JPH07100882B2 - 熱交換器用中空糸及びその製造方法 - Google Patents

熱交換器用中空糸及びその製造方法

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JPH07100882B2
JPH07100882B2 JP60056465A JP5646585A JPH07100882B2 JP H07100882 B2 JPH07100882 B2 JP H07100882B2 JP 60056465 A JP60056465 A JP 60056465A JP 5646585 A JP5646585 A JP 5646585A JP H07100882 B2 JPH07100882 B2 JP H07100882B2
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heat exchanger
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洋 高橋
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0023Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
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  • Multicomponent Fibers (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は有機重合体からなる熱交換器用中空糸に関し、
特に人工肺用等の熱交換器として利用した場合に有用な
熱交換器用中空糸に関する。
〈従来の技術〉 人工肺は開心術の補助心肺装置、機能が低下した肺の代
替装置に使用されるものであり、手術時に体外に取りだ
された血液の温度を調節する必要があり、そのための手
段としての熱交換器が必要不可欠であり、先行技術とし
て例えば特公昭55-2982号、特開昭57-39854号公報等に
その詳細が記載されている。
〈発明が解決すべき問題点〉 従来、人工肺の附属装置として使用されてきた熱交換器
のパイプの素材には、熱伝導率が良く、耐熱性が良いス
テンレス製のものが多く用いられるが、熱交換器に組み
立てる際に端面のシール方法、端面のエッジによる血液
中の粒子体の破壊、複雑な組成の血液成分との反応性の
問題等がある。
有機重合体からなる熱交換器用中空糸は上記のような従
来の素材が有する諸問題を解決するには十分であり、熱
交換器用のパイプとして十分なものであるが、素材が有
機重合体の場合には若干の問題がある。即ちこれらのパ
イプを熱交換器に組み込むとき一般的にパイプを配列
し、給熱側と吸熱側双方の物質を混合させないように仕
切る必要があり、この手段として有機樹脂によるポッテ
ィング技術が利用されることが多いが、有機重合体の有
機樹脂との接着性は良くないものである。
〈問題点を解決するための手段〉 そこで本発明者等は有機重合体からなる熱交換器用中空
糸が有する上記問題を解決するために鋭意検討した結
果、該熱交換器用中空糸の表層の部分に微小空孔を設け
ることにより、ポッティングに使用する有機樹脂との接
着性が飛躍的に向上することを見いだし本発明を完成し
た。
即ち本発明の要旨は、外層と内層とが異種又は溶融粘度
指数(MI値)の異なる同種の有機重合体で構成され、微
小空孔を有する外層と連続した貫通孔が存在しない内層
とが接合された熱交換器用中空糸であって、両方の厚さ
の和が2〜500μ内径の50〜2000μであるをことを特徴
とする複合溶融紡糸により得られる熱交換器用中空糸に
あり、かつ同心円状に配置された二つの円環状の吐出口
を有する中空糸製造用ノズルを用いて、各々の吐出口に
異種又は溶融粘度指数の異なる同種の有機重合体を別々
に供給して溶融複合紡糸し、二つの層を有する中空糸を
得、該中空糸をそのままか又はアニール処理を行った
後、延伸して外側の層のみに多数の微小空孔を生ぜし
め、しかる後熱セットすることを特徴とする異種又は溶
