CZ2009425A3 - Zpusob@a@zarízení@k@výrobe@nanovláken@preplavovacím@elektrostatickým@zvláknováním - Google Patents
Zpusob@a@zarízení@k@výrobe@nanovláken@preplavovacím@elektrostatickým@zvláknováním Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2009425A3 CZ2009425A3 CZ20090425A CZ2009425A CZ2009425A3 CZ 2009425 A3 CZ2009425 A3 CZ 2009425A3 CZ 20090425 A CZ20090425 A CZ 20090425A CZ 2009425 A CZ2009425 A CZ 2009425A CZ 2009425 A3 CZ2009425 A3 CZ 2009425A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- liquid
- electrostatic spinning
- spinning
- convex
- fountain
- Prior art date
Links
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 21
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 claims description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 206010035148 Plague Diseases 0.000 description 1
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
- D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Abstract
Zpusob@výroby@nanovláken@preplavovacím@elektrostatickým@zvláknováním@spocívá@ve@využití@vypouklého@kapalinového@telesa@@@@@@z@jehož@volného@povrchu@dochází@k@tvorbe@kapalinových@trysek@@@@@@které@vzniknou@vhodne@tvarovaným@proudem@elektricky@nabité@kapaliny@@@@@@Proud@kapaliny@@@@@je@tvarován@do@vypouklé@fontány@@@@@@nebo@prepadá@pres@elektricky@nabitou@preplavovací@hranu@@@@@@Vypouklé@kapalinovételeso@@@@@je@vzedmuté@do@vlny@@jejíž@podoba@je@urcena@tvarem@a@sklonem@prepadové@plochy@a@rychlostí@a@množstvím@tekoucí@kapaliny@@Z@povrchu@vlny@dochází@k@elektrostatickému@zvláknování@@Zarízení@je@s@výhodou@tvoreno@tremi@plochými@deskami@@@@@spojenými@a@opracovanými@tak@@že@mezi@deskami@vznikají@ploché@komory@@@@@stejných@@nebo@rozdílných@rozmeru@@Do@jedné@komory@@@@@se@privádí@zvláknovaná@kapalina
Description
Způsob a zařízeni k výrobě nanovláken přeplavovacím elektrostatickým zvlákňováním
Oblast techniky
Vynález se týká průmyslové výroby nanovláken pomocí přeplavovacího elektrostatického zvlákňování.
Dosavadní stav techniky
Pro průmyslovou výrobu nanovláken pomocí elektrostatického zvlákňování se používá kupr. řešení podle vynálezu chráněného patentem WO 2005024101. Zvlákňovací zařízení navržené podle tohoto patentu je založeno na elektricky nabitém válečku pozvolna se otáčejícím ve zvlákňovaném roztoku polymeru nebo polymerní tavenině/kapalině sloužícím zároveň jako elektroda. Na povrchu válce se vytvoří tenká vrstva kapaliny, z níž vznikají Taylorovy kužely, ze kterých následně vznikají nanovlákna, která jsou ukládána na opačně nabitou protielektrodu - kolektor.
V tomto uspořádání válec představuje vypouklé těleso s tenkou kapalinovou vrstvou, které působí jako koncentrátor intenzity elektrického pole. Takto místně zkoncentrované elektrické pole v kapalinovém tělese destabilizuje hladinu zvlákňované kapaliny a tím indukuje/dává vznik velkého množství Taylorových kuželů a z nich vycházejících kapalinových trysek, ze kterých následně vznikají nanovlákna.
Výše uvedeným způsobem a obdobně i jinými známými způsoby, však neni možné zvlákňovat mnoho různých látek, a některé jen obtížně.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky jsou do jisté míry odstraněny řešením podle vynálezu jehož podstatou je zvlákňování z konvexních tvarů volných hladin proudící kapaliny nebo z pěny na hladině kapaliny vytvořené, nebo z kombinace obojího. Profil proudící kapaliny, nebo na jejím povrchu vytvořené pěny, vůči kolektoru, tedy vůči kolmému průmětů kapalinového tělesa do roviny kolektoru, může být potom značně utly, Utlost prumetu kapalinového tělesa indukuje na hladině kapaliny silné a velikostí profilu regulovatelné elektrostatické pole.
