BR102021015780A2

BR102021015780A2 - Dispositivo e método para produzir fibras poliméricas e seus usos

Info

Publication number: BR102021015780A2
Application number: BR102021015780-1A
Authority: BR
Inventors: Martin Järvekülg; Märt-Erik Martens; Raido Enn; Sander Õun; Markus Veinla; Karl Marti Toots
Original assignee: Gelatex Technologies OÜ
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2022-02-22
Also published as: KR20220021437A; CN114075701B; US20220049376A1; CN114075701A; EP3954811A1; IL285488A; US11697892B2; JP2022032977A

Abstract

Um dispositivo compreendendo um ou mais bocais, possuindo uma agulha de fiar de fibra tubular, e um método de produção de fibras poliméricas não tóxicas e materiais poliméricos micro fibrosos e não fibrosos, fabricados a partir do mesmo em uma escala de pequena a grande, utilizando uma ampla faixa de polímeros sintéticos e polímeros biológicos. O dispositivo e método permitem a produção em linha contínua de fibras poliméricas com uma energia de alta taxa de produção de fibra de forma eficiente e segura. A taxa de produção de fibra polimérica aumentada é alcançada por pelo menos um bocal que permite que uma força centrífuga aja sobre a agulha de fiar de fibra tubular causando um movimento rotativo da agulha de fiar de fibra tubular e taxas de injeção de polímero mais altas por bocal.

Description

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA PRODUZIR FIBRAS POLIMÉRICAS E SEUS USOS

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente descrição se refere geralmente à produção de fibras poliméricas, mais preferivelmente, a um dispositivo e método de produção de fibras poliméricas com base em uma solução baseada em uma tecnologia de fiação com base em solução polimérica e materiais poliméricos não tramados nas fibras poliméricas.

FUNDAMENTOS

[0002] Uma necessidade de se ter produtos fibrosos fabricados a partir de uma ampla variedade de polímeros, para se adequar às várias necessidades de uso final dos clientes, está aumentando. Dessa forma, estruturas de fibras poliméricas finas estão sendo cada vez mais investigadas por seu uso em várias aplicações como materiais têxteis, próteses médicas, materiais de construção, materiais de reforço, e materiais absorventes, devido à sua área de superfície específica grande. A maior parte de telas de micro e nano fibras não tramadas é produzida por eletrofiação, fiação fundida, assopramento por fusão, ou fiação por assopramento. Eletrofiação é um método de fiação induzido por carga para a produção de nano fibras. Além da baixa taxa de produção de fibra (isso é, a massa de fibras produzidas por unidade de tempo), uma desvantagem adicional da eletrofiação é que o material coletado deva ser condutor, a fim de não resultar em acúmulo de carga no material. A eletrofiação exige alta voltagem, o que torna essa tecnologia perigosa. Dessa forma, soluções mais seguras se fazem necessárias. Adicionalmente, os solventes utilizados na eletrofiação devem ser condutores até um ponto determinado, limitando, assim, a faixa de possíveis solventes. O assopramento por fusão e a fiação por fusão permitem a fabricação em escala industrial ou comercial de materiais nano fibrosos com uma taxa de produção que varia de cerca de algumas centenas de quilogramas a cerca de várias toneladas por 24 horas, exigindo, assim, um investimento de capital muito mais alto. Tanto o assopramento por fusão quanto a fiação por fusão exigem que o polímero seja fundido antes do procedimento de fiação. Isso limita o número de polímeros que podem ser fiados, visto que muitos polímeros, especialmente os de origem biológica, não podem ser fundidos, visto que se rompem antes da fusão. Adicionalmente, o assopramento por fusão e a fiação por fusão também são limitados pela viscosidade do polímero fundido, que deve ser baixa o suficiente para que o polímero fundido seja extrudável, e para que o fluxo de ar possa ser capaz de aplicar o polímero fundido dentro da forma de fibra. Uma técnica de fiação por assopramento foi desenvolvida como uma solução utilizando-se elementos de ambas as tecnologias de eletrofiação, e assopramento por fusão, como um método alternativo à fabricação de telas não tramadas de micro e nano fibras, com diâmetros comparáveis aos do processo de eletrofiação. O método de fiação por assopramento apresenta um fluxo de solução lento que resulta em baixa produção de fibra.

[0003] Dispositivos e métodos existentes que tentam produzir materiais micro fibrosos ou nano fibrosos poliméricos apresentam uma baixa taxa de produção de fibra. Adicionalmente, com os métodos conhecidos, é difícil se alcançar todo o potencial das microfibras e nano fibras devido às opções limitadas para a produção em massa. A demanda por microfibras e nano fibras biológicas e ecológicas está crescendo, mas não existe atualmente um método rápido e econômico de se produzir microfibras e nano fibras biológicas em uma grande escala. Atualmente, métodos conhecidos são caros ou lentos, limitados adicionalmente a apenas alguns polímeros e solventes. Portanto, existe a necessidade de se solucionar as desvantagens técnicas mencionadas acima nas tecnologias existentes para se produzir fibras poliméricas a uma maior taxa de produção de fibras com exigências de maquinário baratas e simples utilizando-se uma ampla faixa de polímeros.

SUMÁRIO

[0004] A presente descrição busca fornecer um dispositivo e método eficientes para a produção contínua de fibras poliméricas com exigências de maquinário baratas e simples, utilizando-se uma ampla faixa de polímeros (polímeros sintéticos, polímeros biológicos, etc.). Um objetivo da presente descrição é se fornecer uma solução que supere, pelo menos parcialmente, os problemas encontrados na técnica anterior e forneça métodos e sistemas aperfeiçoados para a produção de fibras poliméricas sintéticas e fibras poliméricas biológicas com uma taxa de produção de fibra mais alta, e que não exija partes desenvolvidas com precisão que apresentem tolerâncias de fabricação baixas, nem o uso de produtos químicos tóxicos. O objetivo da presente descrição é alcançado pelas soluções fornecidas nas reivindicações independentes em anexo. Implementações vantajosas da presente descrição são adicionalmente definidas nas reivindicações dependentes.

[0005] De acordo com um primeiro aspecto, a presente descrição fornece um dispositivo para a produção de fibras poliméricas, o dispositivo compreendendo: pelo menos um bocal configurado para receber uma solução polimérica e um jato de gás comprimido, onde o pelo menos um bocal compreende um corpo que possui um espaço oco, uma primeira extremidade aberta e uma segunda extremidade, oposta à primeira extremidade aberta, uma primeira entrada de jato de gás comprimido na segunda extremidade, e pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular sendo montada através da segunda extremidade e do espaço oco, onde a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular compreende uma extremidade distal não fixada que se projeta a partir da primeira extremidade aberta, uma extremidade proximal, oposta à extremidade distal não fixada, uma entrada de solução polimérica na extremidade proximal, e uma saída de solução polimérica na extremidade distal não fixada, onde a extremidade proximal da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é fixada à segunda extremidade do pelo menos um bocal; uma bomba configurada para bombear a solução polimérica através de pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal; um compressor de gás configurado para direcionar o jato de gás comprimido para dentro da primeira entrada de jato de gás comprimido do pelo menos um bocal; e um primeiro meio de movimentação da extremidade distal não fixada à pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular.

[0006] O dispositivo, de acordo com a presente descrição, permite a produção contínua em linha de fibras poliméricas a uma alta taxa de produção de fibra, com exigências de maquinário baratas e simples; o uso de uma ampla faixa de polímeros (por exemplo, polímeros sintéticos polímeros biológicos), e solventes a serem utilizados para a produção de fibra polimérica, e é eficiente em termos de energia, visto que não exige alta voltagem. As fibras poliméricas produzidas pelo presente dispositivo não são tóxicas visto que o dispositivo permite que a formulação de fibra polimérica evapore todo o solvente, e, dessa forma, permite a obtenção de fibras poliméricas não tóxicas. A taxa de produção aumentada, em comparação com as soluções convencionais, é alcançada por pelo menos um bocal que permite a ação de uma força centrífuga sobre a agulha de fiar de fibra tubular, causando o movimento rotativo da agulha de fiar de fibra tubular, e taxas de injeção de polímero superiores a 10 vezes por bocal às das tecnologias conhecidas. O movimento de rotação da agulha de fiar de fibra tubular divide o jato de solução polimérica em gotículas. As gotículas são, então, aceleradas e alongadas no fluxo de ar, resultando em uma fibra se formando a partir de cada gotícula. Tal configuração de dispositivo permite a formação de fibras mais rapidamente do que os dispositivos conhecidos, e, dessa forma, fornecendo taxas de produção mais altas. Adicionalmente, em diferentes modalidades o dispositivo permite a implementação de mais de um bocal, o que permite a formação de várias fibras ao mesmo tempo, dando lugar a uma taxa de produção de fibras ainda maior, em comparação com os dispositivos nos quais apenas uma fibra de cada vez é formada a partir de um único bocal.

[0007] De acordo com um segundo aspecto, é fornecido um método para a produção de fibras poliméricas, o método compreendendo: o bombeamento de uma solução polimérica para dentro de pelo menos um bocal, através de uma entrada da solução polimérica da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal; a distribuição de um jato de gás comprimido para dentro de pelo menos um bocal, através de uma primeira entrada de gás comprimido; a aplicação do movimento a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular pelo jato distribuído de gás comprimido; a formação de uma gotícula de solução polimérica em uma ponta de uma extremidade distal da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular; e a obtenção de uma fibra polimérica a partir da gotícula formada, onde um diâmetro da fibra polimérica é de 0,2 a 10 micrômetros, mais especificamente de 0,1 a 10 micrômetros.

[0008] O método, de acordo com a presente descrição, permite o aumento da taxa de produção de fibra pela produção em linha contínua e alcança fibras poliméricas com uma morfologia singular resultando em uma área de superfície específica grande. Pela aplicação de movimento, por exemplo, vibração, à agulha de fiar de fibra tubular, a agulha de fiar de fibra tubular vibrando garante que o polímero não se precipite para fora da solução polimérica na ponta da agulha de fiar de fibra tubular. O método permite o uso de ambos os polímeros sintéticos e biológicos para a produção de fibras poliméricas que fornecem mais possibilidades de produção de tipos diferentes de telas de nano fibras poliméricas para diferentes tipos de materiais e aplicações. Uma vantagem adicional do método, de acordo com a presente descrição, é que o método permite a produção de materiais micro fibrosos e nano fibrosos em uma escala de pequena a grande (isso é, entre a produção de escala laboratorial e produção de escala em massa). As modalidades da presente descrição não exigem que os polímeros, que são utilizados no processo de produção de fibras poliméricas, sejam fundidos. Dessa forma, é possível se fiar fibras também a partir de polímeros biológicos, muitos dos quais não toleram altas temperaturas. O método permite taxas de produção de fibra polimérica muito mais altas do que as tecnologias atualmente existentes.

[0009] Por exemplo, a utilização de polímeros biológicos fornece vários efeitos significativos. Os materiais fabricados a partir de polímeros biológicos são biodegradáveis e bioabsorvíveis; visto que os polímeros biológicos geralmente não se fundem, sua única formulação é a dissolução dos mesmos em um solvente. Uma grande vantagem na produção, por exemplo, de fibras de gelatina, é que a mesma permite o uso de água como solvente. Dessa forma, nenhum produto químico tóxico é utilizado na fabricação das fibras de gelatina. Se utilizado com outros tipos de solventes, o método de acordo com a presente descrição permite a evaporação de todo o solvente e, dessa forma, permite a obtenção de fibras poliméricas não tóxicas. Os materiais fabricados a partir de fibras poliméricas são necessários, por exemplo, no campo médico. Adicionalmente, polímeros biológicos são importantes por várias razões adicionais. Os polímeros biológicos fornecem uma solução para a quantidade crescente de despejo plástico não biodegradável no mundo. Diferentemente de muitos polímeros sintéticos, os polímeros biológicos não são derivados de recursos não renováveis. Em terceiro lugar, um campo principal de utilização dos polímeros biológicos é o campo médico, onde pode ser vantajoso que os materiais utilizados se decomponham no corpo após completarem sua tarefa. A biodegradabilidade é um aspecto chave para tais casos.

[0010] De acordo com um terceiro aspecto, é fornecida uma solução polimérica para a produção de fibras poliméricas compreendendo pelo menos um polímero dissolvido em pelo menos um solvente, incluindo uma concentração de pelo menos um polímero de 9% a 45% por peso do pelo menos um solvente, e uma viscosidade de solução polimérica de um milipascal por segundo a 5000 Pascal por segundo. As modalidades da solução polimérica, dispositivo e método, de acordo com a presente descrição, permitem a produção de fibras poliméricas em ambas as micro e nano escalas. Pela variação dos parâmetros de método, é possível se produzir apenas nano fibras, apenas microfibras ou, parcialmente, em ambas as micro e nano áreas ao mesmo tempo. A opção realizada depende do material específico e da combinação das condições. Ademais, a vantagem adicional da solução polimérica para a produção de fibras poliméricas é que os componentes da solução polimérica podem evaporar, dessa forma, as fibras poliméricas obtidas não incluem qualquer produto químico tóxico.

[0011] De acordo com um quarto aspecto, é fornecido um material que compreende fibras poliméricas produzidas pelo presente método, que é utilizado para a fabricação de um material de filtro não tramado, um têxtil tipo couro, um biomaterial para crescimento ósseo, um material para cuidados com ferimentos, um suporte 3D para cultivo celular e desenvolvimento de tecido, um material de eletrodo para capacitores, nano fibras de cerâmica (por exemplo, nano fibras de Al2O3), tecido com cultura celular. A vantagem dos materiais produzidos a partir de fibras poliméricas, de acordo com a presente descrição, é que os materiais que compreendem as fibras poliméricas são aerados e fofos, apresentando uma morfologia de entrelaçamento de nano fibras do tipo de fita torcida. Os materiais com base em fibra polimérica também apresentam uma melhor resistência à tensão e melhores propriedades mecânicas do que as tecnologias de fiação convencionais permitem.