融粘度指数の異なる同種の有機重合体で構成され、微小
空孔を有する外層と連続した貫通孔が存在しない内層と
が接合された熱交換器用中空糸の製造方法にある。
本発明において使用する有機重合体はポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリ3−メチルブテン−1、ポリ4−メ
チルペンテン−1、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、
ポリヘキサメチレンアジペート、ポリカプロラクタム、
ポリオキシメチレン又はこれらを主成分とするこれらの
結晶性重合体、シリコン、ウレタン、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体、エチレンピエルアルコール共重合体又はエ
チレン塩化ビニル共重合体等を挙げることができる。
本発明の熱交換器用中空糸の形態は、いかなる形態でも
良いが、熱交換用途に用いられることを勘案し、十分な
機械的強度があることが好ましいことから、管壁の厚さ
2〜500μ、内径50〜2000μ程度が特に好ましい。
本発明の熱交換器用中空糸は同心円状に配置された二つ
の円環状の吐出口を有する中空糸製造用ノズルを用い
て、各々の吐出口に異種又はMI値の異なる同種の有機重
合体を別々に供給して溶融紡糸し、二つの層を有する中
空糸を得、該中空糸をそのままか又はアニール処理を行
った後、延伸して外側の層のみに多数の微小空孔を生ぜ
しめ、しかる後熱セットすることによって得られる。
本発明において採用する外側の層を構成する有機重合体
のMI値は0.1〜1.0の範囲にあるのが好ましい。MI値はAS
TM D−1238によって測定される値であり、最も好ましく
は1〜6の範囲である。この範囲は外層に安定して微小
空孔を有する中空糸を安定して製造するのに望ましい範
囲であって、1.0以下の領域では溶融温度が高きに過
ぎ、安定した紡糸が行いにくく、又10以上のMI値の領域
では延伸による多孔質化において微小空孔の発現が不充
分になることによる。
又、内側の層を構成する有機重合体のMI値は1.5〜50の
範囲にあることが好ましい。MIが15未満では内層に貫通
孔が出来易くなり、50をこえると溶融粘度が低くなりす
ぎ、安定した紡糸が行い難くなることによる。異種の重
合体を用いる場合には同じ延伸条件で微細孔が生成しや
すいものを外層に配すればよい。
有機重合体の紡糸温度は有機重合体を円環状のノズルか
ら押し出せる温度であればいかなる温度でも良いが、溶
解温度が高過ぎる場合には溶融粘度が低きに過ぎ安定し
た紡糸が行い難くなるので、融点〜(融点+80℃)の範
囲であることが好ましい。
紡糸ドラフトは30以下の領域では、中空糸の配向性が低
くなり、後に延伸する際に十分な伸度が得られず、微小
空孔を開けるのに必要な延伸量を確保できないことによ
り、30以上であることが望ましい。
アニール処理温度は内部の結晶構造を安定化させる様な
温度であればいかなる温度でも良いが、形態を崩さない
で、結晶構造をより速く安定させる温度として融点〜
(融点−100℃)の範囲が好ましい。
延伸は熱処理後の中空糸の外層部分に微小空孔を発現さ
せる工程であり、微小空孔を発現させるためには結晶自
体の変形が起らず、結晶界面が剥離する様な温度で延伸
する必要がある。そのためには(融点−100℃)以下の
比較的低温で延伸するのが好ましい。
熱セットは冷延伸によって発現した微小空孔を場合によ
って拡大し、安定化させる工程であり、構造自体の変形
が少なく、微小空孔構造が安定する様な温度で延伸する
必要がある。そのためには融点〜(融点−60℃)の範囲
が好ましい。
本発明によって得られる熱交換器用中空糸は管壁部分に
微小空孔を有するので、熱交換器に組立てる際に行うポ
ッティング加工に用いる有機樹脂との接着性を界面の接
着力だけでなく、有機樹脂が微小空孔内部に浸透して固
化することによる機械的な結合力によって飛躍的に向上
させることができ、熱交換器に用いた場合その信頼性を
高くすることができる。さらに本発明によって得られる
熱交換器用中空糸は前記の様な延伸法によって賦形して
