CZ303780B6 - Zvláknovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálu slozených z vláken s koaxiální strukturou - Google Patents
Zvláknovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálu slozených z vláken s koaxiální strukturou Download PDFInfo
- Publication number
- CZ303780B6 CZ303780B6 CZ20120514A CZ2012514A CZ303780B6 CZ 303780 B6 CZ303780 B6 CZ 303780B6 CZ 20120514 A CZ20120514 A CZ 20120514A CZ 2012514 A CZ2012514 A CZ 2012514A CZ 303780 B6 CZ303780 B6 CZ 303780B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- plate
- grooves
- face
- separating
- groove
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000009987 spinning Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title description 40
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 abstract description 8
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 abstract description 7
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 19
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 4
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 3
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 3
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 2
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000012611 container material Substances 0.000 description 1
- 238000013267 controlled drug release Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000003670 easy-to-clean Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
-
- 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
-
- 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
- D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
- D01D4/02—Spinnerettes
-
- 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
- D01D5/24—Formation of filaments, threads, or the like with a hollow structure; Spinnerette packs therefor
-
- 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
- D01D5/28—Formation of filaments, threads, or the like while mixing different spinning solutions or melts during the spinning operation; Spinnerette packs therefor
- D01D5/30—Conjugate filaments; Spinnerette packs therefor
-
- 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
- D01D5/28—Formation of filaments, threads, or the like while mixing different spinning solutions or melts during the spinning operation; Spinnerette packs therefor
- D01D5/30—Conjugate filaments; Spinnerette packs therefor
- D01D5/34—Core-skin structure; Spinnerette packs therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
- Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Abstract
Zvláknovací tryska zahrnuje první desku (1) opatrenou alespon jednou prubeznou drázkou (2) pro vedení prvního materiálu k výstupnímu ústí (3) prubezné drázky (2) v cele (4) první desky (1), druhou desku (5) opatrenou alespon jednou prubeznou drázkou (6) pro vedení druhého materiálu k výstupnímu ústí (7) druhé desky (5) usporádanému pri výstupním ústí (3) prubezné drázky (2) první desky (1), a oddelovací desku (8), usporádanou mezi první deskou (1) a druhou deskou (5) pro oddelení prubezných drázek (2) v první desce (1) od prubezných drázek (6) v druhé desce (5). Celo (9) oddelovací desky (8) v oblasti výstupních ústí (3; 7) prubezných drázek (2; 6) navazuje na celo (4) první desky (1) a/nebo celo (10) druhé desky (5). Zvláknovací trysku lze vyuzít k laboratorní i prumyslové výrobe vlákenných materiálu, slozených z nano- nebo mikrovláken s koaxiální strukturou, pomocí metody elektrostatického zvláknování.
Description
Zvlákňovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálů složených z vláken s koaxiální strukturou
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení pro výrobu nano nebo mikrovlákenných materiálů, obsahující zvlákňovací elektrodu připojeno k jednomu z elektrických potenciálů vysokonapěťového zdroje, přičemž elektroda je složena z elektricky vodivých a nevodivých částí, v kterých se dvojími oddělnými distribučními kanály připojenými k dvěma dávkovacím zařízením přivádí dvě různé zvlákňovací směsi, z nichž jedna ze směsí vytváří podélné jádro vlákna a druhá podélný plášť vlákna, a navíc kolem této trysky proudí vzduch.
Dosavadní stav techniky
V metodě elektrostatického zvlákňování pro tvorbu nano- nebo mikrovlákenných materiálů se využívá dvou elektrod připojených k opačnému elektrickému potenciálu. V základním uspořádání jedna z těchto elektrod slouží k dávkování polymemího roztoku a kjeho tvarování do zakřivených tvarů s malým poloměrem křivosti. Při působení sil vysokého elektrického pole dochází ke vzniku tzv. Taylorova kužele a zároveň k tvorbě vlákna, které je elektrostatickými silami přitahováno k druhé protilehlé a opačně nabité elektrodě sloužící právě k záchytu letících vláken. Vlákna na této druhé elektrodě pak vytvářejí souvislou vrstvu složenou z náhodně uspořádaných vláken o malém průměru (obecně desítek nanometrů až několik mikrometrů). Aby k samotné tvorbě vlákna v silném elektrickém poli vůbec došlo, je nutné dodržet několik podmínek týkajících se fyzikálně chemických vlastností polymemího roztoku, okolních podmínek a geometrie elektrod. V případě dávkování dvou materiálů do vhodně upravené trysky při dodržení dalších podmínek vznikají vlákna koaxiální, tzn. každé vlákno je tvořeno podélným jádrem zjednoho materiálu a pláštěm z druhého, odlišného materiálu. Takový upravený proces je uváděn pod názvem koaxiální elektrostatické zvlákňování, nebo jen zkráceně z angličtiny „co-electrospinning“. Z popsaného principu je zřejmé, že k dosažení takových koaxiálních vláken musí být iniciován Taylorův kužel vycházející z vnitřní a obklopující vnější kapky dvou směsí. Toho je dosaženo dávkováním dvou směsí koaxiální vodivou tryskou.
