一种中空纤维膜丝测试单元及测试装置的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种中空纤维膜丝测试单元及测试装置。


背景技术：

2.中空纤维膜一般是中空的管状体的组合体,其在使用时一般被制成一束包含许多根膜丝的纤维束,进而纤维束的一端封闭形成封闭端,另一端利用环氧树脂粘结在一起,膜丝形成开口端，原料液在静压差作用下自开口端进入各膜丝的中空管腔内,并通过一根根的膜丝的侧壁而得到过滤。
3.中空纤维膜的生产技术日趋成熟，结构简单，与平面膜或卷式膜相比，在相同体积下，中空纤维膜的比表面积大，作用面积大，且不需要支撑层，被广泛应用于水处理过滤器、医疗中人工肺、人工肾等领域。其中，医疗领域通常将中空纤维膜运用于膜式氧合器中，膜式氧合器是用于对呼吸系统危重症患者的血液进行体外氧合及二氧化碳去除的设备，在膜式氧合器中，中空纤维膜内腔走气体，外部走血液，其原理是：当半透膜两侧的任一气体组分存在分压梯度时，相应的气体分子将会从分压高的一侧向分压低的一侧扩散，从而实现人体血液的氧合及co2的排出，调节血液中的o2和co2。可见，中空纤维膜是膜式氧合器运作的核心部件，其性能优劣对膜式氧合器的使用具有较大的影响。
4.在实际的应用中，对中空纤维膜的机械强度有很高的要求，其抗爆破压力是表征机械性能的有效参数之一。抗爆破压力包括外爆破压力和内爆破压力。抗内爆破压力是指在一定血液压力下，在保证膜不被破坏时允许通过中空纤维膜丝内侧的气体最大压力；抗外爆破压力是指中空纤维膜丝结构形态不发生变化或者破坏的所能承受外部的血液最大压力。目前已有的中空纤维膜丝性能测试装置主要针对其断裂拉伸强度、气体通量和孔径分布等参数，对其爆破力的测试技术仍然很少。即使有对膜式氧合器的抗爆破力测试装置，也是对整个终端氧合器成品进行测试，若是测试不合格其返工维修成本较高。因此，研究一种能够在生产和研发阶段对中空纤维膜丝的抗爆破性能进行测试的装置，对于协助推进膜丝技术研究和降低其相关组装成品的返工成本尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种结构简单的中空纤维膜丝测试单元及测试装置，实现在膜丝生产和研发阶段的抗爆破力测试。
6.本发明的一个目的是提供一种中空纤维膜丝测试单元，包括液体腔和设于液体腔内的膜丝，所述液体腔上设有进液口和出液口，所述液体腔的两端设有封堵面，所述膜丝的两端贯穿封堵面分别形成出气口和进气口。
7.在本技术方案中，所述液体腔用于盛装测试使用的液体；所述膜丝是设置方向与液体腔径向一致的待测中空纤维膜丝；所述进液口为液体进入液体腔提供通道；所述出液口是与进液口相通的开口，用于为液体流出液体腔提供通道，所述封堵面用于将液体腔的
两端封堵；所述出气口为气体流出膜丝提供出口，所述进气口为气体流入膜丝提供入口。所述膜丝的两端可与封堵面齐平或者穿出封堵面。
8.在本技术方案中，液体腔内的膜丝为待测部分，通过液体腔两端的封堵面将膜丝的两端固定，使膜丝的待测部分展开，模拟其在终端产品中的使用状态对其进行测试。在使用时，将本发明的测试单元立式方向接入测试装置，进行抗爆破力的测试，使在膜丝相关终端产品制造之前，便能在膜丝的生产中对膜丝进行爆破力性能的测试，避免整个产品不合格返工带来的经济损失；另外，本发明测试单元能够实现在研发当中方便研究人员对膜丝的性能研究试验，有助于其技术研发；同时，本发明的测试单元结构简单，适用性强，能够在不同的膜丝性能测试装置中使用。
9.进一步的，所述液体腔由连接管道、进气管道、出气管道、进液三通接口和出液三通接口连通形成，所述进气管道和连接管道通过进液三通接口连通，所述进液三通接口的另一个开口为进液口；所述出气管道和连接管道通过出液三通接口连通，所述出液三通接口的另一个开口为出液口；所述封堵面设于所述进气管道和出气管道远离所述连接管道的一端，所述膜丝依次贯穿进气管道、出气管道、进液三通接口和出液三通接口的内部。
10.在本技术方案中，所述进气管道和出气管道是一端为封堵面，另一端为开口的管道，膜丝贯穿进气管上封堵面的一端为进气口，膜丝贯穿出气管道封堵面的一端为出气口；所述连接管道是两端均设有开口，且两端分别连通进液三通接口和出液三通接口的管道。