Vynález spočívá ve využití vypouklého kapalinového tělesa, z jehož volného povrchu dochází k tvorbě kapalinových trysek, které vzniknou vhodně tvarovaným proudem elektricky nabité kapaliny Proud kapaliny je tvarován do vypouklé fontány nebo přepadá přes elektricky nabitou přeplavovací hranu. V posledně zmíněném případě vzniká kapalinové těleso vzedmuté do vlny, jejíž podoba je určena tvarem a sklonem přepadové plochy a rychlostí a množstvím tekoucí kapaliny. Z povrchu vlny dochází k elektrostatickému zvlákňování.
Podle výsledků výzkumu Katedry netkaných textilií Fakulty textilní Technické univerzity v Liberci je zřejmé, že tzv. hladinové elektrostatické zvlákňování nastává na volném vypouklém povrchu kapaliny po překročení kritické hodnoty intenzity pole ,
Ec=4^pg/s2,
Kde, je y povrchové napětí kapaliny, p je hustota kapaliny, g značí tíhové zrychleni a ε je permitivita okolního plynu.
Podle vynálezu lze dosáhnout libovolně rychlého proudění kapaliny a její cirkulace Dále ie mozne dosáhnout minimalizace kontaktu kapaliny s okolním vzduchem a tím i snížení nadměrného vypařování zejména organických rozpouštědel.
Vpnpadě patentu WO 2005024101 je maximální intenzita pole na povrchu válce, brodícího se v kapalině, nezávislá na poloměru válce a v případě „polovičního“ smočení válce rovna kde Eo je intenzita pole vyjádřená jako napětí U mezi zvlákňovaci elektrodou a kolektorem dělenou jejich vzdáleností d, Ea=U!d. Zvlákňovaci elektrody podle vynálezu, kde fontána nebo přeplavovací hrana slouží jako elektroda bez pokračující rovinné hladiny kapaliny v bazénku, dávají na svém povrchu hodnoty intenzit elektrostatického pole, které na jejich charakteristickém poloměru R závisejí zhruba podle mocninného zákona
F 1 ~
K
Intenzita pole na zvlákňovaci elektrodě je pak regulovatelná nejenom hodnotou vnějšího napětí a vzdáleností mezí elektrodou a kolektorem, ale i vhodnou volbou poloměru kapalinového tělesa
Výkon zařízení podle vynálezu je větší než výkon zařízení podle patentu WO 2005024101, respektive jiných známých technických řešení. Vlivem odlišné geometrie elektrického pole v zařízení podle vynálezu na rozdíl od zařízeni podle patentu WO 2005024101 je možné zvlákňovat i látky, které dosud zvlákňovat nešly, nebo jen obtížně. Zařízení podle vynálezu tak výrazně rozšiřuje technologickou použitelnost hladinového elektrostatického zvlákňováni.
Přehled obrázků na výkresech
Zařízení podle vynálezu je zobrazeno na přiložených výkresech, kde na obr. č. 1 je zařízení pro přeplavovací elektrostatické zvlákňováni tvořené třemi plochými deskami spojenými a opracovanými tak, že mezi deskami vznikají ploché komory stejných, nebo rozdílných rozměrů. Na obr. č. 2 je zobrazeno provedení, tzv.„fontánové“, s výhodou tvořené čtyřmi plochými deskami, mezi nimiž vzniknou tři ploché komory stejných, nebo různých rozměrů. Obr. č. 3 zobrazuje další možné provedeni zvlákňovacího zařízení podle vynálezu tvořené dvojicí soustředných trubic. Obr. č. 4 zobrazuje zařízení podle vynálezu sdružené do dvojic tak, že každá zvlákňovaci jednotka je připojena k opačným pólům vysokonapěťového zdroje/zdrojů. Vznikající výrobek je zvlákňován v prostoru bez kolektoru a textilního nebo jiného nosného substrátu. Výrobek je možné odtahovat z prostoru mezi jednotkami pomocí sterilního zde neznázornčného zařízení.
