CZ2022296A3 - Způsob a zvlákňovací hlava pro kontinuální výrobu nanovlákenných a submikronových vlákenných struktur a zařízení s touto hlavou - Google Patents

Abstract

Zvlákňovací hlava pro výrobu nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur obsahuje tělo opatřené vnitřní dutinou (209) a přívodem (204) zvlákňovacího polymerního roztoku. Vnitřní dutina (209) je propojena s prodlužovací komponentou (206) uzpůsobenou pro odnímatelné připojení výměnného tryskového pole (207). Hlava obsahuje více oddělených systémů pro současné zpracování více zvlákňovacích polymerních roztoků. Hlavu lze použít v zařízení majícím alespoň jednu zvlákňovací komoru (3, 6). Zvlákňovací komora (3, 6) je opatřena vstupem (12, 13) upraveného vzduchu. Pod deponačním roštem (22) opatřeným zdrojem (28) vysokého napětí je sběrné zařízení (26, 27) s odvodem (36, 37) vzduchu pro vytvoření negativního tlaku na deponačním roštu (22). Zařízení může dále obsahovat technologické komory (2, 4, 5, 7) s ionizačním zařízením (8, 10) nebo zařízením (9, 11) pro infračervený ohřev.

Description

Technické řešení se týká zvlákňovacího zařízení pro výrobu membrán nanovlákenných a submikronových vlákenných struktur, kombinujícího odstředivé a elektrostatické zvlákňování ještě s dalšími optimalizačními prvky.

Dosavadní stav techniky

Existuje několik technik, jimiž lze vyrobit nanovlákna a submikronová vlákna. Pravděpodobně nejznámější a nejvyužívanější metodou je elektrostatické zvlákňování. Tato technologie má několik nevýhod. Využití čistě elektrostatické síly je podmíněno vodivostí zvlákňovaných roztoků a tavenin, k čemuž je často nezbytný přídavek vodivých aditiv, např. anorganických solí, které pro řadu aplikací nejsou vhodné a mohou být i toxické. Vysoké napětí může způsobit výboj, v jehož důsledku mohou zahořet odpařovaná rozpouštědla či vyráběný produkt. Důsledkem přítomnosti silného elektrostatického pole v okolí zvlákňovací elektrody, kde dochází k formování vláken, může být i nežádoucí krystalizace inkorporovaných látek, nebo jejich oxidace vlivem přítomnosti ozónu, který kvůli elektrostatickému poli ve zvlákňovací oblasti vzniká.

K výrobě nanovláken a submikronových vláken lze využít i jiné síly např. odstředivé síly v případě odstředivého zvlákňování (WO2012109240, CN203569248, CZ32624, WO2015003170). Dále lze využít sílu vyvolanou tlakem vzduchu v technologii označované jako tlakové zvlákňování (CN105350183), který je spolu se zvlákňovacím roztokem či taveninou vháněn do zvlákňovací trysky. Další technologie využívají podtlak, tedy tzv. negativní tlak (CN111621858, CN111676530, CN112680801, CN112680800). Poslední tři jmenované technologie nejsou omezeny vodivostí roztoků či tavenin a lze je bez problémů použít i pro hořlavé a těkavé roztoky. Zároveň nezpůsobují výše popsané poškození aditiv dané přítomností elektrostatického pole. Nevýhodou těchto technologií je obtížnější depozice vytvořených vláken na podkladové textilie a homogenita nánosu, výhodou je vyšší produktivita.

Výše uvedené způsoby výroby nanovláken a submikronových vláken lze s výhodou i kombinovat. Obvykle se kombinuje odstředivé zvlákňování s elektrostatickým, získá se tím vyšší produktivita zvlákňovacího procesu a vyšší homogenita membrán oproti čistě odstředivému zvlákňování. V některých případech je ve zvlákňovacím procesu odstředivá síla kombinována s elektrostatickou, ale odstředivá síla je využita pouze k dávkování polymeru nebo sběru vláken, nikoliv ke zvlákňování (CN209412367, CN112981561, CN105568405, CN105568404, CN105568403,

CN102828260). V jiných případech je odstředivá síla využita k získávání orientovaných struktur vlivem rotace sběrné elektrody či sběrného zařízení (CN203795024, CN110129899,

CN103774252, CN103114342, CN105350183). Další variantou je použít místo rotačního sběrného tělesa pole sběrných tyčí rotujících okolo sběrné elektrody, odstředivá síla pak není využita přímo k formování vláken, ale k jejich dloužení a orientaci (CN110257929, CN110158172). Odstředivou sílu lze využít případně i k výrobě nanovlákenných přízí, kde rotace napomáhá k formování zákrutu příze (CN111286792, CN108796682, CN108796687, CN104726943, CN102212893,

CN101688335, ES2790898, JP2009280923, JP2009068121, KR20100070203, KR20080128821). Nejde tedy mluvit o kombinovaném odstředivém elektrostatickém zvlákňování, protože odstředivá síla se fakticky na formování vláken nepodílí.

Kombinovat lze odstředivé elektrostatické zvlákňování také s intenzivním prouděním tlakového vzduchu podporujícího formování vláken (CN105568404, CN105568403, CN105568405,

CN105442065, CN103628149, CN103628148, KR20100080478, US2005056956,

JP2009228168), ale i s negativním tlakem na sběrném zařízení (CN110219060, CN104328514,

- 1 CZ 2022 - 296 A3

KR100788933), případně s oběma (KR100780346). V CN105586645 jsou využity všechny jmenované principy samostatně nebo jsou různě kombinovány. Kombinovat lze i několik technologií generujících vlákna v rámci jedné komory, která jsou společně snímána na kolektor za vzniku směsné vrstvy (CZ2015117, CZ2018274). Různé zvlákňovací technologie lze kombinovat i v rámci oddělených zvlákňovacích komor, kdy v jedné komoře probíhá odstředivé zvlákňování a v druhých dvou komorách elektrostatické zvlákňování (CN110711430), výsledkem jsou kombinace různých vrstev různých parametrů. V obou výše uvedených případech nelze mluvit o kombinovaném odstředivém elektrostatickém zvlákňovacím zařízení, protože na tvorbě dílčích vláken se vždy podílí jen jeden z principů.

