DE112006003400T5 - Apparatus and method for electrostatic spraying - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum elektrostatischen Sprühen mit:
einer Vielzahl
von Spinneinheiten, von denen jede eine Vielzahl von Düsen
aufweist, die zweidimensional angeordnet sind, um eine Polymerlösung,
die eine polymere Substanz enthält und unter Verwendung
eines Lösungsmittels als eine Flüssigkeit ausgebildet
ist, elektrostatisch zu sprühen, und einen ersten Kollektor,
der so angeordnet ist, dass er gegenüber der Vielzahl von
Düsen mit einer dazwischenliegenden Isolierschicht angeordnet
ist, wobei die Polarität der dem ersten Kollektor zugeführten
Spannung sich von der Polarität der Spannung unterscheidet,
die den Düsen zugeführt wird, oder der erste Kollektor
an Massepotential geerdet ist,
einer ersten Spannungsquelle
zum Anlegen einer vorbestimmten Hochspannung an die Düsen,
und
einem Kollektorabschnitt, der den Spinneinheiten zugeordnet
ist und der eine Kollektorbahn bewegbar hält,
wobei
die Spinneinheit mit einem Mittel zur Bildung eines Luftstroms versehen
ist, der in eine Richtung strömt, die im Wesentlichen orthogonal
zu der Sprührichtung von den Düsen zu dem...Device for electrostatic spraying with:
a plurality of spinning units, each of which has a plurality of nozzles arranged two-dimensionally to electrostatically spray a polymer solution containing a polymeric substance formed using a solvent as a liquid; and a first collector, the like is disposed opposite to the plurality of nozzles with an insulating layer therebetween, the polarity of the voltage applied to the first collector being different from the polarity of the voltage supplied to the nozzles, or the first collector grounded to ground potential,
a first voltage source for applying a predetermined high voltage to the nozzles, and
a collector section which is associated with the spinning units and which holds a collector track movable,
wherein the spinning unit is provided with a means for forming an air flow flowing in a direction substantially orthogonal to the direction of spray from the nozzles to the ...
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen und ein elektrostatisches Sprühverfahren zum elektrostatischen Sprühen einer Lösung, die eine polymere Substanz enthält.The The present invention relates to a device for electrostatic Spraying and an electrostatic spraying process for electrostatically spraying a solution that contains a polymeric substance.
Technischer HintergrundTechnical background
Das elektrostatische Sprühen (Elektrospinnen) wird wie nachfolgend beschrieben ausgeführt; eine polymere Substanz, die als das Material dient, das als Beschichtung verwendet werden soll, wird mit einem Lösungsmittel gemischt, um eine Lösung herzustellen; die Lösung wird in einem Behälter mit einem spitz zulaufenden Ende wie beispielsweise der Nadelspitze einer Spritze oder eines dünnen Glasrohrs gespeichert, und es wird eine hohe Spannung zwischen dem Behälter und einem Objekt angelegt, auf das die polymere Substanz aufzusprühen ist. In dem elektrostatischen Sprühvorgang werden der polymeren Substanz im Behälter Ladungen zugeleitet, die aufgeladene polymere Substanz wird aufgrund der zwischen den Ladungen wirkenden Abstoßungskräfte in versprühter Form aus der Behälterspitze zu der Seite hin, die als Kollektor bezeichnet wird und eine Polarität aufweist, die anders ist als die der Sprühseite (die Seite der Endspitze des Behälters), oder zur Masseseite hin ausgegeben, wobei die Coulombschen Kräften genutzt werden, und wird dann auf der Kollektorseite gesammelt und laminiert. Das elektrostatische Beschichten ist eine Technik, bei der ein elektrostatischer Sprühprozess angewendet wird, und es ist allgemein bekannt, dass das elektrostatische Beschichten bei Fahrzeugaufbauten wie Automobilkarosserien angewendet wird. Elektrostatisches Beschichten ist nicht auf das Beschichten von Fahrzeugaufbauten beschränkt, sondern kann zum Beschichten verschiedener Arten von Produkten angewendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die speziell zum elektrostatischen Sprühen einer künstlichen polymeren Substanz als Material ausgebildet ist, und bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung, die ohne Schwierigkeiten nichtgewebte Flächenerzeugnisse (Vliese, Verbundstoffe) aus Fasern herstellen kann, deren Durchmesser unter 100 Nanometer [nm] liegt und die als Nanofasern bezeichnet werden. Auf diese Weise hergestellte nichtgewebte Flächenerzeugnisse (Vliese, Verbundstoffe) haben einen großen Anwendungsbereich, zu dem auch Filter gehören.The