[0012] As modalidades da presente descrição eliminam as desvantagens mencionadas acima nas abordagens conhecidas existentes para a produção de fibras poliméricas. A vantagem das modalidades, de acordo com a presente descrição, é que as modalidades permitem a produção em linha contínua de fibras poliméricas a uma taxa de produção superior com exigências de maquinário baratas e simples. As modalidades são compatíveis com uma ampla faixa de polímeros sintéticos, polímeros biológicos e solventes a serem utilizados para a produção de fibra polimérica. As presentes modalidades são eficientes em termos de energia visto que não exigem alta voltagem. Aspectos, vantagens, características e objetivos adicionais da presente descrição se tornam aparentes a partir dos desenhos e da descrição detalhada das modalidades ilustrativas, consideradas em conjunto com as reivindicações em anexo que seguem. Será apreciado que as características da presente descrição são suscetíveis à combinação de várias formas sem se distanciar do escopo da presente descrição como definido pelas reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] O sumário acima, bem como a descrição detalhada que segue das modalidades ilustrativas, são mais bem compreendidos quando lidos em conjunto com os desenhos em anexo. Para se ilustrar a presente descrição, construções ilustrativas da descrição são ilustradas nos desenhos. No entanto, a presente descrição não está limitada aos métodos e instrumentalidades específicos descritos aqui. Ademais, os versados na técnica compreenderão que os desenhos não estão em escala. Sempre que possível, os mesmos elementos têm sido indicados por números idênticos. As modalidades da presente descrição serão agora descritas, por meio de exemplo apenas, com referência aos diagramas abaixo, nos quais:

[0014] A figura 1 é uma ilustração diagramática de um dispositivo para a produção de fibras poliméricas com presente descrição;

[0015] A figura 2A é uma ilustração esquemática de uma vista de cima para baixo do bocal da figura 1 possuindo um corpo cilíndrico configurado para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0016] A figura 2B é uma ilustração esquemática de uma vista de cima para baixo do bocal da figura 1 possuindo um corpo cônico configurado para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0017] A figura 3A é uma ilustração esquemática de uma vista transversal A-A do bocal da figura 2A possuindo um espaço oco cilíndrico, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0018] A figura 3B é uma ilustração esquemática de uma vista transversal A-A do bocal da figura 2A possuindo um espaço oco cônico, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0019] A figura 3C é uma ilustração esquemática de uma vista transversal A-A do bocal da figura 2A possuindo um espaço oco cilindro-cônico, de acordo com uma modalidade da presente de descrição;

[0020] A figura 3D é a ilustração esquemática de uma vista transversal B-B do bocal da figura 2B possuindo um corpo cônico e um espaço oco cônico, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0021] A figura 3E é uma ilustração esquemática do bocal compreendendo uma manga, de acordo com as modalidades da presente descrição;

[0022] A figura 4A é uma ilustração do movimento vibracional de uma agulha de fiar de fibra tubular do bocal e do processo de fiação de fibra polimérica, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0023] A figura 4B é uma ilustração esquemática do movimento vibracional de uma agulha de fiar de fibra tubular do bocal e de um processo de fiação de fibra polimérica a partir de uma gotícula de solução polimérica de movimento circular da figura 4A, de acordo com a modalidade da presente descrição;

[0024] A figura 5 é uma ilustração esquemática de um dispositivo para a produção de um material de fibra polimérica, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0025] A figura 6 é uma ilustração esquemática de um dispositivo com uma unidade de aquecimento e uma câmara de evaporação de solvente para a produção de um material de fibra polimérica, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0026] A figura 7 é uma ilustração esquemática de um dispositivo compreendendo uma fiandeira configurada para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0027] A figura 8A é uma ilustração esquemática de uma fiandeira configurada para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0028] A figura 8B é uma ilustração esquemática de uma fiandeira configurada para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0029] A figura 9 é um fluxograma ilustrando um método para a produção de fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição; e

[0030] A figura 10 é uma ilustração da morfologia das fibras poliméricas, de acordo com a presente descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0031] A descrição detalhada a seguir ilustra as modalidades da presente descrição e formas nas quais as mesmas podem ser implementadas. Apesar de alguns modos de realização da presente descrição terem sido descritos, os versados na técnica reconhecerão que outras modalidades para a realização ou prática da presente descrição também são possíveis.

[0032] De acordo com um primeiro aspecto, é fornecido um dispositivo para a produção de fibras poliméricas, o dispositivo compreendendo: pelo menos um bocal, configurado para receber uma solução polimérica, e um jato de gás comprimido, onde o pelo menos um bocal compreende um corpo possuindo um espaço oco, uma primeira extremidade aberta e uma segunda extremidade, oposta à primeira extremidade aberta, uma primeira entrada de jato de gás comprimido na segunda extremidade, e pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular sendo montada através da segunda extremidade e do espaço oco, onde a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular compreende uma extremidade distal não fixada que se projeta a partir da primeira extremidade aberta, uma extremidade proximal oposta à extremidade distal não fixada, e uma entrada de solução polimérica na extremidade proximal, uma saída de solução polimérica na extremidade distal não fixada e onde a extremidade proximal da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é fixada à segunda extremidade do pelo menos um bocal; uma bomba configurada para bombear a solução polimérica através da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal; um compressor de gás configurado para direcionar o jato de gás comprimido para dentro da primeira entrada de jato de gás comprimido do pelo menos um bocal; e um primeiro meio de movimentação da extremidade distal não fixada da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular.

[0033] A vantagem da modalidade é que a mesma permite a produção em linha contínua de fibras poliméricas a uma taxa de produção alta com exigências de maquinário baratas e simples. O dispositivo, de acordo com a presente modalidade permite o uso de uma ampla faixa de polímeros (polímeros sintéticos, polímeros biológicos, etc.) e solventes a serem utilizados para a produção de fibra polimérica. O dispositivo é eficiente em termos de energia visto que não exige alta voltagem. Ademais, o dispositivo facilita a utilização de polímeros possuindo baixas tolerâncias de temperatura e o uso dos ditos polímeros dissolvidos em um solvente para a produção de fibras poliméricas. Portanto, a fusão de polímeros não é exigida para a produção de fibras poliméricas.

[0034] O dispositivo, dessa forma, permite a produção de fibras poliméricas a partir da solução polimérica, de forma mais eficiente, com uma taxa de produção de fibra polimérica aumentada. Nas modalidades da presente descrição, o jato de gás comprimido causando um torque que age sobre a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular. O termo "pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular" utilizado aqui se refere a uma ou mais agulhas de fiar de fibra tubular das modalidades da presente descrição e é utilizado por toda a presente descrição doravante como agulha de fiar de fibra tubular.De acordo com uma modalidade da presente descrição, a agulha de fiar de fibra tubular pode ser uma disposição de agulha de seringa. O torque aplicado pelo vórtice de ar rotativo, por sua vez, causa o movimento vibracional da agulha de fiar de fibra tubular. Isso causa efeito de vibração na extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular, o que ajuda a evitar a precipitação da solução polimérica na ponta da agulha de fiar de fibra tubular.

[0035] O dispositivo fornece, adicionalmente, a solução para a quantidade crescente de despejo de plástico não biodegradável, visto que permite a produção de fibras poliméricas a partir de recursos renováveis (por exemplo, polímeros biológicos, tal como gelatina, colágeno, etc.). O dispositivo permite, adicionalmente, a produção de ambas a microfibra e a nano fibra, incluindo a distribuição de diâmetros de fibras parcialmente em ambas as microáreas e nano áreas ao mesmo tempo. Adicionalmente, o dispositivo permite a produção de fibras poliméricas em uma escala pequena, escala média e em grande escala com uma alta taxa de produção de fibras e um custo de produção mais baixo.

[0036] O jato de gás comprimido é distribuído para o espaço oco do bocal através da primeira entrada de gás comprimido. De acordo com as modalidades da presente descrição, o bocal pode possuir, por exemplo, um formato externo cilíndrico ou cônico. O formato cônico do bocal permite que o fluxo de gás do jato de gás comprimido saia do bocal para obter ar adicional a partir dos lados do bocal utilizando o efeito Venturi. O efeito Venturi é a redução na pressão que resulta quando o jato de gás comprimido flui através do bocal que tem formato cônico. Adicionalmente, o formato cônico externo permite que se economize material.

[0037] A entrada de gás comprimido é formada de forma desviada do eixo geométrico de bocal e formada através do corpo de bocal, de modo que a borda distal do espaço oco do bocal, e a borda da primeira entrada de gás comprimido, sejam tangenciais, isso é, alinhadas. Isso é necessário para se criar um vórtice rotativo de jato de gás comprimido. O jato de gás comprimido sai pela primeira extremidade aberta do bocal. Quando direcionado para dentro do espaço oco do bocal, o jato de gás comprimido se move na direção da primeira extremidade aberta do bocal e puxa a solução polimérica para fora da agulha de fiar de fibra tubular, e começa a se mover em um movimento circular em torno da solução polimérica na extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular. A combinação do movimento de avanço e do movimento circular do jato de gás comprimido causa uma trajetória helicoidal (por exemplo, um movimento em espiral) do jato de gás comprimido que, por sua vez, faz com que a extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular revolva (isso é, realize o movimento rotativo) ou vibre. Esse movimento rotativo ou vibracional da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular cria uma força centrífuga que age na solução polimérica e quebra a solução polimérica, na saída da solução polimérica, em gotículas de solução polimérica. As fibras poliméricas são formadas a partir de gotículas de solução polimérica quando as gotículas de solução polimérica são aceleradas e alongadas no fluxo de gás fornecido pelo jato de gás comprimido. As fibras poliméricas, durante a formação, são esticadas pelo jato de gás comprimido.

[0038] As fibras poliméricas podem continuar a crescer devido ao movimento rotativo, ou vibracional, da extremidade distal não fixada até que o jato de gás comprimido separe as fibras poliméricas da gotícula de solução polimérica. A força centrífuga que age na solução polimérica aperfeiçoa a morfologia das fibras poliméricas, visto que ajuda a tornar as fibras poliméricas aeradas ou fofas, apresentando um melhor desempenho do que os materiais densos.

[0039] O espaço oco do bocal fornece um espaço para a agulha de fiar de fibra tubular, e para vibrar, ou girar, a extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular. O espaço oco define um raio de movimento rotativo, ou vibracional, da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular.

[0040] O jato de gás comprimido pode ser aquecido antes de ser direcionado para dentro do espaço oco do bocal para aquecer a montagem de bocal. Isso aperfeiçoa a solubilidade e reduz a viscosidade da solução polimérica. Outro benefício do ar comprimido aquecido é a redução do efeito de resfriamento quando o gás expande para a pressão atmosférica. O movimento vibracional da agulha de fiar de fibra tubular garante que o polímero não se precipite para fora da solução polimérica na extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular.

[0041] Em uma modalidade, a primeira extremidade aberta do pelo menos um bocal e a extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular são movidas simultaneamente para realizarem o movimento rotativo, ou vibracional, gerado pelo primeiro meio de movimentação, para exercer uma força centrífuga, que sofre, então, a ação da solução polimérica presente no pelo menos um bocal para produzir as gotículas de solução polimérica. Em algumas modalidades, o movimento rotativo ou vibracional da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular pode ser suficiente para exercer uma força centrífuga na solução polimérica presente no pelo menos um bocal, a fim de produzir gotículas de solução polimérica. O primeiro meio de movimentação pode gerar um movimento da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular que inclui pelo menos um movimento rotativo, vibracional, de revolução, circular, ou uma combinação de tipos diferentes de movimentos.

[0042] O movimento de revolução da primeira extremidade aberta do pelo menos um bocal, e o movimento rotativo, ou vibracional, da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular, podem ser gerados pelo jato de gás comprimido que se move na trajetória helicoidal para exercer a força centrífuga na solução polimérica presente no pelo menos um bocal. O dispositivo pode incluir um componente de força centrífuga que age na solução polimérica. Essa força centrífuga adicional pode aperfeiçoar ainda mais a morfologia da fibra polimérica que é produzida e a taxa de produção de fibra do dispositivo. A força centrífuga que age na solução polimérica, que sai do pelo menos um bocal na extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular, quebra a solução polimérica na ponta da extremidade distal em uma gotícula, que vibra de forma circular juntamente com uma extremidade distal da agulha de fiar de fibra tubular.

[0043] A agulha de fiar de fibra tubular é opcionalmente montada através da segunda extremidade e do espaço oco do pelo menos um bocal em várias configurações geométricas. A agulha de fiar de fibra tubular pode ser montada através da segunda extremidade e do espaço oco do pelo menos um bocal em uma configuração circular. A agulha de fiar de fibra tubular é opcionalmente montada através da segunda extremidade e do espaço oco do pelo menos um bocal em uma configuração empilhada.