S vývojem nových nano a mikrovlnných materiálů ajejich aplikací se rozšiřují také požadavky na rozšířené morfologické parametry takových materiálů, resp. na vytváření komplexnějších a funkčnějších nano a mikrostruktur. Vlákno v idealizované představě jako tenký dlouhý útvar s kruhovým průřezem je v moderních aplikacích nahrazováno vlákny s upravenou nano nebo mikrostrukturou. Příkladem takové strukturní modifikace jsou vlákna koaxiální, která jsou tvořena jádrem a pláštěm z různých typů materiálů. S výhodou je pak produkt tvořený těmito koaxiálními vlákny (anglicky „core-shell fibres“) využíván v aplikacích moderní medicíny a dalších odvětvích (řízené uvolňování léčiv, zvýšená aktivita povrchu vláken, zvýšené mechanické vlastnosti, zvýšená filtrační účinnost, atd.). Příkladem aplikací jsou nové materiály pro řízenou distribuci a uvolňování léčiv, přičemž je nejprve uvolňován materiál z pláště vlákna a až poté materiál z jeho jádra (reakční kinetika je řízena materiálovou strukturou). Do pláště mohou být zapouzdřeny také jiné látky, např. viry, bakterie, krystaly, jiné částice, atd., které jsou samostatně nezvláknitelné, nebo by mohlo dojít během vláknícího procesu kjejich poškození, rapidnímu snížení jejich viability, apod. Plášť může navíc sloužit jako nedegradovatelná bariéra k zapouzdření toxických látek sloužících např. pro detekci, diagnostiku, apod. Obráceně jádro může na svůj povrch při procesu navázat druhý materiál (směs pláště), který je samostatně nezvláknitelný a přitom má pro aplikaci naprosto zásadní a významnou funkci. Postprocesním zpracováním lze vnitřní materiál odstranit s cílem vytvoření vláken s dutým průřezem, čímž se vytvářejí nano nebo mikrokanálky, např. pro zvýšení měrného povrchu vlákenného materiálu, přípravě mikropipet, atd. Další výhody těchto vláken spočívají v rozšířených mechanických vlastnostech, kdy jeden z materiálů má významnější mechanické vlastnosti a je nosným článkem pro materiál
- 1 CZ 303780 B6 druhý. Z celého spektra načrtnutých možných aplikací je zřejmé, že vývoj a využití takových sofistikovaných nano a mikromateriálů bude v budoucnu stále narůstat a průmyslová výroba koaxiálních vláken je/bude žádanou technologií.
Koaxiální elektrostatické zvlákňování spočívá v odděleném dávkování dvou roztoků tryskou do jediné miniaturní koaxiální kapky, přičemž jeden z roztoků je veden vnitřní kruhovou tryskou a druhý pak vnější kruhovou tryskou, která v těsné blízkosti obklopuje vnitřní trysku. Obě trysky s malým průměrem (vnější obvykle menší než 2 mm, vnitřní menší než 1 mm) jsou připojeny k jednomu z potenciálů vysokonapěťového zdroje. Druhý pól zdroje je přiveden k protilehlé sběrné elektrodě, ke které jsou vlákna působícím elektrostatickým polem přitahována. Konstrukční řešení koaxiální trysky je popsáno například v US 2006/0213829, WO 2012/058 425 a GB 2 482 560. I další patentové spisy zabývající se produkcí koaxiálních vláken popisují řešení pouze s jedinou koaxiální tryskou, která není dostatečně produktivní a prakticky poskytne nano nebo mikrovlákenný materiál složený z koaxiálních vláken pouze pro laboratorní účely. Přesto je evidentní potřeba vyřešit výrobní technologii ve větším měřítku, aby byla umožněna skutečná výrobní produkce koaxiálních nano nebo mikrovlákenných materiálů. Takové produktivnější řešení je popsáno v US 2012/0034461, které popisuje konstrukčně stejné jednotlivé koaxiální trysky, přičemž zvýšené produkce je dosaženo násobením těchto trysek do mikročipu. Popsaný systém miniaturních trysek není řešen pro opakovanou produkci, jeho čistění je prakticky nemožné. Další řešení popisující průmyslovou výrobu koaxiálních vláken je popsáno v patentu CZ 302 876(B6). Zde je popsáno řešení využívající přetékání dvou směsí přes vodivou elektrodu, přičemž přímo nevzniká dvousložková kapka nutná k tvorbě vláken koaxiálního typu. Při přetékání dochází ještě v místě elektrody k míšení obou směsí vedoucí k neřízenému umístění složky ve vznikajícím vláknu, tj. v jádru nebo plášti, materiály se mohou velmi snadno zvlákňovat samostatně a odděleně. Přetečený smísený roztok je znovu nepoužitelný, a to i bez jakékoliv možné následné rekuperace. V průmyslové výrobě je to hlavním nedostatkem, uvážíme-li výrobu koaxiálních vláken z drahých přírodních materiálů nebo jejich složek.