いるため、配向性が良く、機械的強度に優れたものとな
る。
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
実施例1 密度0.968メルトインデックス5.5のポリエチレン(三井
石油化学株式会社製ハイゼックス2200J)と密度0.92メ
ルトインデックス2のポリエチレン(三井石油化学株式
会社製ウルトゼックス3021F)を同心円状に配置された
二つの円環状の吐出口を有する中空糸製造用ノズルを用
いて、外側の吐出口から前記高密度ポリエチレンを吐出
温度170℃、吐出線速度8cm/min、内側の吐出口から前記
低密度ポリエチレンを吐出温度170℃、吐出線速度2cm/m
inの条件で押し出し巻取り速度400cm/minで巻取った。
この時の高密度ポリエチレンの紡糸ドラフト5000、低密
度ポリエチレンの紡糸ドラフト20000であった。
得られた未延伸中空糸の寸法は内径300μ、高密度ポリ
エチレン層の厚さ60μ、低密度ポリエチレン層の厚さ6
μであった。この未延伸中空糸を115℃に加熱されたロ
ーラー上を定長下に通過せしめて140秒間、アニール処
理した。引き続いて20℃に保たれたローラー間で40%延
伸し、さらに105℃で160%延伸し、さらに115℃に加熱
したボックス中で定長下で熱セットを行い、熱交換器用
中空糸を得た。
得られた熱交換器用中空糸の管壁の厚さは50μ、内径は
240μであった。該熱交換器用中空糸をウレタン接着剤
(日本ポリウレタン株式会社製C−4403/N−4221)でポ
ッティング加工し、室温で1週間硬化した後、ポッティ
ング部分を切断した。切断面を光学顕微鏡により肉眼考
察した結果、ウレタン樹脂から剥離している中空糸は皆
無であった。
比較例1 実施例1のアニール処理後の中空糸を実施例1と同様に
ウレタン接着剤でポッティング加工し、1週間硬化した
後、ポッティング部分を切断した。切断面を光学顕微鏡
で肉眼観察した結果、殆どの中空糸がウレタン樹脂から
剥離していた。
実施例2 密度0.968、メルトインデックス5.5のポリエチレン(三
井石油化学株式会社製ハイゼックス2200J)と密度0.91
0、メルトインデックス15のポリプロピレン(宇部興産
株式会社UBEポリプロJ−115G)を同心円状に配置され
た二つの円環状の吐出口を有する中空糸製造用ノズルを
用いて、外側の吐出口から前記高密度ポリエチレンを吐
出温度190℃、吐出線速度8cm/min、内側の吐出口から前
記ポリプロピレンを吐出温度190℃、吐出線速度0.7cm/m
inの条件で押し出し巻取り速度200m/minで巻取った。こ
の時の高密度ポリエチレンの紡糸ドラフト2500、ポリプ
ロピレンの紡糸ドラフト30000であった。
得られた未延伸中空糸の寸法は内径350μ、高密度ポリ
エチレン層の厚さ35μ、ポリプロピレン層の厚さ5μで
あった。この未延伸中空糸を115℃に加熱されたローラ
ー上を定長下に通過せしめて140秒間、アニール処理し
た。引き続いて20℃に保たれたローラー間で40%延伸
し、さらに105℃で160%延伸し、さらに115℃に加熱し
たボックス中で定長下で熱セットを行い、熱交換器用中
空糸を得た。
得られた熱交換器用中空糸の管壁の厚さは33μ、内径は
340μであった。該熱交換器用中空糸をウレタン接着剤
(日本ポリウレタン株式会社製C−4403/N−4221)でポ
ッティング加工し、室温で1週間硬化した後、ポッティ
ング部分を切断した。切断面を光学顕微鏡により肉眼観
察した結果、ウレタン樹脂から剥離している中空糸は皆
無であった。
比較例2 実施例2のアニール処理後の中空糸を実施例2と同様に
ウレタン接着剤でポッティング加工し、1週間硬化した
後、ポッティング部分を切断した。切断面を光学顕微鏡
で肉眼観察した結果、殆どの中空糸がウレタン樹脂から
剥離していた。
実施例3 メルトインデックス3.6のポリオキシメチレン(旭化成
工業株式会社製テナック3010)と密度0.925メルトイン
デックス30のエチレン酢酸ビニル共重合体(日本ユニカ
ー株式会社製NUOエチレン・コポリマーDQDJ−3868)を