[0044] O dispositivo pode produzir pelo menos uma dentre as microfibras e nano fibras. O presente dispositivo pode produzir pelo menos uma dentre nano fibras e microfibras pela variação dos parâmetros de processo. Os parâmetros de processo podem variar de acordo com a condição e podem ser selecionados a partir de pelo menos uma dentre uma taxa de injeção da solução polimérica, uma pressão da solução polimérica sendo injetada, uma pressão do jato de gás comprimido e uma taxa de produção de fibra polimérica. O dispositivo permite a distribuição da produção de fibra polimérica em pelo menos uma dentre a microárea ou nano área, com base em um tipo específico de polímero utilizado para a produção, juntamente com uma combinação de condições operacionais. As condições operacionais do dispositivo podem incluir uma temperatura do jato de gás comprimido. O dispositivo pode incluir uma unidade de controle para controlar as operações de pelo menos uma das bombas, do compressor de gás e do dispositivo mecânico ou eletromecânico.

[0045] Em uma modalidade, a taxa de produção de fibra polimérica do dispositivo é de 1 a 1,5 kg/hora. A produção de fibra polimérica nessa taxa aperfeiçoa a morfologia das fibras poliméricas que apresentam o melhor desempenho do que as de materiais poliméricos densos. A taxa de produção de fibra polimérica pode ser de 1, 1,1, 1,2, 1,3, ou 1,4 kg/hora até 1,1, 1,2, 1,3, 1,4 ou 1,5 kg/hora. Por exemplo, uma taxa de produção de fibra polimérica do dispositivo é de 21 g por orifício de bocal por hora. A produção de fibras poliméricas nessa taxa aperfeiçoa a morfologia da fibra polimérica que é formada e também ajuda na produção em grande escala da fibras poliméricas. A taxa de produção de fibra polimérica pode ser, por exemplo, de 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 ou 28 g por bocal por hora.

[0046] De acordo com as modalidades da presente descrição, a seção transversal das fibras poliméricas obtidas pode ser oval, em formato de haltere, ou circular em uma menor extensão da fibra. A seção transversal oval da fibra polimérica fornece à fibra polimérica uma aparência tipo fita plana. A seção transversal do formato de haltere fornece à fibra polimérica uma aparência tipo fita plana. Durante o processo de fiação, a parte da fibra polimérica pode primeiro se tornar sólida na superfície da solução polimérica, e gerar uma estrutura com um interior cilíndrico polimérico vazio. A estrutura cilíndrica polimérica vazia, que é formada dentro da fibra polimérica, pode desmontar e gerar uma seção transversal oval ou em formato de haltere. A seção transversal da fibra polimérica pode apresentar uma estrutura que lembra um hélice devido à torção das fibras poliméricas causada pelo movimento rotativo das fibras poliméricas durante o processo de formação de fibra.

[0047] De acordo com uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente dois ou mais bocais e uma fiandeira compreendendo um corpo oco que possui uma segunda entrada de jato de gás comprimido, onde os dois ou mais bocais são conectados ao corpo oco pela segunda extremidade, e onde o compressor de gás é configurado para direcionar o jato de gás comprimido para dentro do corpo oco da fiandeira através da segunda entrada de jato de gás comprimido e através do corpo oco para a primeira entrada de jato de gás comprimido de cada bocal, dos dois ou mais bocais. Na modalidade, o dispositivo compreende a fiandeira compreendendo dois ou mais bocais, ou onde os dois ou mais bocais são conectados à fiadeira, onde cada um dos bocais possui uma agulha de fiar de fibra tubular para formar fibras poliméricas. Os dois ou mais bocais fixados à fiandeira podem, por exemplo, ser bocais cilíndricos ou bocais cônicos. A fiandeira é configurada para realizar um processo de fiação para a produção de fibras poliméricas.

[0048] De acordo com uma modalidade, o dispositivo pode compreender, adicionalmente, duas ou mais fiandeiras que são fixadas juntas para formarem um conjunto, onde cada uma das fiandeiras compreende dois ou mais bocais. Tais modalidades permitem que se empilhe múltiplas fiandeiras, uma em cima da outra, em uma fileira, ou em outras configurações, que permitam a multiplicação da taxa de produção de fibra.

[0049] A agulha de fiar de fibra tubular pode ser fixada ao corpo oco da fiandeira. Quando a agulha de fiar de fibra tubular vibra em decorrência do movimento vibracional causado pelo jato de gás comprimido, a fiandeira também pode ser configurada para vibrar de forma a garantir que a solução polimérica não se precipite para fora da solução polimérica na extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular.

[0050] De acordo com as modalidades, o corpo oco da fiandeira pode possuir um formato triangular, triangular plano, circular ou piramidal, onde cada fiandeira pode compreender um ou mais bocais, que se projetam a partir do corpo oco da fiandeira, e uma ou mais segundas entradas de jato de gás comprimido. Em um exemplo, cada fiandeira pode incluir um corpo oco circular com pelo menos quatro bocais, se projetando a partir do corpo oco circular, e pelo menos quatro segundas entradas de jato de gás comprimido.

[0051] De acordo com a modalidade, a solução polimérica é bombeada para dentro da fiandeira através de dois ou mais bocais que são conectados ao corpo oco da fiandeira. A solução polimérica pode ser aquecida antes de passar através dos dois ou mais bocais. O jato de gás comprimido, que é direcionado para dentro do corpo oco da fiandeira através da segunda entrada de jato de gás comprimido, e através da primeira entrada de jato de gás comprimido, de cada um dos dois ou mais bocais, pode ser aquecido antes de entrar no corpo oco da fiandeira. O jato de gás comprimido pode ser aquecido para se reduzir o efeito de resfriamento decorrente da descompressão. O jato de gás comprimido é distribuído através de dois ou mais bocais, de modo que o fluxo de gás do jato de gás comprimido na primeira extremidade aberta de cada um dos dois ou mais bocais inclua um componente paralelo à direção de um fluxo de solução polimérica e um componente tangencial à superfície do jato de solução polimérica e perpendicular à direção do fluxo de solução polimérica. Isso faz com que a agulha de fiar de fibra tubular vibre e o movimento vibracional da agulha de fiar de fibra tubular cria uma força centrífuga que age na solução polimérica e quebra a solução polimérica em gotículas de solução polimérica para a produção de fibras poliméricas.

[0052] A solução polimérica é direcionada para dentro de cada agulha de fiar de fibra tubular fornecida dentro dos dois ou mais bocais, através da entrada da solução polimérica. A entrada de solução polimérica pode ser, opcionalmente, disposta em um alojamento de entrada. O alojamento de entrada é configurado para receber a solução polimérica a partir de uma segunda entrada de solução polimérica, e configurado, adicionalmente, para direcionar a solução polimérica para dentro da entrada de solução polimérica.

[0053] O dispositivo inclui, opcionalmente, uma estrutura na qual os dois ou mais bocais, ou as duas ou mais fiandeiras são fixados, e é configurada para mover os dois ou mais bocais, ou as duas ou mais fiandeiras, por meio de um dispositivo mecânico ou eletromecânico. Os dois ou mais bocais, ou as duas ou mais fiandeiras, podem ser fixados em uma orientação horizontal à estrutura, ou em uma orientação vertical à estrutura fixa. Os dois ou mais bocais, ou as duas ou mais fiandeiras, podem ser conectados à estrutura de uma forma na qual os dois ou mais bocais, ou as duas ou mais fiandeiras, sejam móveis na estrutura fixa em uma direção de retrocesso e avanço, em uma direção ascendente e descendente, para depositar a fibra polimérica na superfície de coleta de fibra permeável ao ar. Os dois ou mais bocais da fiandeira podem ser configurados para girar enquanto movem na estrutura, na direção ascendente e descendente, para depositar a fibra polimérica na superfície da superfície de coleta de fibra permeável.

[0054] De acordo com uma modalidade, o primeiro meio de movimentação da extremidade distal não fixada da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é selecionado a partir de um grupo que compreende um dispositivo mecânico ou eletromecânico movendo a extremidade distal não fixada da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular, um dispositivo mecânico ou eletromecânico vibrando o pelo menos um bocal e o primeiro meio de movimentação formado pela primeira entrada de jato de gás comprimido na segunda extremidade do pelo menos um bocal. O primeiro meio de movimentação pode gerar um movimento rotativo, vibracional, de revolução, circular ou uma combinação de tipos diferentes de movimentos do bocal, ou da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular, na primeira extremidade aberta do bocal, pelo jato de gás comprimido que se move na trajetória helicoidal. O movimento rotativo, vibracional, de revolução, circular ou uma combinação de tipos diferentes de movimentos da agulha de fiar de fibra tubular pode ser iniciado pela movimentação da extremidade distal não fixada, utilizando o dispositivo mecânico ou eletromecânico fixado ao bocal, fiandeira, ou fornecendo uma vibração diretamente à agulha de fiar de fibra tubular. O movimento rotativo, vibracional, de revolução, circular ou a combinação de tipos diferentes de movimentos da agulha de fiar de fibra tubular podem ser alcançados pela segunda extremidade da agulha de fiar de fibra tubular fixada através do espaço oco do bocal à fiandeira, onde a fiandeira é configurada para transmitir os ditos movimentos para a agulha de fiar de fibra tubular através do dispositivo mecânico ou eletromecânico.

[0055] De acordo com uma modalidade, o dispositivo compreende, adicionalmente, uma unidade de coleta para coletar fibras poliméricas, onde a unidade de coleta compreende uma superfície de coleta de fibra permeável ao ar e uma unidade de sucção, configurada para passar o ar através da superfície de coleta de fibra permeável ao ar, e produzir uma pressão de sucção para depositar as fibras poliméricas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar. Em uma modalidade, a unidade de coleta é localizada a uma distância de 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8 ou 1,9 metros até 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, ou 2 metros do pelo menos um bocal, ou da pelo menos uma fiandeira, e onde a pressão de sucção é de pelo menos 10 Pascal abaixo da pressão ambiente. A superfície de coleta de fibra permeável ao ar pode funcionar como um material de substrato para o material de fibra polimérica. A superfície de coleta de fibra permeável ao ar pode compreender um material de coleta de fibra permeável ao ar (por exemplo, têxtil) fixado à superfície de coleta de fibra permeável ao ar para coletar as fibras poliméricas obtidas. A superfície de coleta de fibra permeável ao ar pode mover em uma direção perpendicular à direção de rotação do pelo menos um bocal, ou da pelo menos uma fiandeira. Uma espessura do material de fibra polimérica é controlada pela variação de uma velocidade na qual a superfície de coleta de fibra permeável ao ar se move. A unidade de sucção pode passar o ar através da superfície de coleta de fibra permeável ao ar. O jato de gás comprimido, que flui juntamente com o pelo menos um bocal, permite a movimentação da fibra polimérica para a superfície de coleta de fibra permeável ao ar. O jato de gás comprimido pode fluir através do material de fibra polimérica coletado secando, dessa forma, o mesmo de quaisquer vapores de solvente que possam restar no material de fibra polimérica. Uma taxa de evaporação de solvente das fibras poliméricas pode ser aumentada passando-se o jato de gás comprimido através do material de fibra polimérica. O jato de gás comprimido que é passado para dentro do material de fibra polimérica pode orientar as fibras poliméricas no ar na direção da superfície de coleta de fibra permeável ao ar e produzir uma força adicional com a qual as fibras poliméricas se tornam fixadas uma à outra na superfície de coleta de fibras permeável ao ar a fim de formarem o material de fibra polimérica.

[0056] Adicionalmente, a unidade de coleta pode incluir um ou mais rolos em um lado a jusante da unidade de coleta, que permitem a movimentação da superfície de coleta de fibra permeável ao ar em uma direção perpendicular à direção de rotação do pelo menos um bocal. A unidade de coleta pode incluir, adicionalmente, um rolo de enrolamento, ao qual o material de fibra polimérica é direcionado, e enrolado no rolo de enrolamento. Os um ou mais rolos e o rolo de enrolamento podem ser, por exemplo, rolos cilíndricos. O rolo de enrolamento pode possuir uma largura de enrolamento de até 1,2 metros, mas de 1,2 metros, ou pode apresentar uma largura de rolo personalizável.

[0057] De acordo com uma modalidade, a superfície de coleta de fibra permeável ao ar compreende, adicionalmente, um material de coleta de fibra permeável ao ar. O material de coleta de fibra permeável ao ar facilita a coleta das fibras poliméricas obtidas. O material de coleta de fibra permeável ao ar pode ser selecionado a partir de uma variedade de materiais porosos, incluindo materiais não tramados unidos por fiação, materiais não tramados perfurados por agulhas, tecidos tramados, tecidos tricotados, filmes vazados, papel ou combinações dos mesmos.

[0058] De acordo com uma modalidade, a unidade de coleta compreende, adicionalmente, uma câmara de aquecimento e evaporação de solvente, e a superfície de coleta de fibra permeável ao ar é uma superfície de coleta de fibra permeável ao ar móvel. A câmara de aquecimento e evaporação de solvente pode ser fornecida com uma unidade de aquecimento, as fibras poliméricas obtidas coletadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar são direcionadas para a câmara de aquecimento e evaporação de solvente para evaporar o solvente mais rapidamente. As fibras poliméricas obtidas podem ser direcionadas para a câmara de aquecimento e evaporação de solvente dependendo do solvente que é utilizado, e do uso adicional das fibras poliméricas formadas. A unidade de coleta pode compreender, adicionalmente, uma câmara de aquecimento à qual as fibras poliméricas obtidas são direcionadas para o aquecimento das fibras poliméricas, que são, então, direcionadas para a unidade de coleta. Se a remoção do solvente não for crítica, as fibras poliméricas, que são formadas, podem ser orientadas diretamente para a unidade de coleta ultrapassando a câmara de aquecimento e evaporação de solvente. A superfície de coleta de fibra permeável ao ar móvel permite que as fibras poliméricas obtidas sejam direcionadas para coleta ou evaporação de solvente. A superfície de coleta de fibra permeável ao ar móvel pode, por exemplo, ser um transportador permeável ao ar, uma correia coletora contínua ou uma superfície de coleta manualmente removível. Por exemplo, o material de fibra polimérica pode ser coletado em uma correia coletora contínua e para evaporar o solvente das fibras poliméricas obtidas, coletadas na correia coletora contínua, pode ser puxado através de uma seção de evaporação de solvente, onde o solvente é evaporado pela utilização, por exemplo de um ventilador, ou por aquecimento.