Existuje již celá řada zařízení pro kombinované odstředivé elektrostatické zvlákňování, přičemž jejich vnitřní uspořádání může být různé. Nejčastějším způsobem je rotující zvlákňovací hlava/elektroda s osou rotace ve vertikálním směru a směr pohybu vznikajících vláken je do stran, tedy v horizontálním směru, směru kolmém na osu rotace (CN210856421, CN113249873, CN110965137, CN110220468, CN110207600, CN109457394, CN108893791, CN108330550, CN109457394, CN105133054, CN104389037, CN104088024, CN103668488, CN103215664, KR20150129874, KR101558213, KR20100077913, KR20150129874). Tímto způsobem obvykle vznikají trojrozměrné vlákenné vatovité struktury nebo orientovaná vlákna (CN105442065, CN103774252, CN103114342, CN203795024, CN203583028, US20140051316). Tento způsob výroby je často diskontinuální s ručním odběrem vláken a není vhodný pro průmyslovou výrobu. Alternativou je uložení zvlákňovací elektrody s osou rotace v horizontálním směru a vznikající vlákna jsou zachytávána na podkladovou textilii umístěnou pod zvlákňovací hlavou (CN101787573, US2010072674, US2006024399). To může mít za následek vysoké riziko úkapů polymerního roztoku a znehodnocení vyráběného produktu. Dalším způsobem je rotující zvlákňovací hlava/elektroda s osou rotace ve vertikálním směru a směr pohybu vznikajících vláken je nahoru (CN109023557, CN104818537, DE102007027014, KR102162611, KR101979881, KR101712521, KR101617220, US2016145771, KR101426738, KR101426737). Tento způsob je výhodný, protože pomůže eliminovat kapkovité defekty, které vlivem gravitace nahoru na podkladovou textilii nedoletí, ale má nevýhodu v tom, že gravitační síla není využita pro depozici vláken. Poslední možností je rotující zvlákňovací hlava/elektroda s osou rotace ve vertikálním směru a směr pohybu vznikajících vláken je dolu. Tento způsob lze využít pro výrobu membrán (CN208328187, CN111926396, CN111893617, KR100788933), ale i pro tvorbu orientovaných struktur (CN101857976). Rotovat mohou na dvou nezávislých hřídelích zvlákňovací i sběrné zařízení (CN112941644). Nanášení vlákenných vrstev může probíhat i na několik rolí podkladové textilie najednou, jestliže jsou rozmístěné po obvodu kruhového zvlákňovacího prostoru kolem hlavy (CN104178830, CN104178826, CN110656383).

Formování vláken v procesu odstředivého zvlákňování lze podpořit i použitím tlakového vzduchu neboli tzv. tlakového zvlákňování (CN113106558, CN112941644, CN105133054), což platí i pro odstředivé elektrostatické zvlákňování (CN110344124, CN109023557), případně použitím negativního tlaku, který podporuje depozici vláken (KR102294550, CN110965137) nebo využitím obou způsobů (CN105442065). Proudění vzduchu může vznikat v důsledku tlakového zvlákňování, ale vzduch může být do zvlákňovací komory vháněn i z důvodu odstranění přebytečné vzdušné vlhkosti či odvodu odpařeného rozpouštědla nebo pro usměrnění vznikajících vláken (CN107354522, CN105899275, JP2009228168, JP2009097112, JP2009041128,

JP20070206071, JP4877140, US2016145771, KR101617220, WO2014169239, WO2013096672). Existuje i zařízení, které navíc krom proudu vzduchu usměrňujícího vlákna směrem ke kolektoru využívá i magnetické pole (CN110158170).

Kombinovat lze odstředivé elektrostatické zvlákňování i s elektrostatickým rozprašováním (CN110219061), v tomto případě ale nelze zařízení využít k průmyslové výrobě a je určeno výhradně pro laboratorní účely.

Některá zvlákňovací zařízení jsou určena výhradně ke zvlákňování taveniny a pro zpracování polymerních roztoků jsou nevhodná (WO2014025790, CN203474969, CN203238358,

- 2 CZ 2022 - 296 A3

CN113584612, CN113564735, CN108707978, CN107354522, CN107245764, CN104088024, CN105899275, KR20100080478, US2005056956, KR20100077913).

Zvláštní přístup ukazují CN211471654 a CN108914221, podle kterých jsou podkladové textilie uspořádány cirkulámě kolem rotující zvlákňovací hlavy a nános vláken probíhá současně na několik rolí najednou. Tento způsob je nevhodný z hlediska homogenity nánosu, v tomto případě navíc neumožňuje výrobu směsných vrstev. Pomocí duálního zvlákňovacího systému je možné vyrobit směs vláken (CN107299400) nebo směsné vrstvy (JP2009097112, CN104389037, KR102162611, KR102153213).

Dalším zajímavým přístupem je kombinace odstředivého a elektrostatického zvlákňování, ve které je směr odvádění vláken od zvlákňovací hlavy/elektrody ovlivněn tak, že část zvlákňovací hlavy je připojena ke zdroji vysokého napětí a část je uzemněna (CN109097849). Alternativní přístup nabízí i CN103541149, dle kterého lze zvlákňovací hlavu určenou k elektrostatickému zvlákňování využít i pro odstředivé zvlákňování a nabízí možnost výroby směsných vrstev. Primárně je určena k výrobě membrán z tavných polymerů, její obrovskou nevýhodou je ale obtížná čistitelnost.

Průmyslové zpracování roztoků a tavenin do nanovlákenných a submikronových vlákenných struktur vyžaduje dostatečné množství zvlákňovacích trysek ve zvlákňovací hlavě, ale také jednoduchý přístup k tryskám a jejich snadnou výměnu a čistitelnost z důvodu minimalizace prostojů a technologických odstávek zařízení. To většina zvlákňovacích zařízení nereflektuje. Veškeré zvlákňovací trysky, ať už jsou součástí jakékoliv zvlákňovací technologie, se postupně zanášejí polymerním roztokem či taveninou, což vyžaduje odstávky nezbytné pro jejich vyčištění. Kritické je zanášení právě trysek, díky jejich malému rozměru, přičemž některá řešení mohou mít vysoký počet zvlákňovacích otvorů (WO2015008882, WO2015008883). Zvlákňovací hlavy bez vyjímatelných zvlákňovacích trysek je nutné čistit celé, což je složité a časově náročné. Zajímavou alternativou odstředivého elektrostatického zvlákňování z uzavřených systémů jako jsou trysky a jehly, je použití otevřených zvlákňovacích systémů, v nichž ke zvlákňování dochází z různých hran a povrchů, které nejsou rozměrově ohraničeny. Polymerní roztok či tavenina na nich sice postupně také zasychají, ale vliv tohoto jevu není tak dramatický. Jako zvlákňovací hlavy či zvlákňovací elektrody mohou být využita různá rotující tělesa (CN113061997, CN103668488,

DE102007027014, KR101712521, KR101426738, KR101426737), např. rotující disk (CN207435591, CN208309014, CN208279730, CN208219025, CN208219024, CN110760940, CN105970310) nebo jejich sestavy (CN108914221), kónická deska (CN109735903), brodicí válec (CN109629015, CN105200538, WO2016038528) nebo rotační těleso se štěrbinou (CN105899275, KR102162611, WO2013096672, CZ2015327). Zvlákňovací elektroda může vzniknout i sesazením několika dílů s drážkami (CN109023556). Výhodou otevřených zvlákňovacích systémů je, že nedochází k zanášení a ucpávání trysek a snadněji se čistí, nevýhodou pak je nemožnost regulace průměru vláken pomocí velikosti použitých zvlákňovacích trysek. Průměr vláken tak závisí pouze na parametrech roztoku či taveniny a rychlosti otáčení rotujícího tělesa, z jehož povrchu ke zvlákňování dochází. Obvykle je distribuce průměru vláken velice široká a při procesu vzniká velké množství strukturních defektů. Nevýhodou u otevřených systémů je postupné zahušťování polymerních roztoků dané masivnějším odpařováním rozpouštědla a kvalita produktu se tak v průběhu zvlákňování v čase postupně mění.

