CZ304829B6 - Způsob výroby příze obsahující spřadatelná vlákna a polymerní nanovlákna - Google Patents

Abstract

Způsob výroby příze obsahující spřadatelná vlákna a polymerní nanovlákna je založen na současném přivádění spřadatelných vláken a 0,1 až 15 % hmotnostních polymerních nanovláken do dutiny (50) rotujícího dopřádacího rotoru (5), kde se společně formují do stužky vláken. Stužka vláken se následně zakrucuje do příze, přičemž se polymerní nanovlákna ukládají na povrch spřadatelných vláken a mezi ně.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby příze obsahující spřadatelná vlákna a polymemí nanovlákna.

Dosavadní stav techniky

Pro rozšíření možností využití polymerních nanovláken, tj. vláken s průměrem pod 1 mikrometr, například v oblasti textilního průmyslu, bylo navrženo několik způsobů pro vytváření lineárních textilních útvarů, které obsahují jádro tvořené standardní nití nebo přízí, na kterém je uložen plášť z těchto nanovláken. Takový lineární textilní útvar pak v sobě kombinuje jak výhodné mechanické vlastnosti jádra, které umožňují jeho další zpracovávání běžnými textilními technikami, tak i výhodné vlastnosti polymerních nanovláken, jako je například jejich velký měrný povrch, výborné sorpční vlastnosti, malá velikost mezivlákenných prostorů, atd., které zvyšují jeho užitnou hodnotu. Všechny dosud navrhované způsoby jsou však technologicky značně složité a nespolehlivé, a nejsou tedy využitelné v průmyslovém měřítku.

Podstata způsobu popsaného ve WO 2008/095239 spočívá v ovinutí standardní příze úzkým pruhem plošné vrstvy nanovláken. Jeho nevýhodou je značně komplikovaná, ne-li zcela nemožná, příprava použitelného pruhu plošné vrstvy nanovláken, neboť ta se díky své malé pevnosti a soudržnosti při jakékoliv manipulaci trhá na drobné útržky, které se vlivem svého velkého měrného povrchu spojují do chomáčků a/nebo ulpívají na okolních předmětech. Další nevýhodou je, že pouhé ovinutí v žádném případě nezaručí dostatečně odolné uložení vrstvy nanovláken na přízi, a ta se z ní ochotně strhává v podstatě při jakékoliv manipulaci. Díky tomu je tento způsob vhodný maximálně pro omezené laboratorní využití.

WO 2008/106904 pak popisuje způsob, jehož podstata spočívá v nanášení nanovláken na jádro tvořené standardní nití nebo přízí přímo během jejich vytváření elektrostatickým zvlákňováním. Jádru je před nanesením nanovláken udělován nepravý zákrut, při jehož vytváření a následné eliminaci se nanovlákna mechanicky zachytávají v jeho struktuře. Během experimentů se však ukázalo, že mechanické zachycení nanovláken na jádru je pro další zpracování lineárního útvaru nedostatečné. Kromě toho dosahuje tento postup jen poměrně nízkého výkonu, neboť během elektrostatického zvlákňování dochází ke koncentraci elektrického pole v blízkosti jádra, a tím k úplné nebo částečné eliminaci elektrického náboje nanovláken a změně směru jejich pohybu. 1 když tento způsob dosahuje podstatně vyššího výkonu než způsob popsaný ve WO 2008/095239, a jím připravený lineární útvar výrazně lepších užitných vlastností, jeho praktická využitelnost je jen velmi omezená.

Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň zmírnit nevýhody stavu techniky.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem výroby příze obsahující spřadatelná vlákna a polymemí nanovlákna, jehož podstata spočívá vtom, že spřadatelná vlákna a 0,1 až 15 % hmotnostních polymerních nanovláken se přivádí do dutiny rotujícího dopřádacího rotoru, kde se společně formují do stužky vláken, která se následně zakrucuje do příze, přičemž se polymemí nanovlákna ukládají na povrch spřadatelných vláken a mezi ně. Díky tomuto uspořádání jsou polymemí nanovlákna chráněna standardními spřadatelnými vlákny před mechanickým poškozením.