[0059] De acordo com uma modalidade, um diâmetro do pelo menos um bocal é de 1,5 mm a 5,0 mm, e um diâmetro da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é de 0,6 mm a 1,6 mm. O diâmetro do bocal de 1,5 a 5 mm fornece espaço suficiente para o espaço oco na primeira extremidade aberta do bocal e, dessa forma, um espaço suficiente para que a agulha de fiar de fibra tubular gire ou vibre. Se o diâmetro for muito pequeno não haverá espaço suficiente na primeira extremidade aberta do bocal para que a extremidade distal da agulha de formação de fiação tubular vibre, ou gire, no espaço oco do bocal. Se o diâmetro for muito grande, o mesmo não permitirá que pressão suficiente se acumule no espaço oco. O diâmetro do bocal pode ter de 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4 ou 4,5 mm até 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5 ou 5 mm. Um diâmetro da agulha de fiar de fibra tubular pode ser de 0,6 a 1,6 mm. A agulha de fiar de fibra tubular possuindo o maior diâmetro não vibra nem gira o suficiente. A agulha de fiar de fibra tubular possuindo um diâmetro menor não deixa passar solução polimérica suficiente. O diâmetro da agulha de fiar de fibra tubular pode, dessa forma, ser de 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4 ou 1,5 mm até 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,6 mm. Em uma modalidade, o diâmetro preferido do bocal é de 3 mm e o diâmetro preferido da agulha de fiar de fibra tubular é de 0,8 mm, que fornece os melhores resultados de formação de fibra.

[0060] De acordo com uma modalidade, o dispositivo compreende, adicionalmente, um segundo meio de movimentação do pelo menos um bocal para aplicar pelo menos um movimento ao pelo menos um bocal. Onde o pelo menos um movimento é selecionado a partir da rotação do pelo menos um bocal, da movimentação do pelo menos um bocal para a esquerda e para a direita, a movimentação do pelo menos um bocal para cima e para baixo, com relação à superfície de coleta de fibra permeável ao ar. Em tais modalidades, o segundo meio de movimentação é configurado para mover o pelo menos um bocal, a fim de fornecer à agulha de fiar de fibra tubular vibrando, movimentos adicionais para permitir a formação da fibra polimérica de forma mais eficiente para que seja alongada, estirada e, finalmente, separada de uma extremidade distal da agulha de fiar de fibra tubular.

[0061] Em uma modalidade, o dispositivo pode compreender uma estrutura, na qual o pelo menos um bocal é fixado, ou a estrutura pode compreender uma ou mais fiandeiras, onde cada fiandeira pode compreender um ou mais bocais. Em tais modalidades, o segundo meio de movimentação é configurado para mover a estrutura que mantém um ou mais bocais, ou uma ou mais fiandeiras, em uma direção de avanço e retrocesso, em uma direção ascendente e descendente, para girar ou vibrar, ou em direções para cima e para baixo, para trás e para frente.

[0062] Adicionalmente, o segundo meio de movimentação permite o controle da deposição das fibras poliméricas obtidas na superfície de coleta de fibra polimérica para alcançar uma densidade maior e mais homogênea das fibras poliméricas depositadas e, dessa forma, para permitir a obtenção de propriedades diferentes do material de fibra polimérica.

[0063] O movimento rotativo e vibracional da agulha de fiar de fibra tubular pode ser alcançado pela movimentação da extremidade distal não fixada do pelo menos um bocal em um movimento circular, utilizando o primeiro meio de movimentação (por exemplo, uma primeira entrada de jato de gás comprimido na segunda extremidade do pelo menos um bocal, um dispositivo mecânico, um dispositivo eletromecânico). O movimento rotativo, ou vibracional, da agulha de fiar de fibra tubular pode ser alcançado pelo movimento do pelo menos um bocal em um movimento para a esquerda, para a direita, para cima ou para baixo utilizando um segundo meio de movimentação. O segundo meio de movimentação pode gerar um movimento do pelo menos um bocal que compreende pelo menos um dentre um movimento rotativo, vibracional, de revolução, circular ou uma combinação de tipos diferentes de movimentos.

[0064] De acordo com outra modalidade, o dispositivo compreende, adicionalmente, uma unidade de aquecimento de gás comprimido. A unidade de aquecimento de gás comprimido compreende um aquecedor configurado para aquecer o gás comprimido a uma temperatura de 50 °C, 52 °C, 54 °C, 56 °C, 58 °C, 60 °C, 62 °C, 64 °C, 66 °C ou 68 °C até 54 °C, 56 °C, 58 °C, 60 °C, 62 °C, 64 °C, 66 °C, 68 °C ou 70 °C para alcançar melhores resultados. O gás comprimido é, opcionalmente, aquecido a uma temperatura de 60 °C. O jato de gás comprimido é, opcionalmente, aquecido para compensar o resfriamento decorrente da descompressão e baixar a viscosidade da solução na pelo menos uma agulha de fiação. A temperatura de aquecimento do gás comprimido pode depender nas modalidades diferentes, de acordo com a presente descrição nas quais o gás é utilizado, de uma concentração de solução polimérica e dos polímeros e solventes da solução polimérica, temperatura ambiente do dispositivo quando o dispositivo está operando.

[0065] De acordo com uma modalidade, o espaço oco é um espaço oco axialmente simétrico. De acordo com a modalidade da presente descrição, o espaço oco axialmente simétrico pode ser, por exemplo, um espaço oco cilíndrico, um espaço oco cônico, que estreita na direção da primeira extremidade aberta, ou um espaço cilindro-cônico possuindo o espaço oco cilíndrico na segunda extremidade e o espaço oco cônico na primeira extremidade aberta. O bocal que possui um espaço oco cônico ou o espaço oco cilindro-cônico é mais eficiente na produção do efeito de compressão no bocal devido à redução na área de superfície da primeira extremidade do espaço oco, onde mais ar é comprimido.

[0066] Opcionalmente, na modalidade, o pelo menos um bocal pode compreender, adicionalmente, na segunda extremidade, o inserto resistente à abrasão para reduzir o desgaste do bocal. De acordo com as modalidades da presente descrição, o inserto resistente à abrasão também pode ser fixado ao espaço oco do bocal na primeira extremidade aberta. O bocal que compreende o inserto resistente à abrasão na primeira extremidade aberta fornece uma redução ainda mais eficiente do desgaste do bocal visto que, devido à vibração, a agulha de fiar de fibra tubular se move contra a borda do espaço oco cilíndrico na primeira extremidade aberta e, dessa forma, desgasta a borda do espaço oco cilíndrico na primeira extremidade aberta, dessa forma, o inserto resistente à abrasão protege as bordas do espaço oco contra o desgaste. O inserto resistente à abrasão pode, por exemplo, ser uma manga ou outra parte cilíndrica ou cônica de paredes finas, para evitar o desgaste entre as bordas do espaço oco e a agulha de fiar de fibra tubular. A fixação de tal parte cilíndrica ou cônica dentro do espaço oco cilíndrico, na primeira extremidade aberta, permite a prevenção do desgaste da ponta do bocal e, dessa forma, torna o bocal mais durável. Para se aperfeiçoar ainda mais a durabilidade, a parte cilíndrica ou cônica é fabricada a partir do material que apresenta baixas propriedades de fricção (por exemplo, (PTFE), ou material resistente ao desgaste (por exemplo, ligas de bronze).

[0067] Em um exemplo do espaço oco cilindrocônico, se a primeira parte do espaço oco for cilíndrica, e uma segunda parte do espaço oco for cônica, a parte cilíndrica na segunda extremidade pode ser de um 1/4 a 1/2 do comprimento do espaço oco. Por exemplo, 1/4 do comprimento do espaço oco é cilíndrico e a segunda parte do espaço oco é cônica, sendo estreitada na direção da primeira extremidade aberta do pelo menos um bocal.

[0068] O efeito do espaço oco cônico é que o mesmo permite se acelerar o fluxo de gás perto da ponta da agulha de fiar de fibra tubular. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco, de forma perpendicular ao eixo geométrico do bocal, para criar um fluxo de gás de revolução e, dessa forma, aplicar um torque à agulha de fiar de fibra tubular. A velocidade linear do fluxo de gás de revolução aumenta à medida que o espaço oco se estreita e é máximo quando sai do bocal.

[0069] O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco do bocal, e isso permite que a agulha de fiar de fibra tubular revolva, o que resulta na produção de fibras poliméricas com um diâmetro menor (por exemplo, de 0,2 a 10 micrômetros). Em um exemplo, o jato de gás comprimido pode ser direcionado para dentro do espaço oco cônico do bocal, de forma perpendicular a seu eixo geométrico, de modo a criar um movimento helicoidal do jato de gás comprimido. Esse movimento helicoidal do jato de gás comprimido faz com que a extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular vibre e revolva para produzir fibra a partir da solução polimérica. Uma velocidade linear do fluxo de gás comprimido do jato de gás comprimido que está revolvendo aumenta à medida que o espaço oco cônico se estreita, e é máximo quando o jato de gás comprimido sai do pelo menos um bocal. Isso causa o movimento vibracional na extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular para produzir a fibra a partir da solução polimérica.

[0070] De acordo com um segundo aspecto, é fornecido um método para a produção de fibras poliméricas, o método compreendendo: bombear uma solução polimérica para dentro de pelo menos um bocal, através de uma entrada da solução polimérica de pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal; distribuir um jato de gás comprimido para dentro do pelo menos um bocal através de uma primeira entrada de gás comprimido; aplicar um movimento a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular pelo jato distribuído de gás comprimido; formar uma gotícula de solução polimérica para uma ponta de uma extremidade distal da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular; e obter uma fibra polimérica a partir da gotícula formada, onde um diâmetro da fibra polimérica é de 0,2 a 10 micrômetros, mais especificamente de 0,1 a 10 micrômetros.

[0071] Quando a solução polimérica é bombeada através da entrada da solução polimérica da agulha de fiar de fibra tubular do bocal, a solução polimérica sai pela saída de solução polimérica na extremidade distal não fixada e uma gotícula de solução polimérica começa a se formar e o solvente começa a evaporar. O jato de gás comprimido, por exemplo, ar, no espaço oco do bocal, começa a girar em torno da agulha de fiar de fibra tubular e o movimento rotativo do jato de gás comprimido faz com que a ponta da agulha de fiar de fibra tubular vibre e revolva. Esse componente de força centrífuga adicional agindo na solução polimérica afeta a morfologia resultante de fibra e a taxa aperfeiçoada de produção de fibra. Pelo direcionamento do gás comprimido para dentro do espaço oco do bocal, através da primeira entrada de jato de gás comprimido, o fluxo de gás comprimido na ponta do bocal compreende um componente paralelo à direção do fluxo de solução polimérica e um componente que é tangencial à superfície do jato de solução polimérica e perpendicular à direção de fluxo do jato de solução polimérica.

[0072] O jato de solução polimérica é gradualmente transformado, primeiramente, em uma gotícula de solução polimérica pelo movimento rotativo da agulha de fiar de fibra tubular, que quebra o jato de solução polimérica em gotículas. As gotículas são, então, aceleradas e alongadas no jato de gás comprimido, resultando em uma fibra formada a partir da gotícula de solução polimérica. A fibra polimérica em formação é, então, esticada pelo jato de gás comprimido direcionado através do espaço oco do bocal.

[0073] A fibra polimérica começa a se formar e a crescer a partir da gotícula de solução polimérica, devido à força do jato de gás comprimido e ao movimento vibracional em espiral da agulha de fiar de fibra tubular que causa, adicionalmente, o movimento circular da gotícula de solução polimérica. A fibra polimérica em formação vibra em conjunto com algum tipo de solução polimérica até que sua força a separe da gotícula de solução polimérica, a fibra polimérica se separando finalmente da extremidade distal da agulha de fiar de fibra tubular e a fibra polimérica obtida voa através do ar na direção da superfície, por exemplo a superfície de coleta de fibra. Na superfície de coleta de fibra, as fibras poliméricas formadas, fixadas uma à outra, formam o material de fibra polimérica. O movimento rotativo do jato de ar também faz com que a ponta da agulha vibre e revolva. Esse componente de força centrífuga adicional, agindo na solução polimérica, afeta a morfologia resultante da fibra e a taxa aperfeiçoada de produção de fibra.

[0074] O método permite, dessa forma, a produção de fibras poliméricas a partir da solução polimérica preparada com uma ampla faixa de polímeros biológicos e polímeros sintéticos. O método, de acordo com a presente modalidade, aumenta a taxa de produção de fibras poliméricas devido a uma força centrífuga que age sobre pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular. O movimento rotativo ou vibracional da extremidade distal não fixada da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular cria a força centrífuga que age na solução polimérica e quebra a solução polimérica em gotículas de solução polimérica. As gotículas de solução polimérica são, então, aceleradas e alongadas no fluxo de ar, resultando em uma fibra sendo formada a partir de cada gotícula. Nas modalidades de acordo com a presente descrição, compreendendo dois ou mais bocais, várias fibras são formadas ao mesmo tempo, dando lugar a uma taxa mais alta de produção de fibra. A taxa de produção de fibra polimérica depende, adicionalmente, de parâmetros operacionais otimizados. Os parâmetros operacionais otimizados podem incluir uma taxa e pressão de bombeamento da solução polimérica para dentro de um ou mais bocais; o diâmetro da agulha de fiar da fibra tubular; o número total de bocais incorporados ao dispositivo; a viscosidade da solução polimérica; uma temperatura do gás comprimido e da solução polimérica; e um diâmetro do espaço oco do bocal.

