一种中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试装置与方法

摘要

本发明公开了一种中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力的测试装置与方法。装置包括：控制柜，及通过支架分别设置在控制柜侧面的测试舱、1号测试介质罐和2号测试介质罐，并通过管线连接压力计、电磁流量计、电磁阀及控制柜数据采集系统，1号测试介质罐和2号测试介质罐与气压压力源相连。方法主要是通过对介质压力突变拐点的监测来表征中空纤维膜丝的抗爆破压力和抗压压力。本发明膜丝测试组件制作方法简单、时间短，并且能够快速准确地测出膜丝抗爆破压力和抗压压力，同时可控制测试压力的上升速度，可以使用不同种类的测试介质进行测试，测试装置可记录整个测试过程中压力的变化，并通过显示器输出测试结果。

说明书

技术领域

本发明属于中空纤维膜丝性能测试领域，涉及中空纤维膜丝抗爆破压力和 抗压压力测试的装置及其方法。

背景技术

随着水环境质量的日益恶化和经济的迅猛发展，迫切需要缓解水资源短缺 的污水资源化技术。由于膜分离过程具有高效、节能、工艺简单、环保、易于 控制、运行费用低等特点，使得其在污水处理领域中得到了广泛的应用。在各 种形式的膜中，中空纤维膜以其比表面积大，设备紧凑，不需要支撑层，生产 成本低等独特的优势，使得其已广泛地应用于污水处理、超纯水的制备、血液 透析器、海水淡化、人工肺、有机溶剂脱水、有机溶剂的混合等领域。

在实际的应用过程中，对中空纤维膜丝机械强度有很高的要求，故要在膜 丝生产和研发过程中对膜丝的机械性能进行测试，而中空纤维膜丝的抗爆破压 力和抗压压力是表征膜丝机械性能的有效参数。目前，有关中空纤维膜丝的抗 爆破压力和抗压压力的实用技术和专利说明很少，而目前大部分的膜丝厂家和 科研机构对膜丝机械性能的测试过程只能测试膜丝的断裂拉伸强度。而膜丝的 断裂拉伸强度并不能完全客观反应出膜丝在承压状态下的机械性能，尤其是过 滤不同介质时的机械性能。这使得膜丝在应用的过程中会产生较大的误差及带 来不可预测的结果。

基于目前现有技术的不足，提供一种易于操作、测试速度快、测试结果准 确、自动化程度高的中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试装置以及基于该 装置的测试方法成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试装置与 方法，利用该装置测试过程易于操作，能够测试膜丝在承压状态下的机械性能， 且其测试速度快、测试结果准确、自动化程度高。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试的装置，包括控制柜，及通 过支架分别设置在控制柜一侧的测试舱、1号测试介质罐和2号测试介质罐；所 述测试舱通过1号接头输入管、3号接头输入管分别与1号测试介质罐的1号罐 输出管、2号测试介质罐的2号罐输出管相连通，且1号接头输入管、3号接头 输入管分别连接控制柜；所述测试舱通过2号接头输出管、4号接头输出管分别 连接控制柜，且与控制柜所设2号接头排空管、4号接头排空管连通；

所述1号测试介质罐和2号测试介质罐分别通过1号罐气源连接阀、2号罐 气源连接阀及管道与气压压力源连通；

所述控制柜设有液晶显示屏和与数据采集系统相连的USB接口。

进一步的，本发明装置的特征还在于：

所述测试舱由不锈钢材料制得，测试舱顶部设舱盖，舱盖与舱体间设有硅 胶垫圈，且采用快速卡套卡紧，其最大承压达到3MPa，测试舱底部设有一个测 试介质排空阀。

所述舱盖下部设有4个与舱盖上部四个接头管相对应的4个路厄管接头， 可通过与1号接头输入管及2号接头输出管或3号接头输入管及4号接头输出 管所对应的两个路厄管接头连接测试膜丝。

所述1号测试介质罐和2号测试介质罐由不锈钢材料制得，其最大承压为 3MPa。

所述测试舱、1号测试介质罐和2号测试介质罐与控制柜连通的管道中分别 设有电磁流量计、电磁阀及精密压力计，通过控制电磁阀的开启度来控制加到 测试膜丝上的压力。

本发明还提供了一种中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试方法，该方 法包括下述步骤：

1）制作测试样组件：将待测样品膜丝两端分别穿过两个路厄管接头，在路 厄管接头中注入速干双组份环氧树脂，待环氧树脂初步固化后，将露出路厄管 接头上端的环氧树脂连同膜丝一起切去，使膜丝两端的内孔露出；