Ideální zvlákňovací zařízení pro průmyslovou výrobu membrán z nanovláken a submikronových vláken tedy musí být snadno přístupná, rozebíratelná, a jednoduše čistitelná. Výhodné provedení obsahuje vyjímatelnou soustavu zvlákňovacích trysek, které je možné během velmi krátké odstávky vyměnit a následně vyčistit tak, aby v průmyslové výrobě nemuselo vlivem čištění celého distribučního a zvlákňovacího zařízení docházet k dlouhým odstávkám.

Dle známého stavu techniky již taková řešení existují, během technologické přestávky jsou vyjmuty a nahrazeny pouze soustavy trysek a následně vyčištěny (US10208404, WO2014025794). Rozebíratelné zvlákňovací hlavy jsou sice snadno čistitelné, ale díky přítomnosti hran, spojů, nerovností a spojovacích šroubů nejsou dokonale hladké, což způsobuje zatékání polymerního

- 3 CZ 2022 - 296 A3 roztoku a následné úkapy zateklého polymerního roztoku zhoršující kvalitu vlákenné membrány. To platí jak pro zvlákňovací hlavy s vyjímatelnými tryskami, tak pro hlavy sestávají z více kusů, mající na svém obvodu rýhu danou konstrukcí sestavy, a to především vlivem nepřesnosti výroby. Přítomnost kapkových defektů vede nejen ke snížení prodyšnosti a zvýšení tlakové ztráty membrán, ale celkově i ke snížení kvality a vzhledových parametrů produktu. Oproti tomu výměna celých hlav je technologicky a časově náročnější, navíc je třeba držet dostatečnou zásobu zvlákňovacích hlav na jejich neustálou výměnu, což je náročné i finančně. Zvlákňovací hlavy neumožňující výměnu zvlákňovacích trysek jsou i méně univerzální a výroba musí probíhat pouze na jedné definované velikosti trysek. Výměnné systémy tak umožňují stejnou zvlákňovací hlavu použít na různé zvlákňovací roztoky různých parametrů. Dosažení stejné variability bez výměnných systémů je výrazně dražší. Zvlákňovací hlavu s výměnným systémem trysek, ale ryze pro odstředivé zvlákňování, popisují CZ2018136 a CZ35864. Toto řešení sice eliminuje vznik kapkovitých defektů, ale ani v tomto případě nejde o optimální řešení, protože zvlákňovací hlava se stejně musí částečně rozebrat.

Zajímavým prvkem je možnost využití více dávkovacích zařízení s duálními či vícenásobnými distribučními a zvlákňovacími systémy a výroba směsných materiálů (CN102061530, CN107299400, CN104389037), které buď nelze zvláknit společně, protože by mohlo dojít k jejich vzájemné reakci nebo jde o přípravu materiálů z různých rozpouštědlových systémů, případně je od nich v kompozitní vrstvě očekávána jiná funkce. Mezi duální a vícenásobné zvlákňovací systémy patří systémy, které mají vyšší počet zvlákňovacích hlav či elektrod. Takovým systémem může být třeba průmyslové zařízení, ve kterém je více zvlákňovacích komor, přičemž v každé komoře je jedna zvlákňovací hlava s jedním dávkovacím systémem (CN109109422, US2015211149). Tímto způsobem je možné vyrobit dvě a více různých na sobě nanesených vlákenných vrstev, ale nelze tak vyrábět vrstvy směsné, tedy vrstvy obsahující 2 a více různých vláken nebo částic z různých polymerů.

Duální a vícenásobné zvlákňovací systémy lze využít i pro tvorbu kompozitních vláken (KR102106268, KR102077722, KR101959839, KR101712521, WO2018199354,

WO2018199355, WO2018199353, WO2015139659, WO2015139658). Tato vlákna mohou mít strukturu typu „core-shell“ (CN112962150, CN214529337, CN108385175, CN208717479,

CN105369369, CN104928767), „side by side“ (CN108728916) nebo mohou být i vícesložková (KR20160116236, KR101712521, KR102106268). Dále je lze využít i pro současnou výrobu vlákenného nosiče a sprayování buněčného media (CN107456609). Pro řadu produktů je výhodné kombinovat mechanicky pevnější hrubší submikronová vlákna s jemnějšími nanovlákny, které mají jiné funkční vlastnosti, např. výborné filtrační vlastnosti. Vlákna různých průměrů je možné vyrobit z trysek různých průměrů. Zvlákňovací hlavu obsahující trysky dvou různých rozměrů popisuje JP2009097112, nejde ale o výměnný systém.

Čištění duálních a vícenásobných zvlákňovacích systémů vzhledem ke složitosti jejich provedení především v případě výroby kompozitních vláken je extrémně náročné a značně to limituje jejich použití v průmyslové výrobě. Čistit se musí celá zvlákňovací hlava najednou (CN104389037, JP2009097112, KR102162611, KR102153213).

Odstředivá elektrostatická zařízení v drtivé většině případů využívají stejnosměrný zdroj vysokého napětí. Existují ale i výjimky (JP2009097112).

Jedním ze stěžejních problémů spojených s depozicí vznikajících nanovlákenných a submikronových vlákenných vrstev je přítomnost elektrostatického náboje, který jednak může být generován zdrojem vysokého napětí, ale může být i důsledkem tření podkladové textilie při průchodu zvlákňovacím zařízením. Odvádění přebytečného náboje řeší například CN112981561, kde je elektrostatický náboj odváděn prostřednictvím atomizované vody aplikované uvnitř dutého sběrného bubnu a následně odváděné pomocí negativního tlaku. Ionizace, která může napomoci odvádění přebytečného elektrostatického náboje vznikajícího v procesu, je použita v JP2009228168. Zvlákňovací komora je uzemněná a vlákna jsou během výroby nabíjena iontovým

- 4 CZ 2022 - 296 A3 vzduchem. Toto řešení vylepšuje depozici vláken na podkladovou textilii, ale neřeší náboj, který do procesu vlivem tření vnáší samotná textilie.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je konstrukce zvlákňovací hlavy pro kontinuální výrobu nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur, výrobní zařízení s touto hlavou a způsob výroby vlákenných struktur v tomto zařízení.

Zvlákňovací hlava pro kontinuální výrobu nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur obsahuje tělo. Tělo je uzpůsobené pro připevnění na otočnou hřídel s pohonem odstředivého elektrostatického zvlákňovacího zařízení. Tělo je objekt v podstatě rotačního tvaru a je opatřené vnitřní dutinou. Do vnitřní dutiny je vyústěn přívod primárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Vnější stěna vnitřní dutiny je opatřena nejméně jedním průchozím otvorem pro odstředivou dopravu zvlákňovacího polymerního roztoku ven z vnitřní dutiny na vnější povrch těla. Polymerní zvlákňovací roztok může být například roztok syntetických polymerů rozpustných ve vodě (polyvinylalkohol, polyethylenoxid, kyselina polyakrylová) nebo v organických rozpouštědlech (polyvinylbutyral, polyamid, polyuretan, polyethylentereftalát, polyvinilidenfluorid), polymerů biodegradabilních (polyhydroxybutyrát, kyselina polymléčná, polykaprolalakton) či přírodních polymerů (pullulan, zein, želatina, kolagen, deriváty celulózy). Tyto jsou známé ze stavu techniky.