electrostatic spraying (electrospinning) is as below described executed; a polymeric substance known as the material is to be used as a coating, is mixed with a solvent to form a solution manufacture; the solution is in a container with a pointed end such as the needle point a syringe or a thin glass tube, and there will be a high voltage between the container and an object applied to which to spray the polymeric substance is. In the electrostatic spraying process, the polymeric Substance in the container is charged to charged charges polymeric substance is due to acting between the charges Repulsive forces in sprayed form from the tank top to the side, acting as a collector is designated and has a polarity that is different is that of the spray side (the side of the tip of the Container), or issued to the ground side, the Coulomb forces are used, and then on the collector side collected and laminated. The electrostatic Coating is a technique involving an electrostatic spray process is applied, and it is well known that the electrostatic Coating applied to vehicle bodies such as automobile bodies becomes. Electrostatic coating is not on the coating limited by vehicle bodies, but can be used for coating different types of products are applied. The present The invention relates to a device especially for electrostatic spraying an artificial polymeric substance formed as a material is, and refers in particular to a device without Difficulty nonwoven surface products (nonwovens, Composites) of fibers whose diameter is below 100 nanometers [nm] and which are referred to as nanofibers. Nonwoven sheet products produced in this way (Nonwovens, composites) have a wide range of applications, which also includes filters.
Filter können beispielsweise auch mit der „Verschmelzungsmethode" hergestellt werden, eines der Verfahren zur Herstellung konventioneller Vliese. Filter, die aus Fasern gebildet werden, deren Durchmesser mehrere zehn Mikrometer beträgt, werden hauptsächlich mit einem solchen konventionellen Fertigungsverfahren hergestellt, und Filter, die aus Fasern mit einem Durchmesser von mehreren hundert Nanometern gebildet werden, bilden die Grenze dessen, was mit den konventionellen Verfahren hergestellt werden kann. Das Herstellungsverfahren, das einen elektrostatischen Sprühvorgang einsetzt, kann dagegen Vliese oder Verbundstoffe aus Fasern herstellen, die, wie oben angegeben, um ein oder zwei Größenordnungen dünner sind als jene, die nach dem konventionellen Herstellungsverfahren, beispielsweise dem „Verschmelzungsverfahren", hergestellt werden. Wird nur eine Düse mit einer Sprühaustrittöffnung zum elektrostatischen Sprühen verwendet, dann können nur kleine Filter von einigen Quadratzentimetern hergestellt werden. Darum ist ein Aufbau, bei dem nur eine Düse mit einer Sprühaustrittöffnung verwendet wird, im Hinblick auf eine Massenfertigung und auf die Produktivität nicht realistisch. Wenn Filter mit einer Breite von 100 cm oder einer entsprechenden Größe von Textilmanufakturen und Gewebeherstellern gefertigt werden, ist es erforderlich, mehrere Düsen zu verwenden, so wie es auch für nichtgewebte Erzeugnisse, also Vliese oder Verbundstoffe, und Filme der Fall ist, die mit den konventionellen Herstellungsverfahren hergestellt wurden.filter For example, you can also use the "merge method" be prepared, one of the methods for the production of conventional Fleeces. Filters made of fibers whose diameter several tens of microns, are mainly produced with such a conventional manufacturing method, and filters consisting of fibers with a diameter of several hundred Are formed the limit of what with the nanometer conventional methods can be produced. The manufacturing process, the can use an electrostatic spraying process, however, can Make nonwovens or composites of fibers which, as indicated above, thinner by one or two orders of magnitude are as those after the conventional manufacturing process, for example the "merger process" only one nozzle with a spray outlet opening used for electrostatic spraying, then you can only small filters of a few square centimeters can be made. Therefore, a structure in which only one nozzle with a Sprühaustrittöffnung is used in terms of mass production and on the Productivity not realistic. If filter with a Width of 100 cm or a corresponding size made by textile manufacturers and fabric manufacturers is it is necessary to use multiple nozzles, as it does for nonwoven products, ie nonwovens or composites, and films is the case with the conventional manufacturing process were manufactured.
