DE3204486A1

DE3204486A1 - Membranpackung und hierfuer anzuwendendes dichtungsverfahren

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Publication number: DE3204486A1
Application number: DE19823204486
Authority: DE
Inventors: Gerald Allan 92678 Trabuco Canyon Ca. Croopnick; John Mark 77042 Houston Tex. Michaels; Richard Alfred 9280 Anaheim Ca. Morris
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1982-02-09
Publication date: 1982-09-09
Also published as: GB2092914B; IL64826A; CA1193976A; IL64826A0; FR2507533B1; AU7983682A; DK54782A; IT1189219B; DE3204486C2; US4576715A; FR2507533A1; GB2092914A; AU555812B2; JPS5830310A; IT8247736A0

Description

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Membranpackung und hierfür anzuwendendes Dichtungsverfahren

Die Erfindung betrifft eine Membranpackung, die mittels eines fließfähigen Polymers verschweißt wird.

Die Reinigung von Abwasser oder sonstiger Flüssigkeiten läßt sich durch die Verwendung von Membranpackungen durchführen, die auf der Außenseite eines hoehporösen Träger liegende Membranen enthalten. Die Ausgangsflüssigkeit wie Abflußwasser kann unter Druck an die Außenseite der Membranpackung geführt werden, so daß das Permeat wie reines Wasser die Membran durchlaufen und in den porösen Träger gelangt, wo es entlangwandert bis es zum Ausgang gelangt. Die US-PS 4 025 425 beschreibt ein Gerät dieser Art, bei dem die Ausgangsflüssigkeit (z.B". Abwasser) die Membranpackungen durchläuft, das Permeat (z.B. reines Wasser) durch die Membranen hindurch in den Träger gelangt und von der äußeren Peripherie des Trägers ausgestoßen wird, und bei dem das Konzentrat (das übrigbleibt, nachdem das Permeat weitgehend entfernt worden ist) durch mehrere große Austrittslöcher in der Packung hindurchgeführt wird, um zur Sammelstelle zu gelangen. An jeder Stelle, wo eine Kante der Membranpackung mit unreinen Flüssigkeiten wie die Ausgangsflüssigkeit oder das Konzentrat in Kontakt kommt, wie dies in den Austrittslöchern der Vorrichtung der erwähnten US-PS vorkommt, besteht die Gefahr der Verunreinigung des Permeate. Es ist notwendig, die Kanten so auszubilden, daß sie die Poren des Trägers gegen das Einströmen von Flüssigkeit mit Schmutzstoffen sicher abdichten und daß der Träger an den Membranen versiegelt wird, um ein Durchsickern ^der ^m^ Schmutzstoffen belasteten Flüssigkeit zwischen

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ihnen zu verhindern. Eine sehr zuverlässige Dichtung wird für viele Anwendungszwecke benötigt und zwar dort, wo die Ausgangsflüssigkeit und das Konzentrat Bakterien enthalten, durch die ein Reinwasserfiltrat verunreinigt werden könnte.

Das Abdichten eines Membrangefüges an einem Träger wird aufgrund der Tatsache erschwert, daß die am besten geeigneten Membrangefüge beständig naß gehalten werden müssen, da sie unwiderruflich geschädigt werden, falls man sie sogar während kurzer Zeit austrocknen läßt. Ein Verfahren zum Abdichten eines Trägers an derartigen Membranatrukturen besteht in der Verwendung eines wasserabstoßenden Haftmittels wie Klebsilikon, womit beide verbunden werden. Da Wasser das Silikon nicht näßt, kann es demzufolge auf die Oberfläche eines Membrangefüges aufgebracht werden. Silikon läßt sich jedoch nicht verwenden, wenn bestimmte chemische Substanzen mit hohem pH-Wert wie 10 bis 12 oder mehr auftreten, wie sie beim Aufschlußverfahren der ZellstoffIndustrie

'''O vorkommen. Es können andere Haftmittel wie Neopren für eine starke Verbindung verwendet werden, die bei derartigen vorhandenen chemischen Stoffen nützlich sind, wobei Neopren jedoch vom Wasser angefeuchtet wird und nicht an einem nassen Membrangefüge haften bleiben will.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung, durch das bzw. die eine Dichtung eines Membrangefüges an einem Träger befestigt werden kann, würde somit von beträchtlichem ι Wert sein.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird demgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Membranverpacken vorgeschlagen, durch die eine Membran mit einem porösen Träger verbunden werden kann. Das Ver-

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fahren umfaßt das Imprägnieren des Trägers mit einem härtbaren oder verfestigenden fließbaren Material, Belassen einer Schicht des Materials auf der Oberfläche des Trägers und danach Verfestigenlassen des Materials. Ein Membrangefüge wird gegen den Träger plaziert und auf die Schicht des verfestigten Materials gesetzt, mit dem der Träger imprägniert ist, wonach die Anordnung an ihrer Grenzfläche "beispielsweise durch Ultraschallschweißen heißversohweißt wird.

Bei dem Membrangefüge können Membranen verwendet werden, die im befeuchteten Zustand gehalten werden müssen. Durch Ultraschallschweißen wird die Flüssigkeit an der Grenzfläche zwischen verfestigtem Material des Trägers und der anliegenden Fläche des Membrangefüges ausgetrieben, so daß ein Verschweißen mit einem Naß-Mambranengefüge auch dort durchgeführt werden kann, wo wasseranziehendes Material zum Imprägnieren des Trägers verwendet wird.