Tělo je na svém vnějším obvodu v místě průchozího otvoru opatřeno prodlužovací komponentou s nejméně jedním radiálně orientovaným průchozím kanálkem, který navazuje na průchozí otvor ve vnější stěně vnitřní dutiny. Prodlužovací komponenta je objekt, který vystupuje mimo tělo zvlákňovací hlavy. Zároveň je volný konec prodlužovací komponenty zpravidla nejvzdálenějším bodem zvlákňovací hlavy od osy její rotace. Volný konec prodlužovací komponenty je uzpůsoben pro odnímatelné připojení výměnného tryskového pole. Výměnné tryskové pole je objekt z jedné strany otevřený a opatřený dutinou nebo kanálkem. Stěna protilehlá otevřené straně je opatřená soustavou trysek. Otevřená strana navazuje na průchozí otvor v prodlužovací komponentě, resp. ve vnější stěně vnitřní dutiny. Z vnitřní dutiny se tak polymerní zvlákňovací roztok může působením odstředivé síly při rotaci zvlákňovací hlavy dostat k tryskám.

Odnímatelné připojení výměnného tryskového pole může být provedeno tak, že prodlužovací komponenta je na svém volném konci opatřena výstupkem, který zasahuje do zářezu výměnného tryskového pole připojeného na prodlužovací komponentě. Povrch výstupku prodlužovací komponenty je na horní a/nebo spodní straně opatřený drážkou. Povrch výměnného tryskového pole je v místě zářezu na horní a/nebo spodní straně také opatřený drážkou. Vzájemná pozice drážek je taková, že drážky na horní straně prodlužovací komponenty a horní straně připojeného výměnného tryskového pole tvoří horní společnou drážku. Dále mohou drážky na spodní straně prodlužovací komponenty a spodní straně připojeného výměnného tryskového pole tvořit spodní společnou drážku. Společné drážky mohou být užity společně na spodní i horní straně, nebo zvlášť na spodní nebo na horní. Na výstupku prodlužovací komponenty a připojeném výměnném tryskovém poli je uspořádána fixační sponka alespoň částečně zapadající do horní a/nebo spodní společné drážky. Tím dochází k fixaci výměnného tryskového pole proti vysunutí z prodlužovací komponenty.

Lze samozřejmě použít i jiná provedení odnímatelného připojení výměnného tryskového pole k prodlužovací komponentě, která jsou známá ze stavu techniky. Např. závitový nebo bajonetový spoj, převlečnou matici, nasunutí v drážce se zajištěním apod.

Ve výhodném provedení je vnitřní dutina nejméně jednou přepážkou rozdělena na první prostor a alespoň druhý prostor. Přívod primárního zvlákňovacího polymerního roztoku je vyústěn v prvním prostoru vnitřní dutiny. V druhém prostoru je vyústěn přívod sekundárního zvlákňovacího roztoku.

- 5 CZ 2022 - 296 A3

Vnější stěna vnitřní dutiny (resp. těla) je v místě jak prvního, tak i druhého prostoru opatřena příslušným průchozím otvorem pro odstředivou dopravu zvlákňovacího polymerního roztoku ven z vnitřní dutiny (resp. z těla), opatřeným prodlužovací komponentou. Jedná se pak o tzv. duální zvlákňovací hlavu. Analogicky lze užít i provedení s třetím prostorem s přívodem terciárního zvlákňovacího roztoku, propojeným příslušným průchozím otvorem s prodlužovací komponentou apod.

Uvedenou zvlákňovací hlavu lze s výhodou použít v odstředivém elektrostatickém zvlákňovacím zařízení. Zařízení obsahuje primární zvlákňovací komoru, v jejíž horní části je uspořádána otočná primární hřídel s pohonem. Na volném spodním konci primární hřídele je uspořádána tato primární zvlákňovací hlava. Přívod primárního zvlákňovacího polymerního roztoku primární zvlákňovací hlavy je pomocí prvního primárního distribučního systému propojen se zařízením pro dávkování prvního primárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Primární zvlákňovací komora je opatřena nejméně jedním vstupem upraveného vzduchu.

Ve spodní části primární zvlákňovací komory je uspořádán deponační rošt. Pod deponačním roštem je uspořádáno sběrné zařízení s primárním odvodem vzduchu pro vytvoření negativního tlaku na deponačním roštu. Využití negativního tlaku přináší významné zlepšení výroby vlákenných struktur. Díky jeho implementaci došlo až k sedminásobnému snížení množství odtahovaného vzduchu ze zvlákňovací komory. Díky snížení průtoku vzduchu postačí klimaticky upravit znatelně nižší množství vzduchu, což vede k energetické, a tedy i ekologické a ekonomické úspoře. Zároveň lze proudění menšího množství upraveného technologického vzduchu lépe kontrolovat.

Před vstupem primární zvlákňovací komory je uspořádáno odvíjecí zařízení podkladového substrátu. Za výstupem primární zvlákňovací komory je uspořádáno navíjecí zařízení pro dopravu podkladového substrátu skrz zařízení. Za tím účelem jsou ve dvou protilehlých stěnách primární zvlákňovací komory uspořádány průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu. Podkladový substrát, na který se ukládají vznikající nanovlákenné a/nebo submikronové vlákenné struktury, se skrz celé zařízení dopravuje po deponačním roštu.

Zařízení dále obsahuje primární zdroj vysokého napětí zapojený do deponačního roštu. Tím lze dosáhnout rovnoměrné depozice vláken na podkladovém substrátu. S výhodou lze využít kombinovaný zdroj umožňující volbu stejnosměrného nebo střídavého napětí (AC/DC). V průběhu zvlákňování je lze libovolně měnit dle použitých polymerních roztoků, což zařízení ještě nadále dodává vyšší variabilitu oproti stavu techniky. Dle konkrétního provedení lze použít i sekundární zdroj vysokého napětí, s výhodou též s volbou stejnosměrného nebo střídavého napětí (AC/DC).

Primární zvlákňovací hlava může být v základním provedení s prodlužovací komponentou, výhodně s drážkami a fixační sponkou. V jiném případě se může jednat o provedení primární zvlákňovací hlavy s prvním prostorem a alespoň druhým prostorem. V takovém případě je přívod sekundárního zvlákňovacího roztoku primární zvlákňovací hlavy pomocí prvního sekundárního distribučního systému propojen se zařízením pro dávkování prvního sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku.

V dalším výhodném provedení může k primární zvlákňovací komoře, směrem k odvíjecímu zařízení, přiléhat primární technologická komora. Primární technologická komora má ve dvou protilehlých stěnách průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu. Primární technologická komora obsahuje primární ionizační zařízení, které je uspořádané v odstupu nad deponačním roštem. Ionizační zařízení slouží k odvedení elektrostatického náboje z podkladového substrátu. Elektrostatický náboj může negativním způsobem ovlivnit kvalitu vyráběných materiálů. Vlákna ve zvlákňovací komoře víří vlivem odstředivé síly, proudění vzduchu a elektrostatického náboje, vznikají tak různě zapletené smotky vláken. Ty se deponují na podkladový substrát a vizuálně i funkčně negativně ovlivňují kvalitu vlákenných membrán. K tomuto jevu značně přispívá i elektrostatický náboj, který může v podkladovém substrátu vznikat například v důsledku jejího

- 6 CZ 2022 - 296 A3 tření o konstrukční části zvlákňovacího zařízení nebo samotným třením vznikajících vláken v komoře. Implementace ionizačního zařízení tento problém řeší.