Werden mehrere Düsen benutzt, dann taucht jedoch das Problem auf, dass der Betrieb des elektrostatischen Sprühvorgangs aufgrund der Einwirkungen von Störungen, Abstoßungserscheinungen und dergleichen der Ladung instabil wird und einige oder die meisten der mehreren vorgesehenen Düsen in einigen Fällen kein elektrostatisches Sprühen ausführen können. Es ist also eine Aufgabe, einen stabilen elektrostatischen Sprühvorgang bei Benutzung einer Mehrzahl von Düsen zu ermöglichen, damit eine Vorrichtung mit mehreren Düsen zum elektrostatischen Sprühen für einen praktischen Einsatz und zur Herstellung von Massenprodukten geeignet ist.Become uses multiple nozzles, but then the problem arises that the operation of electrostatic spraying due to the effects of disturbances, rejection phenomena and Like the charge becomes unstable and some or most of the several nozzles provided in some cases can not perform electrostatic spraying. It is therefore an object to have a stable electrostatic spraying process to allow using a plurality of nozzles, thus a device with multiple nozzles for electrostatic Spraying for a practical use and for Production of mass products is suitable.
Um
die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist ein als Ladungsverteilungsplatte
bezeichneter Mechanismus zur Unterdrückung der Störungs-
und Abstoßungsladungen in der
Außerdem
ist ein System in der
- Patentdokument 1:
japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2002-201559 - Patentdokument 2:
japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. H 8-153669
- Patent Document 1:
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2002-201559 - Patent Document 2:
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H 8-153669
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Das durch die Erfindung zu lösende ProblemThis by the invention solving problem
Aufgeladene und auf elektrostatischem Wege versprühte Materialpartikel werden von einem Kollektor angezogen, der als Kollektorfläche (Laminierungsfläche) dient und Ladungen einer unterschiedlichen Polarität aufweist, und dann auf dem Kollektor gesammelt (laminiert). Da die versprühten Materialpartikel dieselbe Polarität haben, stoßen sie einander aufgrund der Coulombschen Kräfte ab und werden gestreut und erreichen dann den Kollektor in einem gleichförmigen Zustand. Wenn die Materialpartikel sich auf dem Kollektor sammeln (laminiert werden), entladen sich ihre Ladungen in den Kollektor. Selbst wenn die Ladungen entladen worden sind, muss der Kollektor jederzeit die Höhe der Ladungen enthalten, die der Höhe der Ladungen der Materialpartikel äquivalent ist, da die Polarität der Ladungen anders ist als die der Ladungen der Materialpartikel, oder der Kollektor muss geerdet sein. Der Grund dafür ist, dass, wenn die versprühten Materialpartikel fortlaufend vom Kollektor angezogen und auf ihm gesammelt werden – in dem Fall, wo der Kollektor die der Ladungsmenge der Materialpartikel äquivalente Ladungsmenge enthält – die Polarität der Kollektorladung von der der Materialpartikel unterschiedlich ist, oder wenn der Kollektor geerdet ist, keine Ladungen zwischen den Sprühaustrittöffnungen der Düsen und dem Kollektor akkumuliert werden. Daraus folgt, dass die Materialpartikel von den Sprühaustrittöffnungen an gleichmäßig von der Kollektorfläche (Laminierfläche) angezogen werden und ein elektrostatischer Sprühvorgang ausgeführt wird. Wenn sich jedoch die Ladungen der versprühten Materialpartikel erhöhen, akkumulieren sich Ladungen zwischen den Sprühaustrittöffnungen und dem Kollektor. Da die Polarität der wie oben beschrieben akkumulierten Ladungen die gleiche ist wie die der noch zu versprühenden Materialpartikel, stoßen sich entsprechend dem Coulombschen Gesetz die