c o e 0 0 r • · e f e
Příklady provedení vynálezu
1. Zařízeni pro přeplavovací elektrostatické zvlákůování, zobrazené na obr. 1, je s výhodou vořeno třenu plochými deskami 8 spojenými a opracovanými tak, že mezi deskami vznikají ploché komory 9 stejných, nebo rozdílných rozměrů. Do jedné komory (zpravidla tenčí, není všaK nutnou podmínkou) se přivádí zvlákňovaná kapalina 10. V komoře se proud kapalin 5 usměrni do tenké vrstvy vyplňující plochou komoru 9 a přes přepadovou/přeplavovací hranu 7 vhodného tvaru vytvoří vypuklé kapalinové těleso 3. Na povrchu vypouklého kapalinového telesa 3 nastane elektrostatické zvlákňování po přiložení vhodného vysokého napětí 11 na vypouklé kapalinové těleso 3 a protielektrodu - kolektor 12. Nespotřebovaný zbytek kapaliny prepada pres hranu do druhé komory, odkud je odsáván a vracen například pomocí čerpadla pres zásobní nádrž zpět do první komory.
2. Další provedení, vyobrazené na obr. 2, je tzv.„fontánové“, je s výhodou tvořeno čtyřmi plochými deskami, mezi nimiž vzniknou tři ploché komory stejných, nebo různých rozměrů. Střední komorou proudí kapalina podobně jako v předešlém uspořádání a vytváří na konci komory fontánu, která přepadá do jedné, nebo obou bočních komor. Z bočních komor je kapalina odsávána a vracena do střední komory.
3. Komory zylákňovacího zařízení podle vynálezu je možné tvarovat i jinak. Další možné provedení zvlákňovací jednotky 24, podle vynálezu je zobrazeno na obr. 3 a je tvořeno dvojicí soustředných trubic 18, Středovou trubkou 19 proudí zvlákňovaná kapalina 10. Přebytek kapaliny přepadá do mezikruží mezi soustřednými trubkami 18 a je odsáván. Střední trubka 19 přesahuje okraj vnější trubky 20. Jako v předešlém uspořádání vzniká na ústi střední trubky 19 fontána 15, ze které vznikají nanovlákna 21,
4, Jeden z mnoha možných dalších příkladů je možnost výroby koaxiálních vláken. S výhodou lze použít varianty třídeskového, dvoukomorového zvlákňovacího zařízení. Přepadová hrana je tvořena dutou trubkou, která má na povrchu vhodně umístěné otvoiy. Jakmile začne kapalina přepadat přes přepadovou hranu tvořenou perforovanou trubkou, je možné perforovanou trubkou dávkovat jinou, tzv. „vnitřní“, kapalinu. Na výstupu z otvorů trubky vzniknou miniaturní fontánky vnitřní kapaliny, která nadzvedne ještě výše povrch kapaliny vnější. Na takto vzniklých koncentrátorech pole přednostně dochází k elektrostatickému zvlákňování, Při souČasném/soumístném proudění dvou nebo více polymernich kapalin dochází k omezenému míšení jednotlivých proudů. K omezenému míšeni a zlepšení laminámího proudění přispívá i Coandův efekt, který se uplatňuje při styku kapaliny s vypouklým tělesem tvořeným přeplavovací hranou. Takto stratifikované proudění dvou nepromísených polymernich deskových toků vede ve zvlákňovacím zařízení podle vynálezu ke vzniku výkonného koaxiálního elektrostatického zvlákňování. Takto vyrobená vlákna obsahuji jádro z materiálu dodávaného perforovanou trubkou, která zároveň tvoří přepadovou/přeplavovací hranu, a plášť tvořený materiálem, který proudil přes perforovanou trubici.
