CZ2010163A3

CZ2010163A3 - Zpusob sdružování nanovláken do lineárního útvaru a zarízení k jeho výrobe

Info

Publication number: CZ2010163A3
Application number: CZ20100163A
Authority: CZ
Inventors: Šafár@Václav
Original assignee: Šafár@Václav
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-14
Also published as: CZ303023B6

Abstract

Sdružování nanovláken (3) do lineárního útvaru, jako je napríklad príze, prást nebo pramen se provádí privádením proudu nanovláken (3) do sberného telesa (15) a sdružováním formou dílcích vrstev do lineárního útvaru (20) na sberném obvodu (14) a odvádením konecného lineárního útvaru (21). K proudu nanovláken (3) je možné pridružit proud rozvolnených staplových vláken (100, 200) a tyto na sberném obvodu (14) pri sdružování dílcích vrstev promísit s nanovlákny (3).

Description

Název vynálezu

Způsob sdružování nanovláken do lineárního útvaru a zařízení k jeho výrobě

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu sdružování nanovláken do lineárního útvaru. Jejich výroba se v současné době rozvíjí a vzhledem k jejich nepatrné tloušťce a neobvyklým dalším vlastnostem se k jejich zpracování používají speciální technologie a zařízení. V obvyklých technologiích textilního průmyslu zatím nejsou nanovlákna v průmyslovém měřítku zpracovávána. Jejich tisíckrát větší jemnost, než mají dosud užívaná vlákna, umožní v budoucnu vytvářet výrobky se zcela mimořádnými vlastnostmi. Průmyslová zpracovatelnost může být usnadněna jejich sdružením s tradičními vlákny.

Dosavadní stav techniky

Výroba nanovláken je prováděna například zvlákňováním polymemích roztoků s využitím mechanických sil proudícího media, jak jsou popsány v patentech US 6 382 526 a US 6 52 425, kde se polymerní roztoky protlačují zvlákňovací tryskou ve tvaru mezikruží. Další postupy jsou popsány ve spisech WO 0 127 365, WO 0 250 346, US 2 002/0175 449 a US 2002/084 178 AI u nichž je vytékající roztok ze zvlákňujících trysek protahován do jemných fibril elektrostatickou sílou k protielektrodě.

Dalším principem je zvlákftování polymerního roztoku v elektrostatickém poli podle vynálezu CZ 294 274 B6, u něhož se nanovlákna vytvářejí na nabité zvlákňovací elektrodě, která, se otáčí při částečném ponoření do polymerního roztoku a z jejího horního smáčeného povrchu se emitují nanovlákna, která jsou elektrickými silami tažena k protielektrodě.

Průmyslová výroba lineárních nanovlákenných útvarů, jako na příklad příze, přást, pramen není známa. Rovněž není známo zařízení k výrobě směsového lineárního útvaru nanovláken se staplovými vlákny.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je schematicky znázorněno uspořádání výrobního zařízení nanovláken z polymerního roztoku vynášeného zvlákňovací elektrodou ve tvaru horizontálního válce na horní část svého obvodu, proti kterému je válcová protielektroda. Na ni elektrické síly emitují nanovlákna. Ta se pak po usušení nasávají do rotujícího sběrného tělesa, kde se na sběrném obvodu sdružují a vytvářejí lineární útvar, na příklad pramen. K. proudu nanovláken se přidružuje proud rozvolněných vláken k vytváření lineárního útvaru se smíšenými nanoviákny se staplovými vlákny.

Na obrázku 2 až 6 jsou znázorněny způsoby sdružování nanovláken do lineárního útvaru.

Na obrázku 2 je znázorněno zařízení se sběrným tělesem, které rotuje a nanovlákna jsou do něho přiváděna souosým otvorem a dutým rotujícím hřídelem.

Na obrázku 3 je uspořádání vertikální se sběrným tělesem, jehož víkem se rotujícím ukladačem přivádějí nanovlákna na sběrný obvod a vytvářený lineární útvar se z něho odvádí ve stabilní poloze na obvodě.

Na obrázku 4 je uspořádání s vertikálním stabilním přívodem nanovláken proti rotujícímu rozvaděči k jejich uložení na rotující sběmý obvod do lineárního útvaru. Ten se odvádí ve stabilní poloze.

Na obrázku 5 je přívod nanovláken stabilním kanálem na sběmý obvod, který rotuje. Lineární útvar se odvádí z rotujícího místa snímáním. Obrátky sběrného tělesa udílejí zákrut.