Ladungen ab und unterdrücken das Sprühen aus den Sprühaustrittöffnungen, so dass aus den Sprühaustrittöffnungen der Düsen kein elektrostatischer Sprühvorgang erfolgen kann. Dieses Phänomen tritt in ähnlicher Form auf, ob es sich um einen Aufbau mit einer Düse oder mit mehreren Düsen handelt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Experimente mit Vorrichtungen zum elektrostatischen Sprühen durchgeführt, die einmal mit einer Düse und einmal mit mehreren Düsen aufgebaut waren, und die Erfinder fanden heraus, dass ein elektrostatischer Sprühvorgang gestoppt wird, wenn die Ladungsmenge des polymeren Materials erhöht wird, indem die angelegte Spannung allmählich erhöht wird. Da jedoch die Ladungsmenge des zu versprühenden polymeren Materials in der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen mit einer Düse geringer ist als in der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen mit mehreren Düsen, ist es leichter, einen elektrostatischen Sprühvorgang mit einer Version der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen mit einer Düse auszuführen. charged and electrostatically sprayed material particles are attracted by a collector acting as a collector surface (Lamination) serves and charges a different Polarity, and then collected on the collector (laminated). Because the sprayed material particles are the same Polarity, they bump into each other of Coulomb's forces and are scattered and reach then the collector in a uniform state. If the material particles collect on the collector (to be laminated), their charges discharge into the collector. Even if the charges have been discharged, the collector must always be the height containing charges that are equivalent to the amount of charges of the material particles is because the polarity of the charges is different than that of the Charges of the material particles, or the collector must be grounded. The reason is that when the sprayed Material particles continuously attracted to the collector and on it be collected - in the case where the collector of the Charge amount of the material particles equivalent charge amount contains - the polarity of the collector charge of which the material particle is different, or if the Collector is grounded, no charges between the Sprühauspföffnungen the nozzles and the collector are accumulated. from that It follows that the material particles from the spray orifices evenly from the collector surface (Laminating) are attracted and an electrostatic Spraying is performed. If, however, increase the charges of the sprayed material particles, Charges accumulate between the spray outlet openings and the collector. Because the polarity of the as described above accumulated charges are the same as those of the still to be sprayed Particles of material collide according to Coulomb's Law off the charges and suppress the spraying from the spray orifice, leaving the Spray outlet openings of the nozzles no electrostatic spraying can take place. This phenomenon occurs in a similar way, whether it is a construction with one or more nozzles. The inventors of the present invention have experimented with devices for the electrostatic spraying performed once built with a nozzle and once with multiple nozzles were, and the inventors found that an electrostatic Spraying is stopped when the charge amount of the polymeric Material is increased by the applied voltage gradually is increased. However, since the amount of charge to be sprayed polymeric material in the electrostatic spraying apparatus with a nozzle is lower than in the device for electrostatic spraying with several nozzles, It is easier to use an electrostatic spray with a version of the device for electrostatic spraying with a nozzle.