11.由于膜丝爆破容易受影响，特别是在靠近爆破临界点时膜丝被撑开的阶段，而在测试中压力升高时，容易造成测试单元的抖动，给膜丝爆破增加影响因素，降低测试的准确性；尤其是在抗外爆破压力测试的过程中，液体腔内的压力逐步升高，若是液体腔为一体式设计，液体在进液口处进入液体腔时冲击力会致使整个测试单元晃动；因此，本方案中液体腔为分段管道连接设计，当液体进入液体腔冲击进液口处时，出液三通接口不易被进液三通接口带着抖动，进而保持整个测试单元的稳定，避免因测试单元抖动加速膜丝的爆破，如此提高测试单元对膜丝爆破压力测试的准确性，中空纤维膜的生产检测和研发提供可靠的数据。
12.进一步的，所述进液三通接口和出液三通接口均为
“□”
型，所述进气管道和连接管道通过进液三通接口同轴连接，所述出气管道和连接管道通过出液三通接口同轴连接。
13.在本技术方案中，所述进液三通接口和出液三通接口的竖直接口内部为膜丝贯穿的部分，其水平接口部分作为进液口或出液口，所述进气管道，连接管道和出气管道为同一中心轴线；如此，能够防止管道内的膜丝被折弯而影响气体的流通，同时内部为直线设计也方便液体压力控制。
14.进一步的，所述进液三通接口和出液三通接口的折弯处设有加固机构。
15.在本技术方案中，所述加固机构用于增加三通接口的稳固性，限制测试中液体或气体加压过程三通接口的晃动，进一步提高了测试的准确性。
16.进一步的，所述进液三通接口和出液三通接口均包括通液部和三个开口部，所述通液部为t型，所述通液部与三个开口部相连，所述进气管道的一端伸进所述开口部与所述进液三通接口连通，所述出气管道的一端伸进所述开口部和所述出液三通接口连通，所述通液部的横截面积小于所述开口部的横截面积。
17.在本技术方案中，所述开口部是管道伸进三通接口的部分，所述通液部是三通接
口的内壁直接与液体接触的部分；通液部的横截面积比开口部的横截面积小，如此在开口部内留出空间供管道放置，使管道的内壁与通液部的内壁齐平，或者管道的内壁相对于通液部的内壁靠外侧，减小液体流动时对管道内壁与三通接口连接处的冲击力，使进气管道、出气管道和连接管道与三通接口连接更加稳固，增加测试单元的使用年限。
18.进一步的，所述进气管道和出气管道伸进所述开口部的部分分别占所述进气管道和出气管道的1/4～1/2。
19.在本技术方案中，所述进气管道和出气管道伸进开口部部分的适当长度设计，有利于保证管道与三通接口连接稳固的情况下节省材料，节约生产成本。
20.进一步的，所述膜丝的端面与所述封堵面齐平。
21.在本技术方案中，所述膜丝两端的平面与封堵面齐平，保证两端能够被封堵面固定住同时形成出气口和进气口，为气体进入和流出液体腔提供通道口。
22.本发明的另一个目的是提供一种中空纤维膜抗外爆破压力的测试装置，包括储气容器、储液容器、连接于储气容器上的供气管道与连接于储液容器上的出液管和回液管，还包括上述的中空纤维膜丝测试单元，所述储气容器通过所述供气管道连通所述进气口；所述出气口连接有一排气管，所述排气管上设有气体流量检测装置；所述储液容器通过所述出液管和所述进液口连通，所述出液管上设有出液压力表和液体压力调节装置，所述储液容器通过所述回液管和所述出液口连通。
23.在本技术方案中，所述储气容器用于储存测试需要的气体，所述储液容器用于储存测试需要的液体；所述出液管为液体从储液容器流入测试单元提供流通通道；所述回液管为所述液体从测试单元流回储液容器提供流通通道；所述供气管道为气体从储气容器流入测试单元提供气体流通通道；所述排气管是气体从测试单元中流出的通道；所述气体流量检测装置用于检测膜丝内的气体流量；所述出液压力表用于测量并指示出液管内的液体压力；所述液体压力调节装置用于调节管道内的液体的压力。
24.在测试膜丝的抗外爆破压力时，气体从储气容器中通过供气管道进入膜丝，液体从储液容器通过出液管道进入液体腔，再从液体腔经过回液管道出来进入储液容器，形成液体流动循环，调节液体压力调节装置使液体腔内的液体压力逐步升高，膜丝在液体的压力下被压扁，气体流量计出现拐点时，气体流量的拐点对应的液体压力读数即为抗外爆破压力。