Bei einer anderen Trägerpackung liegt eine Einlage oder ein Einsatz aus nichtporösem Material in einem Loch im Träger oder legt sich sonstwie gegen eine Kante des porösen Trägers. Das Membrangefüge erstreckt sich über den Träger hinaus und liegt über der Einlage, wobei es mit der Einlage verklebt ist.

Die Merkmale der Erfindung und deren technische Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Teilperspektivansicht im Schnitt eines Reinigungsapparates nach der Erfindung;

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Pig. 2 eine Teilansicht im Querschnitt des Reinigungsapparates der Pig. I;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt eines Abschnitts einer Membranpackung des Apparates der Pig. 2, wobei die vertikalen Abmessungen übertrieben

dargestellt sind und die Membranenpackung im Herstellungsprozess dargestellt ist;

Pig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 4-4 der Pig. 3;

Pig. 5 eine Teilansicht im Schnitt einer nach einem

weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammengesetzten Membranpackung;

Pig. 6 eine Teilansicht im Schnitt einer nach noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammengesetzten Membranpackung, und

Pig. 7 eine zum Teil im Schnitt dargestellte Draufsicht der Packung der Pig. 6.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Abschnitte eines Reinigungsapparates 10, der eine Ausgangsflüssigkeit wie Abwasser aufnehmen und einen ausgelesenen Bestandteil wie reines Wasser vom Rest der Ausgangsflüssigkeit abtrennen kann, die feste Abfallteilchen einschließlich Bakterien aufweisen kann. Insbesondere wird beim Apparar 10 die Ausgangsflüssigkeit längs des Mittelkanals 12 gepumpt, während der Apparat um seine Achse 14 in schnelle Umdrehungen versetzt wird. Die Flüssigkeit durchströmt die Räume 16 zwischen den Membranpackungen 18 des Apparats, um schnell nach außen abzuströmen. Während

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dieses Strömungsvorgangs gelangt ein Bestandteil (z.B. reines Wasser) der Ausgangsflüssigkeit, die durch die Membranen der Packungen 18 hindurchlaufen kann, in das Innere der Membranpackungen. Diese als Permeat, d.h.

durchlaufene Flüssigkeit gekennzeichnete Flüssigkeit verpflanzt sich radial in den Membranpackungen, bis sie die äußeren Peripherien der Packungen erreicht hat und gegen eine Wand 20 nach außen geworfen wird, wo sie gesammelt wird. Der Bestandteil der Ausgangsflüssigkeit, die nach dem Abtreten der Permeats übrig bleibt, die hier als Konzentrat bezeichnet wird, gelangt durch die ausgerichteten Löcher 22 in den Membranpakkungen nach oben, um dann dem Apparat entnommen zu werden. Die Membranpackungen müssen in den Bereichen unmittelbar um die Löcher 22 fest abgedichtet sein, um sicherzustellen, daß das sich durch die Löcher 22 bewegende Konzentrat nicht in eine der Membranpackungen 18 gelangt, um sich mit dem dort durchlaufenden Permeat zu vermischen.

Die Figur 3 zeigt einen Abschnitt der Membranpackung in dem Bereich, in dem auch ein Loch 22 liegt, durch das das Konzentrat hindurchläuft. Die Packung weist einen hochporösen Träger 26 wie nichtgewebten Polyesterfaserfilz auf. Ein Membrangefüge 28, 30 liegt über beiden Oberflächen des Trägers. Obgleich einige Membrangefüge als Schichten ohne Verstärkung durch Gewebeunterlagen zur Verfügung stehen, weisen viele der Membrangefüge diese Verstärkung 32, die als Formwand im Oasing einer darauf sitzenden Membran 34 verwendet worden ist.

Die Membran 34 dient dazu, nur das Permeat der Ausgangaflüssigkeit durchzulassen und den Rest zurückzuweisen, so daß das Permeat durch sie und durch die Verstärkung 32 hindurch in die poröse Leitung 26 gelangen kann.

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Der Träger 26 dient ala radiale Leitung, die nur in den Bereichen der Löcher 22 gesperrt ist, wobei das Permeat um die abgedichteten Bereiche in der Nähe der Löcher 22 herumströmen kann, um zur Peripherie der Membran-

5· packung zu gelangen. Um sicherzustellen, daß kein längs der Löcher 22 nach oben strömendes Konzentrat in den Träger eintritt, muß der Träger 26 an seinem Abschnitt sicher gesperrt »erden, der sich unmittelbar um jedes Loch.22 herum befindet, wobei der Träger mit den Membrangefügen 28, 30 unmittelbar um diese Löcher zuverlässig abgedichtet werden muss.