Werden mehrere Düsen verwendet, um die Produktivität zu erhöhen, erhöht sich die Ladungsmenge unausweichlich, die Ladungen stoßen sich intensiv ab, und in vielen Fällen wird die Durchführung eines elektrostatischen Sprühvorgangs verhindert. Darum ist es erforderlich, die Ladungsmengen zu reduzieren, genauer gesagt, die anzulegende Spannung zu erniedrigen. Wird jedoch die anzulegende Spannung auf diese Weise erniedrigt, dann tritt das Problem auf, dass die Sprühgeschwindigkeit abfällt und die Produktivität sich verringert. Außerdem sind die Abstoßungskräfte zwischen den Ladungen erforderlich, damit an den Sprühaustrittöffnungen an den Spitzen der Düsen ein Sprühen entsteht. Wird die Ladungsmenge reduziert, indem die anzulegende Spannung erniedrigt wird, sind die zum Sprühen erforderlichen Abstoßungskräfte ungenügend und der Sprühvorgang kann in einigen Fällen nicht durchgeführt werden.Become multiple nozzles used to increase productivity increase, the amount of charge inevitably increases, the charges are repelled intensively, and in many cases will carry out an electrostatic spraying process prevented. Therefore, it is necessary to reduce the charge quantities more precisely, to lower the voltage to be applied. Will, however the voltage to be applied is lowered in this way, then occurs the problem is that the spray speed drops and the productivity decreases. In addition, the Repulsion forces between the charges required, so that at the spray outlet openings at the tips the nozzles a spraying arises. Becomes the charge amount reduced by the voltage to be applied is lowered are the repulsive forces required for spraying insufficient and the spraying process may be in some Cases are not carried out.
Wenn also ein elektrostatischer Sprühvorgang in der mit mehreren Düsen ausgestatteten Konfiguration unter den gleichen Bedingungen ausgeführt wird wie mit der mit einer Düse ausgestatteten Konfiguration, beispielsweise mit derselben Spannung und derselben Sprühdistanz, dann können einige oder die meisten den mehreren Düsen in vielen Fällen keinen elektrostatischen Sprühvorgang ausführen. Darum muss die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen mit mehreren Düsen zur Durchführung eines elektrostatischen Sprühvorgangs eine besondere Konfiguration haben, damit ein elektrostatischer Sprühvorgang so effizient wie mit einer Konfiguration mit nur einer Düse durchgeführt werden kann.Thus, if electrostatic spraying is performed in the multi-nozzle configuration under the same conditions as the nozzle equipped configuration, for example the same voltage and spraying distance, then some or most of the multiple nozzles may not electrostatically spray in many cases To run. Therefore, the device for electrostatic spraying with multiple nozzles must be carried out An electrostatic spraying operation may have a particular configuration to allow electrostatic spraying to be performed as efficiently as with a single nozzle configuration.
Bei einer konventionellen Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen ist beispielsweise der Kollektor parallel zu den Sprühaustrittöffnungen der mehreren Düsen angeordnet, wobei der Kollektor aus einem hochleitenden Material wie Aluminiumfolie besteht, so dass Ladungen sich nicht zwischen den Sprühaustrittöffnungen und dem Kollektor akkumulieren, und/oder die Fläche des Kollektors ist so groß wie möglich ausgelegt. Aber sogar bei dieser Art des Aufbaus ist die Wirkung in gewissem Grad begrenzt und bietet keine dramatische Verbesserung. Diese Art des Aufbaus bietet also keine grundsätzliche Lösung.at a conventional device for electrostatic spraying For example, the collector is parallel to the Sprühaustrittsöffnungen the multiple nozzles arranged, with the collector off a highly conductive material such as aluminum foil, so that Do not charge between the spray outlet openings and accumulate the collector, and / or the area of the Collector is designed as big as possible. But even with this kind of construction, the effect is in a certain way Degree limited and does not offer dramatic improvement. This kind of the structure thus offers no fundamental solution.