Hlavní problémy při tvorbě koaxiálních vláken je komplikovaná a drahá výroba speciálních tenkých koaxiálních trysek, které k dosažení vyšší produkce než produkce na laboratorní úrovni jsou násobeny a rozmístěny v ploše tvořící zvlákňovací elektrodu. Taková řešení známá z citovaných spisů jsou velmi náročná na údržbu a pro dlouhodobou produkci koaxiálních vláken jsou nevhodná. Z našich dlouholetých zkušeností vyplývá, že i u jednoduchých trysek nekoaxiálního typu dochází k častému zatuhnutí směsi uvnitř tenkých kapilár vedoucí k časově náročnému, v některých případech i nemožnému opětovnému vyčistění. Pokud by byla navržena zvlákňovací vícenásobná tryska schopná průmyslové produkce koaxiálních vláken jiným způsobem než násobením tenkých koaxiálních trysek známých ze současných řešení a zároveň by byla možná jejich snadná a rychlá údržba, přineslo by to jedinečnou možnost převedení přípravy koaxiálních vláken z laboratorních do skutečně produkčních průmyslových měřítek. Taková tryska musí zajistit tvorbu dvousložkové kapky (vnitřní a obklopující) ze dvou nezávisle dávkovaných směsí vedoucí ke vzniku již koaxiálně utvářeného Taylorova kužele.
Podstata vynálezu
Cílem vynálezu je nové konstrukční řešení vysoce produktivní trysky, která bude schopná výroby nano nebo mikrovlákenných materiálů, přičemž jednotlivá vlákna budou koaxiálního typu, tj. budou tvořena podélným jádrem zjednoho typu materiálu, jenž je obklopen podélným pláštěm z druhého typu materiálu. Toto zadání do značné míry řeší zvlákňovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálů podle vynálezu, která zahrnuje
- první desku opatřenou alespoň jednou průběžnou drážkou pro vedení prvního materiálu k výstupnímu ústí průběžné drážky v čele první desky;
-2CZ 303780 B6
- druhou desku opatřenou alespoň jednou průběžnou drážkou pro vedení druhého materiálu k výstupnímu ústí druhé desky uspořádanému při výstupním ústí průběžné drážky první desky, a
- oddělovací desku, uspořádanou mezi první deskou a druhou deskou pro oddělení průběžných drážek v první desce od průběžných drážek v druhé desce, přičemž čelo oddělovací desky v oblasti výstupních ústí průběžných drážek navazuje na čelo první desky a/nebo čelo druhé desky.
Ve výhodném provedení zvlákňovací trysky je první deska vytvořena z nevodivého materiálu, zatímco druhá deska a oddělovací deska jsou vytvořeny z vodivého materiálu.
V jiném výhodném provedení zvlákňovací trysky jsou průběžné drážky v první desce širší než průběžné drážky ve druhé desce a po obou stranách ve směru čela oddělovací desky přesahují průběžné drážky ve druhé desce, přičemž podélné osy průběžných drážek se v průmětu kolmém na oddělovací desku alespoň při výstupních ústích průběžných drážek navzájem překrývají.
V ještě jiném výhodném provedení zvlákňovací trysky obsahuje tato tryska třetí desku, opatřenou průběžnými drážkami ústícími do čela třetí desky, a přiloženou ke druhé desce, přičemž výstupní ústí průběžných drážek třetí desky přiléhá k výstupnímu ústí průběžných drážek druhé desky.
V dalším výhodném provedení zvlákňovací trysky obsahuje tato tryska čtvrtou desku, uspořádanou v odstupu od druhé desky pro přívod tvarovacího a/nebo zahřívacího vzduchu k čelům první desky, druhé desky a oddělovací desky.
V ještě dalším výhodném provedení zvlákňovací trysky obsahuje tato tryska pátou desku, uspořádanou v odstupu od třetí desky a šestou desku, uspořádanou v odstupu od první desky pro oboustranný přívod tvarovacího a/nebo zahřívacího vzduchu k čelům první desky, druhé desky, třetí desky a oddělovací desky.
Výhodné rovněž je, vytvářejí-li čela první desky, druhé desky a oddělovací desky, případně i třetí desky, na výstupním čele zvlákňovací trysky žlábek, jehož podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou čela oddělovací desky.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schematicky znázorněn pohled shora na část zvlákňovací trysky podle vynálezu, na obr. 2 je schematicky znázorněn podélný řez zvlákňovací tryskou z obr. 1 podle vynálezu, na obr. 3 je schematicky znázorněn podélný řez druhým příkladným provedením zvlákňovací trysky podle vynálezu, na obr. 4 je schematicky znázorněn podélný řez třetím příkladným provedením zvlákňovací trysky podle vynálezu, na obr. 5 je schematicky znázorněn podélný řez čtvrtým příkladným provedením zvlákňovací trysky podle vynálezu a na obr. 6 je schematicky znázorněn postup tvorby koaxiálního vlákna pomocí příkladného provedení trysky z obr. 1 podle vynálezu.