V dalším výhodném provedení může k primární zvlákňovací komoře, směrem k navíjecímu zařízení, přiléhat sekundární technologická komora. Sekundární technologická komora má ve dvou protilehlých stěnách průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu. Sekundární technologická komora obsahuje primární zařízení pro infračervený ohřev, které je uspořádané v odstupu nad deponačním roštem. Infračervený ohřev je způsobilý vyvolat síťovací reakci polymerního zvlákňovacího roztoku vzniklých vlákenných struktur, a tedy jejich vytvrzení.

Zařízení dále může být opatřeno sekundární zvlákňovací komorou. Ta je uspořádána (z pohledu pohybu podkladového substrátu) za primární zvlákňovací komorou. Jinými slovy, je uspořádána mezi primární zvlákňovací komorou a navíjecím zařízením. V horní části sekundární zvlákňovací komory je uspořádána otočná sekundární hřídel s pohonem. Na volném spodním konci sekundární hřídele je uspořádána sekundární zvlákňovací hlava. Přívod primárního zvlákňovacího polymerního roztoku sekundární zvlákňovací hlavy je druhým primárním distribučním systémem propojen se zařízením pro dávkování druhého primárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Sekundární zvlákňovací komora je opatřena nejméně jedním vstupem upraveného vzduchu.

Ve spodní části sekundární zvlákňovací komory je uspořádán deponační rošt. Pod deponačním roštem je uspořádáno sběrné zařízení se sekundárním odvodem vzduchu pro vytvoření negativního tlaku na deponačním roštu. Ve dvou protilehlých stěnách sekundární zvlákňovací komory jsou uspořádány průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu.

Sekundární zvlákňovací hlava může být v základním provedení s prodlužovací komponentou, výhodně s drážkami a fixační sponkou. V jiném případě se může jednat o provedení sekundární zvlákňovací hlavy s prvním prostorem a alespoň druhým prostorem. V takovém případě je přívod sekundárního zvlákňovacího roztoku sekundární zvlákňovací hlavy pomocí druhého sekundárního distribučního systému propojen se zařízením pro dávkování druhého sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku.

V dalším výhodném provedení může k sekundární zvlákňovací komoře, směrem k odvíjecímu zařízení, přiléhat terciární technologická komora. Terciární technologická komora má ve dvou protilehlých stěnách průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu. Terciární technologická komora obsahuje sekundární ionizační zařízení, které je uspořádané v odstupu nad deponačním roštem.

V jiném výhodném provedení může k sekundární zvlákňovací komoře, směrem k navíjecímu zařízení, přiléhat kvartérní technologická komora. Kvartérní technologická komora má ve dvou protilehlých stěnách průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu. Kvartérní technologická komora obsahuje sekundární zařízení pro infračervený ohřev, které je uspořádané v odstupu nad deponačním roštem.

Zvlákňovací a technologické komory na sebe s výhodou přímo navazují. To znamená, že stěna s průchozím otvorem může být společná pro obě vzájemně přiléhající komory.

V zařízení obsahujícím duální zvlákňovací hlavu s prvním prostorem a druhým prostorem lze vyrábět nanovlákenné a/nebo submikronové vlákenné struktury několika inovativními způsoby. V níže popsaných způsobech je volba prvního nebo druhého primárního a prvního nebo druhého sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku dána tím, zda se jedná o primární zvlákňovací hlavu v primární zvlákňovací komoře nebo o sekundární zvlákňovací hlavu v sekundární zvlákňovací komoře. Přívod sekundárního zvlákňovacího roztoku do zvlákňovací hlavy, sekundární distribuční systém a zařízení pro dávkování sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku lze využít i pro dávkování jiných látek, než je zvlákňovací polymerní roztok. Uvedené termíny je nutné vnímat tak, že jsou „způsobilé pro zvlákňovací polymerní roztok“. Dále jsou

- 7 CZ 2022 - 296 A3 způsobilé být využity například pro distribuci olejů, chemických rozpouštědel a jiných přírodních nebo chemických tekutin využitelných při výrobě nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur nebo částic.

Při prvním způsobu se z prvního prostoru vnitřní dutiny rotující zvlákňovací hlavy skrz první prodlužovací komponentu a první výměnné tryskové pole odstředivě dopravuje první primární nebo druhý primární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory. Z druhého prostoru vnitřní dutiny téže rotující zvlákňovací hlavy se skrz druhou prodlužovací komponentu a druhé výměnné tryskové pole odstředivě dopravuje první sekundární nebo druhý sekundární zvlákňovací polymerní roztok do téže zvlákňovací komory.

Podstatou je, že první primární a první sekundární nebo druhý primární a druhý sekundární zvlákňovací polymerní roztok nejsou vzájemně směsovatelné. Odpařováním rozpouštědla primárního zvlákňovacího polymerního roztoku se tak ve zvlákňovací komoře sráží vznikající vlákna ze sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku. To zapříčiní rychlejší a/nebo kvalitnější solidifikaci vznikajících vláken. Tyto parametry je možné ovlivnit klimatickými podmínkami ve zvlákňovací komoře a volbou typu rozpouštědla (zejména s ohledem na rychlost jeho odpařování).

Při dalším způsobu se z prvního prostoru vnitřní dutiny rotující zvlákňovací hlavy skrz první prodlužovací komponentu a první výměnné tryskové pole odstředivě dopravuje první primární nebo druhý primární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory. Zde odstředivým elektrostatickým zvlákňováním vznikají nanovlákna a/nebo submikronová vlákna. Z druhého prostoru vnitřní dutiny téže rotující zvlákňovací hlavy se skrz druhou prodlužovací komponentu a druhé výměnné tryskové pole odstředivě dopravuje do zvlákňovací komory síťovací činidlo. Konkrétně se jedná o odstředivé elektrostatické rozprašování síťovacího činidla ve formě spraye. Síťovací činidlo slouží pro chemické zesítění vznikajících vláken z primárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Chemické síťování (nebo zesítění) je chemická reakce, která se využívá k tomu, aby mezi jednotlivými molekulami polymeru vznikly tzv. sekundární kovalentní chemické vazby, což má za následek změnu jeho vlastností, především snížení rozpustnosti. To je žádoucí především u polymerů rozpustných ve vodě. Při způsobech dle stavu techniky je to následná operace. S navrhovaným vynálezem je ale možné ji provést současně s výrobou vláken a vlákna následně zasušit v sekundární nebo kvartérní technologické komoře. Navíc teplo často iniciuje síťovací reakci. Jde tak o úsporu minimálně jednoho technologického kroku výroby.

Obecně lze říci, že pokud v jedné zvlákňovací komoře budou současně zpracovávány dva polymerní roztoky, jejichž rozpouštědlové systémy se vzájemně ovlivňují, může to přispět k formování vláken.