Ein Abdichten dee Trägers wird leicht durch Imprägnieren desselben mit verschiedenen Materialien bewerkstelligt. Diese Stoffe sind fließfähig und verfestigen sich. Es kommen hierfür Materialien mit einem Lösungsmittel, das aufgetrocknet, oder mit einem Katalysator in frage, der sie verfestigt. Ein zuverlässiges Ab-. dichten jedes Membrangefüges wie bei 28 mit dem Träger 26 läßt sich jedoch nur schwer herstellen. Viele Membrangefüge müssen stets im Naßzustand gehalten werden, denn sie erleiden eine nicht wiedergutzumachende Beschädigung, wenn sie auch nur für kurze Zeit austrocknen. Eine Verfahrensweise, die zum Abdichten des Trägers mit einem Naßmembrangefüge verwendet werden kann,

2b besteht in der Anwendung eines wasserabweisenden Haftmi-ttele wie eineB Silikonklebers. In einigen Anwendungsbereichen läßt sich jedoch Silikonkleber nicht verwenden. Man kann sich beispielshalber bei hoch basischen Ausgangsflüssigkeiten mit einem pH-Wert von 10 bis 12 oder mehr - wie er im Zelluloseaufschlußverfahren anzutreffen ist - nicht mehr darauf verlassen, daß das Silikon den chemischen Angriff übergeht. In einem solchen Falle ließe sich ein Neoprenkleber verwenden, wobei dieser jedoch was3enaufnehmend und benetzbar ist. Wird ein

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derartiger wasyeraufnehmender Kleber auf ein Naßmembranengefüge aufgetragen, läßt die Feuchtigkeit das Haftmittel nicht am Membranengefüge haften. Ein Haften kann durch Pestklemmen während der Aushärtung des Klebers erreicht werden, ein derartiges Verfahren ist jedoch zu Abdichtungszwecken (im Gegensatz zur einfachen Sicherstellung der Haftung) nicht zuverlässig, um ein Hindurchlaufen von Konzentrat zwischen Träger und Membranengefüge zu verhindern.

Auch dort, wo ein nicht benetzbares Haftmittel verwendet werden kann, beispielshalber durch Imprägnieren eines Trägers mit einem derartigen Haftmittel und einem Belassen einer Haftschicht auf der Oberfläche, erfährt die Dichtung eine gegenüber dem besten Bestand der Ausrüstung und dem Fachkönnen beachtliche Qualitätsminderung. Wenn beispielshalber eine Übermenge an Haftmittel an einigen Stellen aufgetragen wird, oder wenn ein Haftmittel niedriger Viskosität an einigen Stellen abläuft, kann die Haftfläche "buckelig" werden. Eine Membran kann sich zum Tal hin zwischen zwei nächstliegenden Buckeln nicht schließen.

Erfindungsgemäß wird ein Abdichten des Trägers an ein Membranengefüge, z.B. 28, zunächst durch Imprägnieren eines Abschnitts 26 P des Trägern, der im Loch 22 liegt, mittels eines fließfähigen und sich verfestigenden Polymers 36 erreicht. Mit einem thermoplastischen Polymer wird die gesamte Dicke des Trägers imprägniert, wobei das Polymer auf die Oberfläche mit einer Quetschwalze aufgetragen wird, so daß ein Film oder eine dünne Schicht 38 (Pig. 4) auf jeder Oberfläche des Trägers verbleibt. Hiernach kann das Polymer aushärten, indem zum Beispiel das darin enthaltene Lösungsmittel ver-

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dunstet. In den Fällen, wo das ^embrangefüge eine Naßmembran ohne Gewebeunterlage oder Verstärkung aufweist, kann der Träger hiernach unmittelbar mit der Membran durch Ultraschallschweißung verbunden werden. Weisen jedoch die gelieferten Membranenstrukturen auf der Membran 34 eine Gewebeunterlage oder Verstärkung 32 auf, so ist es zweckmäßig, diese Verstärkung gleichfalls mit einem Polymer zu imprägnieren.

Wie bereits erwähnt, wird die Verstärkung 32 vom Membranhersteller als eine Oberfläche verwendet, auf der die Membran 34 auf 'eine dichte Polyolefinfaserfilz (^1Viehrfachfaservlies)-Verstärkung 32 aufgegossen und bleibt daran fest haften. Die poröse Verstärkung 32 kann mit einem fließfähigen Polymer, zumindest teilweise durch die Dicke der Verstärkung, imprägniert werden; das Polymer kann sich dann verfestigen, wobei eine Schicht 39 (Pig. 4) des Polymers auf der Verstärkungsoberfläche verbleibt. Wie die Figur 3 zeigt, liegen der Träger 26 mit dem verfestigten Polymer und die ^ivlemb range füge 28, 30 mit ihren einandergegenüberliegenden Oberflächen auf dem Amboß 40 eines Ultraschallschweißapparats 42. Es ist leicht, die Löcher 22 im Träger und der Membranengefüge auszurichten, da die verfestigten Polymers nicht klebrig sein müssen. Das Amboßhorn 44 des Ultraschallschweißapparats wird dann gegen den ausgerichteten Träger und die ausgerichteten Membranengefüge gepreßt, won*ch Ultraschallenergie durch das Horn auf die zusammengebaute Einheit gegeben wird, um die Teile zu verschweißen.