2）抗爆破压力测试：将步骤1）制得的测试样组件的两个路厄接头分别连 接到测试舱舱盖上与1号接头输入管及2号接头输出管相对应的路厄接头上， 关闭测试舱舱盖，关闭连接2号接头输出管、3号接头输入管和4号接头输出管 连接管路中的电磁阀；给1号测试介质罐内通入测试介质，在控制柜显示器屏 幕上设定测试压力上升速度；测试介质通过1号罐输出管经过控制柜进入1号 接头输入管，然后进入测试膜丝内，通过控制控制柜内连接在1号接头输入管 路中电磁流量计和电磁阀来控制施加在测试膜丝内侧的压力；

控制柜数据采集系统记录该加到膜丝内侧测试介质的压力变化及2号接头 输出管路中压力变化，当2号接头输出管中出现压力突变减小拐点时，此时2 号接头输出管的压力即为膜丝的抗爆破压力；打开2号接头输出管，测试系统 排压，抗爆破压力测试结束；

3）抗压压力测试：将步骤1）制得测试样的两个路厄接头连接到测试舱舱 盖上与3号接头输入管及4号接头输出管相对应的路厄接头上，关闭测试舱舱 盖，关闭连接2号接头输出管连接管路中的电磁阀；给1号测试介质罐及2号 测试介质罐内通入测试介质，在控制柜显示屏上设定施加到膜丝内部压力值及 施加到膜丝外部压力的上升速度；1号测试介质罐中的测试介质在气源压力下通 过1号罐输出管经过控制柜进入1号接头输入管，然后进入测试舱给测试膜丝 外侧加压；2号测试介质罐中的测试介质在气源压力下通过2号罐输出管经过控 制柜进入3号接头输入管，然后进入测试膜丝内侧，经过4号接头输出管进入 从4号接头排空管排出，以此保持膜丝内部压力恒定；通过控制控制柜内连接 在1号接头输入管路中电磁流量计和电磁阀来控制施加在测试膜丝外侧的压力；

控制柜数据采集系统记录膜丝内外两侧的压力变化及2号接头排空管、4号 接头排空管中的压力变化，当4号接头排空管中出现压力突变减小的拐点时， 此时对应2号接头排空管管路中的压力同膜丝内部设定压力的差值就为膜丝抗 压压力；打开2号接头排空管及4号接头排空管，测试系统排压，抗压压力测 试结束。

所述测试介质为纯水或氮气。

所述膜丝包括但不限于聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚砜、 醋酸纤维素或聚丙烯微滤、超滤中空纤维膜丝。

所述数据采集系统是通过PLC控制系统动态采集测试样品上的内外压力， 并控制电磁阀的开启度来控制加到样品上的压力。

所述施加到膜丝内部压力及施加到膜丝外部压力的上升速度为100KPa/min -1000KPa/min。

与现有的技术相比较，本发明的优点及有益效果为：

1）膜丝测试组件的制作方法简单、制作用时短，该方法能够快速准确地测 出膜丝抗爆破压力和抗压压力，同时可控制测试压力的上升速度；

2）可以使用不同的测试（气体、液体）介质进行测试；

3）测试过程自动化程度高，测试装置可记录整个测试过程中压力的变化， 并通过显示器显示测试结果，可通过USB接口导出测试数据。

附图说明

图1是中空纤维膜丝抗爆破压力、抗压压力测试装置图；

图2是中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试组件图；

图3是中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试组件连接图。

图中：1、控制柜；2、显示屏；3、USB接口；4、2号接头输出管；5、4 号接头输出管；6、3号接头输入管；7、1号接头输入管；8、测试舱；9、2号 测试介质罐；10、2号罐气源连接阀；11、1号测试介质罐；12、1号罐气源连 接阀；13、支架；14、4号接头排空管；15、2号接头排空管；16、2号罐输出 管；17、1号罐输出管；18、路厄管接头；19、膜丝；20、测试舱端盖。

具体实施方式

实施例

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，中空纤维膜丝抗爆破压力和抗压压力测试的装置，包括控制 柜1，及通过支架13分别设置在控制柜1一侧的测试舱8、1号测试介质罐11 和2号测试介质罐9；测试舱8通过1号接头输入管7、3号接头输入管6分别 与1号测试介质罐11的1号罐输出管17、2号测试介质罐9的2号罐输出管16 相连通，且1号接头输入管7、3号接头输入管6分别连接控制柜1；测试舱8 通过2号接头输出管4、4号接头输出管5分别连接控制柜1，且与控制柜1所 设2号接头排空管15、4号接头排空管14连通；1号测试介质罐11和2号测试 介质罐9分别通过1号罐气源连接阀12、2号罐气源连接阀10及管道与气压压 力源连通；控制柜1设有液晶显示屏2和与数据采集系统相连的USB接口3。