Na obrázku 6 je přívod nanovláken stabilním kanálem na rotující sběmý obvod a lineární útvar se odvádí z rotujícího místa snímání osovým otvorem v hndelce sběrného tělesa.

Podstata vynálezu

Vynález řeší vytváření lineárních útvarů, například příze, přást, pramen, stužka vláken v rotoru, s nanovlákny v návaznosti na jejich výrobu. Je možné použít různý způsob výroby nanovláken u něhož se vytváří nebo vzniká jejich proud. Podle vynálezu se tento proud nanovláken přivádí zpravidla pneumaticky do sběrného tělesa kde na jeho sběrném obvodu se nanovlákna sdružují do lineárního útvaru formou opakovaných dílčích vrstev. Z místa snímání se odvádí lineární útvar. Způsob jeho vytváření je znázorněn na obr. 5 a obr.6 formou cyklického sdružování vlákenného proudu. Je však možné i jiné kinematické uspořádání například jak je znázorněno na obr. 2 až 4.

Podle cíle upotřebení je možné způsobem podle vynálezu vytvářet lineární útvary s libovolným zákrutem. Vytvářené lineární útvary se směsí nanovláken a staplových vláken vytvořené podle obr. 1 až 6 jsou následně zpracovatelné stávajícími textilními technologiemi.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení podle obr. 1 znázorňuje způsob sdružování nanovláken do lineárního útvaru a obsahuje zásobník polymemího roztoku 2,ve kterém je uložena válcová zvlákňovací elektroda

1. Proti ní je v emisní vzdálenosti povrch válcové sběrné elektrody 5. Mezi elektrodami 1 a 5 je rozdíl potenciálů například 70 kV. Zvlákňovací elektroda 1 je zčásti ponořena do polymemího roztoku 2 a otáčením ho vynáší na svou horní část. Z ní se emitují nanovlákna 3 na povrch sběrné elektrody 5. Nanovlákna /3/ se ve formě vlhké vrstvy 4 dopravují sušící zónou s tepelnými zdroji 6, kde se suší a suchá vrstva 8 se nasává ústím 9 do dopravního potrubí já, které ústí do rotačně uložené trubky 10. Na jejím konci je upraven vývod 13 nanovláken 3 na sběrný obvod 14 ve sběrném tělese 15, kde se cyklicky ukládají do lineárního útvaru 20. Sběrné těleso 15 je valivým uložením 22 otočně uloženo v prostoru 17 napojeném potrubím 16 na neznázoměný zdroj podtlaku. Ve víku 18 je stabilní vývod 16 odváděného lineárního útvaru 21 odvádějícími válečky 19.

K dopravnímu potrubí U J^e upraveno rozvolňovací ústrojí 120 s přívodem 102 staplových vláken 100 rozvolňovaných ohroceným válečkem 103. k němuž je jejich přívod proveden priváděcím válečkem 104. k němuž je přitlačován pramen 105 vláken přítlakem 108. Staplová vlákna 100 se přidávají v potrubí 11 k proudícím nano vláknům 3.

K místu emise nanovláken 3 je na válcový povrch sběrné elektrody 5 orientováno rozvolňovací ústrojí 220 s přívodem 202 staplových vláken 200 rozvolňovaných ohroceným o r

válečkem 203, k němuž je přiváděna vlákenná předloha ve formě rouna 201 přitlačovaného přítlakem 205. Proud staplových vláken 200 je přidružen k emitovaným nanovláknům 3 na prodyšném povrchu sběrné elektrody 5 a spolu s nanovlákny je přidržován proudem vzduchu do vnitřního prostoru 33 odkud je odváděn osovým otvorem 34 a vývodem 7 vytváří proud sušícího vzduchu,

Do emisní zóny nanovláken 3 je orientován zářič 300 vln 301 k urychlení sušícího procesu nanovláken 3. Odvádění lineárního útvaru 21 je stabilním vývodem 16 a odváděcími válečky 19.

Na obrázku 2 je proud nanovláken 3 veden trubkou 40 a dále trubkou 44, která je zakončena vývodem 46. Valivým uložením 22 je uložena v souosé valivě uložené trubce 144, na které je uloženo sběrné těleso 45 se sběrným obvodem 42 ke sdružování nanovláken 3 do lineárního útvaru 20. Vývod 43 lineárního útvaru 21 je v ose sběrného tělesa 45 odváděcími válečky 49. Pohon rotačních částí je proveden tangenciálními řemeny 41,47. Místo snímání lineárního útvaru 21 se po sběrném obvodu přemisťuje.