• Die auf.die Teile der Einheit einschließlich Träger 26 und Membrangefügen 28, 30 aufgebrachte Ultraschallener-

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gie bewirkt, daß die einzelnen Elemente des sandwichartigen Zusammenbaus an ihrer Grenzfläche gegenseitig vibrieren. Dieses relative Vibrieren und die hierdurch erzeugte Reibungswärme treiben das Wasser .

an den Grenzflächen aus, was sich dadurch zeigt, daß während des Ultraschallschweißens Dampf aus der naßen Anordnung austritt. Das Polymer 36 des Trägers wird über Ultraschall mit den Membranengefugen verschweißt, wobei bei den mit Polymer imprägnierten Verstärkungen das Polymer des Trägers durch Ultraschall mit dem Polymer der Verstärkungen der Membranengefüge verschweißt wird. Demzufolge ist die Membranpackung 18 zuverläßig verschweißt und verhindert das Eindringen das sich durch das Loch 22 im Träger 16 bewegene Konzentrats sowohl durch die Poren des Trägers, der nunmehr abgedichtet ist, als auch zwischen dem Träger und den Membranengefügen, die nunmehr zuverlässig um das gesamte Loch herum miteinander versiegelt sind.

Eine Art Membranpackung verwendet in seiner Ausbildung einen Träger.26, der aus Polyesterfaserfilz von 0,127 cm (50 mil) Dicke gebildet ist. Es ist anzumerken, daß zwei 0,064 (25 mil) dicke Trägerfolien verwendet wurden, da diese im Handel leicht zu erhalten sind, und daß diese durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden wurden« Der Träger wurde durch seine ganze Dicke hindurch mit Bostic 1177 Kleber imprägniert. Dies ist ein Kontaktkleber auf Neoprenbasis mit niedriger Viskosität, durch die ein Imprägnieren des Trägers erleichtert wird. Dieses Polymer auf Neoprenbasis bleibt an einer PoIysulfonmembran nur dann gut haften, wenn zusätzliches Lösungsmittel verwendet wird, was jedoch unerwünscht ist, weil das Lösungsmittel die Membran beschädigen kann.

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Das Neoprenklebemittel wird mit einer Quetschwalze aufgetragen, so daß nur eine dünne Schicht von vielleicht 0,00254 cm (l mil) oder weniger über der unebenen Oberfläche des Trägers verbleibt. Ein Membrangefüge mit einer Polysulfonmembran 34 von einer Dicke von 0,005 cm (2 mil) und mit einer Matte oder einem Vlies als Polyolefinverstärkung von 0,0127 ein (5 mil) wurde verwendet, wobei die Verstärkung mit dem gleichen Neoprenpolymer teilimprägniert wurde. Das Neogrenpolymer ließ man trocknen, so daß es nicht nur fest aber auch nicht klebrig war. Es hat sich dabei herausgestellt, daß wenn der Kleber noch klebrig ist, so daß etwas Lösungsmittel/ noch vorhanden ist, das Lösungsmittel während des Ultraschallschweißens verdampfen kann und dabei Blasen bildet, die zu einem Leck führen können. Die zwischen den Membrangefügen sandwichartig liegende Einheit des Trägers wurde dann unter Verwendung des durch das Bezugszeichen 42 der Fig. 3 gekennzeichneten Schweißapparats nach dem Ultraschallverfahren verschweißt»

Wie bereits erwähnt, wird das Membranengefüge 28 stets im Naßzustand gehalten. Trocknet eine Polysulfonmembran, so wird sie weniger durchlässig, während beim Trockenwerden einer Zelluloseazetatmembrah diese schrumpft und

<'"> riaaig wird. Um die Veratärkung 32 au imprägnieren, wird die der Membran gegenüberliegende Oberfläche in der Nähe dea Loches 22 abgetupft, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen, und das Polymer wie Neoprenkleber wird zum Imprägnieren der Verstärkung aufgetragen.

Es hat sich herausgestellt, daß vor dem Ultraschallschweißen das getrocknete Polymer von der Verstärkung abgerissen werden kann; jedoch nach der Ultraschallverschweißung haftet das Polymer sehr viel fester an der

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Verstärkung. Es scheint, daß die beim Ultraschallschweißen erzeugte Wärme die Feuchtigkeit dort vertreibt, wo das Polymer angrenzend an den Fasern der Verstärkung liegt, um diese während des Schweißvorgangs zu verbinden.

Die Verstärkung 32 ist dünn und dabei jedoch etwas porös, so daß Flüssigkeit seitwärts hindurchwandern könnte«, Durch Imprägnieren mittels des Polymers in einer Größenordnung von etwa 0,0076 bis 0,010 cm · (3 bis 4 mil) der 0,0127 cm (5 mil) dicken Verstärkung wird die Dicke des nicht versperrten Verstärkungsbereichs weiter verengt, um ein Wandern von Flüssigkeit längs der Verstärkung weiter einzuschränken oder ganz auszuschalten. In Tests an fertigen Packungen durch Abdichten des Bereichs unmittelbar um ein Loch und durch. Druckbeaufschlagung von etwa 1,75775 kp/cm (25 psi) für drei Minuten und Untersuchung auf Abnahme des Luftdrucks wurde bei den getesteten Packungen kein Abströmen oder Entweichen festgestellt. (Wasser läßt sich nicht leicht als Testflüssigkeit verwenden, da es durch die Membran hindurchgeht, während Luft bei 1,75775 kp/cm² (25 psi) durch die Membran nicht hindurch ging).