Außerdem bietet die konventionelle Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen nur eine geringe Sammlungseffizienz während des elektrostatischen Sprühvorgangs und verursacht damit ein Problem, dass ein Ansammeln (Laminieren) nur an dafür vorgesehenen örtlichen Stellen nicht durchgeführt werden kann und dass nicht eingefangene Partikel um die Vorrichtung verstreut werden. Den Erfindern ist diese Art von Dispersionsproblem bei der Ausführung von elektrostatischem Sprühen mit einer Vorrichtung aufgefallen, die mit einer Acrylabdeckung oder dergleichen versehen war. Ein solches Problem, das heißt, dass die versprühten Materialpartikel nicht (als Laminat) eingesammelt werden können, verursacht selbstverständlich einen Verlust an Material. Zusätzlich dazu müssen die gesundheitlichen Risiken der Arbeiter berücksichtigt werden, da große Mengen von Fasern von einigen Nanometern bis zu mehreren zehn Nanometern Durchmesser gestreut werden.Furthermore offers the conventional device for electrostatic spraying only a low collection efficiency during the electrostatic spraying process and thus causes a problem that accumulation (lamination) only in designated local places not can be performed and that uncaught particles scattered around the device. The inventors are this kind of dispersion problem in the performance of electrostatic Spraying with a device noticed with a Acrylic cover or the like was provided. Such a problem, that means that the sprayed material particles do not (as Laminate) can be collected, of course caused a loss of material. In addition to this considered the health risks of the workers Be as large amounts of fibers of a few nanometers be scattered to several tens of nanometers in diameter.
Dementsprechend hat die vorliegende Erfindung den Zweck, eine Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen und ein Verfahren zum elektrostatischen Sprühen bereitzustellen, die in der Lage sind, einen elektrostatischen Sprühvorgang bei Verwendung einer Mehrzahl von Sprühmitteln stabil durchzuführen, und die in der Lage sind, Produkte in Massenherstellungsverfahren mit hoher Sammlungseffizienz, ausgezeichneter Produktivität, großer Genauigkeit und hoher Sicherheit herzustellen.Accordingly the present invention has the purpose of a device for electrostatic Spraying and a method of electrostatic spraying to provide an electrostatic spraying process perform stably when using a plurality of sprays, and who are able to mass produce products with high collection efficiency, excellent productivity, high accuracy and high security.
Mittel zum Lösen der ProblemeMeans for releasing the problems
Die Vorrichtung und das Verfahren zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung sind wie nachfolgend beschrieben aufgebaut, um verschiedene Probleme zu lösen, die bei den oben erwähnten konventionellen Vorrichtungen zum elektrostatischen Sprühen auftreten.The Apparatus and method for electrostatic spraying according to the present invention are as follows described in order to solve various problems, those in the above-mentioned conventional devices occur for electrostatic spraying.
Die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:
- eine Vielzahl von Spinneinheiten, von denen jede eine Vielzahl von Düsen aufweist, die zweidimensional angeordnet sind, um eine Polymerlösung, die eine polymere Substanz enthält und unter Verwendung eines Lösungsmittels als eine Flüssigkeit ausgebildet ist, elektrostatisch zu sprühen, und einen ersten Kollektor, der so angeordnet ist, dass er gegenüber der Vielzahl von Düsen mit einer dazwischenliegenden Isolierschicht angeordnet ist, wobei die Polarität der dem ersten Kollektor zugeführten Spannung sich von der Polarität der Spannung unterscheidet, die den Düsen zugeführt wird, oder der erste Kollektor an Massepotential geerdet ist,
- eine erste Spannungsquelle zum Anlegen einer vorbestimmten Hochspannung an die Düsen, und
- Kollektorabschnitte, die den Spinneinheiten zugeordnet sind und die eine Kollektorbahn bewegbar halten, wobei
- die Spinneinheit mit einem Mittel zur Bildung eines Luftstroms versehen ist, der in eine Richtung strömt, die im Wesentlichen orthogonal zu der Sprührichtung von den Düsen zu dem ersten Kollektor verläuft, um einen Luftstrom in Richtung der Kollektorbahn zu bilden. Die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann elektrostatische Sprühvorgänge stabil und fortlaufend mit hoher Sammlungseffizienz ausführen.