[0075] Em uma modalidade, a solução polimérica é bombeada para dentro da agulha de fiar de fibra tubular, por exemplo, com uma pressão de 0,8 bar, onde o bocal possui um diâmetro de 3 mm e a agulha de fiar de fibra tubular possui um diâmetro de 0,8 mm, o jato de gás comprimido é distribuído a uma pressão de 0,3 bar para dentro da primeira entrada de gás comprimido do bocal. A agulha de fiar de fibra tubular que revolve dentro do bocal resulta na formação de fibras poliméricas com um diâmetro que varia de 0,2 a 10 micrômetros.

[0076] O diâmetro da fibra polimérica obtida pode ser de 0,2 micrômetros (µm) a 10 µm, mais especificamente de 0,1 a 10 micrômetros. O diâmetro da fibra polimérica pode, dessa forma, ser de 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, ou 9 até 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, 9 ou 10 micrômetros.

[0077] O diâmetro preferido da fibra polimérica é de 0,1 micrômetros a 5 micrômetros. Por exemplo, em uma modalidade, onde a concentração do pelo menos um polímero é de 15%, o diâmetro da fibra polimérica obtida é de 100 nanômetros (nm).

[0078] De acordo com uma modalidade, o método é realizado sob condições, onde uma taxa de injeção de bombeamento de solução polimérica para a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é de 1 microlitro/min – 3,5 ml/min por bocal; uma taxa de fiação das fibras poliméricas por bocal é de 0,2 a 25 g por minuto; uma pressão do gás comprimido é distribuída a 0,2 bar a 2 bar; uma pressão de bombeamento de solução polimérica para dentro de pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é de 0,5 a 2 bar; e uma temperatura do gás comprimido é de 20 a 120 °C., onde o gás comprimido é selecionado a partir de um grupo que consiste em ar, nitrogênio, argônio, oxigênio, dióxido de carbono e misturas dos mesmos. A taxa de injeção de bombeamento da solução polimérica para agulha de fiar de fibra tubular pode ser de 0,001, 0,01, 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5 ou 3 mm/min por bocal até 0,005, 0,05, 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,25, 1,5, 1,75, 2, 2,25, 2,5, 2,75, 3, 3,25 ou 3,5 mm/min por bocal. A taxa de injeção nas ditas faixas ajuda a aperfeiçoar a taxa de produção de fibra e permite a produção em linha contínua do polímero. A velocidade de fiação das fibras poliméricas por bocal pode ser de 0,2, 0,5, 1, 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 17,5, 20 ou 22,5 g por minuto até 0,5, 1, 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 17,5, 20, 22,5 ou 25 g por minuto, o que aperfeiçoa a morfologia da fibra polimérica que é produzida e a taxa de produção de fibra do dispositivo. A pressão do gás comprimido pode ser de 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1, 1,2, 1,4, 1,6, 1,8 ou 2 bar até 0,3, 0,5, 0,7, 0,9, 1,1, 1,3, 1,5, 1,7, 1,9 ou 2,1 bar. A solução polimérica pode ser bombeada para dentro da agulha de fiar de fibra tubular com uma pressão variando de 0,5 a 2 bar. A pressão na qual a bomba bombeia a solução polimérica para dentro da agulha de fiar de fibra tubular pode ser de 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9,1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8 ou 1,9 bar até 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 ou 2 bar, o que permite a produção em linha contínua das fibras poliméricas, aumentando, dessa forma, a taxa de produção de fibras. A solução polimérica pode ser bombeada para dentro da agulha de fiar de fibra tubular através da entrada da solução polimérica sob pressão de, por exemplo, 0,8 bar, o que permite a produção em linha contínua das fibras poliméricas. A temperatura do gás comprimido pode ser de 20 °C, 25 °C, 30 °C, 35 °C, 40 °C, 45 °C, 50 °C, 55 °C, 60 °C, 65 °C, 70 °C, 75 °C, 80 °C, 85 °C, 90 °C, 95 °C, 100 °C, 105 °C, 110 °C ou 115 °C até 25 °C, 30 °C, 35 °C, 40 °C, 45 °C, 50 °C, 55 °C, 60 °C, 65 °C, 70 °C, 75 °C, 80 °C, 85 °C, 90 °C, 95 °C, 100 °C, 105 °C, 110 °C, 115 °C ou 120 C. Preferivelmente, o gás comprimido e aquecido a uma temperatura de 60 °C, o que permite que se alcance os melhores resultados. Para se aumentar a evaporação, a temperatura do gás comprimido pode ser superior a 60 °C, isso é, de 60 °C até 120 °C. O jato de gás comprimido pode ser aquecido para reduzir o efeito de resfriamento decorrente da descompressão.

[0079] De acordo com um terceiro aspecto, é fornecida uma solução polimérica para produzir fibras poliméricas compreendendo pelo menos um polímero dissolvido em pelo menos um solvente, onde a concentração do pelo menos um polímero é de 9% a 45% em peso a do pelo menos um solvente, e uma viscosidade da solução polimérica é de 1 milipascal por segundo a 5000 Pascal por segundo. Tal solução polimérica ajuda a alcançar uma taxa de produção mais alta de fibra de produção de micro ou nano fibras do que os métodos convencionais, o que é alcançado pela aplicação de uma força centrífuga, que age sobre a agulha de fiar e permite a injeção de taxas superiores a 10 vezes às dos métodos conhecidos possuindo taxas de injeção de solução polimérica de até 3,5 ml/min por bocal. O polímero da solução polimérica, de acordo com a modalidade, não se precipita para fora da solução na ponta da agulha e possui uma viscosidade aceitável para a fiação da fibra de polímero, de acordo com o presente método. Opcionalmente, a solução polimérica pode ser aquecida para dissolver os um ou mais polímeros no solvente a fim de alcançar uma solução bem dispersa. A concentração do pelo menos um polímero pode ser de 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39 ou 42% por peso do pelo menos um solvente até 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42 ou 45% por peso do pelo menos um solvente. A viscosidade da solução polimérica pode ser de 0,001, 0,01, 0,1, 1, 10, 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 ou 7000 Pascal por segundo até 0,01, 0,1, 1, 10, 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 ou 8000 Pascal por segundo. Tal solução polimérica permite a formação de fibras poliméricas possuindo uma morfologia de entrelaçamento do tipo fita torcida singular.

[0080] De acordo com uma modalidade, o pelo menos um polímero é selecionado a partir de um grupo de polímeros biológicos, compreendendo gelatina, colágeno, quitosana, quitina, proteínas (por exemplo, proteína da soja, proteína de ervilha), proteína de seda, ácido poliláctico, policaprolactonas, alginato e polissacarídeos com base em algas, zein, glúten, ácido poli(l-láctico), óxido de polietileno, acetato de celulose, ácido poli(láctico-co-glicólico), misturas dos mesmos e compostos derivados a partir de dos mesmos, ou o pelo menos um polímero é, opcionalmente, selecionado a partir de um grupo de polímeros sintéticos compreendendo polimetilmetacrilato, álcool de polivinil, poliestireno, polianilina, poliamidas. poliacrilonitrila, poliuretanos, copolímero de estirenoacetonitrila, borrachas naturais e sintéticas, misturas dos mesmos e compostos derivados dos mesmos. Os polímeros biológicos são significativamente um material mais sustentável para a produção de nano fibras quando comparados com os polímeros sintéticos. Os materiais de fibra polimérica, que são fabricados a partir de polímeros biológicos, são biodegradáveis e bioabsorvíveis. A utilização dos polímeros biológicos reduz a utilização de despejo plástico não biodegradável. A vantagem principal na produção de fibras de biopolímero é que o dispositivo utiliza água como um solvente. Dessa forma, o dispositivo utiliza produtos químicos não tóxicos para a fabricação das fibras de biopolímero (por exemplo, fibras de gelatina). As fibras poliméricas fabricadas a partir dos polímeros biológicos são utilizadas no campo médico, onde pode ser vantajoso a utilização de materiais que se decomponham no corpo após finalizarem sua tarefa. A biocompatibilidade e a capacidade de absorção de alginato e polissacarídeos com base em algas, zein, glúten, ácido poli(l-láctico), óxido de polietileno, acetato de celulose, ácido poli(láctico-coglicólico) permite o uso desses polímeros na produção de materiais de desenvolvimento de tecido.

[0081] O uso de polímeros sintéticos, de acordo com as modalidades da presente descrição, permite a obtenção de fibras poliméricas porosas. As fibras poliméricas porosas permitem a produção de materiais que apresentam materiais de superfície altamente específicos, que são exigidos, por exemplo, para fins de armazenamento de energia. A utilização de polímeros sintéticos, de acordo com as modalidades da presente descrição, também permite a obtenção de fibras poliméricas com diâmetro menor, fornecendo, assim, melhores propriedades (por exemplo, maior rigidez) dos materiais fabricados a partir de tais fibras poliméricas. Isso permite que tais materiais de fibra polimérica sejam utilizados em aplicações diferentes.

[0082] De acordo com uma modalidade, o pelo menos um solvente é selecionado a partir de um grupo que compreende água, álcoois, acetato de etil, tetraidrofurano, acetona, ácido acético, ácido fórmico, tolueno, clorofórmio, dimetilformamida, e misturas dos mesmos. Esses solventes permitem o método de fiação de fibra não eletrostática, de acordo com a presente descrição, e, portanto, não exige alta voltagem, o que é mais seguro. Visto que o presente método permite a utilização de ambos os polímeros sintéticos e polímeros biológicos mencionados acima para a produção de fibras poliméricas, então, é exigido que os polímeros utilizados possam ser dissolvidos no solvente. Visto que polímeros biológicos geralmente não se fundem, sua única formulação é dissolver os mesmos em um solvente. Esses solventes permitem, de forma eficiente, que se dissolva ambos os polímeros sintéticos e os polímeros biológicos para a preparação da solução polimérica a ser utilizada no processo de fiação de fibra polimérica, de acordo com a presente descrição. Visto que os polímeros podem ser dissolvidos nos ditos solventes, não há necessidade específica de se utilizar a energia adicional para a fusão dos polímeros, o que permite a produção de fibras poliméricas mais eficientes em termos de energia.

[0083] Nas modalidades da presente descrição, onde o solvente pode danificar as partes do bocal ou da fiandeira, o bocal e a fiandeira podem ser formados a partir de material resistente a solvente, por exemplo, metal ou plástico impresso em 3D.

[0084] Adicionalmente, esses solventes podem ser evaporados quando a solução polimérica sai pela saída de solução polimérica, na extremidade distal da agulha de fiar de fibra tubular, por meio do jato de ar comprimido quando o jato de solução polimérica começa gradualmente a se transformar em uma gotícula de solução polimérica e, então, na fibra polimérica. Mais especificamente, o jato de ar comprimido estica a fibra polimérica a partir da gotícula de solução polimérica e alonga a mesma no fluxo de gás comprimido durante o seu processo de fiação e ajuda um solvente a começar a evaporar.

[0085] Em um exemplo, 13% em peso por peso (w/w) da solução polimérica são produzidos pela dissolução de copolímero de estireno-acetonitrila (SAN) em acetato de etil. A solução polimérica é, então, misturada até que seja completamente dissolvida. A solução polimérica é bombeada para dentro da agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal com uma velocidade de 2,7 ml/minuto por bocal. O gás comprimido, por exemplo, ar, é distribuído a 0,3 bar para dentro do espaço oco do bocal. O processo de fiação de fibras poliméricas é realizado e as fibras poliméricas obtidas são coletadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar, da unidade de coleta localizada a cerca de 70 cm da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal.

[0086] Em outro exemplo, 33% w/w da solução polimérica são produzidos pela dissolução de gelatina em água. A solução polimérica é misturada até que seja completamente dissolvida. A solução polimérica é bombeada para dentro da agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal a uma velocidade 2,7 ml/minuto por bocal. O gás comprimido é distribuído a 0,3 bar para dentro do espaço oco do bocal. O processo de fiação de fibras poliméricas é realizado e as fibras poliméricas obtidas são coletadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar da unidade de coleta, localizada a cerca de 70 cm da extremidade distal não fixada da agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal. Uma vantagem na produção de polímero biológico, por exemplo, fibras de gelatina, é que a água pode ser utilizada como um solvente. Dessa forma, nenhum produto químico tóxico é utilizado na fabricação das fibras poliméricas.

[0087] Em um exemplo de produção de um material compreendendo fibras poliméricas, 33% w/w de uma solução são criados em água. Os sólidos compreendem 14% de açúcar e 86% de gelatina. Os usuários são misturados na água e aquecidos para obter uma solução polimérica homogênea. A solução polimérica é bombeada para dentro de uma ou mais fiandeiras, onde cada fiandeira compreende um ou mais bocais, sob uma pressão de 0,8 bar. O gás comprimido, por exemplo, ar, é então direcionado para dentro de um ou mais bocais, de modo que a pressão dentro do espaço oco dos um ou mais bocais seja em torno de 0,3 bar. A temperatura do ar comprimido pode ser de 50 a 70 °C, melhores resultados podem ser alcançados quando a temperatura do ar comprimido é de 60 °C. A velocidade de fiação da fibra polimérica é de cerca de 0,2 g/min por bocal. A velocidade de movimento da superfície de coleta de fibra permeável ao ar da unidade de coleta, para coletar fibras poliméricas, é configurada para ser de 5 metros por hora. O processo de fiação de fibras poliméricas é realizado e as fibras poliméricas obtidas são coletadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar em movimento da unidade de coleta, onde as fibras poliméricas coletadas, caem uma sobre a outra a partir do material de fibra polimérica. O material de fibra polimérica obtido apresenta uma densidade de superfície de 76 g/m2 .

