PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE UNA TOBERA DE HILADO DE FIBRAS HUECAS.

Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas con un cuerpo de base con las etapas del procedimiento:

- estructuración de al menos dos cuerpos en forma de placa por medio de tecnología de microestructura, - ensamblaje de al menos dos cuerpos en forma de palca para formar un cuerpo de base, en el que están configurados uno o varios canales de alimentación de agente de precipitación / agente de apoyo y de alimentación de masa y al menos una estructura de toberas conectada con éstos con al menos un orificio de salida de masa y con al menos una aguja con taladro de agente de precipitación / agente de apoyo

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas.

Ya se conocen toberas de hilado de fibras huecas, que sirven para la fabricación de membranas polímeras de fibras huecas ver JP 2001254221 o JP-A-55090 608). Como se representa en la figura 1 según el dibujo adjunto, tales 5 toberas de hilado de fibras huecas 10 están constituidas por un cuerpo de base 12 de metal, en el que están practicados varios taladros 14, 16, 18, 22. En el taladro 14 está insertado un tubito 20, en el que está configurado un canal de agente de precipitación o bien un canal de agente de apoyo 22 para la introducción del agente de precipitación o bien del medio de apoyo. Los taladros 16 y 18 forman canales de alimentación de masa para un polímero, que sale a través de un canal anular 22, que está constituido, en efecto, igualmente por un taladro 10 correspondiente. En la fabricación de las toberas de hilado de fibras huecas 10 conocidas se aplican procedimientos de la mecanización habitual de metales. Por lo tanto, aquí aparece una estructura de toberas a través del ensamblaje de las dos partes de la tobera, de manera que resulta una inexactitud, por ejemplo de la geometría del espacio anular 22, acumulada a partir de los errores de fabricación durante la producción del cuerpo de base 12 y del tubito 20. Además, se añaden posibles errores de montaje, que pueden conducir igualmente a una inexactitud de 15 la geometría. Por último, las toberas de hilado de fibras huecas conocidas según el estado de la técnica no se pueden miniaturizar de forma discrecional.

El cometido de la invención es proporcionar un procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas, con el que se pueden fabricar también membranas capilares finas, de manera que las se reducen al mínimo las tolerancias de fabricación economiza claramente el procedimiento de fabricación para estas toberas de hilado de 20 fibras huecas.

De acuerdo con la invención, este cometido se soluciona a través de la combinación de las características de la reivindicación 1. A través del procedimiento de fabricación se crea un tipo de construcción totalmente nuevo para toberas de hilado de fibras huecas, puesto que la invención se desvía de las mecanizaciones convencionales de metales y se aplica el procedimiento de la tecnología de la microestructura. En efecto, de acuerdo con la invención 25 se ensamblan dos cuerpos en forma de placa estructurados por medio de la tecnología de microestructura para formar una tobera de hilado de fibras huecas. En este caso, con preferencia sobre una placa formada por medio de la tecnología de microestructura se une una segunda placa no estructurada, de manera que la segunda placa es estructurada después de la aplicación sobre la primera placa. Las placas se unen entre sí en la superficie. Con el nuevo método de fabricación se abre una pluralidad de ventajas. En primer lugar, se puede realizar una dimensión 30 esencialmente más pequeña de la estructura de las toberas por medio de la tecnología de microestructura. Además, se puede realizar una precisión esencialmente más elevada con respecto a la estructura de las toberas. Esta precisión se consigue porque la estructura de las toberas se realiza en una etapa. Solamente está limitada por la exactitud de la máscara de litografía que sirve de base, que se utiliza en la tecnología de microestructura. No obstante, tales máscaras de litografía se pueden fabricar con exactitud extrema con tolerancias de 100 nm. Otra 35 ventaja del procedimiento de acuerdo con la invención reside en los costes de producción esencialmente más reducidos de las toberas de hilado.

Las configuraciones especiales de la invención se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes que siguen a la reivindicación principal.

En principio, para la realización de las toberas de hilado de fibras huecas de acuerdo con la invención se pueden 40 emplear todos los materiales de la tecnología de microestructura, sin éstos se pueden decapar de forma anisotrópica y se pueden adherir. Pero se pueden emplear de manera especialmente ventajosa silicio monocristalino, arseniuro de galio (GaAs) o germanio.

De acuerdo con una forma de realización especial de la invención, se fabrica una tobera de hilado de fibras huecas a partir de dos placas, en la que en la primera placa están recortados los canales de alimentación de masa, una zona 45 de homogeneización de la corriente de masas, un taladro de alimentación de agente de precipitación / agente de apoyo y un tronco de agua, mientras que en la segunda placa se recortan una estructura de tobera con intersticio anular de masa y una aguja con un talado de agente de precipitación / agente de apoyo.