Příklady provedení vynálezu
Na obr. 1 je schematicky znázorněn pohled shora na distální konec části zvlákňovací trysky podle vynálezu. První deska lje opatřena průběžnou drážkou 2 a přiléhá k oddělovací desce 8 tak, že oddělovací deska 8 uzavírá z boku průběžnou drážku 2. Z druhé strany přiléhá k oddělovací desce 8 druhá deska 5, která je opatřena průběžnou drážkou 6 a přiléhá k oddělovací desce 8 tak, že oddělovací deska 8 uzavírá z boku průběžnou drážku 6. Z druhé strany přiléhá k druhé desce 5 třetí deska 11, opatřená průběžnou drážkou 12 tak, že druhá deska 5 uzavírá z boku průběžnou drážku 12. Průběžné drážky 2 a 12 první desky 1 a třetí desky 11 přesahují průběžnou drážku 6
-3 CZ 303780 B6 druhé desky 5 na obou stranách, přičemž středy průběžných drážek 2, 6, 12 první, druhé a třetí desky ý, 5, 11 při pohledu shora na distální konec znázorněné části zvlákňovací trysky leží na jedné přímce kolmé k té ploše oddělovací desky 8, která přiléhá k první desce i. Průběžná drážka 6 je určena k vedení materiálu jádra koaxiálního vlákna, zatímco průběžné drážky 2 a 12 jsou určeny k vedení materiálu obalu jádra koaxiálního vlákna. Druhá deska 5 a oddělovací deska 8 jsou vytvořeny z vodivého materiálu, zatímco první deska i a třetí deska 11 jsou z izolačního materiálu. První, druhá a třetí deska i, 5, 11 mohou být opatřeny více průběžnými drážkami 2, 6, 12, jejichž výstupní ústí 3, 7, 14, viz obr. 2, na distálním konci zvlákňovací trysky jsou ve stejném vzájemném uspořádání jako ty, kteréjsou znázorněny na obr. 1. První, druhá a třetí deska 1, 5, 11 i oddělovací deska 8 jsou spolu pevně a rozebíratelně spojeny, např. sešroubováním. V odstupu od distálního konce zvlákňovací kombinované trysky je pak uspořádaná neznázorněná sběrná elektroda, mezi níž a mezi druhou deskou 5 spojenou s oddělovací deskou 8 je zapojený neznázorněný napěťový zdroj.
Na obr. 2 je schematicky znázorněn podélný řez prvním příkladným provedením zvlákňovací trysky z obr. 1, a to podle roviny A - A z obr. 1. Na této zvlákňovací trysce je zřejmé, že čelo 4 první desky 1 spolu s výstupním ústím 3 průběžné drážky 2 první desky i a čelo 13 třetí desky 11 spolu s výstupním ústím 14 průběžné drážky 2 první desky i a čelo 13 třetí desky 11 spolu s výstupním ústím 14 průběžné drážky 12 třetí desky 11 vytvářejí zdvihající se stěny žlábků, jehož dno tvoří čelo 9 oddělovací desky 8, čelo 10 druhé desky 5 spolu s výstupním ústím 7 průběžné drážky 6 druhé desky 5.
Na obr. 3 je schematicky znázorněn obdobný podélný řez druhým příkladným provedením zvlákňovací trysky. Tato zvlákňovací tryska se od předchozího provedení liší tím, že v ní chybí třetí deska 11.
Na obr. 4 je schematicky znázorněn obdobný podélný řez třetím příkladným provedením zvlákňovací trysky. Tato tryska vychází z druhého příkladného provedení, ovšem navíc je opatřena čtvrtou deskou 15, která je uspořádána rovnoběžně s druhou deskou 5 a v odstupu od ní. Tato čtvrtá deska 15 je zpravidla vytvořena z nevodivého materiálu. Mezera mezi druhou deskou 5 a čtvrtou deskou 15 je určena pro přívod proudícího vzduchu, zpravidla teplého, pro ovlivnění formování koaxiálního Taylorova kužele 19 (viz obr. 6) u čela trysky. V příkladném provedení je do takto vytvořeného meziprostoru vháněn vzduch o teplotě v rozsahu 20 až 100 °C s rychlostí proudění 0 až 1000 l/min.
Na obr. 5 je schematicky znázorněn obdobný podélný řez čtvrtým příkladným provedením zvlákňovací trysky. Tato zvlákňovací tryska vychází z prvního příkladného provedení, ovšem navíc je opatřena pátou deskou 16, kteráje uspořádána rovnoběžně s třetí deskou 11 a v odstupu od ní, a šestou deskou 17, kteráje uspořádána rovnoběžně s první deskou 1 a v odstupu od ní. Mezery mezi první deskou 1 a šestou deskou 17, stejně jako mezi třetí deskou 11 a pátou deskou 16 jsou určeny pro přívod proudícího zpravidla teplého vzduchu pro ovlivnění formování koaxiálního Taylorova kužele 19 (viz obr. 6) u čela trysky. Pátá deska 16 i šestá deska 17 jsou zpravidla vytvořeny z nevodivého materiálu.