Als Ultraschallschweißapparat 42 wurde ein 800 Watt, 20 kHz Dukane-Schweißgerät verwendet. Eb wurde ein sonderangefertigtes Horn hierbei verwendet, wobei schätzungsweise nur etwa 500 Watt der Ultraschallenergie angewendet wurde. Beim Verschweißen eines Packungsbereich um ein 2,85 cm (1-1/8 Zoll) großes Loch wurde die Packung mit einem Schließdruck von 2,46 kp/cm (35 psi) und einer Schweißenergie von etwa 500 Watt bei 2OkHz 3 Sekunden lang behandelt. Bei einer Zeit unter 2,5 Sekunden war die Dickung nicht stets gut, während

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sich "bei einer Zeitspanne von mehr als 3 Sekunden in der Membran Blasen und Löcher bildeten. Durch einen Schweißgang von etwa 3 Sekunden wurde die an den Grenzflächen vorhandene Feuchtigkeit verflüchtigt, indem diese in Dampf verwandelt wurde, der der Beobachtung zugänglich ist. Die zusammengebaute Einheit wird unter dem Schließdruck während einer Zeitspanne von 2 bia 5 Sekunden nach Wegnahme der Schweißenergie gehalten, um den verschweißten Grenzflächen Gelegenheit zum Abkühlen zu geben. Die "dünne Polymerschicht auf den Oberflächen des Trägers werden weitgehend dadurch beseitigt, daß sie während des Ultraschallschweißvorgangs zusammenschmelzen und nach außen gepresst werden, um den Schweißhereich Kappachtreifen zu bilden.

Auon wenn beim Auftragen des Polymers eine "buckelige" Oberfläche blieb, wurden diese Buckel durch Ultraschallschweißen beseitigt.

Der verwendete Amboß 4-0 und das Horn 44 des Ultraschallschweißapparats weisen Erhebungen 42r und 44r auf, die über die umliegenden Regionen des Amboßes und Horns hinaustreten. Hierdurch wird der Kompressionsbereich der Membranenpackung begrenzt, so daß eine Beschädigung der Membranen durch Überheizen in den nicht geschweißten Bereichen vermieden wird. Eine teilweise Kompression des Gefüges ist möglich, weil das verfestigte Neoprenpolymer elastisch ist, was auch erwünscht ist, so daß es während der schnellen Drehung des Reinigungsapparats, in dem es verwendet wird, den Vibrationen widerstehen kann»

Der Aufbau des Trägers und der Membranengefüge kann je nach den verschiedenen Verwendungszwecken variieren.

Die Figur 5 zeigt eine Membranpackung 50 mit einem Träger 52, der eine Versteifungsfolie aua einem festen thermoplastischen Stoff aufweist, und mit porösen Lagen oder

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Folien 54, 56 aus Polyester-Faserfilz oder aus gehärtetem phenol imprägniert em Papier.. Als Membranengefüge 58, 60 läßt sich Zelluloseazetat verwenden, das manchmal ohne Verstärkung .geliefert wird, so daß jedes Gefüge nur eine Membran enthält. Die beiden Trägerlagen 54, 56 sind mit einem fließfähigen Polymer imprägniert, das sich verfestigen darf und nicht klebrig wird. Hiernach wird die Einheit einschließlich Ver« steifung 53, imprägnierter Trägerlagen 541 56 und der Naßmembranengefüge oder Membrane 58, 60 zusammengebaut und ihre Löcher ausgerichtet, wonach sie durch Ultraschallschweißen zusammengeschweißt wird. Mit einem einzigen Schweißgang wird jedes der Trägerlagen wie 54 an einer Fläche mit der Membran 58 und an der anderen Fläche mit der Versteifung 53 verschweißt«

In einigen Anwendungsbereichen kann ein wasserabweisendes Haftmittel wie Silikon zum Dichten der Poren in einem Träger und zum Haften an einem Membrangefüge verwendet werden. Obgleich Klebverbinden (adhesive bonding) angewandt werden könnte, hat sich erwiesen, daß eine sogar noch zuverlässigere Verbindung mit dem Membranengefüge erzielt werden kann, indem das Silikonpolymer mit dem Membranengefüge (das eine silikonimprägnierte Verstärkung aufweisen kann) Ultraschallverschweißt wird.

Man läßt das Silikonhaftmittel trocknen, bis dieses einen nicht klebrigen Zustand erreicht, worauf es dann mit dem anderen Teil der Meiibranpackung heißverschweißt wird. Obgleich das Ultraschallschweißen eine zuverlässige Heißverschweißung ergibt, ist anzumerken, daß hochfrequenzschweißen gleichfalls eine Schweißverbindung ergeben kann, indem ein auf Hochfrequenz ansprechendes Material wie feines Metallpulver dem Polymer hinzugefügt wird» Darüber hinaus ist anzumerken, daß das vorgeschlagene Verfahren des Imprägnierens eines

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Trägers mit einem Polymer, das man trocknen läßt und das dann mit einem Membrangefüge heißverschweißt wird, zum Dichten der Kanten einer Vielzahl von Reinigungsvorrichtungen einschließlich der verwendet werden kann, die als spiralförmig gewundere Membranpaekung ausgebildet sind.