De manera alternativa, también es concebible un procedimiento de fabricación, en el que la segunda placa contiene adicionalmente los canales de alimentación de masa y la zona de homogeneización de la corriente de masa. Allí se 50 suprimen sobre la primera placa estos elementos y el tronco de aguja. Una característica especial de esta construcción es que la aguja de la tobera de hilado solamente está unida con la primera placa en una superficie frontal.

La tobera de hilado de fibras huecas fabricada con el procedimiento preferido, con la que se puede fabricar una membrana sencilla de fibras huecas capilares, presenta de manera ventajosa las siguientes dimensiones:

Espesor de la primera placa: 0,250 -1,500 mm

Espesor de la segunda placa: 0,050 -1,500 mm

Diámetro exterior de la aguja: 0,020 - 1,500 mm 5

Longitud de la aguja incluido el tronco de la aguja: 0,100 - 2,000 mm

Diámetro del taladro de agente de precipitación: 0,010 - 1,000 mm

Longitud del taladro de agente de precipitación: 0,150 - 2,500 mm

Diámetro exterior del intersticio anular: 0,040 - 3,000 mm

Longitud del intersticio anular: 0,050 - 1,500 mm 10

Altura de la tobera de hilado: 0,300 - 3,000 mm

Longitud de los cantos de la tobera de hilado: 1,000 - 25,00 mm

Otra configuración ventajosa de la invención consiste en un procedimiento, en el que el cuerpo de base presenta tres placas, en el que la primera placa contiene canales de alimentación, una zona de homogeneización y un tronco de aguja con un taladro de alimentación central, una segunda placa, que se conecta en la primera placa, canales de 15 alimentación, una zona de homogeneización y otro tronco de aguja con un canal anular concéntrico así como una prolongación de la aguja con un taladro central, y en el que una tercera placa, que se conecta de nuevo en la segunda placa , presenta una estructura de toberas, que consta de un taladro central y de dos intersticios anulares concéntricos. Por medio de esta tobera de hilado de fibras huecas fabricada con el procedimiento de acuerdo con la invención se pueden fabricar membranas capilares con capas doble coextrusionadas. 20

Una variante de realización alternativa resulta porque las toberas de hilado de fibras huecas están fabricadas a partir de tres placas individuales, en la que la primera placa presenta un taladro de alimentación central, una segunda placa que se conecta en la primera placa, canales de alimentación paralelos y zonas de homogeneización asociadas a éstos y en la que la tercera placa, que se conecta en la segunda placa presenta una estructura de toberas, que está constituida por un taladro central y por dos intersticios anulares concéntricos. 25

De manera ventajosa, el diámetro exterior de la tobera de hilado de fibras huecas de varios canales es inferior a 1 mm. De manera especialmente preferida, el diámetro exterior de la tobera de hilado de fibras huecas de varios canales es inferior o igual a 0,45 mm. Con esta tobera se puede fabricar una membrana de diálisis con un diámetro interior de 200 – 300 m.

Otros detalles y ventajas de la invención se deducen a partir de los ejemplos de realización representados en el 30 dibujo. En este caso:

La figura 1 muestra una sección esquemática a través de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con una forma de realización según el estado de la técnica.

La figura 2 muestra una sección esquemática a través de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con una primera configuración de la invención. 35

La figura 3 muestra una representación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas con un cuerpo de base con las etapas del procedimiento:

- estructuración de al menos dos cuerpos en forma de placa por medio de tecnología de microestructura,

- ensamblaje de al menos dos cuerpos en forma de palca para formar un cuerpo de base, en el que están configurados uno o varios canales de alimentación de agente de precipitación / agente de apoyo y de alimentación 5 de masa y al menos una estructura de toberas conectada con éstos con al menos un orificio de salida de masa y con al menos una aguja con taladro de agente de precipitación / agente de apoyo.

2. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tobera de hilado de fibras huecas se fabrica a partir de dos cuerpos en forma de placa con las etapas del procedimiento: 10

- estructuración de un primer cuerpo en forma de placa por medio de la tecnología de microestructura,

- aplicación de un segundo cuerpo en forma de plana no estructurado sobre el primer cuerpo en forma de placa estructurado para la formación del cuerpo de base de la tobera de hilado de fibras huecas y

- estructuración del segundo cuerpo en forma de placa por medio de tecnología de microestructura.

3. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 1, 15 en el que la tobera de hilado de fibras huecas se fabrica a partir de dos cuerpos en forma de placa con las etapas del procedimiento:

- estructuración de un primer cuerpo en forma de placa por medio de la tecnología de microestructura,

- aplicación de un segundo cuerpo en forma de plana no estructurado sobre el primer cuerpo en forma de placa estructurado, 20

- estructuración del segundo cuerpo en forma de placa por medio de tecnología de microestructura,

- aplicación de un tercer cuerpo en forma de placa no estructurado sobre el segundo cuerpo en forma de placa estructurado para la formación del cuerpo de base de la tobera de hilado de fibras huecas, y

- estructuración del tercer cuerpo en forma de placa por medio de tecnología de microestructura.

4. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 1 ó 25 2, en el que el cuerpo de base está constituido por dos cuerpos en forma de placa y en el primer cuerpo en forma de placa se configuran por medio de estructuración los canales de alimentación de masa, una zona de homogeneización de la corriente de masa, el taladro de alimentación de agente de precipitación / agente de apoyo y un tronco de aguja y por medio de la estructuración del segundo cuerpo en forma de placa se configuran la estructura de la tobera con intersticio anular de masa como orificio de salida de masa y la aguja con taladro de 30 agente de precipitación / agente de apoyo.

5. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el cuerpo de base está constituido por dos cuerpos en forma de placa y por medio de la estructuración del primer cuerpo en forma de placa se configura el taladro de alimentación de agente de precipitación / agente de apoyo y por medio de la estructuración del segundo cuerpo en forma de placa se configuran los canales de 35 alimentación de masa, una zona de homogeneización de la corriente de masa, una estructura de toberas con intersticio anular de masa como orificio de salida de la masa y la aguja con taladro de agente de precipitación / agente de apoyo.

6. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el cuerpo de base está constituido por tres cuerpos en forma de placa y por medio de la estructuración del 40 primer cuerpo en forma de placa se configuran los canales de alimentación de masa, una zona de homogeneización de la corriente de masa, el taladro de alimentación de agente de precipitación / agente de apoyo y un tronco de aguja y por medio de la estructuración del segundo cuerpo en forma de placa se configuran los canales de alimentación de masa, una zona de homogeneización de la corriente de masa, un espacio anular y otro tronco de agua y por medio de la estructuración del tercer cuerpo en forma de placa se configura la estructura de la tobera con 45

dos intersticios anulares de masa como orificio de salida de la masa y la aguja con taladro de agente de precipitación / agente de apoyo.

7. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el primer cuerpo en forma de placa es estructurado por ambos lados.

8. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con una de las 5 reivindicaciones anteriores, en el que la estructuración de al menos un cuerpo en forma de placa comprende las etapas:

- fabricación de una máscara de litografía con un procedimiento de litografía estándar,

- decapado de la estructuración por medio de decapado reactivo de iones o decapado profundo reactivo de iones o crío-decapado. 10

9. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el procedimiento de decapado se realiza como procedimiento de dos etapas, en particular en una primera etapa se configura, al menos parcialmente, el taladro más profundo de agente de precipitación y en una segunda etapa siguiente se termina el taladro de agente de precipitación y la estructura de toberas con intersticio anular. 15

10. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con las reivindicaciones 7 y 8, en el que las máscaras de litografía para el lado delantero y para el lado trasero del primer cuerpo en forma de placa son alineadas óptimamente entre si.

11. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un cuerpo en forma de placa de la tobera de hilado de fibras huecas 20 está constituida por silicio monocristalino, arseniuro de galio o germanio.

12. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los cuerpos en forma de placa se unen por medio de procedimientos de adhesión, en particular adhesión, en particular adhesión anódica o adhesión directa.

13. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con una de las 25 reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas a partir de al menos dos cuerpos en forma de placa por medio de tecnología de microestructura, están previstas al menos dos obleas redondas como cuerpos en forma de placa, sobre las que se fabrican al mismo tiempo varias estructuras de toberas de hilado.

14. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 13, 30 caracterizado porque la pluralidad de estructuras de toberas son divididas sobre la oblea en toberas de hilado de fibras huecas individuales.

15. Procedimiento para la fabricación de una tobera de hilado de fibras huecas de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque una tobera de hilado de fibras huecas individuales presenta una única estructura de toberas o varias estructuras de toberas en una combinación de estructuras de toberas. 35

16. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 14 ó 15, caracterizado porque el procedimiento de división de la oblea se realiza por medio de sierras de obleas o mecanización por láser.