测试舱8由不锈钢材料制得，测试舱8顶部设舱盖20，舱盖20与舱体间设 有硅胶垫圈，且采用快速卡套卡紧，其最大承压达到3MPa，测试舱8底部设有 一个测试介质排空阀。舱盖20下部设有4个与舱盖20上部四个接头管相对应 的4个路厄管接头18，可通过与1号接头输入管7及2号接头输出管4或3号 接头输入管6及4号接头输出管5对应的两个路厄管接头18连接测试膜丝19。 见图2、图3所示。

1号测试介质罐11和2号测试介质罐9由不锈钢材料制得，其最大承压为 3MPa。测试舱8、1号测试介质罐11和2号测试介质罐9与控制柜连通的管道 中分别设有电磁流量计、电磁阀及精密压力计，通过控制电磁阀的开启度来控 制加到测试膜丝19上的压力。

下面结合附图通过一个具体的膜丝抗爆破压力测试和抗压压力测试的实施 例来说明本发明。

1、膜丝抗爆破压力测试

1）制作测试样：选取50㎝长的待测样品膜丝19，将膜丝19的两端分别穿 过两个路厄管接头18后，往路厄管接头18中注入速干双组份环氧树脂，将膜 丝19两端同路厄管接头18粘结到一起，待环氧树脂初步固化后，将露出路厄 管接头18上端的环氧树脂连同膜丝19一起切去，使膜丝19两端的内径都露出；

2）抗爆破压力测试：开启本测试仪，进行系统自检；打开测试舱舱盖20， 将步骤1）所得测试膜丝的两个路厄接头18连接到测试舱舱盖20上与1号接头 输入管7及2号接头输出管4相对应的路厄接头18上，关闭测试舱舱盖20，关 闭对应于2号接头输出管4、3号接头输入管6、4号接头接头输出管5管路中 的电磁阀，给1号测试介质罐11内通入测试介质纯水，在控制柜1液晶显示屏 2上设定测试压力上升速度为200KPa/min，点击进入抗爆破压力测试；在气源 压力作用下测试介质纯水通过1号罐输出管17经过控制柜1进入1号接头的输 入管7，然后进入测试膜丝19内，通过控制控制柜1内连接在1号接头输入管 7管路中的电磁流量计和电磁阀控制施加在测试膜丝19内侧的压力。

控制柜1数据采集系统快速地扫描记录加到膜丝内侧测试介质的压力变化 及2号接头输出管4管路中的压力变化，系统自动记录下整个过程中2号接头 输出管4管路中的压力突变减小处的压力，并在显示器上显示该压力即抗爆破 压力1MPa，打开2号接头输出管4，使得测试系统排压，抗爆破压力测试结束。

2、测试膜丝抗压压力

测试样制作同上，打开本测试仪，进行系统自检。

3）抗压压力测试：打开测试舱舱盖20，将已制备好的测试膜丝的两个路厄 接头18连接到测试舱舱盖20上与3号接头输入管6及4号接头输出管5相对 应的路厄接头18上，关闭测试舱舱盖20，关闭2号接头排空管15路中的电磁 阀，打开4号接头排空管14连接管路中的电磁阀；给1号测试介质罐11及2 号介质罐9内通入测试介质氮气，在显示屏2上设定测试膜丝内部压力为 0.1MPa、设定膜丝外部压力上升速度100KPa/min，点击进入抗压压力测试；1 号测试介质罐11中的氮气通过1号罐输出管17经过控制柜1进入1号接头输 入管7，然后进入测试舱8给测试膜丝19外侧加压；2号测试介质罐9中的氮 气通过2号罐输出管16经过控制柜1进入3号接头输入管6，进入测试膜丝19 内侧，接着经过4号接头输出管5从4号接口排空管14排出；通过控制控制柜 1内连接在1号接头输入管7管路中的电磁流量计和电磁阀来控制施加在测试膜 丝19外侧的压力。

控制柜1数据采集系统快速地扫描记录膜丝内外两侧的压力变化即2号接 头排空管15、4号接头排空管14管路中的压力变化，当4号接头排空管14中 出现压力突变减小的拐点时，输出膜丝抗压压力为0.3MPa。打开2号接头排空 管15及4号接头排空管14，给测试系统排压，抗压压力测试结束。

本发明适用于聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚砜、醋酸纤 维素或聚丙烯微滤、超滤中空纤维膜丝的抗爆破压力和抗压压力的测试。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。