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine andere Anordnung zum Abdichten von Naßmembrangefügen 70, 72 mit einem Träger 74, bei der gewährleistet_sist, daß die Wände oder Kanten eines Loches·75 in einer Membranpackung 77 versiegelt werden. Hierbei liegt eine ringförmige Einlage 76 aus thermoplastischem Polymer enganliegend in einem im Träger ausgebildeten vergrößerten Loch 78. Während hier der Träger 74- porös ist, ist die Einlage 76 nicht porös. Die Abmessungen der Löcher 80 in den Membrangefügen und des Loches 82 in der Einlage sind dabei im allgemeinen die gleichen,, Die Flächen der Einlage 76 sind durch Ultraschallschweißen mit den Membrangefüge versiegelt. Wo die MembrangefUge keine Verstärke) kung aufweiten, können sie ohne Imprägnieren unmittelbar mit dem Einsatz versiegelt werden.

Der Einsatz 76 ist anfangs dicker als der Träger 74· und wird im Laufe der Ultraschallverschweißung in seiner Dicke gemindert. Es wurde eine in den Figuren 6 und 7 dargestellte Membranpackung mit einer' Einlage 76 aus Veristräte, einem von der 3M-Firma hergestellten doppelseitigen Dichtungsband, verwendet. Es wurde ein Haftmittel verwendet; und zwar nicht wegen dessen Hafteigenschaften, sondern weil es eine niedrige Schmelztempera-

"50 tür besitzt, so daß eine Beschädigung der Membran vermieden wird. Das Haftmittel bleibt an einer Naömembran nicht haften. Durch Ultraschallschweißen wird das auf den Mem-

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branengefügen befindliche Wasser verdrängt, wobei das Haftmittel aufgeheitzt wird, so daß es fließfähiger und aktiver wird. Der Träger 74 war etwa 0,127 (50 mil) dick, während die Einlage 76 anfangs um etwa 0,0254 om. (10 mil) bis 0,0762 cm (30 mil) dicker war. Am Schweißhorn wurde ein Anschlag benutzt, um die Kompression der Einlage zu begrenzen. Die Einlage wies einen Innenlochdurchmesser von etwa 5,08 cm (2 Zoll) und einen Aussendurchmesser von etwa 5,72 cm (2-1/4 Zoll) auf.

Somit wird durch die Erfindung eine Membranpackung geschaffen, die eine Packung und ein Verfahren zum Aufbau derselben umfaßt, durch die ein zuverlässiges Versiegeln einer Kante des Trägers und ein zuverlässiges Versiegeln des Trägers mit den Membranengefügen möglieh wird, die an einer oder beiden Oberflächen des Trägers anliegen, und durch die ein Verbinden eines Naßmembranengefüges zweckmäßig durchgeführt werden - kann. Ein Naßmembranengefüge kann mit einem porösen Träger durch Imprägnieren des Trägers mit einem sich verfestigenden und fließfähigen Polymer verbunden werden, wobei man eine Schicht des Polymers auf einer Oberfläche des Trägers beläßt und das Polymer sich aushärten läßt. Man kann ein Membranengefüge im Naßzustand gegen den Träger in Stellung bringen, so daß es auf der Trägeroberfläche gegen das verfestigte Polymer zu liegen kommt, wobei sie gegeneinander gepresst werden, während beispielshalber durch Ultraschallschweißen Schweißenergie angewendet wird. An den zu verschweißenden Grenzflächen kann bei Ultraschallverschweißung die Feuchtigkeit ausgetrieben und zum Verdampfen gebracht werden, so daß eine zuverläßige Verbindung auch dort hergestellt werden kann, so das den Träger imprägnierende Polymer wasseranziehende Eigenschaften aufweist» Wo das Mem-

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branengefüge eine mit einer Membran verbundene (bondei) poröse Verstärkung aufweist, kann die Verstärkung selbst mit verfestigendem Polymer imprägniert werden, das man verfestigen läßt und das mit dem verfestigten Polymer am Träger verschweißt wird. Es ist aber auch möglich, eine nicht poröse thermoplastische Einlage in einem Loch in einem Träger zu verwenden und das Membranengefüge mit der Einlage zu verschweißen.

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden eines Naßmembranengefüges (28, 30) mit einem porösen Träger (26), gekennzeichnet durch Imprägnieren des Trägers (26) mit einem verfestigenden fließfähigen Polymer, Belassen einer Polymerschicht auf einer Oberfläche des Trägers und Verfestigenlassen des Polymers, durch Anlegen des Membränengefüges im Naßzustand gegen den Träger, so daß es am Polymer auf der Trägeroberfläche anliegt, und durch Zusammenpressen beider, während Ultraschallschweißenergie in einer Größenordnung angewandt wird, die so bemessen ist, daß die an der Grenzfläche des Membränengef üges und des Trägers befindliche Feuchtigkeit ausgetrieben und das·Membränengefüge mit dem Träger verschweißt wird.

TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO 1-85644 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG, PMEISSNEaBLNW Inven d BERLIN 030/8916037 BERLIN 31 4047 37-103 030/89130 26 3895716000

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2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge_ kennzeichnet, daß das Membranengefüge

■ eine Membran (32) und eine poröse Membra.nverstärkung (32) aufweist, die mit der Membran verbunden (bonded) ist, daß die poröse Membranverstärkung mit einem verfestigenden fließfähigen Polymer imprägniert wird, wobei eine Polymerschicht auf der Verstärkung·verbleibt und sich verfestigen kann, und daß zum Verfahrensschritt des Anlegens auch das Ultraschallschweißen der auf der Membranverstärkung liegenden Polymerschicht mit der Polymerschicht auf dem Träger gehört.

3. Verfahren nach Anspruch 1,dadμrch gekennzeichnet, daß beim Imprägnieren auch ein Abschnitt (26 P) des Trägers durch die gesamte Dicke dieses porösen Trägerabschnitts hindurch mit Polymer imprägniert wird, so daß dar Seitimfluß der darin fließenden Flüssigkeit gesperrt wird, wobei eine Polymerschicht auf gegenüberliegenden Flächen des Trägers (26) gelassen wird .und das Polymer sich verfestigen kann; daß beim Anlegen zwei Membrangefüge (28,30) an gegenüberliegende Flächen des Trägers angelegt werden und das Polymer sich verfestigen kann; und daß beim Anlegen jedes der beiden Membrangefüge an eine gegenüberliegende Fläche des Trägers angelegt wird und dabei an der Polymerschicht an einer unterschiedlichen Seite des Trägers anliegt, wobei gleichzeitig die Membrangefüge mit den an gegenüberliegenden Flächen des Trägers

'50 liegenden Polymerschichten durch Ultraschall verschweißt werden.

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4·. Verfahren zum Verschweißen eines porösen schicht- oder folienartigen Trägers mit einem Naßmembrangefüge unter Verwendung eines fließähigen aber verhärtbaren mit.. WaBsar befeuchteten Polymers, κ e kennzeichnet durch Auftragen des noch im Fließzustand befindlichen Polymers auf einem Abschnitt des Trägers zu dessen Imprägnierung, wobei eine Polymerschicht auf der Fläche des Trägers belassen und der Verfestigung überlassen wird, und durch Andrücken des Trägers an das Naßmembrangef üge, so daß die Polymerschicht auf der Trägerfläche auf das Naßmembranengefüge drückt, wobei Schweißenergie zum Heißverschweißen der angrenzenden Oberflächen des Trägers und des Membrangefüges angewen-' det wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4-, mit einem Membranengefüge, das eine Membran und eine an den Membranflächen aufgebrachte poröse Membranverstärkung aufweist,gekennzeichnet durch Imprägnieren der porösen MembranverStärkung (32) mit einem fließfähigen und härtbaren Polymer unter Belassen einer Polymerschicht auf der Auflage und Verfestigenlassen dieser Schicht, und dadurch, daß beim Andrücken die Imprägnierpolymerschicht · auf der Membranauflage mit der Imprägnierpolymerschicht auf dem Träger ultraschallverschweißt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige aber härtbare Polymer ein Haftmittel ist, das ein verdampfungsfähiges Lösungsmittel enthält, das;bei teilweiser Trocknung klebrig und wenn trocken im wesentlichen nicht klebrig ist, und daß beim Ver-

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festigen des Polymers dieses trocken werden kann, bis es den im wesentlichen nicht klebrigen Zustand erreicht, bevor der Träger an das Membranengefüge angedrückt wird.

-7. Membranpackung gekennzeichnet durch . einen folienartigen oder dünnschichtigen Träger, der für die seitliche Strömung des darin befindlichen Strömungsmittels hochdurchlässig ist und eine Kante aufweist, eine Menge härtbaren und fließfähigen Materials zum Imprägnieren eines ausgewählten in ,d^er Nähe der Kante liegenden Abschnitts des Trägers, der an dessen gegenüberliegenden Flächen sowie unter der Oberfläche liegt, so daß der seitliche Druchgang des Gtrömungsmittels gesperrt wird, und ein über den gegenüberliegenden Flächen des Trägers liegendes ^Membraneng.efügepaars, und dadurch, daß sich das härtbare Material im Träger im Festzustand befindet und an seinen den gegenüberliegenden Flächen des Trägers gegenüber befindlichen Flächen mit den Membrangefügen heißverschweißt wird. . '

8. Membranpackung nach Anspruch 7»d.ad.urch gekennze ichnet, daß jedes Btembrangefüge eine Membran und eine auf den' zueinander · hinweisenden Flächen aufgebrachte Verstärkung nowie eine Menge härtbaren und fließbaren Materials aufweist, mit der die Verstärkung an zumindest einem der Membran gegenüberliegenden Abschnitt der Verstärkung imprägniert wird, wobei durch das im Festzußtand befindliche Material die Verstärkung imprägniert, die an einer der Membran gegenüber-

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liegenden Fläche der Verstärkung'liegt, und diese mit dem den Träger imprägnierenden Material heißverschweißt wird.

9· Membranpackungseinheit, gekennzeichnet durch einen porösen Träger mit einer Kante, ein' Naßmembrangefüge mit einer mit der Kante des Trägers ausgerichteten Kante, das mit seinen Flächen angrenzend am Träger liegt, wobei der Träger unmittelbar angrenzend an die Kante mit einem festen Polymer imprägniert und das imprägnierende Polymer im Träger mit dem Membrangefüge heißversehweißt wird.

