈性堵頭、固定槽與一定數(shù)量已涂覆有膜層的內(nèi)模組成模具，將兩種粗細(xì)不同的不銹鋼粉末按一定體積比均勻混合后填滿外模與內(nèi)模之間的空腔；(5)兩端固定后放入密封套內(nèi)采用冷等靜壓壓制成型，脫模后將坯體直接在保護(hù)氣或真空下脫脂、高溫?zé)Y(jié)，制得高度非對(duì)稱的多通道型多孔不銹鋼膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的制備膜層的不銹鋼粉末的平均粒徑為0.5-50um，優(yōu)選為l-25um。
3.根掘權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的懸浮液A中不銹鋼粉末的濃度為0.Ι-lOOg/L，優(yōu)選為0.l-10g/L ;懸浮液B中不銹鋼粉末的濃度為50-1000g/L，優(yōu)選為50-200g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述制備基體兩種不同粒徑的不銹鋼粉，至少有一種粉粒徑大于制備膜層的不銹鋼粉粒徑，且兩種粒徑不同的不銹鋼粉末平均粒徑分別為50-500um和0.5_50um，體積比為1-100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述懸浮液中溶劑優(yōu)選水、乙醇；添加的分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇縮丁醛或聚乙烯醇，甲基纖維素、聚甲基纖維素。
6.根掘權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述涂層技術(shù)為浸潰提拉法、濕法噴涂法、旋轉(zhuǎn)涂覆法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的剛性內(nèi)模為金屬芯棒:彈性外模材質(zhì)為塑料、硅膠、橡膠等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述固定槽為可變形材料，優(yōu)選橡膠，塑料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的冷等靜壓成型壓力為150-400MPa，壓制時(shí)間l_900s。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道型非對(duì)稱不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的燒結(jié)在真空或還原性氣氛下進(jìn)行，升溫速率5-50°C /min，燒結(jié)溫度為800-1300°C，降溫速率 10-100°C /min。
【文檔編號(hào)】B01D71/02GK103933872SQ201410188420
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】黃彥, 俞健, 楊佳輝, 徐吉權(quán), 諶洪圖 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)