[0088] Uma vantagem da utilização dos solventes facilmente voláteis, por exemplo acetato de etil, com polímeros sintéticos, por exemplo copolímero de estireno-acetonitrila, para produzir fibras poliméricas, é que solventes facilmente voláteis, devido ao baixo ponto de ebulição, evaporam rapidamente depois da formulação da fibra polimérica, dessa forma resultam em fibras poliméricas não tóxicas.

[0089] De acordo com uma modalidade, um material compreendendo fibras poliméricas produzidas pelo presente método é utilizado para a fabricação de um material de filtro não tramado, um têxtil tipo couro, um biomaterial para crescimento ósseo, o material para cuidados com ferimentos, um suporte 3D para cultivo celular e desenvolvimento de tecido, um material de eletrodo para capacitores, nano fibras cerâmicas (por exemplo, nano fibras de Al2O3), e tecido de cultivo celular. O material que compreende fibras poliméricas é aerado e fofo apresentando a morfologia de entrelaçamento do tipo de fita torcida nano fibrosa, o que resulta em uma resistência maior à tensão do material e melhores propriedades mecânicas do que o permitido previamente pelas tecnologias de fiação convencionais. Uma espessura do material polimérico formado a partir de fibras poliméricas pode ser de 10 g por metro quadrado (g/m2 ) 400 g/m2 . A espessura do material polimérico pode, dessa forma, ser de 10, 50, 100, 150, 200, 250, 300 ou 350 até 50, 100, 150, 200, 250, 300 ou 400 g/m2 .

[0090] Em uma modalidade, a fibra polimérica obtida possui uma resistência à tensão que varia de 1 giga Pascal (GPa) a 3 GPa e uma rigidez que varia de 50 GPa a 170 GPa. A fibra polimérica, opcionalmente, apresenta uma resistência à tensão de 1,3 GPa e rigidez de 95 GPa. A fibra polimérica, opcionalmente, apresenta uma resistência à tensão de 2,3 GPa e rigidez de 160 GPa.

[0091] A resistência à tensão do material polimérico pode ser de cerca de 0,5, 1, 1,5, 2 ou 2,5 GPa até 1, 1,5, 2, 2,5 ou 3 GPa, a rigidez do material polimérico pode, dessa forma, ser de 2,3, 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120 ou 140 GPa até 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 ou 160 GPa. Essa resistência à tensão e a rigidez da fibra polimérica fornecem uma morfologia aperfeiçoada para fibra polimérica que tem um melhor desempenho do que outros materiais poliméricos densos. O material de fibra polimérica pode possuir uma densidade de superfície que varia de 60 g/m2 a 120 g/m2 . O material de fibra polimérica possui, opcionalmente, uma densidade de superfície de cerca de 76 g/m2 .

[0092] O material de fibra polimérica é, opcionalmente, utilizado para a criação de dispositivos de filtragem de ar tal como filtros de ar particulado de alta eficiência (HEPA), coletores de poeira industriais, máscaras faciais e respiradores. O material de fibra polimérica é, opcionalmente, utilizado para a fabricação de dispositivos de filtragem de líquido utilizados para purificação de água potável, tratamento de água de despejo e filtragem de combustível e óleo. O material de fibra polimérica pode ser utilizado em separadores de bateria, eletrodos de bateria e células de combustível como suporte de catalisador, em cuidados com ferimentos e para a fabricação de suportes 3D para o desenvolvimento de tecido musculoesquelético (por exemplo, ossos, cartilagens, ligamentos, e músculos esqueléticos), desenvolvimento de tecido da pele, desenvolvimento de tecido vascular, desenvolvimento de tecido neural, e como portadores para distribuição controlada de drogas, proteínas e DNA. O material de fibra polimérica é, opcionalmente, utilizado no campo de acústicas aplicadas para o controle de ruído, em vários equipamentos industriais tais como, para bebidas, equipamentos de purificação de água para o aprisionamento de poluentes de hidrocarbonetos, para a criação de uma ampla faixa de vestuário esportivo. Uniformes esportivos produzidos com material de fibra polimérica podem incluir um equilíbrio ideal de conforto, permeabilidade ao ar, resistência ao vento e à água para esportes de climas extremamente frios.

[0093] O material de fibra polimérica é, opcionalmente, utilizado para fabricação de solas de calçados antideslizamento, vestuários esportivos, com capilaridade aumentada para a produção de proteção contra frio e chuva, vestuário respirável que regula a temperatura do corpo em climas extremos, e para a criação de suportes comestíveis para a produção de produtos de carne cultivados e desenvolvidos em laboratório. O material de fibra polimérica pode ser utilizado para a fabricação de têxtil tipo couro com base em gelatina, que é mais barato do que o couro e que pode ser utilizado em máscaras faciais e respiradores podendo aperfeiçoar o desempenho de filtragem para a captura de nanopartículas de ocorrência natural, tal como o vírus, além de partículas de tamanho de mícron, tal como bactéria, ou partículas feitas pelo homem, tal como fuligem da exaustão de diesel. O material de fibra polimérica é, opcionalmente, utilizado para a produção de biomaterial para regeneração do tecido dentário na odontologia e pode ser utilizado em materiais de eletrodo de super capacitor para aperfeiçoar o desempenho eletromecânico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0094] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um dispositivo 124 para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente da descrição. O dispositivo 124 inclui pelo menos um bocal 100, incluindo um corpo 102 que possui um espaço oco 128, uma primeira extremidade aberta 104, uma segunda extremidade 106, oposta à primeira extremidade aberta 104, uma primeira entrada de jato de gás comprimido 108 na segunda extremidade 106, e uma agulha de fiar de fibra tubular 110. A agulha de fiar de fibra tubular 110 compreende uma extremidade distal não fixada 112, uma extremidade proximal 114 oposta à extremidade distal não fixada 112, uma entrada de solução polimérica 116 na extremidade proximal 114, uma saída de solução polimérica 118 na extremidade distal não fixada 112. O dispositivo 124 compreende uma bomba 120 configurada para bombear a solução polimérica para dentro da agulha de fiar de fibra tubular 110, através da entrada de uma solução polimérica 116, e um compressor de gás 122 configurado para direcionar um jato de gás comprimido para dentro do espaço oco 128, através da primeira entrada de jato de gás comprimido 108. O pelo menos um bocal 100 é configurado para receber o jato de gás comprimido através da primeira entrada de jato de gás comprimido 108. A agulha de fiar de fibra tubular 110 está sendo montada através da segunda extremidade 106 e através do espaço oco do pelo menos um bocal 100. A agulha de fiar de fibra tubular 110 se projeta a partir da primeira extremidade aberta 104. A extremidade proximal 114 da agulha de fiar de fibra tubular 110 é fixada à segunda extremidade 106 do pelo menos um bocal 100. O jato de gás comprimido pode mover em uma trajetória em espiral ou helicoidal e fazer com que a extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110 revolva e saia das gotículas de solução polimérica através da saída de solução polimérica 118. As fibras poliméricas são formadas a partir de gotículas de solução polimérica quando as gotículas de solução polimérica são aceleradas e alongadas no fluxo de gás fornecido pelo jato de gás comprimido.

[0095] As Figuras 2A e 2B são ilustrações esquemáticas de uma vista de cima para baixo do bocal 100 de acordo com a Figura 1. A Figura 2A ilustra uma modalidade, na qual o bocal 100 compreende um corpo cilíndrico 102a configurado para produzir fibras poliméricas, de acordo com a modalidade da presente descrição. A Figura 2B ilustra uma modalidade, na qual o bocal 100 compreende um corpo cônico 102b configurado para produzir fibras poliméricas, de acordo com a modalidade da presente descrição. Nas modalidades ilustradas nas Figuras 2A e 2B, o bocal 100 inclui um corpo 102a, 102b possuindo um espaço oco, a primeira extremidade aberta 104, a segunda extremidade 106, oposta à primeira extremidade aberta 104, a primeira entrada de jato de gás comprimido 108 na segunda extremidade 106, e agulha de fiar de fibra tubular 110. A agulha de fiar de fibra tubular 110 inclui a extremidade distal não fixada 112, a extremidade proximal 114, oposta à extremidade distal não fixada 112, a entrada da solução polimérica 116 e a saída da solução polimérica 118. O bocal 100 é configurado para receber o jato de gás comprimido através da primeira entrada de um jato de gás comprimido 108. A primeira entrada de gás comprimido 108 é formada distante do eixo geométrico de bocal 126 e formada através do corpo de bocal 102a, 102b do bocal, de modo que a borda distal 130 do espaço oco 128 do bocal, e a borda da primeira entrada de gás comprimido 108, sejam tangenciais, isso é, alinhadas. Isso é necessário para se criar um vórtice rotativo do gás comprimido. A agulha de fiar de fibra tubular 110 está sendo montada através da segunda extremidade 106 e do espaço oco do bocal 100. A agulha de fiar de fibra tubular 110 se projeta a partir da primeira extremidade aberta 104; a entrada da solução polimérica 116 é fornecida na extremidade proximal 114 para receber a solução polimérica. A extremidade proximal 114 da agulha de fiar de fibra tubular 110 é fixada à segunda extremidade 106 do bocal 100. A saída da solução polimérica é fornecida na extremidade distal não fixada 112 para expelir a solução polimérica a partir da extremidade distal não fixada 112 e pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular 110. O jato de gás comprimido pode mover em uma trajetória espiral, ou helicoidal, e fazer com que a extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110 revolva de forma vibracional.

[0096] A Figura 3A é uma ilustração esquemática de uma vista transversal A-A do bocal 100 da Figura 1, possuindo um espaço oco cilíndrico 302 de acordo com uma modalidade da presente descrição. O bocal 100 inclui o corpo cilíndrico 102a que possui o espaço oco cilíndrico 302, a primeira extremidade aberta 104, a segunda extremidade 106, oposta à primeira extremidade aberta 104, a primeira entrada de jato de gás comprimido 108 na segunda extremidade 106, e a agulha de fiar de fibra tubular 110. A agulha de fiar de fibra tubular 110 inclui a extremidade distal não fixada 112, a extremidade proximal 114, oposta à extremidade distal não fixada 112, a entrada da solução polimérica 116, e a saída da solução polimérica 118. O bocal 100 é configurado para receber o jato de gás comprimido através da primeira entrada de um jato de gás comprimido 108. A agulha de fiar de fibra tubular 110 está sendo montada através da segunda extremidade 106 e o espaço oco cilíndrico 302 do bocal 100. A agulha de fiar de fibra tubular 110 se projeta a partir da primeira extremidade aberta 104. A entrada de solução polimérica 116 é fornecida na extremidade proximal 114 e a saída da solução polimérica 118 é fornecida na extremidade distal não fixada 112. A extremidade proximal 114 da agulha de fiar de fibra tubular 110 é fixada à segunda extremidade 106 do bocal 100. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco cilíndrico 302 de forma perpendicular ao eixo geométrico 126 do bocal 100, para realizar um movimento em espiral do jato de gás comprimido. O movimento em espiral do jato de gás comprimido faz com que a extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110 vibre e revolva para produzir fibra a partir da solução polimérica.

[0097] A Figura 3B é uma ilustração esquemática de uma vista transversal A-A do pelo menos um bocal 100 da Figura 1 possuindo um espaço oco cônico 304, de acordo com uma modalidade da presente descrição. O bocal 100 inclui o corpo cilíndrico 102a possuindo espaço oco cônico 304, a primeira extremidade aberta 104, a segunda extremidade 106, oposta à primeira extremidade aberta 104, a primeira entrada de um jato de gás comprimido 108 na segunda extremidade 106, e a agulha de fiar de fibra tubular 110. A agulha de fiar de fibra tubular 110 inclui a extremidade distal não fixada 112, a extremidade proximal 114, oposta à extremidade distal não fixada 112, a entrada de solução polimérica 116, e a saída de solução polimérica 118. O bocal 100 é configurado para receber o jato de gás comprimido através da primeira entrada de um jato de gás comprimido 108. A agulha de fiar de fibra tubular 110 está sendo montada através da segunda extremidade 106 e do espaço oco cônico 304 do bocal 100. A agulha de fiar de fibra tubular 110 se projeta a partir da primeira extremidade aberta 104. A entrada da solução polimérica 116 é fornecida na extremidade proximal 114, e a saída da solução polimérica 118 é fornecida na extremidade distal não fixada 112. A extremidade proximal 114 da agulha de fiar de fibra tubular 110 é fixada à segunda unidade 106 do bocal 100. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco cônico 304, de forma perpendicular ao eixo geométrico 126 do bocal 100, a fim de criar um movimento em espiral do jato de gás comprimido. O movimento em espiral do jato de gás comprimido faz com que a extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110 vibre e revolva para produzir fibras a partir da solução polimérica.