10. Membranpackung nach Anspruch 9,dadurch ge k e η η ζ. e i c h η e t, daß das Membrangefüge eine Membran und eine Verstärkung aufweist, wobei die Verstärkung vom Polymer imprägniert und das imprägnierende Polymer im Träger und die Verstärkung miteinander verschweißt werden.

11. Membranpackung nach Anspruch 9» da durch ge kennzeichne t, daß der Träger und die Membran ausgerichtete Löcher aufweisen, wobei die Wände der Löcher die Kante bilden.

12. Verfahren zum Versiegeln eines porösen folienartigen oder dünnschichtigen Tx'ägers mittels eines fließfähigen aber hartbaren Polymer«, g e k e η nz e i c h η e t durch Auftragen des Polymers im fließfähigen Zustand in einem Abschnitt des Trägers zum Imprägnieren des Trägers bei Belassen einer Polymerschicht auf einer Fläche des Trägers und Aus-

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härten des Polymers, Andrücken des Trägers an das Membranengefüge, so daß die Polymerschicht auf der Trägerfläche gegen das ^embranengefüge drückt, und durch Anwenden von Schweißenergie zum Heißverschweißen der. angrenzenden Oberflächen des Trägers und des Membranengefüges.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranengefüge eine Membran und eine flächenmäßig der Membran ■ gegenüberliegend aufgebrachte'poröse Membranverstärkung aufweist, daß die poröse Membränve'rstärkung mit einem fließfähigen aber härtbaren Polymer imprägniert wird, wobei eine Polymerschicht auf der Verstärkung und zur verfestigung belassen wird, und daß·beim Anpressen die Imprägnierpolymerschicht auf der Verstärkung mit der Imprägnierpolymerschicht auf dem Träger ultraschallverschweißt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge - ?Q kennzeichnet, daß das ftlembranengefüge eine Membran und eine poröse Verstärkung aufweist, wobei die Membran während der Anwendung· von Schweißenergie im benetzten Zustand ist, und daß beim Imprägnieren die Verstärkung vor deren Imprägnieren abgetuft wird.

15. Membranpackung mit versiegelter Kante, ge-, kennzeichnet durch einen folienartigen oder dünnschichtigen Träger-, der gegenüber seitlichen Strömen der darin befindlichen Flüssigkeit durchlässig iat und eine Kante aufweist, eine

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Einlage (76,78) aus im wesentlichen nicht porösen thermoplastischen Polymer, die in der gleichen Ebene liegt wie der Träger und eine erste . Kante, die an, der Kante dea Trägers anliegt, und eine gegenüberliegende zweite Kante besitzt, die eine Kante der Membranpackung bildet, und durch ein Membranengefüge, das über einer Fläche des Trägers· liegt, und sich erstreckend über.die Trägerkante hinaus über die Einlage legt, wobei die Einlage mit dem Abschnitt des Membranengefüges verschweißt wird, der über die Trägerkante hinausgeht ,. wodurch der Träger gegen ein Einströmen der darin befindlichen Flüssigkeit verschlossen . wird, die die zweite Kante der Einlage überquerend passiert.

• 16. Membranpackung nach Anspruch 15, d adu r c h gekennzeichnet, daß der Träger ein Loch (22,78) aufweist, wobei die Wände (20) die Trägerkante bilden, daß die Einlage (76) ringförmig ausgebildet ist und im Loch eng anliegt, und daß die Membran ein Loch von etwa demselben Durchmesser wie das Innere der ringförmigen Einlage aufweist und dabei mit dieser ausgerichtet ist.

17. Membranpackung gekennzeichnet durch einen porösen dünnschichtigen Träger mit einem Loch, einer im wesentlichen ringförmigen nicht porösen Einlage, die im Trägerloch eng anliegt, und durch einen Membranengefüge, das über dem Träger liegt und ein Loch von etwa demselben Durchmesner wie das Loch in der ringförmigen Einlage besitzt.

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18. Membranpackung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage und dan Membrunftefüge jeweils aus einem thermoplastlachen Polymer gebildet sind, wobei das Membranengefüge benetzt ist und das Membranengefüge und die Einlage miteinander heißverschweißt sind.

19· Verfahren zum Ausbilden einer Membranpackung mit einer gegenüber Flüssigkeiten abgedichteten Kante, gekennzeichnet durch Anlegen einer nicht porösen Einlage an eine Kante des Trägers, Legen eines Membranengefüges über den Träger, so daß ein sich über die Trägerkante hinaus • erstreckender Abschnitt des Membranengefüges mit neiner Fläche über die Einlage legt, und durch

Τ» fJächenmaßigea Ultrnachallverachweißen des Membranabischnittö mit der Einlage.

20. Verfahren nach Anspruch 19,dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage ringförmig ausgebildet ist, daß im Träger ein Loch mit ■ einem im wesentlichen dem Aussendurchmesser der Einlage gleichgroßen Durchmesser und im Membranengefüge ein mit dem Innendurchmesser der Einlage im wesentlichen gleich großes Loch gebildet wird, wobei die Einlage in das Trägerloch eingebracht wird.