Na obr. 6 je schematicky znázorněn postup tvorby koaxiálního vlákna pomocí příkladného provedení zvlákňovací trysky z obr. 1 a 2. Ve fázi A je v řezu zvlákňovací trysky vidět průběžné drážky 2, 6, 12 první, druhé a třetí desky i, 5, 11. Ve fázi B je v řezu zvlákňovací trysky vidět, že průběžnými drážkami 2 a 12 první a třetí desky i, JJ je vytlačován první materiál pro tvorbu vnějšího obalu mikro nebo nanovlákna, který vytvoří ve žlábků v čele trysky kapku 18 prvního materiálu. Ve fázi C je v řezu zvlákňovací trysky vidět, že průběžnou drážkou 6 druhé desky 5, jejíž výstupní ústí 7 (viz obr. 2) je situováno uprostřed mezi výstupními ústími 3 a 14 průběžných drážek 2, 12 první a třetí desky i, 11, je vytlačován druhý materiál pro tvorbu jádra mikro nebo nanovlákna. Tento druhý materiál je vtlačován do kapky prvního materiálu a po přiložení napětí ke zvlákňovací trysce se vytváří koaxiální Taylorův kužel 19, jak je zřejmé z fáze D.
-4CZ 303780 B6
U všech těchto provedení je zřejmé, že první, druhá a třetí deska i, 5, J_L mohou být každá opatřeny celou sadou průběžných drážek 2, 6, 12, jejichž proximální konce jsou napojeny na zásobníky prvního a druhého materiálu, takže na jedné trysce může současně vznikat řada koaxiálních vláken vedle sebe. Je pouze nutné, aby všechny průběžné drážky 6 druhé desky 5 byly svými proximálními konci napojeny na zásobníky materiálu jádra budoucího koaxiálního vlákna, aby všechny průběžné drážky 2, 12 první a třetí desky i, 11 byly svými proximálními konci napojeny na zásobníky materiálu obalu budoucího koaxiálního vlákna a aby na sebe navazující trojice výstupních ústí 3, 7, 14 průběžných drážek 2, 6, 12 byly v konfiguraci znázorněné na obr. 1.
Z popsaného konstrukčního řešení vícenásobné zvlákňovací trysky je zřejmé, že po rozebrání zvlákňovací trysky a oddělení první, druhé a třetí desky i, 5, 11 i oddělovací desky 8 jsou jejich stěny a hlavně všechny průběžné drážky 2, 6, 12 přístupné, lehce čistitelné a také sterilizovatelné.
Při samostatném procesu vláknění jsou díky řešení zvlákňovací trysky popsané v tomto vynálezu možné různé režimy použití vedoucí k různým morfologiím produkovaných vláken koaxiálního typu. Vnitřními vodivými průběžnými drážkami 6, tvořícími elektrodu připojenou kjednomu z potenciálů neznázoměného vysokonapěťového zdroje, je dávkována směs tvořící první materiál, současně vnějšími průběžnými drážkami 2,12, vytvořenými v nedovitých první a třetí desce 1, 11 těsně přiléhajících k vodivé druhé desce 5, je dávkována směs tvořící druhý materiál. Pak jsou režimy vláknění následující:
- Ve směsi je první materiál odlišný od druhého materiálu, pak vláknění vede ke vzniku koaxiálních vláken, přičemž jádro je tvořeno prvním materiálem a plášť druhým materiálem.
- Směs prvního materiálu je nahrazena plynným skupenstvím, pak proces vláknění vede ke vzniku dutých vláken tvořených druhým materiálem.
- Směs prvního materiálu je disperzí částic v médiu, jako je kapalina nebo plyn, pak proces vláknění vede k zapouzdření dispergovaných částic do struktury vláken z druhého materiálu. Částicemi přitom mohou být krystaly, bakterie, viry, léčivé látky, růstové faktory, DNA, polypeptidy, atd.
- Směs prvního materiálu je tvořena rozpuštěným materiálem v roztoku a směs druhého materiálu je disperzí částic v médiu, jako je kapalina nebo plyn, pak vláknící proces vede k vytvoření vláken z materiálu rozpuštěného ve směsi prvního materiálu, na jehož povrchu jsou navázány částice rozpuštěné ve druhém materiálu. Částice nemusí být samostatně zvláknitelné. Částicemi přitom mohou být krystaly, bakterie, viry, léčivé látky, růstové faktory, DNA, polypeptidy, atd.
- Elektrodu lze také využít při elektrostatickém sprejování, které vede k tvorbě nano a mikrokapek s „core-shell“ strukturou.
- Směs prvního materiálu je nahrazena plynným skupenstvím ajeho dávkování regulováno tak, že je ve směsi druhého materiálu vytvářena bublina. Vláknění pak probíhá zTaylorových kuželů vytvářených na tenké vrstvě bubliny ze směsi druhého materiálu.
Průmyslová využitelnost
Vynález lze využít k laboratorní i průmyslové výrobě vlákenných materiálů, složených z nanonebo mikrovláken s koaxiální strukturou, pomocí metody elektrostatického zvlákňování.