[0098] A Figura 3C é uma ilustração esquemática de uma vista transversal A-A de pelo menos um bocal 100 da Figura 1 possuindo um espaço oco cilindrocônico 306, de acordo com uma modalidade da presente descrição. O bocal 100 inclui corpo cilíndrico 102a possuindo o espaço oco cilindro-cônico 306, a primeira extremidade aberta 104, a segunda extremidade 106, oposta à primeira extremidade aberta 104, a primeira entrada de jato de gás comprimido 108 na segunda extremidade 106, e agulha de fiar de fibra tubular 110. A agulha de fiar de fibra tubular 110 inclui a extremidade distal não fixada 112, a extremidade proximal 114, oposta à extremidade distal não fixada 112, a entrada de uma solução polimérica 116, e a saída da solução polimérica 118. O bocal 100 é configurado para receber o jato de gás comprimido através da primeira entrada de um jato de gás comprimido 108. A agulha de fiar de fibra tubular 110 está sendo montada através da segunda extremidade 106 e do espaço oco cilindro-cônico 306 do bocal 100. A agulha de fiar de fibra tubular 110 se projeta a partir da primeira extremidade aberta 104. A entrada da solução polimérica 116 é fornecida na extremidade proximal 114, e a saída da solução polimérica 118 é fornecida na extremidade distal não fixada 112. A extremidade proximal 114 da agulha de fiar de fibra tubular 110 é fixada à segunda extremidade 106 do bocal 100. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco axialmente simétrico 306, de forma perpendicular com relação ao eixo geométrico 126, para criar um movimento em espiral do jato de gás comprimido. O movimento em espiral do jato de gás comprimido faz com que a extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110 vibre e revolva para produzir fibras a partir de solução polimérica.

[0099] A Figura 3D é uma ilustração esquemática de uma vista transversal B-B do bocal da Figura 2B, de acordo com uma modalidade da presente descrição, onde o bocal 310 inclui o corpo cônico 312 possuindo um espaço oco cônico 314, uma primeira extremidade aberta 316, uma segunda extremidade 318 oposta à primeira extremidade aberta 316, uma primeira entrada de jato de gás comprimido 320 na segunda extremidade 318, e uma agulha de fiar de fibra tubular 322. A agulha de fiar de fibra tubular 322 inclui uma extremidade distal não fixada 324, uma entrada de solução polimérica 328, e uma saída da solução polimérica 330. O bocal 310 é configurado para receber o jato de gás comprimido através da primeira entrada de um jato de gás comprimido 320. A agulha de fiar de fibra tubular 322 está sendo montada através da segunda extremidade 318 e do espaço oco cônico 314 do bocal 310. A agulha de fiar de fibra tubular 322 se projeta a partir da primeira extremidade aberta 316. A entrada da solução polimérica 328 é fornecida na extremidade proximal 326 e a saída da solução polimérica 330 é fornecida na extremidade distal não fixada 324. A extremidade proximal 326 da agulha de fiar de fibra tubular 322 é fixada à segunda extremidade 318 do bocal 310. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco cônico 314 do corpo cônico 312, de forma perpendicular ao eixo geométrico 126, a fim de criar um movimento em espiral do jato de gás comprimido. O movimento em espiral do jato de gás comprimido faz com que a extremidade distal não fixada 324 da agulha de fiar de fibra tubular 322 vibre e revolva para produzir fibras a partir da solução polimérica.

[00100] A Figura 3E é uma ilustração esquemática do bocal 311 compreendendo uma manga 340, de acordo com as modalidades da presente descrição. De acordo com as modalidades, o bocal 311 compreende a manga 340 na primeira extremidade aberta 104, onde a manga 340 é fixada dentro do corpo cilíndrico 102a na primeira extremidade aberta 104.

[00101] A Figura 4A é uma ilustração esquemática do bocal 100 da Figura 1, ilustrando o movimento vibracional da agulha de fiar de fibra tubular 110, e processo de fiação da fibra polimérica 406, de acordo com uma modalidade da presente descrição. O bocal 100 inclui o corpo 102, a primeira extremidade aberta 104, a segunda extremidade 106, oposta à primeira extremidades aberta 104, a primeira entrada de gás comprimido 108 na segunda extremidade 106, e agulha de fiar de fibra tubular 110. A agulha de fiar de fibra tubular 110 inclui a extremidade distal não fixada 112, a extremidade proximal 114 oposta à extremidade distal não fixada 112, a entrada de uma solução polimérica 116 e a saída de solução polimérica 118. O bocal 100 é configurado para receber um jato de gás comprimido através da entrada de jato de gás comprimido 108. A agulha de fiar de fibra tubular 110 recebe a solução polimérica através da entrada de solução polimérica 116. O jato de gás comprimido se move em uma direção de avanço e em um movimento circular dentro do espaço oco 128 do bocal 100. A combinação do movimento de avanço e do movimento circular do jato de gás comprimido produz um movimento em espiral, ou helicoidal, da extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110, o que faz com que a extremidade distal não fixada 112 revolva (por exemplo, gire de forma vibracional). A solução polimérica sai através da saída de solução polimérica 118 e a rotação vibracional da extremidade distal da agulha de fiar de fibra tubular cria uma força centrífuga que age na solução polimérica e quebra a solução polimérica em uma gotícula de solução polimérica 404. A fibra polimérica 406 começa a crescer a partir da gotícula de solução polimérica 404 quando a gotícula de solução polimérica é acelerada e alongada no fluxo de gás fornecido pelo jato de gás comprimido. A fibra polimérica 406 cresce a partir da gotícula de solução polimérica 404 pelo movimento rotativo na extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110. O bocal 100 pode ser configurado para mover em pelo menos uma das direções para a esquerda e para a direita, para cima e para baixo a fim de fornecer movimento adicional ao bocal 100.

[00102] A Figura 4B é uma ilustração esquemática do movimento vibracional de uma agulha de fiar de fibra tubular do bocal 100 e do processo de crescimento de fibra polimérica a partir de uma gotícula de solução polimérica de movimento circular da Figura 4A, de acordo com a modalidade da presente da inscrição. O jato de gás comprimido e o movimento vibracional na extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110 causam, adicionalmente, uma vibração da gotícula de solução polimérica 404. Durante um movimento vibracional da extremidade distal 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110, a gotícula de solução polimérica 404 e a fibra polimérica em crescimento continuam a crescer a partir da gotícula de solução polimérica 404 até que o jato de gás comprimido separe a fibra polimérica 406 da gotícula de solução polimérica 404. O crescimento da fibra polimérica 406 é iniciado pelo movimento vibracional na extremidade distal não fixada 112 da agulha de fiar de fibra tubular 110. A fibra polimérica formada 406, separada da gotícula de solução polimérica voa, então, no fluxo de gás através do ar para longe do bocal 100. A força centrífuga que age na solução polimérica afeta o aperfeiçoamento da morfologia da fibra polimérica 406 e a taxa de produção das fibras poliméricas 406.

[00103] A Figura 5 é uma ilustração esquemática de um dispositivo 500 para produzir um material de fibra polimérica 534, de acordo com uma modalidade da presente descrição. O dispositivo 500 inclui pelo menos um bocal 502, uma bomba 504 para bombear uma solução polimérica, um compressor de gás 506 para direcionar um jato de gás comprimido, uma superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508, uma unidade de sucção 510, e um primeiro rolo 512A, um segundo rolo 512B, um terceiro rolo 512C e um rolo de enrolamento 536. O pelo menos um bocal 502 inclui um corpo 514, uma primeira extremidade aberta 516, uma segunda extremidade 518, oposta à primeira extremidade aberta 516, uma primeira entrada de um jato de gás comprimido 520 na segunda extremidade 518, e a agulha de fiar de fibra tubular 522. A agulha de fiar de fibra tubular 522 inclui uma extremidade distal não fixada 524, uma extremidade proximal 526, oposta à extremidade distal não fixada 524, uma entrada de uma solução polimérica 528, e uma saída de solução polimérica 530. A solução polimérica é bombeada para dentro da agulha de fiar de fibra tubular 522, do pelo menos um bocal 502, através da entrada de solução polimérica 528 e o jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco do bocal 502 através da primeira entrada de jato de gás comprimido 520 para produzir fibras poliméricas 532 na extremidade distal não fixada 524. As fibras poliméricas obtidas 532 são coletadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508 pela unidade de sucção 510 no lado posterior da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508 que produz uma pressão de sucção em uma direção oposta à direção das fibras poliméricas 532 produzidas na extremidade distal não fixada 524, de modo que as fibras poliméricas produzidas 532 sejam orientadas na direção da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508 e sejam depositadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508. O primeiro rolo 512A, o segundo rolo 512B e o terceiro rolo 512C permitem o movimento da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508 em uma direção perpendicular à direção de fiação do pelo menos um bocal 502. As fibras poliméricas formadas 532 são destacadas pelas forças causadas pelo crescimento e pela vibração da fibra polimérica e do fluxo de ar da extremidade distal não fixada 524 e coletadas e depositadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508, se fixam uma à outra na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508 e formam o material de fibra polimérica 534 que é coletado no rolo de enrolamento 536. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco do bocal 502, onde o jato de gás comprimido orienta, adicionalmente, as fibras poliméricas produzidas 532 na direção da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 508.

[00104] A Figura 6 é uma ilustração esquemática de um dispositivo 600 com uma câmara de aquecimento e evaporação de solvente 616 para produzir um material de fibra polimérica 640, de acordo com uma modalidade da presente descrição. O dispositivo 600 inclui pelo menos um bocal 602, uma bomba 604 para bombear uma solução polimérica, um compressor de gás 606 para direcionar um jato de gás comprimido, uma superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608, uma unidade de sucção 610, um primeiro rolo 612A, um segundo rolo 612B, um terceiro rolo 612C e um rolo de enrolamento 642 e a câmara de aquecimento e evaporação de solvente 616. O pelo menos um bocal 602 inclui um corpo 618 possuindo um espaço oco, uma primeira extremidade aberta 620, uma segunda extremidades 622, oposta à primeira extremidade aberta 620, uma primeira entrada de um jato de gás comprimido 624 na segunda extremidade 620 e a agulha de fiar de fibra tubular 626. A agulha de fiar de fibra tubular 626 inclui uma extremidade distal não fixada 628, uma extremidade proximal 630 oposta à extremidade distal não fixada 628, uma entrada de uma solução polimérica 632, e uma saída da solução polimérica 634. A solução polimérica é bombeada pela bomba 604 para dentro da agulha de fiar de fibra tubular 626 do bocal 602 através da entrada da solução polimérica 632 e o jato de gás comprimido é direcionado para dentro do espaço oco do bocal 602 através da primeira entrada de jato de gás comprimido 624, a fim de produzir fibras poliméricas 636 na extremidade distal não fixada 628 da agulha de fiar de fibra tubular 626. As fibras poliméricas obtidas 636 são coletadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608 pela unidade de sucção 610, no lado posterior da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608, que produz uma pressão de sucção em uma direção oposta à direção das fibras poliméricas 636 produzidas na extremidade distal não fixada 628, de modo que as fibras poliméricas produzidas 636 sejam guiadas na direção da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608 e sejam depositadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608. O primeiro rolo 612A, o segundo rolo 612B e o terceiro rolo 612C permitem o movimento da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608 em uma direção perpendicular à direção de fiação do pelo menos um bocal 602. As fibras poliméricas obtidas 636, destacadas da extremidade distal não fixada 628 e coletadas e depositadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608 se fixam uma à outra na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608 e formam o material de fibra polimérica 638. O material de fibra polimérica 638 na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 608, adicionalmente, atravessa a câmara de aquecimento e evaporação de solvente 616 para evaporar o solvente mais rapidamente e produzir um material de fibra polimérica 640 que está livre de produtos químicos tóxicos e solventes. O material de fibra polimérica 640, livre de solventes e produtos químicos tóxicos, é coletado no rolo de enrolamento 642.

[00105] A Figura 7 é uma ilustração esquemática de um dispositivo 700 que compreende uma fiandeira 702 para produção de fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição. O dispositivo 700 inclui a fiandeira 702, incluindo um primeiro bocal cilíndrico 704A, um segundo bocal cilíndrico 704B, um terceiro bocal cilíndrico 704C fixados à fiandeira 702, uma segunda entrada de um jato de gás comprimido 710 para a fiandeira 702, uma superfície de coleta de fibra permeável ao ar 720, uma unidade de sucção 722, um primeiro rolo 726A, um segundo rolo 726B, um terceiro rolo 726C, e um rolo de enrolamento 730. Cada um dos bocais cilíndricos 704A, 704B e 704C compreende agulhas de fiar de fibra tubular 706A, 706B e 706C, correspondentemente, e uma primeira entrada de jato de ar comprimido 712A, 712B, 712C, correspondentemente. Cada uma das agulhas de fiar de fibra tubular 706A, 706B e 706C inclui uma entrada de uma solução polimérica 714A, 714B e 714C e uma extremidade distal não fixada 708A, 708B e 708C. A fiandeira 702 inclui um corpo oco 716 ao qual o primeiro bocal cilíndrico 704A, o segundo bocal cilíndrico 704B e o terceiro bocal cilíndrico 704C são fixados. O jato de gás comprimido, por exemplo, ar, é passado para dentro da fiandeira 702 através da segunda entrada de jato de gás comprimido 710. O jato de gás comprimido é adicionalmente direcionado através da segunda entrada de jato de gás comprimido 710 para cada um dos bocais cilíndricos 704A, 704B e 704C através da primeira entrada de jato de gás comprimido 712A, 712B, 712C, e a solução polimérica é direcionada para dentro do primeiro bocal cilíndrico 704A, do segundo bocal cilíndrico 704B e do terceiro bocal cilíndrico 704C através das entradas de uma solução polimérica 714A, 714B e 714C, respectivamente, para produzir as fibras poliméricas 718A, 718B e 718C nas extremidades distais não fixadas das agulhas de fiar de fibra tubular 706A, 706B e 706C. As fibras poliméricas 718A, 718B e 718C são coletadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 720 pela unidade de sucção 722 no lado posterior da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 720, que produz uma pressão de sucção em uma direção oposta à direção das fibras poliméricas 718A, 718B e 718C produzidas na extremidade distal não fixada 708A, 708B e 708C das agulhas de fiar de fibra tubular 706A, 706B e 706C, de modo que as fibras poliméricas produzidas 718A, 718B e 718C sejam orientadas na direção da superfície de coleta de fibra permeável ao ar 720 e sejam depositadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 720. O primeiro rolo 726A, o segundo rolo 726B e o terceiro rolo 726C são configurados para mover a superfície de coleta de fibra permeável ao ar 720 em uma direção perpendicular à direção de fiação da fiandeira 702. As fibras poliméricas obtidas 718A, 718B e 718C, destacadas da extremidade distal não fixada 708A, 708B e 708C e coletadas e depositadas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar, se tornam fixadas uma à outra na superfície de coleta de fibra permeável ao ar 720 para formar um material de fibra polimérica 724. O material de fibra polimérica 724 é coletado no rolo de enrolamento 730. O segundo meio de movimentação 728 da fiandeira 702 é configurado para mover a fiandeira 702 em pelo menos uma dentre as direções para a esquerda e para a direita, para cima e para baixo, para fornecer movimento adicional à fiandeira 702 a fim de alcançar uma densidade mais alta e mais homogênea das fibras poliméricas depositadas e, dessa forma, se permitir a obtenção de propriedades diferentes do material de fibra polimérica.