Při dalším způsobu se z prvního prostoru vnitřní dutiny rotující zvlákňovací hlavy skrz první prodlužovací komponentu a první výměnné tryskové pole s průměrem trysek X (např. 120 mm) odstředivě dopravuje první primární nebo druhý primární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory. Z druhého prostoru vnitřní dutiny téže rotující zvlákňovací hlavy se skrz druhou prodlužovací komponentu a druhé výměnné tryskové pole s průměrem trysek větším, než X (např. 200 mm) odstředivě dopravuje první sekundární nebo druhý sekundární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory. Ve zvlákňovací komoře se tak vytvoří směsná vrstva nanovláken a/nebo submikronových vláken. Střední hodnota průměru vláken z primárního zvlákňovacího polymerního roztoku je menší než střední hodnota průměru vláken ze sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Vlákna o větším průměru dodají vznikající vrstvě vyšší pevnost a lepší manipulovatelnost a vlákna o menším průměru dodají lepší filtrační vlastnosti.

Dále je možné zvlákňovat dva různé obecné typy polymerních roztoků současně v jednom kroku bez jejich vzájemného cíleného chemického ovlivnění. Nevznikají dvě vrstvy, každá z jednoho typu polymeru, ale směsná vrstva, která obsahuje současně vlákna vytvořená z obou polymerních roztoků v jedné vrstvě. Tento způsob má zajímavý aplikační potenciál.

- 8 CZ 2022 - 296 A3

Další možností je využití prvního prostoru duální zvlákňovací hlavy k formování vláken odstředivým elektrostatickým zvlákňováním a druhého prostoru k současnému formování částic nebo kapek principem odstředivého elektrostatického rozprašování. Výsledná směsná vrstva pak obsahuje směs nanovláken nebo submikronových vláken s částicemi nebo kapkami deponovanými na jejich povrchu. Může se jednat například o esenciální olej.

V provedení zařízení se dvěma zvlákňovacími komorami je možné v rámci výrobního procesu zpracovat až čtyři různé polymerní roztoky, které vzájemně nejsou směsovatelné, do různých typů kompozitních materiálů.

Výměnné tryskové pole umožňuje zejména snadnou a rychlou výměnu z důvodu vyčištění. Dále umožňuje libovolně kombinovat v rámci jedné zvlákňovací hlavy různé soustavy zvlákňovacích trysek, a to jak z hlediska jejich průměrů, tak z hlediska jejich množství v soustavě. Tím lze značně ovlivnit výslednou strukturu a parametry vlákenné vrstvy. Použití různých polymerních roztoků s různou rychlostí odpařování rozpouštědla v duální zvlákňovací hlavě může vést k rychlejšímu zanášení trysek jednoho tryskového pole. V tom případě lze selektivně vyčistit jen jedno tryskové pole. Dále lze v jednom prostoru vnitřní dutiny, navazující prodlužovací komponentě a výměnném tryskovém poli vyměnit zvlákňovací roztok během krátké technologické přestávky. To žádný ze známých duálních či vícenásobných zvlákňovacích systémů nenabízí.

Popsané zařízení a na něm prováděný způsob kontinuální výroby nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur překonává nevýhody výše uvedeného stavu techniky. Mezi ně patří zejména nedostatečné odvádění elektrostatického náboje a s tím spojené problémy s formováním homogenní vlákenné vrstvy - tvorbu kapkovitých defektů a obtížné čištění zvlákňovacích hlav negativně ovlivňující kvalitu membrán při nepřetržité výrobě ve velkém rozsahu a také nízká variabilita zvlákňovacích zařízení omezující možnosti tvorby směsných a kompozitních materiálů.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkresy, na kterých je na obr. 1 - řez zvlákňovací hlavou v rovině A-A v provedení s prvním prostorem a druhým prostorem vnitřní dutiny;

obr. 2 - půdorysný pohled na zvlákňovací hlavu dle obr. 1, s naznačeným odejmutím výměnného tryskového pole;

obr. 3 - axonometrický pohled na zvlákňovací hlavu dle obr. 1, s naznačeným odejmutím výměnného tryskového pole;

obr. 4 - schéma odstředivého elektrostatického zvlákňovacího zařízení v provedení s dvěma zvlákňovacími a čtyřmi technologickými komorami.

Příklad uskutečnění vynálezu

Příkladné provedení zvlákňovací hlavy 20, 21 pro kontinuální výrobu nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur má tělo tvořené krčkem 201, límcem 202 a korunkou 203. Jedná se o centricky usazené rozebíratelné díly a společně tvoří vnitřní dutinu 209. Pro zajištění funkce však tato konstrukce není nezbytná. Lze uvažovat monolitickou hlavu 20, 21 s vnitřní dutinou 209, případně její dělení na jiné díly než krček 201, límec 202 a korunku 203. Krček 201 je uzpůsoben pro připevnění hlavy 20, 21 k otočné hřídeli 34, 35 odstředivého elektrostatického zvlákňovacího zařízení.

- 9 CZ 2022 - 296 A3

Vnitřní dutina 209 je přepážkou rozdělena na první prostor a druhý prostor. Do prvního prostoru vnitřní dutiny 209 je vyústěn přívod 204 primárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Do druhého prostoru vnitřní dutiny 209 je vyústěn přívod 205 sekundárního zvlákňovacího roztoku. Vnější stěna vnitřní dutiny 209 je v místech prvního prostoru a druhého prostoru opatřena průchozími otvory pro odstředivou dopravu zvlákňovacího polymerního roztoku ven z vnitřní dutiny 209.

Hlava 20, 21 je na svém vnějším obvodu (resp. na vnějším obvodu svého těla) v místě každého průchozího otvoru opatřena prodlužovací komponentou 206 s radiálně orientovaným průchozím kanálkem. Tento kanálek navazuje na průchozí otvor ve vnější stěně vnitřní dutiny 209. Volný konec prodlužovací komponenty 206 je uzpůsoben pro odnímatelné připojení výměnného tryskového pole 207. Celkem je tato zvlákňovací hlava opatřena třemi prodlužovacími komponentami 206 propojenými s prvním prostorem vnitřní dutiny 209 a třemi prodlužovacími komponentami 206 propojenými s druhým prostorem vnitřní dutiny 209. Prodlužovací komponenty 206 prvního prostoru vnitřní dutiny 209 jsou uspořádané v první výškové hladině a prodlužovací komponenty 206 druhého prostoru vnitřní dutiny 209 jsou uspořádané v druhé výškové hladině, která odlišná od první výškové hladiny. Jinými slovy, prodlužovací komponenty 206 daného prostoru vnitřní dutiny jsou uspořádané vedle sebe a prodlužovací komponenty 206 druhého prostoru jsou nad nebo pod nimi. Prodlužovací komponenta 206 je na svém volném konci opatřena výstupkem, který zasahuje do zářezu výměnného tryskového pole 207 připojeného na prodlužovací komponentě 206. Povrch výstupku prodlužovací komponenty 206 je na horní i spodní straně opatřený drážkou. Povrch výměnného tryskového pole 207 je v místě zářezu na horní i spodní straně také opatřený drážkou. Drážky na horní a spodní straně prodlužovací komponenty 206 a připojeného výměnného tryskového pole 207 tvoří horní a spodní společnou drážku. Na výměnném tryskovém poli 207 a výstupku prodlužovací komponenty 206 je uspořádána fixační sponka 208 zapadající do horní a spodní společné drážky.