25.本方案通过观察气体流量检测装置的读数判断气体流量拐点，能够直观地得出抗外爆破压力，测量操作简易。
26.进一步的，还包括温控组件，所述温度组件包括设于储液容器外部的控制元件以及设于储液容器内部的液体温度感知元件和加热元件，所述控制元件分别与所述液体温度感知元件和加热元件电相连。
27.在本技术方案中，所述控制元件用于液体温度的控制，所述温度感知元件用于液体温度的感知并输出温度信号，所述加热元件用于对液体进行加热。通过温控组件为液体进行温度调控，使液体模拟不同纤维膜相关产品的温度，提高测试数据的适用性。
28.进一步的，所述储液容器的底部设有排液管，所述排液管上设有排液调节机构。
29.在本技术方案中，所述排液管用于将储液容器内的液体排出，并通过排液调节机构调整排水量。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
31.(1)通过本发明的测试单元，实现在膜丝相关终端产品制造之前，便能在膜丝的生产中对膜丝进行抗爆破力性能的测试，避免整个产品不合格返工带来的经济损失；另外，本发明测试单元能够实现在研发当中方便研究人员对膜丝的性能研究试验，有助于其技术研发。
32.(2)本发明的测试单元结构简单，适用性强，能够在不同的疏水性膜丝性能测试装置中使用。
33.(3)本发明的中空纤维膜抗外爆破压力的测试装置通过观察气体流量检测装置的读数判断气体流量拐点，能够直观地得出抗外爆破压力，测量操作简易。
附图说明
34.图1为实施例1的测试单元结构示意图。
35.图2为实施例2的测试装置结构示意图。
36.附图标记：测试单元100，液体腔110，出液口111，进液口112，封堵面113，进气管道114，连接管道115，出气管道116，进液三通接口117，出液三通接口118，膜丝120，进气口121，出气口122，开口部130，通液部140，加固机构150，储气容器200，供气管道210，气体压力调节装置211，气体温度传感器212，气体压力表213，储液容器300，出液管310，出液压力表321，液体流量检测装置322，排液管330，排液调节机构331，排气管400，气体流量检测装置410，温控组件500，控制元件510，液体温度感知元件520，加热元件530。
具体实施方式
37.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例1
38.如图1所示，本实施例提供一种中空纤维膜丝测试单元100，包括液体腔110和设于液体腔110内的膜丝120，所述液体腔110上设有进液口112和出液口111，所述液体腔110的两端设有封堵面113，例如，所述封堵面113可以为用胶封住液体腔的两端形成；所述膜丝120的两端贯穿封堵面113分别形成出气口122和进气口121，且膜丝120的端部与封堵面113齐平。具体的，所述中空纤维膜丝测试单元100为立式设计，所述进气口121。所述膜丝120为待测的中空纤维膜丝120。
39.所述液体腔110由连接管道115、进气管道114、出气管道116、进液三通接口117和出液三通接口118连通形成，所述进气管道114和连接管道115通过进液三通接口117连通，所述进液三通接口117的另一个开口为进液口112；所述出气管道116和连接管道115通过出液三通接口118连通，所述出液三通接口118的另一个开口为出液口111；所述封堵面113设于所述进气管道114和出气管道116远离所述连接管道115的一端，所述膜丝120依次贯穿进气管道114、进液三通接口117、连接管道115、出液三通接口118和出气管道116的内部。
40.具体的，所述中空纤维膜丝测试单元100为立式设计，所述进气口121为膜丝120的下端，出气口122为膜丝120的上端，所述进液三通接口117设于所述出液三通接口118的下
方。
41.所述进液三通接口117和出液三通接口118均为
“□”
型，所述进气管道114和连接管道115通过进液三通接口117同轴连接，所述出气管道116和连接管道115通过出液三通接口118同轴连接。所述进液三通接口117和出液三通接口118的折弯处设有加固机构150，所述加固机构150可以为起稳固作用的任何形状，例如，加固机构150为平行于折线的圆柱体。