5. Další variantou řešení podle popisovaného vynálezu je to, že do zvlákňované kapaliny je možné řízeně přivádět potřebný plyn pomocí perforované trubice tak, aby na hladině zvlákňované kapaliny na přeplavovací hraně vznikala pěna. Na bublinách pěny se ještě více zkoncentruje elektrické pole a lze tak zvlákňovat kapaliny, které dosud známými postupy zvlákňovat nebylo možné, nebo jen s velkými obtížemi.
6. Zanzení podle vynalezu lze sdružit do dvojic zvlákňovacích jednotek 24 tak, že každá zvlákňovací jednotka 24 je připojena k opačným pólům vysokonapěťového zdroje/zdrojů. Vznikající nanovlakenný matenál 25 je zvlákňován v prostoru bez kolektoru a textilního nebo jiného nosného substrátu. Výrobek je možné odtahovat z prostoru mezi zvlákňovacímu jednotkami 24 pomocí sterilního zde neznázoměného zařízení. Stejně tak je možné mezi zvlákňovací jednotky 24 zavést substrata zvlaknovat najednou na jeho oba povrchy. ~
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro zvlákňování podle vynálezu je možné použít ve všech oblastech, ve kterých se používá ku příkladu zařízení podle patentu WO 2005024101. Jde zvláště o oblasti stavebnictví a automobilového průmyslu, materiály pohlcující zvuk, výroba lékařských obvazových materiálů výroba filtračních materiálů a jiná další použití.
Mor. Václav KARLÍČEK aAokAt
Vinohradská β, 120 00 PRAHA 2 n C í B < < r r ς t C tj r r r f r . o r (
H Λ r ne « f. n r o-f* c r / e <· c C . f fl ♦ r. f c íí li < r f r
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob výroby nanovláken elektrostatickým zvlákňováním vyznačující se tím, že do elektrostatického pole se přivádí vypouklé kapalinové těleso (3), na jehož povrchu dochází k tvorbě kapalinových trysek (4) vznikajících tvarovaným proudem kapaliny (5) elektricky nabité, přičemž proud kapaliny (5) je tvarován do vypouklé fontány (6), nebo přepadá přes elektricky nabitou přeplavovací hranu (7), z povrchu takto vzniklé vzedmuté vlny dochází k elektrostatickému zvlákňování.
- 2. Zařízení k výrobě nanovláken přeplavovacím elektrostatickým zvlákňováním, vyznačující se tím, že je tvořeno nejméně dvěmi plochými deskami (8) mezi kterými jsou ploché komory (9) stejných, nebo rozdílných rozměrů jako ploché desky (8).
- 3. Zařízení k výrobě výrobě nanovláken přeplavovacím elektrostatickým zvlákňováním, vyznačující se tím, že je tvořeno dvojicí soustředných trubic (18), při čemž střední trubka (19) přesahuje okraj vnější trubky (20).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20090425A CZ302876B6 (cs) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Zpusob a zarízení k výrobe nanovláken preplavovacím elektrostatickým zvláknováním |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20090425A CZ302876B6 (cs) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Zpusob a zarízení k výrobe nanovláken preplavovacím elektrostatickým zvláknováním |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2009425A3 true CZ2009425A3 (cs) | 2010-12-22 |
| CZ302876B6 CZ302876B6 (cs) | 2011-12-28 |
Family
ID=43352906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20090425A CZ302876B6 (cs) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Zpusob a zarízení k výrobe nanovláken preplavovacím elektrostatickým zvláknováním |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ302876B6 (cs) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304097B6 (cs) * | 2012-01-19 | 2013-10-16 | Contipro Biotech S.R.O. | Zvláknovací kombinovaná tryska pro výrobu nano- a mikrovlákenných materiálu |