Ve výhodné variantě se polymemí nanovlákna vytvářejí přímo v dutině dopřádacího rotoru elektrostatickým zvlákňováním kapalné polymemí matrice v elektrickém zvlákňovacím poli vytvoře-1 CZ 304829 B6 ném mezi uzemněným dopřádacím rotorem a zvlákňovací elektrodou. Zvlákňovací elektroda, s výhodou ve tvaru koule, je přitom propojená s jedním pólem zdroje vysokého stejnosměrného napětí, a vykonává náhodný rotační nebo složený otáčivý pohyb, do kterého ji silovým a/nebo momentovým působením přivádí polymemí matrice, která se průběžně přivádí do zásobníku polymemí matrice ve tvaru části koule do prostoru pod ni, přičemž zvlákňovací elektroda na svém povrchu vynáší polymemí matrici ze zásobníku polymemí matrice do elektrického pole vytvořeného mezi ní a uzemněným dopřádacím rotorem, kde následně dochází k jejímu zvláknění.

K usměrnění a/nebo urychlení nanovláken v dutině dopřádacího rotoru je možné do dutiny rotoru přivádět alespoň jeden proud vzduchu. Stejný nebo jiný proud vzduchu může současně sloužit k odstranění par rozpouštědla, které se uvolňují z polymemích nanovláken.

Pro zvýšení přilnavosti mezi standardními spřadatelnými vlákny a polymemími nanovlákny je dále výhodné, pokud se tato standardní spřadatelná vlákna před přivedením do rotujícího dopřádacího rotoru upraví plazmatickou modifikací.

Příklady provedení vynálezu

Způsob výroby příze obsahující standardní spřadatelná vlákna a polymemí nanovlákna podle vynálezu je založen na současném přivádění standardních spřadatelných vláken a vhodného množství polymemích nanovláken do běžného dopřádacího rotoru, který rotuje okolo své podélné osy běžnou pracovní rychlostí. Polymemí nanovlákna se přitom během vznosu a pohybu standardních spřadatelných vláken zachytávají na jejích površích a společně s nimi se ve sběrné drážce dopřádacího rotoru ukládají do stužky vláken, která se následně zakrucuje do příze a odvádí mimo rotor. Pro přívod standardních spřadatelných vláken do dopřádacího rotoru je přitom možné bez dalšího použít některý ze stávajících způsobů. Po přívod polymemích nanovláken pak lze s výhodou použít proces elektrostatického zvlákňování kapalné polymemí matrice v elektrickém zvlákňovacím poli, při kterém jsou vznikající polymemí nanovlákna usměrňována nebo přímo vytvářena v dutině rotujícího dopřádacího rotoru. Ten je přitom uzemněn a použit jako tzv. sběrná elektroda, takže se podílí na vytváření elektrického zvlákňovacího pole a vytvořená polymemí nanovlákna jsou k němu silovým působením tohoto pole unášena. V případě potřeby přitom může být rychlost a/nebo směr polymemích nanovláken upraven alespoň jedním proudem vzduchu. Tento nebo jiný proud vzduchu může být s výhodou také použit k odstraňování par rozpouštědla, které se uvolňují z vytvářených polymemích nanovláken z dutiny dopřádacího rotoru, neboť jejich zvýšená koncentrace by mohla způsobovat postupné zhoršování parametrů vytvářených nanovláken a snížení výkonu elektrostatického zvlákňování, případně i jeho úplné zastavení. Ve stěně/stěnách dopřádacího rotoru jsou přitom s výhodou vytvořeny ventilační otvory pro vytváření podtlaku v rotoru sloužící zároveň pro odvod tohoto proudu vzduchu. Vysoká rychlost otáčení dopřádacího rotoru a standardní tvar jeho dutiny přitom umožňují takový pohyb nanovláken v této dutině, při kterém se nanovlákna přednostně zachytávají ve stužce vláken ve sběrné drážce dopřádacího rotoru a nikoliv na jeho stěnách. Vysoká rychlost otáčení dopřádajícího rotoru v kombinaci s rovnoměrnou dodávkou nanovláken současně zajišťují rovnoměrné ukládání nanovláken do stužky vláken ve sběrné drážce dopřádacího rotoru, a tím výrobu příze, která má v celém svém průřezu a dle požadavků v určitých délkových úsecích, případně v celé své délce homogenní složení a vlastnosti.

Pro vytváření polymemích nanovláken přímo v dutině dopřádacího rotoru nebo v její blízkosti lze použít některé ze známých bodových zdrojů polymemích nanovláken, jako je například zvlákňovací elektroda tvořená tryskou/kapilárou, nebo soustavou několika trysek/kapilár. Tyto zvlákňovací elektrody však nejsou schopny dlouhodobě zajistit dostatečně rovnoměrnou dodávku polymemích nanovláken. Díky tomu je nejvhodnějším řešením použití zvlákňovací elektrody I znázorněné na obr. 1, která je tvořená tělesem ve tvaru koule, která je volně pohyblivě ve všech směrech uložená v zásobníku 2 polymemí matrice 3 ve tvaru části koule, a částí svého povrchu

