膜材

膜结构工程中所使用的材料，由高强度的织物基材和聚合物涂层构成的复合材料。涂层对基材起保护作用，并形成膜材料的密封性能

概述

中文名

膜材

选择：

一、膜材应根据建筑物使用年限、建筑功能、建筑物所处的环境、建筑物防火要求及建筑物承受的荷载进行选择。

二、膜结构配件应根据膜结构的受力特点、使用要求、制作安装要求等因素进行选择。

材料组成

CA膜的化学稳定性差,在运转期间会发生水解, 其水解速度与温度及pH条件有关。醋酸纤维素膜可在温度0～30℃及pH值4.0～6.5下连续操作。这些东丽膜产品也会被生物侵蚀, 但由于它们具有可连续暴露在低含氯量环境下的能力,故可以消除生物侵蚀。膜稳定性差的结果导致膜截留率随操作时间增长而下降。然而, 这些材料的普及是由于它们具备广泛的来源和低廉的价格。

2.芳香聚酰胺：不对称芳香聚酰胺(Aramid)膜(Richter和Hoehn 1971)以中空纤维形式为所首创。这些纤维是由溶液纺丝而成。由控制纺丝液溶剂的蒸发在纤维外表面形成约0.1～1.0μm的致密表皮层。余下的纤维结构是约26μm厚的一层多孔支撑结构。盐的截流作用发生在致密层。为了进一步提高截留性能，当中空纤维膜用于苦咸水脱盐时，对膜采用聚乙烯基甲基醚(PT-A)进行后处理，用于海水脱盐则用PT-A与鞣酸(PT-A)作后处理。

与纤维素膜相比，芳香聚酰胺膜的特点是具有优良的化学稳定性。它们能在温度0～30℃ pH4～11件连续操作，且不会被生物侵蚀。然而芳香聚酰胺膜若连续暴露在含氯环境中，则易受氯侵蚀，因此，对他们处理的进料液进行脱氯是重要的。

3. 薄膜复合膜：美国内政部盐水局于年代中期基金资助的North Star Research 和Development Institute(位于 Minneapolis)的工作( Francis 1966; Rozelle等 1967)导致了薄膜复合膜的发展。Universal Oil Products的 Fluid Systems Division( Riley等1967)在70年代中期推出了它的商品(薄膜复合物)膜，而FilmTec公司在80年代初期推出了它的FT30复合膜(Cadotte等1980) 。在这些膜结构中，超薄栅层在一多孔织物支撑体上的微孔聚砜表面上形成(即0.2μm厚)。该聚砜上的栅层是由聚酰胺或聚脲的"就地"界面聚合技术产生的。

薄膜复合膜的优点与它们的化学性质有关，其最主要的特点是有较大的化学稳定性，在中等压力下操作就具有高水通量和盐截留率及抗生物侵蚀。它们能在温度0～40℃及pH2～12间连续操作。像芳香聚酰胺一样，这些材料的抗氯及其他氧化物的性能差。

主要构型

反渗透膜 (什么是反渗透膜?) 需要制成一定构型才可用于水处理。如今膜的构型主要有平板式，管式，卷式和中空纤维式，但常用于水处理的是卷式和中空纤维式两种。

对于卷式构型，常用膜有醋酸纤维素膜和复合膜，利用这些膜制成膜元件，把膜元件放在压力容器中构成膜组件。用于制作卷式构型的膜一般先制成平整的膜，醋酸纤维素膜的结构见图1，上部有一层致密的薄层(0.1-1.0μmm),即脱盐层，脱盐层下面有一层稍厚(100~200μm)的多孔支撑层，水很容易通过致密层流向多孔层。致密层是半透膜层，能有效阻止盐分的通过，起脱盐作用。

复合膜由三层组成，它们是：最上面的超薄脱盐层、中间的多孔的聚砜内夹层，最下面的聚酯支撑网层。由于聚酯支撑层不很平坦和多孔，不能用来直接支撑脱盐层，因而在该支撑层上面浇注一层聚砜微孔层，用于直接支撑脱盐层。聚砜层表面孔径可控制在0.015μm。脱盐层厚度为0.2μm,在聚砜层的支撑下，能承受较高的压力，抗机械压力和化学侵蚀能力强。

对于中空纤维构型，利用芳香族聚酰胺膜制成的众多中空纤维直接装配在压力容器内，构成用于水脱盐的基本单元--膜组件。

无论是卷式还是中空纤维式，对其构型的共同要求如下：

1) 对膜能提供适当的机械支撑，以便承受一定的给水压力;