同心円状に配置された二つの円環状の吐出口を有する中
空糸製膜用ノズルを用いて、外側の吐出口から前記ポリ
オキシメチレンを吐出温度180℃、吐出線速度6cm/min、
内側の吐出口から前記エチレン酢酸ビニル共重合体を吐
出温度180℃、吐出線速度0.5cm/minの条件で押し出し、
巻き取り速度200m/minで巻取った。この時のポリオキシ
メチレンの紡糸ドラフト3333、エチレン酢酸ビニル共重
合体の紡糸ドラフト40000であった。
得られた未延伸中空糸の寸法は内径300μ、ポリオキシ
メチレン層の厚さ30μ、エチレン酢酸ビニル共重合体層
の厚さ4μであった。この未延伸中空糸を115℃に加熱
されたローラー上を定長下に通過せしめて140秒間、ア
ニール処理した。引き続いて30℃に保たれたローラー間
で40%延伸し、さらに110℃で、160%延伸し、引き続い
て120℃に加熱したボックス中で定長下で熱セットを行
い、熱交換器用中空糸を得た。
得られた熱交換器用中空糸の管壁の厚さは30μ、内径は
292μであった。該熱交換器用中空糸をウレタン接着剤
(日本ポリウレタン株式会社製C−4403/N−4221)でポ
ッティング加工し、室温で1週間硬化した後、ポッティ
ング部分を切断した。切断面を光学顕微鏡により肉眼観
察した結果、ウレタン樹脂から剥離している中空糸は皆
無であった。
比較例3 実施例3のアニール処理後の中空糸を実施例3と同様に
ウレタン接着剤でポッティング加工し、1週間硬化した
後、ポッティング部分を切断した。切断面を光学顕微鏡
で肉眼観察した結果、一部の中空糸がウレタン樹脂から
剥離していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D01F 8/16 F28F 21/06 (56)参考文献 特開 昭49−62380(JP,A) 特公 昭62−44046(JP,B2)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外層と内層とが異種又は溶融粘度指数(MI
    値)の異なる同種の有機重合体で構成され、微小空孔を
    有する外層と連続した貫通孔が存在しない内層とが接合
    された中空糸であって、両方の厚さの和が2〜500μ、
    内径が50〜2000μであることを特徴とする複合溶融紡糸
    により得られる熱交換器用中空糸。
  2. 【請求項2】同心円状に配置された二つの円環状の吐出
    口を有する中空糸製造用ノズルを用いて、各々の吐出口
    に異種又は(MI値の異なる)同種の有機重合体を別々に
    供給して溶融複合紡糸し、二つの層を有する中空糸を
    得、該中空糸をそのままか又はアニール処理を行った
    後、延伸して外側の層のみに多数の微小空孔を生ぜし
    め、しかる後熱セットすることを特徴とする異種又は溶
    融粘度指数の異なる同種の有機重合体で構成され、微小
    空孔を有する外層と連続した貫通孔が存在しない内層と
    が接合された熱交換器用中空糸の製造方法。
  3. 【請求項3】中空糸の外層を構成する有機重合体の紡糸
    時における溶融粘度指数(MI値)を0.1〜1.0に設定し、
    内層を形成する有機重合体のそれを1.5〜50に設定する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の熱交換器
    用中空糸の製造方法。
  4. 【請求項4】紡糸温度が有機重合体の融点〜(融点+80
    ℃)である特許請求の範囲第2項又は第3項記載の熱交
    換器用中空糸の製造方法。
  5. 【請求項5】紡糸ドラフトが3.0以上であることを特徴
    とする特許請求の範囲第2項、第3項又は第4項記載の
    熱交換器用中空糸の製造方法。
  6. 【請求項6】熱セット温度が融点〜(融点−60℃)であ
    る特許請求の範囲第2項乃至第5項のいずれかの項に記
    載の熱交換器用中空糸の製造方法。
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