Na obrázku 3 je svislá trubka 50 s valivým uložením 11 a pohonem klínovou řemenicí 12 zakončena vývodem 51 směřujícím ke sběrnému obvodu 52 sběrného tělesa 55. Nanovlákna 3 se sdružují na sběrném obvodu 52 do lineárního útvaru 20, který po dokončení je jako lineární útvar 21 napojen na vývod 56 a odváděči válečky 59.

Na obrázku 4 je stabilní trubka 60 uspořádána proti rozvaděči 61 nanovláken 3. který je na rotačně uložené hřídelce 65 k usměrnění nanovláken 3 na sběrný obvod 62 sběrného tělesa 65, které je valivým ložiskem 22 uloženo a k němu je upraven pohon tangenciálním řemenem 68. Sdružená nanovlákna 3 jsou na sběrném obvodu 62 sdružena do lineárního útvaru 20, který je po dokončení jako lineární útvar 21 napojen na vývod 66 a odváděči válečky 69.

Na obrázku 5 je stabilním přívodem 70 s vývodem 71 usměrněn proud nanovláken 3 na rotující sběrný obvod 72. kde se nanovlákna napojují na lineární útvar 20 a v místě snímání je lineární útvar 21 s plným počtem nanovláken 3_napojen na vývod 77 a odváděči válečky 79.

Na obrázku § je stabilní přívod 80, jímž je usměrněn proud nanovláken 3 ke sběrnému obvodu 82, kde je lineární útvar 20. na který se při každé obrátce sběrného tělesa 85 napojují další nanovlákna 3_až do plného počtu v místě snímání, odkud je lineami útvar 21 napojen na vývod 87 osovým otvorem v hřídelce 83 a na odváděči válečky 89, Rotace sběrného tělesa 85 je provedena tangenciálním řemenem 88.

Na obr. 7 je zvlákňovací elektroda 1 připojena na zdroj vysokého napětí 30 a zčásti je ponořena do polymemího roztoku 2. Proti ní je povrch válcové sběrné elektrody 5, která je uzemněna 31. Ze zvlákňovací elektrody 1 se emitují nanovlákna 3 na prodyšný povrch sběrné elektrody 5 kde se suší teplým vzduchem a mikrovlnným zářičem 6. Vzduch se odvádí osovým otvorem 34 a potrubím 35. Usušená nanovlákna 3 vytvářejí vrstvu 8 na kterou se přivádí proud staplových vláken 200 z rozvolňovacího ústrojí 220 z rouna 201. Vrstva 8 nanovláken 3 a staplových vláken 200 se nasává ústím 9 do dopravního potrubí 11 do kterého se z rozvolňovacího ústrojí 120 přivádí další proud vláken 100 z pramenu 105, které pak společně ústí proti souosému rotujícímu rozvaděči 61 nanovláken 3. Ten je uložen na rotující hřídelce 65 na ložisku 62 a poháněné tangenciálním řemenem 97. Rotací rozvaděče 61 se společný proud vláken a nanovláken ukládá současně na celý sběrný obvod 14 spřádacího rotoru L5, kde vytvářejí lineární útvar 20, který v místě snímání 16 má plný stav vláken a nanovláken a odváděcími válečky 69 se vytvořený lineární útvar 21 odvádí shodnou rychlostí jako je obvodová rychlost sběrného povrchu 14 spřádacího rotoru 15.

Průmyslová využitelnost

Způsobem a zařízením podle vynálezu se vytvářejí lineami útvary s nanovlákny pro různé následné využití, především jako polotovar pro výrobu plošných výrobků. Je možné je vytvářet zpevněné zákrutem ve formě příze, lanka a podobných výrobků, kde se vyžaduje pevnost. Rovněž je možné vytvářet lineární útvary z nanovláken bez zákrutu, nebo jen s malým zákrutem, který umožní jejich následné zpracování, na příklad v textilní výrobě. Je možné k nanovláknům přidávat při výrobě lineárních útvarů další rozvolněná vlákna a vytvářet tak směsi, které ve spojení s nimi mohou dodat výrobkům zcela nové užitné vlastnosti.