[00106] A Figura 8A é uma ilustração esquemática de uma fiandeira 800 configurada para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição. A fiandeira 800, possuindo um formato triangular, inclui um corpo oco 802, um primeiro bocal cônico 804A, um segundo bocal cônico 804B, um terceiro bocal cônico 804C e um quarto bocal cônico 804D se projetando a partir do topo do corpo oco 802, de uma segunda entrada de um jato de gás comprimido 808, e de uma segunda entrada de uma solução polimérica 818. Cada um dos bocais cônicos 804A, 804B, 804C e 804D inclui agulhas de fiar de fibra tubular 812A, 812B, 812C, 812D possuindo entradas de solução polimérica correspondentes 810A, 810B, 810C e 810D. A solução polimérica é bombeada para dentro das agulhas de fiar de fibra tubular 812A, 812B, 812C, 812D através das entradas correspondentes de solução polimérica 810A, 810B, 810C e 810D. As entradas de solução polimérica 810A, 810B, 810C e 810D são dispostas em um alojamento de entrada 816. O alojamento de entrada 816 é configurado para receber a solução polimérica proveniente da segunda entrada de solução polimérica 818 e configurado adicionalmente para direcionar a solução polimérica para dentro das entradas de solução polimérica 810A, 810B, 810C e 810D. Cada uma das agulhas de fiar de fibra tubular 812A, 812B, 812C, 812D compreende uma extremidade distal não fixada 814A, 814B, 814C e 814D. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do corpo oco 802 da fiandeira 800 através da segunda entrada de jato de gás comprimido 808 e a solução polimérica é direcionada para dentro das entradas da solução polimérica 810A, 810B, 810C e 810D para a produção de fibras poliméricas. As funções dessas partes foram descritas acima.

[00107] A Figura 8B é uma ilustração esquemática de uma fiandeira 840 configurada para produzir fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição. A fiandeira 840, possuindo um formato circular, compreende um corpo oco 822, um primeiro bocal cônico 824A, um segundo bocal cônico 824B, um terceiro bocal cônico 824C e um quarto bocal cônico 824D conectados ao corpo oco 822, uma segunda entrada de um jato de gás comprimido 826 e uma segunda entrada de uma solução polimérica 834. Cada um dos bocais cônicos 824A, 824B, 824C e 824D inclui agulhas de fiar de fibra tubular correspondentes 828A, 828B, 828C e 828D. A solução polimérica é bombeada para dentro das agulhas de fiar de fibra tubular 828A, 828B, 828C e 828D através de entradas correspondentes de solução polimérica 832A, 832B, 832C e 832D. As entradas de solução polimérica 832A, 832B, 832C e 832D são dispostas em um alojamento de entrada 836. O alojamento de entrada 836 é configurado para receber a solução polimérica a partir da segunda entrada de solução polimérica 834 e é configurado adicionalmente para direcionar a solução polimérica para dentro das entradas de solução polimérica 832A, 832B, 832C e 832D. A pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular 828A, 828B, 828C e 828D inclui uma extremidade distal não fixada 830A, 830B, 830C e 830D. O jato de gás comprimido é direcionado para dentro do corpo oco 822 da fiandeira circular 840 através da segunda entrada de jato de gás comprimido 826, e a solução polimérica é direcionada para dentro da entrada de solução polimérica 832A, 832B, 832C e 832D para produzir fibras poliméricas. As funções dessas partes foram descritas acima.

[00108] A Figura 9 é um fluxograma ilustrando um método de produção de fibras poliméricas, de acordo com uma modalidade da presente descrição. Na etapa 902, uma solução polimérica é bombeada a partir da bomba de solução polimérica para dentro de pelo menos um bocal compreendendo a agulha de fiar de fibra tubular de um dispositivo, através de uma entrada de solução polimérica da agulha de fiar de fibra tubular. Na etapa 904, um jato de gás comprimido é distribuído pelo compressor de gás para dentro de pelo menos um bocal, através de uma primeira entrada de gás comprimido. Na etapa 906, um movimento é aplicado a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular pelo jato de gás comprimido. Na etapa 908, uma gotícula é formada em uma ponta de uma extremidade distal da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular. Na etapa 910, uma fibra polimérica da gotícula formada é obtida. Em uma modalidade, um diâmetro de fio polimérica é de 0,2 a 10 micrômetros.

[00109] A Figura 10 é uma ilustração da morfologia das fibras poliméricas, de acordo com a presente descrição, onde uma imagem das fibras poliméricas obtidas a partir da solução de gelatina, de acordo com a presente descrição, é ilustrada. As fibras de gelatina foram analisadas pelo dispositivo de microscopia por digitalização de elétron (SEM) VEGA Tescan e testagem de resistência à tensão, onde os parâmetros de análise SEM foram como se segue: voltagem de aceleração (HV) 10,00 Kv; distância de trabalho (WD) 12,6480 mm; campo de visão 95,74 micrômetros; detector: elétrons secundários (SE). Os resultados das análises SEM demonstraram a natureza nano fibrosa do material e a morfologia do tipo de fita torcida das fibras individuais. A testagem de resistência à tensão mostrou as propriedades mecânicas com relação às tecnologias de fiação conhecidas.

[00110] Modificações das modalidades da presente descrição, descritas acima, são possíveis sem se distanciar do escopo da presente descrição, como definido pelas reivindicações em anexo. Expressões tais como "incluindo", "compreendendo", "incorporando", "possuindo" e "sendo", utilizadas para descrever e indicar a presente descrição, devem ser consideradas de uma forma não exclusiva, isso é, permitindo que itens, componentes ou elementos, não explicitamente descritos, também estejam presentes. Referências ao singular também devem ser consideradas como referência ao plural.

Claims

Dispositivo para a produção de fibras poliméricas, o dispositivo caracterizado pelo fato de que compreende:
pelo menos um bocal configurado para receber uma solução polimérica e um jato de gás comprimido, em que o pelo menos um bocal compreende:
um corpo possuindo um espaço oco, uma primeira extremidade aberta e uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade aberta, uma primeira entrada de jato de gás comprimido na segunda extremidade, e pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular sendo montada através da segunda extremidade e do espaço oco, em que a pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular compreende: uma extremidade distal não fixada se projetando a partir da primeira extremidade aberta, uma segunda extremidade proximal oposta à extremidade distal não fixada, uma entrada de solução polimérica na extremidade proximal, e uma saída de solução polimérica na extremidade distal não fixada, em que a extremidade proximal da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é fixada à segunda extremidade do pelo menos um bocal;
uma bomba configurada para bombear a solução polimérica através da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal;
um compressor de gás configurado para direcionar o jato de gás comprimido para dentro da primeira entrada de jato de gás comprimido do pelo menos um bocal; e
um primeiro meio de movimentação da extremidade distal não fixada da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende adicionalmente dois ou mais bocais e uma fiandeira compreendendo um corpo oco que possui uma segunda entrada de jato de gás comprimido, em que os dois ou mais bocais são conectados ao corpo oco pela segunda extremidade e em que o compressor de gás é configurado para direcionar o jato de gás comprimido para dentro do corpo oco da fiandeira através da segunda entrada de jato de gás comprimido e através do corpo oco para a primeira entrada de jato de gás comprimido de cada bocal dos dois ou mais bocais.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio de movimentação da extremidade distal não fixada da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é selecionado a partir de um grupo que compreende um dispositivo mecânico ou eletromecânico que move a extremidade distal não fixada da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular, um dispositivo mecânico ou eletromecânico que vibra o pelo menos um bocal e o primeiro meio de movimentação formado pela primeira entrada de jato de gás comprimido na segunda extremidade do pelo menos um bocal.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende adicionalmente uma unidade de coleta para coletar as fibras poliméricas, em que a unidade de coleta compreende uma superfície de coleta de fibra permeável ao ar e uma unidade de sucção configurada para passar o ar através da superfície de coleta de fibra permeável ao ar e para produzir uma pressão de sucção para depositar as fibras poliméricas na superfície de coleta de fibra permeável ao ar.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a superfície de coleta de fibra permeável ao ar compreende adicionalmente um material de coleta de fibra permeável ao ar.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de coleta compreende adicionalmente uma câmara de aquecimento e evaporação de solvente e a superfície de coleta de fibra permeável ao ar é uma superfície de coleta de fibra permeável ao ar móvel.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um diâmetro do pelo menos um bocal é de 1,5 mm a 5 mm, e um diâmetro da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é de 0,6 mm a 1,6 mm.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende adicionalmente um segundo meio de movimentação do pelo menos um bocal para aplicar pelo menos um movimento ao pelo menos um bocal, e em que o pelo menos um movimento é selecionado a partir da rotação do pelo menos um bocal, da movimentação do pelo menos um bocal para a esquerda e para a direita, e da movimentação do pelo menos um bocal para cima e para baixo, com relação à superfície de coleta de fibra permeável ao ar.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende adicionalmente uma unidade de aquecimento de gás comprimido.
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o espaço oco é um espaço oco axialmente simétrico.
Método para produzir fibras poliméricas, o método caracterizado pelo fato de que compreende:
- - bombear uma solução polimérica para dentro de pelo menos um bocal através de uma entrada de solução polimérica da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular do pelo menos um bocal;
- - fornecer um jato de gás comprimido para dentro do pelo menos um bocal através de uma primeira entrada de gás comprimido;
- - aplicar movimento à pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular pelo jato de gás comprimido fornecido;
- - formar uma gotícula de solução polimérica em uma ponta de uma extremidade distal da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular; e
- - obter uma fibra polimérica a partir da gotícula formada, em que um diâmetro da fibra polimérica é de 0,1 a 10 micrômetros.
Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o método é realizado sob condições em que uma taxa de injeção de bombeamento de solução polimérica à pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é de 1 microlitro/min a 3,5 ml/min por bocal; uma taxa de fiação das fibras poliméricas por bocal é de 0,2 a 25 gramas por minuto; uma pressão do gás comprimido é fornecida a 0,2 bar a 2,1 bar; uma pressão de bombeamento da solução polimérica para dentro da pelo menos uma agulha de fiar de fibra tubular é de 0,5 a 2 bar; e uma temperatura do gás comprimido é de 20 a 120 °C, em que o gás comprimido é selecionado a partir de um grupo que compreende ar, nitrogênio, argônio, oxigênio, dióxido de carbono e misturas destes.
Solução polimérica para produzir fibras poliméricas caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um polímero dissolvido em pelo menos um solvente, em que uma concentração do pelo menos um polímero é de 9% a 45% em peso do pelo menos um solvente, e uma viscosidade da solução polimérica é de 1 miliPascal-segundo a 5000 Pascalsegundo.
Solução polimérica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um polímero é selecionado a partir de um grupo de polímeros de base biológica compreendendo gelatina, colágeno, quitosana, quitina, proteínas, proteína da seda, ácido polilático, policaprolactonas, alginato e polissacarídeos à base em algas, zeína (zein), glúten, ácido poli(l-láctico), óxido de polietileno, acetato de celulose, poli(ácido láctico-co-glicólico), misturas destes e compostos derivados destes, ou o pelo menos um polímero é selecionado a partir de um grupo de polímeros sintéticos que compreende polimetilmetacrilato, álcool polivinílico, poliestireno, polianilina, poliamidas, poliacrilonitrila, poliuretanos, copolímero de estireno-acetonitrila, borrachas naturais e sintéticas, mistura destes e compostos derivados destes.
Solução polimérica, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um solvente é selecionado a partir de um grupo que compreende água, álcoois, acetato de etila, tetraidrofurano, acetona, ácido acético, ácido fórmico, tolueno, clorofórmio e mistura destes.
Material caracterizado pelo fato de que compreende fibras poliméricas produzidas pela utilização de um método, conforme definido na reivindicação 11 ou 12, para fabricar um material de filtro não trançado, um têxtil tipo couro, um biomaterial para novo crescimento ósseo, um material para cuidados com ferimentos, um suporte 3D para cultivo celular e desenvolvimento de tecido, um material de eletrodo para capacitores, nanofibras de cerâmica, carnes de cultura celular.