-2CZ 304829 B6 zasahuje do polymemí matrice 3 v něm. Ve znázorněné variantě provedení je zvlákňovací elektroda 1 propojena s jedním pólem zdroje 4 vysokého stejnosměrného napětí a dopřádací rotor 5 je uzemněn, Zvlákňovací elektroda 1 se přitom uvádí do náhodného rotačního nebo složeného otáčivého pohybu silovým a/nebo momentovým působením polymemí matrice 3, která se přivádí do zásobníku polymemí matrice pod ni. Na jejím povrchu se pak do elektrického zvlákňovacího pole vytvořeného mezi volným povrchem zvlákňovací elektrody i a dopřádacím rotorem 5 coby sběrnou elektrodou vynáší polymemí matrice 3, která se zde známým způsobem přetváří na polymemí nanovlákna. Zvlákňovací elektroda I je přitom celá, nebo alespoň částí svého volného povrchu umístěna v dutině 50 dopřádacího rotoru 5 mimo kontakt sjeho stěnami 51, a nepohybuje se společně s ním.

Polymemí nanovlákna mohou být dle potřeby a požadavku na přízi do spřádacího rotoru 5 přiváděna buď během celého výrobního procesu, nebo pouze během předem určeného intervalu/intervalů. Připravená příze pak obsahuje standardní spřadatelná vlákna a dle potřeby 0,1 až 15 % hmotnostních polymemích nanovláken, která jsou uložena v její struktuře na povrchu standardních spřadatelných vláken a/nebo v prostoru mezi nimi. Díky tomu jsou, na rozdíl od situace u lineárních textilních útvarů známých ze stavu techniky, polymemí nanovlákna chráněna standardními spřadatelnými vlákny před mechanickým poškozením a zajištěna proti nežádoucímu uvolnění ze struktury příze během její výroby, zpracovávání a používání z ní vytvořených výrobků. Toto uspořádání a relativně malý podíl polymemích nanovláken současně přízi zajišťují srovnatelné mechanické vlastnosti, jaké by měla bez přídavku nanovláken, takže je možné ji zpracovávat běžnými textilními technikami. Polymemí nanovlákna ve struktuře příze však výrazně zlepšují její sorpční a izolační vlastnosti, takže je možněji použít například pro výrobu oděvních či technických textilií s výbornými termoizolačními parametry, odolností proti větru, a při vhodné volbě materiálu polymemích nanovláken a/nebo povrchové úpravě i zvýšenými hydrofílními nebo naopak hydrofóbními vlastnostmi.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby příze obsahující spřadatelná vlákna a polymemí nanovlákna, vyznačující se tím, že spřadatelná vlákna a 0,1 až 15 % hmotnostních polymemích nanovláken se přivádí do dutiny (50) rotujícího dopřádacího rotora (5), kde se společně formují do stužky vláken, která se následně zakrucuje do příze, přičemž se polymemí nanovlákna ukládají na povrch spřadatelných vláken a mezi ně.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že polymemí nanovlákna se vytvářejí v dutině (50) dopřádacího rotora (5) elektrostatickým zvlákňováním kapalné polymemí matrice (3) v elektrickém zvlákňovacím poli vytvořeném mezi uzemněným dopřádacím rotorem (5) a zvlákňovací elektrodou (1) ve tvaru koule propojenou s jedním pólem zdroje (4) vysokého stejnosměrného napětí, která vykonává náhodný rotační nebo složený otáčivý pohyb, do kterého ji silovým a/nebo momentovým působením přivádí polymemí matrice (3), která se průběžně přivádí do zásobníku (2) polymemí matrice (3) ve tvaru části koule do prostora pod zvlákňovací elektrodou (1), přičemž zvlákňovací elektroda (1) na svém povrchu vynáší polymemí matrici (3) ze zásobníku (2) polymemí matrice (3) do elektrického pole vytvořeného mezi ní a uzemněným dopřádacím rotorem (5).
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že do dutiny (50) dopřádacího rotora (5) se přivádí alespoň jeden proud vzduchu pro usměrnění a/nebo urychlení polymerních nanovláken.

   -3 CZ 304829 B6
4. 4. Způsob podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že do dutiny (50) dopřádacího rotoru (5) se přivádí alespoň jeden proud vzduchu pro odstranění par rozpouštědla, které se uvolňují z polymemích nanovláken.
5. 5 5. Způsob podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vlastnosti spřadatelných vláken se před přivedením do rotujícího dopřádacího rotoru (5) upravují plazmatickou modifikací.