Popsaná hlava 20, 21 je součástí odstředivého elektrostatického zvlákňovacího zařízení. Zařízení obsahuje primární zvlákňovací komoru 3. V její horní části je uspořádána otočná primární hřídel 34 s pohonem 18. Na volném spodním konci primární hřídele 34 je uspořádána výše popsaná primární zvlákňovací hlava 20. Přívod 204 primárního zvlákňovacího polymerního roztoku je pomocí prvního primárního distribučního systému 30 propojen se zařízením 14 pro dávkování prvního primárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Přívod 205 sekundárního zvlákňovacího roztoku primární zvlákňovací hlavy 20 je prvním sekundárním distribučním systémem 31 propojen se zařízením 15 pro dávkování prvního sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Primární zvlákňovací komora 3 je opatřena vstupy 12 upraveného vzduchu.

Ve spodní části primární zvlákňovací komory 3 je uspořádán deponační rošt 22 a pod ním sběrné zařízení 26 s primárním odvodem 36 vzduchu pro vytvoření negativního tlaku na deponačním roštu 22.

Před vstupem primární zvlákňovací komory 3 je uspořádáno odvíjecí zařízení 24. Za výstupem primární zvlákňovací komory 3 je uspořádáno navíjecí zařízení 25 pro dopravu podkladového substrátu 23 skrz zařízení. Ve dvou protilehlých stěnách primární zvlákňovací komory 3 jsou uspořádány průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu 23. V primární zvlákňovací komoře 3 je primární zdroj 28 vysokého napětí zapojený do deponačního roštu 22.

Směrem k odvíjecímu zařízení 24 přiléhá k primární zvlákňovací komoře 3 primární technologická komora 2 s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu 23. Primární technologická komora 2 obsahuje primární ionizační zařízení 8 uspořádané v odstupu nad deponačním roštem 22.

Směrem k navíjecímu zařízení 25 přiléhá k primární zvlákňovací komoře 3 sekundární technologická komora 4 s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu 23. Sekundární technologická komora 4 obsahuje primární zařízení 9 pro infračervený ohřev uspořádané v odstupu nad deponačním roštem 22.

- 10 CZ 2022 - 296 A3

Za sekundární technologickou komorou 4 (tedy mezi sekundární technologickou komorou 4 a navíjecím zařízením 25) je uspořádána terciární technologická komora 5 s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu 23. Terciární technologická komora 5 obsahuje sekundární ionizační zařízení 10 uspořádané v odstupu nad deponačním roštem 22.

Za terciární technologickou komorou 5 (tedy mezi sekundární technologickou komorou 4 a navíjecím zařízením 25) je uspořádána sekundární zvlákňovací komora 6. V její horní části je uspořádána otočná sekundární hřídel 35 s pohonem 19. Na volném spodním konci sekundární hřídele 35 je uspořádána sekundární zvlákňovací hlava 21 mající stejnou konstrukci jako primární zvlákňovací hlava 20 v primární zvlákňovací komoře 3. Přívod 204 primárního zvlákňovacího polymerního roztoku sekundární hlavy 21 je druhým primárním distribučním systémem 32 propojen se zařízením 16 pro dávkování druhého primárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Přívod 205 sekundárního zvlákňovacího roztoku sekundární zvlákňovací hlavy 21 je druhým sekundárním distribučním systémem 33 propojen se zařízením 17 pro dávkování druhého sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku. Sekundární zvlákňovací komora 6 je opatřena vstupy 13 upraveného vzduchu.

Ve spodní části sekundární zvlákňovací komory 6 je uspořádán deponační rošt 22 a pod ním sběrné zařízení 27 se sekundárním odvodem 37 vzduchu pro vytvoření negativního tlaku na deponačním roštu 22. Ve dvou protilehlých stěnách sekundární zvlákňovací komory 6 jsou uspořádány průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu 23. V sekundární zvlákňovací komoře 6 je sekundární zdroj 29 vysokého napětí zapojený do deponačního roštu 22.

Směrem k navíjecímu zařízení 25 přiléhá k sekundární zvlákňovací komoře 6 kvartérní technologická komora 7 s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu 23. Kvartérní technologická komora 7 obsahuje sekundární zařízení 11 pro infračervený ohřev uspořádané v odstupu nad deponačním roštem 22.

Claims (14)

1. Zvlákňovací hlava pro kontinuální výrobu nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur obsahující tělo opatřené vnitřní dutinou (209), do které je vyústěn přívod (204) primárního zvlákňovacího polymerního roztoku, přičemž vnější stěna vnitřní dutiny (209) je opatřena nejméně jedním průchozím otvorem pro odstředivou dopravu zvlákňovacího polymerního roztoku ven z vnitřní dutiny (209) na vnější povrch těla, vyznačující se tím, že tělo je na svém vnějším obvodu v místě nejméně jednoho průchozího otvoru opatřeno prodlužovací komponentou (206) s nejméně jedním radiálně orientovaným průchozím kanálkem navazujícím na průchozí otvor ve vnější stěně vnitřní dutiny (209), přičemž volný konec prodlužovací komponenty (206) je uzpůsoben pro odnímatelné připojení výměnného tryskového pole (207).

2. Zvlákňovací hlava podle nároku 1, vyznačující se tím, že prodlužovací komponenta (206) je na svém volném konci opatřena výstupkem, který zasahuje do zářezu výměnného tryskového pole (207) připojeného na prodlužovací komponentě (206), přičemž povrch výstupku prodlužovací komponenty (206) je na horní a/nebo spodní straně opatřený drážkou a povrch výměnného tryskového pole (207) je v místě zářezu na horní a/nebo spodní straně také opatřený drážkou tak, že drážky na horní straně prodlužovací komponenty (206) a připojeného výměnného tryskového pole (207) a/nebo na spodní straně prodlužovací komponenty (206) a připojeného výměnného tryskového pole (207) tvoří horní a/nebo spodní společnou drážku, přičemž na výměnném tryskovém poli (207) a výstupku prodlužovací komponenty (206) je uspořádána fixační sponka (208) alespoň částečně zapadající do horní a/nebo spodní společné drážky.

3. Zvlákňovací hlava podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vnitřní dutina (209) je nejméně jednou přepážkou rozdělena na první prostor a alespoň druhý prostor, přičemž přívod (204) primárního zvlákňovacího polymerního roztoku je vyústěn v prvním prostoru vnitřní dutiny (209) a v druhém prostoru je vyústěn přívod (205) sekundárního zvlákňovacího roztoku, přičemž vnější stěna vnitřní dutiny (209) je v místě jak prvního, tak i druhého prostoru opatřena příslušným průchozím otvorem pro odstředivou dopravu zvlákňovacího polymerního roztoku ven z vnitřní dutiny (209) na vnější povrch těla, opatřeným prodlužovací komponentou (206).

4. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení obsahující primární zvlákňovací komoru (3), v jejíž horní části je uspořádána otočná primární hřídel (34) s pohonem (18), na jejímž volném spodním konci je uspořádána primární zvlákňovací hlava (20), jejíž přívod (204) primárního zvlákňovacího polymerního roztoku je pomocí prvního primárního distribučního systému (30) propojen se zařízením (14) pro dávkování prvního primárního zvlákňovacího polymerního roztoku, přičemž primární zvlákňovací komora (3) je opatřena nejméně jedním vstupem (12) upraveného vzduchu a ve spodní části primární zvlákňovací komory (3) je uspořádán deponační rošt (22) a pod ním sběrné zařízení (26) s primárním odvodem (36) vzduchu pro vytvoření negativního tlaku na deponačním roštu (22), před vstupem primární zvlákňovací komory (3) je uspořádáno odvíjecí zařízení (24) a za výstupem primární zvlákňovací komory (3) je uspořádáno navíjecí zařízení (25) pro dopravu podkladového substrátu (23) skrz zařízení tak, že ve dvou protilehlých stěnách primární zvlákňovací komory (3) jsou uspořádány průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu (23), přičemž zařízení dále obsahuje primární zdroj (28) vysokého napětí zapojený do deponačního roštu (22) pro dosažení rovnoměrné depozice vláken na podkladovém substrátu (23), vyznačující se tím, že primární zvlákňovací hlava (20) je podle nároku 1 nebo 2.

5. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že primární zvlákňovací hlava (20) v primární zvlákňovací komoře (3) je podle nároku 3, přičemž přívod (205) sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku primární zvlákňovací hlavy (20) je prvním sekundárním distribučním systémem (31) propojen se zařízením (15) pro dávkování prvního sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku.

- 12 CZ 2022 - 296 A3

6. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že směrem k odvíjecímu zařízení (24) přiléhá k primární zvlákňovací komoře (3) primární technologická komora (2) s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu (23), obsahující primární ionizační zařízení (8) uspořádané v odstupu nad deponačním roštem (22).

7. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení podle kteréhokoliv z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že směrem k navíjecímu zařízení (25) přiléhá k primární zvlákňovací komoře (3) sekundární technologická komora (4) s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu (23), obsahující primární zařízení (9) pro infračervený ohřev uspořádané v odstupu nad deponačním roštem (22).

8. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení podle kteréhokoliv z nároků 4 až

7, vyznačující se tím, že mezi primární zvlákňovací komorou (3) a navíjecím zařízením (25) je uspořádána sekundární zvlákňovací komora (6), v jejíž horní části je uspořádána otočná sekundární hřídel (35) s pohonem (19), na jejímž volném spodním konci je uspořádána sekundární zvlákňovací hlava (21) podle nároku 1 nebo 2, jejíž přívod (204) primárního zvlákňovacího polymerního roztoku je druhým primárním distribučním systémem (32) propojen se zařízením (16) pro dávkování druhého primárního zvlákňovacího polymerního roztoku, přičemž sekundární zvlákňovací komora (6) je opatřena nejméně jedním vstupem (13) upraveného vzduchu a ve spodní části sekundární zvlákňovací komory (6) je uspořádán deponační rošt (22) a pod ním sběrné zařízení (27) se sekundárním odvodem (37) vzduchu pro vytvoření negativního tlaku na deponačním roštu (22), přičemž ve dvou protilehlých stěnách sekundární zvlákňovací komory (6) jsou uspořádány průchozí otvory pro průchod podkladového substrátu (23).

9. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že sekundární zvlákňovací hlava (21) v sekundární zvlákňovací komoře (6) je podle nároku 3, přičemž přívod (205) sekundárního zvlákňovacího roztoku sekundární zvlákňovací hlavy (21) je druhým sekundárním distribučním systémem (33) propojen se zařízením (17) pro dávkování druhého sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku.

10. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že směrem k odvíjecímu zařízení (24) přiléhá k sekundární zvlákňovací komoře (6) terciární technologická komora (5) s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu (23), obsahující sekundární ionizační zařízení (10) uspořádané v odstupu nad deponačním roštem (22).

11. Odstředivé elektrostatické zvlákňovací zařízení podle kteréhokoliv z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že směrem k navíjecímu zařízení (25) přiléhá k sekundární zvlákňovací komoře (6) kvartérní technologická komora (7) s průchozími otvory pro průchod podkladového substrátu (23), obsahující sekundární zařízení (11) pro infračervený ohřev uspořádané v odstupu nad deponačním roštem (22).

12. Způsob kontinuální výroby nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur v zařízení podle kteréhokoliv z nároků 5 až 11, vyznačující se tím, že z prvního prostoru vnitřní dutiny (209) rotující zvlákňovací hlavy (20), (21) se skrz první prodlužovací komponentu (206) a první výměnné tryskové pole (207) odstředivě dopravuje první primární nebo druhý primární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory (3), (6) a z druhého prostoru vnitřní dutiny (209) téže rotující zvlákňovací hlavy (20), (21) se skrz druhou prodlužovací komponentu (206) a druhé výměnné tryskové pole (207) odstředivě dopravuje první sekundární nebo druhý sekundární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory (3), (6), přičemž primární a sekundární zvlákňovací polymerní roztok nejsou vzájemně směsovatelné a odpařováním rozpouštědla primárního zvlákňovacího polymerního roztoku se ve zvlákňovací komoře (3), (6) sráží vznikající vlákna ze sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku.

13. Způsob kontinuální výroby nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur v zařízení podle kteréhokoliv z nároků 5 až 11, vyznačující se tím, že z prvního prostoru vnitřní dutiny (209) rotující zvlákňovací hlavy (20), (21) se skrz první prodlužovací komponentu (206) a první výměnné tryskové pole (207) odstředivě dopravuje první primární nebo druhý primární

- 13 CZ 2022 - 296 A3 zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory (3), (6), kde odstředivým elektrostatickým zvlákňováním vznikají nanovlákna a/nebo submikronová vlákna a z druhého prostoru vnitřní dutiny (209) téže rotující zvlákňovací hlavy (20), (21) se skrz druhou prodlužovací komponentu (206) a druhé výměnné tryskové pole (207) odstředivě dopravuje síťovací činidlo do zvlákňovací komory (3), (6) pro chemické zesítění vznikajících vláken z primárního zvlákňovacího polymerního roztoku.

14. Způsob kontinuální výroby nanovlákenných a/nebo submikronových vlákenných struktur v zařízení podle kteréhokoliv z nároků 5 až 11, vyznačující se tím, že z prvního prostoru vnitřní dutiny (209) rotující zvlákňovací hlavy (20), (21) se skrz první prodlužovací komponentu (206) a první výměnné tryskové pole (207) s průměrem trysek X odstředivě dopravuje první primární nebo druhý primární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory (3), (6) a z druhého prostoru vnitřní dutiny (209) téže rotující zvlákňovací hlavy (20), (21) se skrz druhou prodlužovací komponentu (206) a druhé výměnné tryskové pole (207) s průměrem trysek větším, než X odstředivě dopravuje první sekundární nebo druhý sekundární zvlákňovací polymerní roztok do zvlákňovací komory (3), (6) a ve zvlákňovací komoře (3), (6) se vytvoří směsná vrstva nanovláken a/nebo submikronových vláken, kde střední hodnota průměru vláken z primárního zvlákňovacího polymerního roztoku je menší než střední hodnota průměru vláken ze sekundárního zvlákňovacího polymerního roztoku.