42.所述进液三通接口117和出液三通接口118均包括通液部140和三个开口部130，所述通液部140为t型，所述通液部140与三个开口部130相连，所述进气管道114的一端伸进所述开口部130与所述进液三通接口117连通，所述出气管道116的一端伸进所述开口部130和所述出液三通接口118连通，所述通液部140的横截面积小于所述开口部130的横截面积。所述连接管道115的两端分别伸进开口部130连通进液三通接口117和出液三通接口118。
43.通液部140的横截面积比开口部130的横截面积小，如此在开口部130内留出空间供管道放置，使管道的内壁与通液部140的内壁齐平，或者管道的内壁相对于通液部140的内壁靠外侧，减小液体流动时对管道内壁与三通接口连接处的冲击力，使进气管道114、出气管道116和连接管道115与三通接口连接更加稳固，增加测试单元100的使用年限。
44.所述进气管道114和出气管道116伸进所述开口部130的部分分别占所述进气管道114和出气管道116的1/4～1/2。例如，所述进气管道114伸进所述开口部130的部分占进气管道114的1/3；所述出气管道116伸进开口部130的部分占所述出气管道116的1/3。
45.本实施例的测试单元100在使用时，立式方向接入测试装置进行抗爆破力的测试，使在膜丝120相关终端产品制造之前，便能在膜丝120的生产中对膜丝120进行抗爆破力性能的测试，避免整个产品不合格返工带来的经济损失；另外，本发明测试单元100能够实现在研发当中方便研究人员对膜丝120的性能进行研究试验，有助于其技术研发；同时，本发明的测试单元100结构简单，适用性强，能够在不同的膜丝性能测试装置中使用。实施例2
46.如图2所示，本实施例供一种中空纤维膜抗外爆破压力的测试装置，包括储气容器200、储液容器300、连接于储气容器200上的供气管道210与连接于储液容器300上的出液管310和回液管320，还包括实施例1提供的中空纤维膜丝测试单元100，所述储气容器200通过所述供气管道210连通所述进气口121；所述出气口122连接有一排气管400，所述排气管400上设有气体流量检测装置410；具体的，所述气体流量检测装置410为气体流量计，更具体的，所述气体流量计为皂泡计。
47.所述储液容器300通过所述出液管310和所述进液口112连通，所述出液管310上设有出液压力表311和液体压力调节装置312，所述储液容器300通过所述回液管320和所述出液口111连通。所述储液容器300的底部设有排液管330，所述排液管330上设有排液调节机构331。具体的，所述液体压力调节装置312为齿轮泵，更具体的，所述齿轮泵为蠕动泵；所述排液调节机构331为排水阀。
48.本实施例的测试装置还包括温控组件500，所述温度组件包括设于储液容器300外部的控制元件510以及设于储液容器300内部的液体温度感知元件520和加热元件530，所述控制元件510分别与所述液体温度感知元件520和加热元件530电相连。具体的，所述液体温度感知元件520为温度传感器，所述加热元件530为加热棒。
49.优选的，所述回液管320上设有开关元件323，具体的，所述开关元件323为阀门，所
述供气管道210上还设有气体压力调节装置211、气体温度传感器212和气体压力表213，具体的，所述气体压力调节装置211为压力调节阀；所述回液管320道上还设有出口压力表321和液体流量检测装置322，具体的，所述液体流量检测装置322为液体流量计。如此对测试中的更多参数进行监控，方便测试调整，提高测试的准确性。
50.本实施例的测试装置具体使用方法如下。本实施例的气体和液体可以根据测试需要更换，气体以氮气为例，液体以水为例。将实施例1提供的中空纤维膜丝测试单元100接入测试装置，储液容器300中装满水，调节加热元件530对水进行加热至目标温度，待温度恒定后，打开开关元件323，开启液体压力调节装置312，调整至所需水体流量和起始水压，开启气体流量检测装置410，打开气体压力调节装置211，调整氮气气压至目标数值，待稳定后，缓慢调整液体压力调节装置312，同时配合开关元件323，逐步增加水压，当气体流量计的数值出现拐点，此时对应的水压即为膜丝的抗外爆破压力。