Claims (8)
1. Zvlákňovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálů, vyznačující se tím, že zahrnuje
- první desku (1) opatřenou alespoň jednou průběžnou drážkou (2) pro vedení prvního materiálu k výstupnímu ústí (3) průběžné drážky (2) v čele (4) první desky (1);
- druhou desku (5) opatřenou alespoň jednou průběžnou drážkou (6) pro vedení druhého materiálu k výstupnímu ústí (7) druhé desky (5) uspořádanému při výstupním ústí (3) průběžné drážky (2) první desky (1), a
- oddělovací desku (8), uspořádanou mezi první deskou (1) a druhou deskou (5) pro oddělení průběžných drážek (2) v první desce (1) od průběžných drážek (6) v druhé desce (5), přičemž čelo (9) oddělovací desky (8) v oblasti výstupních ústí (3; 7) průběžných drážek (2; 6) navazuje na čelo (4) první desky (1) a/nebo čelo (10) druhé desky (5).
2. Zvlákňovací tryska podle nároku 1, vyznačující se tím, že první deska (1) je vytvořena z nevodivého materiálu, zatímco druhá deska (5) a oddělovací deska (8) jsou vytvořeny z vodivého materiálu.
3. Zvlákňovací tryska podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje třetí desku (11), opatřenou průběžnými drážkami (12) ústícími do čela (13) třetí desky (11), a přiloženou ke druhé desce (5), přičemž výstupní ústí (14) průběžných drážek (12) třetí desky (11) přiléhá k výstupnímu ústí (7) průběžných drážek (6) druhé desky (5).
4. Zvlákňovací tryska podle nároku 1, vyznačující se tím, že průběžné drážky (2) v první desce (1) jsou širší než průběžné drážky (6) ve druhé desce (5) a přesahují průběžné drážky (6) ve druhé desce (5) po obou stranách, přičemž podélné osy průběžných drážek (2, 6, 12) se v průmětu kolmém na oddělovací desku (8) alespoň při výstupních ústích (3, 7, 14) průběžných drážek (2, 6, 12) navzájem překrývají.
5. Zvlákňovací tryska podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje čtvrtou desku (15), uspořádanou v odstupu od druhé desky (5) pro přívod tvarovacího a/nebo zahřívacího vzduchu k čelům (4, 9, 10) první desky (1), druhé desky (5) a oddělovací desky (8).
6. Zvlákňovací tryska podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje pátou desku (16), uspořádanou v odstupu od třetí desky (11) a šestou desku (17), uspořádanou v odstupu od první desky (1) pro oboustranný přívod tvarovacího a/nebo zahřívacího vzduchu k čelům (4, 9, 10, 13) první desky (1), druhé desky (5), třetí desky (1 1) a oddělovací desky (8).
7. Zvlákňovací tryska podle nároku 1, vyznačující se tím, že čela (4, 9, 10) první desky (1), druhé desky (5) a oddělovací desky (8) vytvářejí na výstupním čele zvlákňovací trysky žlábek, jehož podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou čela (9) oddělovací desky (8).
8. Zvlákňovací tryska podle nároku 4, vyznačující se tím, že čela (4, 9, 10, 13) první desky (1), druhé desky (5), oddělovací desky (8) a třetí desky (11) vytvářejí na výstupním čele zvlákňovací trysky žlábek, jehož podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou čela (9) oddělovací desky (8).
Priority Applications (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120514A CZ2012514A3 (cs) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Zvláknovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálu slozených z vláken s koaxiální strukturou |
| CN201380037437.6A CN104540985A (zh) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | 用于生产由具有同轴结构的纤维所构成的纳米纤维及微纤维材料的喷丝头 |
| RU2015102722A RU2637890C2 (ru) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | Прядильная фильера для производства нановолоконных и микроволоконных материалов |
| BR112015001424A BR112015001424A8 (pt) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | Bocal de fiação para produção de materiais nanofibrosos e microfibrosos |
| EP13752804.8A EP2877617B8 (en) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | Spinning nozzle for producing nanofibrous and microfibrous materials composed of fibres having a coaxial structure |
| ES13752804.8T ES2588057T3 (es) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | Boquilla hiladora para la producción de materiales de nanofibras y microfibras compuestos de fibras que tienen una estructura coaxial |
| JP2015523417A JP6161698B2 (ja) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | 同軸構造を有する繊維から成るナノ繊維材料及びマイクロ繊維材料を製造するための紡糸ノズル |
| PCT/CZ2013/000085 WO2014015843A1 (en) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | Spinning nozzle for producing nanofibrous and microfibrous materials composed of fibres having a coaxial structure |