2) 能使给水，浓水和产品水各行其道，不混合;

3) 使有一定压力的给水在通过膜面上时，能均匀分布，并有良好的流动状态，是浓差计划降至最低;

4) 膜本身具有的脱盐率和透水量能在构型中得到充分的利用;

5) 膜面积能得到最大限度的利用

6) 便于贮存，运输，装卸和更换;

7) 易于制造，维护方便，牢固且安全可靠;

8) 价格有竞争力。

1. 螺旋卷式

首先叙述卷式膜元件的概念。叶片有两张平展开的膜和一张聚酯织物组成，聚酯织物在两张膜的中间，叶片一端胶接起来形成一个袋，另一端(伸出来的聚酯织物)与带孔的PVC管粘接。叶片之间有塑料网，它们一起沿PVC中心管卷绕形成卷式构型。塑料端部装置粘接到卷式的叶片两端，一端起反伸缩装置(ATD)的作用，另一端起浓水密封的载体作用。玻璃钢(FRP)材料的外表面保护卷式构型。这样，形成了一个完整的膜元件。

卷式膜元件装入压力容器内试验，性能符合要求即可出售。前面提到的聚酯织物是起产品水收集通道的作用。塑料网一是作为浓水(给水)通道;二是起加强给水通道水流紊动的作用，以便把浓差极化减少到最低程度。因为卷式反渗透装置的给水从膜元件的给水端流向浓水端，并平行于膜表面，这种水流方向就有浓差极化的倾向，因而叶片之间的塑料网是极为重要的。

卷式膜元件广泛用于苦咸水的脱盐，用于要求产水量较大的脱盐时，通常使用直径为101.6mm(4in) 或203.2mm(8in )，长度为1016mm (40in)或1524mm(60in)的膜元件。

把一个或几个膜元件连接起来，装在圆筒形的压力容器内，即构成卷式膜组件。

压力给水进入第一个膜元件，并在该膜元件的螺旋卷绕之间的通道内流动。一部分给水渗透过膜，并通过卷式通道流到膜元件中心的产品水收集管，另一部分给水沿着膜元件长度方向继续流动至第二个膜元件，这一过程依次进行。每个膜元件的产品水通过公共产品水管流成。当给水每通过下一个膜元件时，给水浓度增大，流过最后一个膜元件时，给水成为浓水，并排出压力容器。

2. 中空纤维式：

众多中空纤维膜装配在压力容器内构成中空纤维式膜组件。如今常用的是杜邦公司生产的用于苦咸水脱盐的B-9型中空纤维膜组件，现以此为例说明。中空纤维外径为85μm,内径为42μm，壁厚为21.5μm。该纤维在其表面有一层很薄得致密层(即芳香族聚酯胺膜的脱盐层)，该层用以阻止盐的透过，而能使水流稳定通过。在此薄层下面有一较厚的同样材料的多孔层，用来支撑脱盐层。该层能让水通过它流至中空纤维的内孔。

中空纤维比人的头发还细，尽管其壁薄，外径与内径比率差少为2：1，犹如厚壁圆柱，但其有自支撑作用，且强度足够承受较高的压力而不变形，不损坏。

对处理水量较大的系统，可使用102×1194或203×1219的膜组件。压力容器内几乎全部充满纤维束，在纤维之间有约25μm的水通路。纤维束间是用无纺布隔开的，然后缠绕，整个纤维束分24层，纤维束最外层包有导流网，以利浓水导流。，空心纤维在压力容器内呈U型平行排列，在纤维中间的进水管道的一端用于进加压后的给水，另一端封堵密封，在其长度方向上有很多孔。纤维束的U型底部一端用环氧树脂固定密封，另一端通过环氧树脂板固定，并敞开中空纤维孔。进水管道内的水径向流往纤维束里的许多纤维。有一部分水渗透进中空纤维孔内，成为产品水，经环氧树脂圆环引出，另一部分在纤维束外边缘(即压力容器内边缘)轴向流往压力容器的端部，成为浓水，不断排走，并依靠O型密封环防止给水，浓水和产品水的混合。

基材与涂层组合

组合

基材

涂层

1

玻璃纤维

聚四氟乙烯

2

玻璃纤维

氟化树脂

3

玻璃纤维

聚氯乙烯

4

聚酯类纤维

聚氯乙烯

5

聚乙烯醇类纤维

聚氯乙烯

6

聚酰胺类纤维

聚氯乙烯