51.本方案通过观察气体流量检测装置410的读数判断气体流量拐点，能够直观地得出抗外爆破压力，测量操作简易，测试结果准确可靠。
52.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种中空纤维膜丝测试单元，其特征在于，包括液体腔和设于液体腔内的膜丝，所述液体腔上设有进液口和出液口，所述液体腔的两端设有封堵面，所述膜丝的两端贯穿封堵面分别形成出气口和进气口。2.根据权利要求1所述的中空纤维膜丝测试单元，其特征在于，所述液体腔由连接管道、进气管道、出气管道、进液三通接口和出液三通接口连通形成，所述进气管道和连接管道通过进液三通接口连通，所述进液三通接口的另一个开口为进液口；所述出气管道和连接管道通过出液三通接口连通，所述出液三通接口的另一个开口为出液口；所述封堵面设于所述进气管道和出气管道远离所述连接管道的一端，所述膜丝依次贯穿进气管道、进液三通接口、连接管道、出液三通接口和出气管道的内部。3.根据权利要求2所述的中空纤维膜丝测试单元，其特征在于，所述进液三通接口和出液三通接口均为
“□”
型，所述进气管道和连接管道通过进液三通接口同轴连接，所述出气管道和连接管道通过出液三通接口同轴连接。4.根据权利要求3所述的中空纤维膜丝测试单元，其特征在于，所述进液三通接口和出液三通接口的折弯处设有加固机构。5.根据权利要求2～4任一所述的中空纤维膜丝测试单元，其特征在于，所述进液三通接口和出液三通接口均包括通液部和三个开口部，所述通液部为t型，所述通液部与三个开口部相连，所述进气管道的一端伸进所述开口部与所述进液三通接口连通，所述出气管道的一端伸进所述开口部和所述出液三通接口连通，所述通液部的横截面积小于所述开口部的横截面积。6.根据权利要求5所述的中空纤维膜丝测试单元，其特征在于，所述进气管道和出气管道伸进所述开口部的部分分别占所述进气管道和出气管道的1/4～1/2。7.根据权利要求1～4任一所述的中空纤维膜丝测试单元，其特征在于，所述膜丝的端面与所述封堵面齐平。8.一种中空纤维膜抗外爆破压力的测试装置，包括储气容器、储液容器、连接于储气容器上的供气管道与连接于储液容器上的出液管和回液管，其特征在于，还包括权利要求1～7任一所述的中空纤维膜丝测试单元，所述储气容器通过所述供气管道连通所述进气口；所述出气口连接有一排气管，所述排气管上设有气体流量检测装置；所述储液容器通过所述出液管和所述进液口连通，所述出液管上设有出液压力表和液体压力调节装置，所述储液容器通过所述回液管和所述出液口连通。9.根据权利要求8所述的测试装置，其特征在于，还包括温控组件，所述温度组件包括设于储液容器外部的控制元件以及设于储液容器内部的液体温度感知元件和加热元件，所述控制元件分别与所述液体温度感知元件和加热元件电相连。10.根据权利要求8～9任一所述的测试装置，其特征在于，所述储液容器的底部设有排液管，所述排液管上设有排液调节机构。

技术总结
本发明涉及医疗器械技术领域，提供一种中空纤维膜丝测试单元及测试装置，所述中空纤维膜丝测试单元包括液体腔和设于液体腔内的膜丝，所述液体腔上设有进液口和出液口，所述液体腔的两端设有封堵面，所述膜丝的两端贯穿封堵面分别形成出气口和进气口。本发明的优点是：通过本发明的测试单元，实现在膜丝相关终端产品制造之前，便能在膜丝的生产中对膜丝进行爆破力性能的测试，避免整个产品不合格返工带来的经济损失；另外，本申请测试单元能够实现在研发当中方便研究人员对膜丝的性能研究试验，有助于其技术研发。再有，本发明的测试单元结构简单，适用性强，能够在不同的膜丝性能测试装置中使用。测试装置中使用。测试装置中使用。


技术研发人员：徐苏华 曲亚南 陈华燕 黄敏菊 何晓帆
受保护的技术使用者：广东省医疗器械质量监督检验所
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/13