| KR1020157004296A KR102060025B1 (ko) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | 동축 구조를 갖는 섬유로 구성되는 나노파이버 및 마이크로파이버 재료를 제조하기 위한 스피닝 노즐 |
| US14/416,783 US20150152572A1 (en) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | Spinning nozzle for producing nanofibrous and microfibrous materials composed of fibres having a coaxial structure |
| CA2878119A CA2878119A1 (en) | 2012-07-27 | 2013-07-23 | Spinning nozzle for producing nanofibrous and microfibrous materials composed of fibres having a coaxial structure |
| TW102126695A TW201404957A (zh) | 2012-07-27 | 2013-07-25 | 用於生產由具有同軸結構之纖維所構成之奈米纖維及微纖維材料之噴絲頭 |
| IL236919A IL236919B (en) | 2012-07-27 | 2015-01-25 | Toya nozzle for the production of nano-fibrous and micro-fibrous materials consisting of fibers with a coaxial structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120514A CZ2012514A3 (cs) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Zvláknovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálu slozených z vláken s koaxiální strukturou |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ303780B6 true CZ303780B6 (cs) | 2013-05-02 |
| CZ2012514A3 CZ2012514A3 (cs) | 2013-05-02 |
Family
ID=48146778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20120514A CZ2012514A3 (cs) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Zvláknovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálu slozených z vláken s koaxiální strukturou |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150152572A1 (cs) |
| EP (1) | EP2877617B8 (cs) |
| JP (1) | JP6161698B2 (cs) |
| KR (1) | KR102060025B1 (cs) |
| CN (1) | CN104540985A (cs) |
| BR (1) | BR112015001424A8 (cs) |
| CA (1) | CA2878119A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ2012514A3 (cs) |
| ES (1) | ES2588057T3 (cs) |
| IL (1) | IL236919B (cs) |
| RU (1) | RU2637890C2 (cs) |
| TW (1) | TW201404957A (cs) |
| WO (1) | WO2014015843A1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110747521A (zh) * | 2019-11-02 | 2020-02-04 | 东华大学 | 具有表面纳米结构的三维静电纺微米纤维支架及其制备方法与应用 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103409817B (zh) * | 2013-07-12 | 2015-10-28 | 浙江工业大学 | 一种静电纺丝制备白光led的方法 |
| AU2015233952B2 (en) * | 2014-03-21 | 2017-08-24 | Neworld E & E Pty Ltd. | Multifunctional spinning device |
| WO2015139659A1 (zh) * | 2014-03-21 | 2015-09-24 | 馨世工程教育有限公司 | 用于生产多种结构的复合纳米微米纤维离心纺丝设备 |
| CN105384138B (zh) * | 2015-10-27 | 2018-01-09 | 江西科技师范大学 | 一种同轴静电纺丝核‑壳型超微电极及其制备方法 |
| CN106435776A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-02-22 | 上海理工大学 | 一种四级同轴高压静电纺丝装置及纺丝方法 |
| CN107469466B (zh) * | 2017-08-10 | 2019-11-08 | 东华大学 | 一种微米纤维/纳米纤维复合驻极过滤材料及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0140505A1 (en) * | 1983-08-15 | 1985-05-08 | Generale de Mecanique et Thermique | A method of cleaning industrial components and a jet assembly for use therein |
| CN102234846A (zh) * | 2010-04-28 | 2011-11-09 | 中国科学院化学研究所 | 具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维及其制备方法 |
| CZ302876B6 (cs) * | 2009-07-01 | 2011-12-28 | Technická univerzita v Liberci | Zpusob a zarízení k výrobe nanovláken preplavovacím elektrostatickým zvláknováním |
| WO2012017218A2 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-09 | The Science And Technology Facilities Council | Method of electrospinning fibres |
| WO2012058425A2 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | Vanderbilt University | Nanofiber electrode and method of forming same |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3204290A (en) * | 1962-12-27 | 1965-09-07 | Monsanto Co | Laminated spinneret |
| NL6801610A (cs) * | 1967-02-07 | 1968-08-08 | ||
| WO1998003267A1 (en) * | 1996-07-23 | 1998-01-29 | Electrosols Ltd. | A dispensing device and method for forming material |
| US6051180A (en) * | 1998-08-13 | 2000-04-18 | Illinois Tool Works Inc. | Extruding nozzle for producing non-wovens and method therefor |
| US6776858B2 (en) * | 2000-08-04 | 2004-08-17 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Process and apparatus for making multicomponent meltblown web fibers and webs |
| US7767017B2 (en) * | 2004-11-10 | 2010-08-03 | The Regents Of The University Of Michigan | Multi-phasic nanoparticles |
| US20060213829A1 (en) | 2005-03-25 | 2006-09-28 | Rutledge Gregory C | Production of submicron diameter fibers by two-fluid electrospinning process |