Claims

Patentové nároky

1. Způsob sdružování nanovláken do lineárního útvaru při výrobě zvlákňováním polymemího roztoku v elektrostatickém poli emisí z nabité zvlákňovací elektrody ke sběrné elektrodě, kde se na ní nebo na přidružené sběrné ploše nanovlákna sdružují a suší a následně se snímají a odvádějí, vyznačující se tím, že se proud odváděných nanovláken /3/ pneumaticky dopravuje na sběrný obvod /14, 42, 52, 62, 72, 82/ rotujícího sběrného tělesa/15,45, 55, 65, 75, 85/>kde se cyklicky vrství na vytvářený lineární útvar /20/ s narůstající četností nanovláken a při konečné lineární hmotnosti v místě snímání se lineární útvar /21/ ze sběrného obvodu /14, 42, 52, 62, 72, 82/ odvádí například k přidružení k proudu textilních vláken.
2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se nanovlákna /3/ přivádějí přívodem /40/ a rotující trubkou /44/ v ose rotace sběrného tělesa /45/, kde se cyklicky vrství na sběrném obvodu /42/ vytvářeného lineárního útvaru /20/ a vytvořený lineární útvar /21/ se odvádí osovým vývodem /43/.
3. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se nanovlákna /3/ přivádějí rotujícím přívodem /50/ v ose sběrného tělesa /55/ na sběrný obvod /52/, kde se ukládají do vytvářeného lineárního útvaru /20/ s narůstající četností k nehybnému místu snímání /56/, v němž se dokončený lineární útvar /21/ odvádí.
4. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se nanovlákna /3/ přivádějí přívodem /60/ v ose sběrného tělesa /65/ proti rotujícímu rozvaděči /61/, jímž se rozvádějí po sběrném obvodu /62/, kde se vrství a vytvářejí lineární útvar /20/ s narůstající četností nanovláken /3/ k nehybnému místu snímání /66/, jímž se vytvořený lineární útvar /21/ odvádí.
5. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se nanovlákna /3/ přivádějí stojícím přívodem /70/ k rotujícímu sběrnému obvodu /72/, kde se cyklicky ukládají na vytvářený lineární útvar /20/, jehož místo snímání rotuje po sběrném obvodu /72/ a lineární útvar /21/ se odvádí osovým vývodem /77/.
6. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se nanovlákna /3/ přivádějí stojícím přívodem /80/ ke sběrnému obvodu /82/, kde se cyklicky ukládají a vytvářejí lineární útvar /20/, jehož místo snímání rotuje po sběrném obvodu /82/ a vytvořený lineární útvar /21/ se odvádí osovým vývodem /87/ v hřídelce /83/ sběrného tělesa /85/.
7. Způsob podle nároku 1 a kteréhokoliv z nároků 2 až 6 vyznačující se tím, že se k proudu nanovláken/3/ přivádí proud rozvolněných staplových vláken /100 _z
8. Způsob podle nárokuj a kteréhokoliv nároků vyznačující se tím, že se proud staplových vláken /100/ vytváří rozvolněním vlákenného pramenu /105/vyčesáváním ohroceným válečkem /103/.
9. Způsob podle nároku 1 a kteréhokoliv z nároků 7 a. 8 vyznačující se tím, že se proud staplových vláken /200/ přivádí k proudu nanovláken /3/ při jejich emisi ze zvlákňovací elektrody /1/ na sběrnou elektrodu /5//nebo při jejich sušení.
10. Zařízení ke sdružování nanovláken /3/ vytvářených elektrostatickým zvlákňováním polymeru /2/ a emitovaných z nabité elektrody /1/ na sběrnou elektrodu /5/ a uspořádaných do vrstvy /8/ vyznačující se tím, že z vrstvy /8/ se nanovlákna /3/ odvádějí výstupem /9/ a dopravním potrubím /11/ k němuž je přidružen přívod /102/ vláken ZlOO/rozvolněných z pramenu /105/ vláken a společný proud nanovláken /3/ a vláken /100/se vede ukladačem />3,46,51,61/ na sběrný obvod /14,42,52,62,72,82/ k uložení, kde se cyklicky vrství a dokončený lineární útvar /21/je napojen na vývod /16,46,56,66,77,87/ ze sběrného tělesa/15,45,55,65,75,85/ a odváděči zařízení /19,49,59,69,79,89/.
11. Zařízení podle nároku 10 vyznačující se tím, že k výrobnímu zařízení nanovláken /3/ nebo k dopravnímu potrubí /11/ k vedení nanovláken /3/ je přidruženo zařízení /120,220/ k rozvolňování vlákenné předlohy, například pramenu /105/ nebo rouna /201/ a k přivedení rozvolněných vláken /100,200/ do proudu nanovláken /3/.