| CZ303780B6 (cs) | 2012-07-27 | 2013-05-02 | Contipro Biotech S.R.O. | Zvláknovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálu slozených z vláken s koaxiální strukturou |
| CA2927677A1 (en) * | 2012-10-15 | 2014-04-24 | Arsenal Medical, Inc. | Systems and methods for facilitating the generation of core-sheath taylor cones in electrospinning |
| WO2014120455A1 (en) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | Arsenal Medical, Inc. | Electrospinning process for fiber manufacture |
| EP2987894A4 (en) * | 2013-04-17 | 2016-08-03 | Finetex Ene Inc | ELECTRO-SPINNING APPARATUS |
| JP2017500456A (ja) * | 2013-12-18 | 2017-01-05 | ゼウス インダストリアル プロダクツ インコーポレイテッド | 電界紡糸スロットダイの設計及び使用 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB134623A (cs) * | ||||
| US652042A (en) * | 1900-01-30 | 1900-06-19 | William J Ranck | Gas-stove. |
| IL132945A0 (en) * | 1999-06-07 | 2001-03-19 | Nicast Ltd | Filtering material and device and method of its manufacture |
| DE10136256B4 (de) * | 2001-07-25 | 2005-03-31 | Helsa-Werke Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Herstellung von Fasern in einem elektrostatischen Spinnverfahren |
| CZ294274B6 (cs) * | 2003-09-08 | 2004-11-10 | Technická univerzita v Liberci | Způsob výroby nanovláken z polymerního roztoku elektrostatickým zvlákňováním a zařízení k provádění způsobu |
-
2009
- 2009-07-01 CZ CZ20090425A patent/CZ302876B6/cs unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ302876B6 (cs) | 2011-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ2009425A3 (cs) | Zpusob@a@zarízení@k@výrobe@nanovláken@preplavovacím@elektrostatickým@zvláknováním | |
| CN101586288B (zh) | 阵列多喷头静电纺丝设备 | |
| CN103628150B (zh) | 一种多喷头静电纺丝装置 | |
| US20140302245A1 (en) | Method and apparatus for the production of fine fibres | |
| CN104593880A (zh) | 一种聚合物纳米纤维批量化生产的静电纺丝装置 | |
| Shao et al. | High-throughput fabrication of quality nanofibers using a modified free surface electrospinning | |
| RU2614393C2 (ru) | Комбинированная фильера для производства нановолокнистых и микроволокнистых материалов | |
| CN105239171B (zh) | 一种带尖齿的直线型电极静电纺丝装置 | |
| CN205839200U (zh) | 一种无针式静电纺丝装置 | |
| CN102383204A (zh) | 一种可用于大批量生产纳米纤维的自吸静电纺丝装置 | |
| CN105274635A (zh) | 一种气泡静电纺丝装置 | |
| Ramakrishnan et al. | Needleless electrospinning technology–an entrepreneurial perspective | |
| CN108411383A (zh) | 一种多孔球形静电纺丝喷头及其纺丝方法 | |
| CN107236997A (zh) | 一种批量制备并列复合结构纳米纤维的静电纺丝方法 | |
| JP2010007202A (ja) | ナノ・ファイバ製造装置およびそれを用いたナノ・ファイバ製造方法 | |
| CN203498512U (zh) | 静电纺丝分液器及静电纺丝机 | |
| CZ2012906A3 (cs) | Zpusob a zarízení k výrobe nanovlákenné textilie, zejména pro osazování zivými organizmy | |
| CN108411384B (zh) | 一种顺重力圆柱形静电纺丝装置及方法 | |
| KR20110079109A (ko) | 용융전기방사용 광폭 노즐블럭 및 이를 구비하는 용융전기방사장치 | |
| Yang et al. | Influence of electric field interference on double nozzles electrospinning | |
| CN106400134A (zh) | 往复给液式无喷嘴静电纺丝装置及其制纳米纤维膜的方法 | |
| KR101178645B1 (ko) | 전기방사용 방사 노즐팩 | |
| CN103966676A (zh) | 纳米薄膜纺丝装置 | |
| Liu et al. | Bubble electrospinning method for preparation of aligned nanofibre mat | |
| CN112501700B (zh) | 一种旋转嵌合静电纺丝装置及纺丝方法 |