| US7798434B2 (en) * | 2006-12-13 | 2010-09-21 | Nordson Corporation | Multi-plate nozzle and method for dispensing random pattern of adhesive filaments |
| GB0905575D0 (en) | 2009-03-31 | 2009-05-13 | Stfc Science & Technology | Electrospinning nozzle |
-
2012
- 2012-07-27 CZ CZ20120514A patent/CZ2012514A3/cs not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-07-23 JP JP2015523417A patent/JP6161698B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2013-07-23 KR KR1020157004296A patent/KR102060025B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 2013-07-23 RU RU2015102722A patent/RU2637890C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2013-07-23 CN CN201380037437.6A patent/CN104540985A/zh active Pending
- 2013-07-23 ES ES13752804.8T patent/ES2588057T3/es active Active
- 2013-07-23 CA CA2878119A patent/CA2878119A1/en not_active Abandoned
- 2013-07-23 EP EP13752804.8A patent/EP2877617B8/en not_active Not-in-force
- 2013-07-23 WO PCT/CZ2013/000085 patent/WO2014015843A1/en active Application Filing
- 2013-07-23 US US14/416,783 patent/US20150152572A1/en not_active Abandoned
- 2013-07-23 BR BR112015001424A patent/BR112015001424A8/pt active Search and Examination
- 2013-07-25 TW TW102126695A patent/TW201404957A/zh unknown
-
2015
- 2015-01-25 IL IL236919A patent/IL236919B/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0140505A1 (en) * | 1983-08-15 | 1985-05-08 | Generale de Mecanique et Thermique | A method of cleaning industrial components and a jet assembly for use therein |
| CZ302876B6 (cs) * | 2009-07-01 | 2011-12-28 | Technická univerzita v Liberci | Zpusob a zarízení k výrobe nanovláken preplavovacím elektrostatickým zvláknováním |
| CN102234846A (zh) * | 2010-04-28 | 2011-11-09 | 中国科学院化学研究所 | 具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维及其制备方法 |
| WO2012017218A2 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-09 | The Science And Technology Facilities Council | Method of electrospinning fibres |
| WO2012058425A2 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | Vanderbilt University | Nanofiber electrode and method of forming same |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110747521A (zh) * | 2019-11-02 | 2020-02-04 | 东华大学 | 具有表面纳米结构的三维静电纺微米纤维支架及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201404957A (zh) | 2014-02-01 |
| EP2877617B1 (en) | 2016-05-25 |
| JP2015526604A (ja) | 2015-09-10 |
| JP6161698B2 (ja) | 2017-07-12 |
| BR112015001424A8 (pt) | 2018-04-03 |
| BR112015001424A2 (pt) | 2017-07-04 |
| CA2878119A1 (en) | 2014-01-30 |
| CZ2012514A3 (cs) | 2013-05-02 |
| US20150152572A1 (en) | 2015-06-04 |
| ES2588057T3 (es) | 2016-10-28 |
| KR102060025B1 (ko) | 2019-12-27 |
| EP2877617A1 (en) | 2015-06-03 |
| IL236919B (en) | 2018-05-31 |
| CN104540985A (zh) | 2015-04-22 |
| KR20150034792A (ko) | 2015-04-03 |
| WO2014015843A1 (en) | 2014-01-30 |
| RU2637890C2 (ru) | 2017-12-07 |
| RU2015102722A (ru) | 2016-09-20 |
| EP2877617B8 (en) | 2016-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ303780B6 (cs) | Zvláknovací tryska pro výrobu nano a mikrovlákenných materiálu slozených z vláken s koaxiální strukturou | |
| CN104389037B (zh) | 一种嵌套式纺丝体 | |
| CN104928775B (zh) | 一种用于生产复合纳米微米纤维的离心纺丝装置 | |
| CN104611772B (zh) | 一种批量制备同轴纳米纤维的静电纺丝装置 | |
| CN202107802U (zh) | 螺旋叶片纳米纤维发生器及静电螺旋纺丝装置 | |
| RU2614393C2 (ru) | Комбинированная фильера для производства нановолокнистых и микроволокнистых материалов | |
| CN107523887A (zh) | 环形静电喷丝机构以及静电喷丝装置 | |
| CN102051693A (zh) | 一种分体式复合静电纺丝装置 | |
| CN106283219B (zh) | 一种多针旋转加捻的熔体电纺纳米捻线制备装置及方法 | |
| CN109023561A (zh) | 一种批量制备核壳结构纤维的静电纺丝装置 | |
| JP2013124426A (ja) | ナノ・ファイバ製造用スピナレット | |
| JP2010196236A (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 | |
| US10351972B2 (en) | Multifunctional spinning device | |
| US20130300012A1 (en) | Apparatuses and methods for the production of microfibers and nanofibers | |
| CN107447267A (zh) | 用于大规模生产纳米纤维的高压静电纺丝设备的喷头 | |
| CN103668482A (zh) | 一种电场均布的多射流静电纺丝喷头 | |
| KR20110125334A (ko) | 전기방사용 방사노즐팩 및 이를 구비하는 전기방사장치 | |
| CN206157281U (zh) | 一种多针旋转加捻的熔体电纺纳米捻线制备装置 | |
| CN202000035U (zh) | 一种分体式复合静电纺丝装置 | |
| CN203890515U (zh) | 一种生产高异度涤纶聚酯纤维所用的组合喷丝板 | |
| KR102718373B1 (ko) | 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐 | |
| Yan | Advanced slot needleless electrospinning and air filtration properties of slot electrospun nanofibres | |
| KR20240001613A (ko) | 정렬된 나노섬유의 안정적 꼬임 형성을 위한 전기방사장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20240727 |