- a plurality of spinning units each having a plurality of nozzles arranged two-dimensionally to electrostatically spray a polymer solution containing a polymeric substance formed using a solvent as a liquid; and a first collector, the like is disposed opposite to the plurality of nozzles with an insulating layer therebetween, the polarity of the voltage applied to the first collector being different from the polarity of the voltage supplied to the nozzles, or the first collector grounded to ground potential,
- a first voltage source for applying a predetermined high voltage to the nozzles, and
- Collector sections which are associated with the spinning units and which hold a collector track movable, wherein
- the spinning unit is provided with means for forming an air flow which flows in a direction substantially orthogonal to the spraying direction from the nozzles to the first collector to form an air flow in the direction of the collector track. The electrostatic spray apparatus according to the present invention, which is configured as described above, can perform electrostatic spraying operations stably and continuously with high collection efficiency.
Das Verfahren zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte:
- Zuführen einer Polymerlösung, die eine polymere Substanz enthält und unter Verwendung eines Lösungsmittels als eine Flüssigkeit ausgebildet ist, an eine Vielzahl von zweidimensional angeordneten Düsen,
- Anlegen einer Hochspannung an die Düsen, um die Polymerlösung elektrostatisch aus den Düsen zu sprühen,
- Erzeugen eines Luftstroms, der in eine Richtung strömt, die im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung des elektrostatischen Sprühens einer mit den Düsen ausgerüsteten Spinneinheit verläuft, und
- Zuführen des Luftstroms an die elektrostatisch gesprühte und aufgeladene polymere Substanz, so dass die polymere Substanz auf einer Kollektorbahn laminiert wird, die im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung des Luftstroms angeordnet ist. Mit dem oben genannten Verfahren zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein elektrostatischer Sprühvorgang stabil mit hoher Sammlungseffizienz ausgeführt werden.
- Supplying a polymer solution containing a polymeric substance and formed using a solvent as a liquid to a plurality of two-dimensionally arranged nozzles,
- Applying a high voltage to the nozzles to electrostatically spray the polymer solution from the nozzles,
- Generating an air flow flowing in a direction substantially orthogonal to the direction of electrostatic spraying of a spinning unit equipped with the nozzles, and
- Supplying the air stream to the electrostatically sprayed and charged polymeric substance such that the polymeric substance is laminated on a collector track that is substantially orthogonal to the direction of the airflow. With the above-mentioned method of electrostatic spraying according to the present invention, electrostatic spraying can be performed stably with high collection efficiency.
Wirkung der ErfindungEffect of the invention
Die vorliegende Erfindung kann eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrostatischen Sprühen bereitstellen, die in der Lage sind, Massenprodukte bei hoher Sammlungseffizienz, ausgezeichneter Produktivität und großer Genauigkeit herzustellen und die dazu eine Vielzahl von Düsen verwenden, die zweidimensional angeordnet sind und als Mittel zum Sprühen dienen.The present invention can provide an apparatus and method for electrostatic spraying capable of producing mass products with high collection efficiency, excellent productivity and high accuracy, using a plurality of nozzles arranged two-dimensionally and serving as a spraying means.
Außerdem kann die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrostatischen Sprühen bereitstellen, die eine hohe Sicherheit bieten, weil ein während des elektrostatischen Sprühprozesses verwendetes organisches Lösungsmittel auf sichere Weise wieder zurückgewonnen werden kann.Furthermore For example, the present invention may be an apparatus and a method to provide electrostatic spraying, which has a high Provide security because one during the electrostatic spraying process used organic solvent in a safe way can be recovered again.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beste Art und Weise zur Ausführung der ErfindungBest way to execute the invention
Es folgt die detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung; dabei wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen.It follows the detailed description of a preferred embodiment an apparatus and method for electrostatic spraying according to the present invention; this reference is made to the attached drawings.
Ausführungsform 1Embodiment 1
Zuerst
wird mit Hinweis auf
Die
Kollektorbahn
Wie
in
Außerdem
ist es bei der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen
gemäß der Ausführungsform 1 nicht erforderlich,
dass die den Spinneinheiten
Als
Nächstes wird der Aufbau und der Betrieb der Spinneinheiten
Wie
Eine
Lösung, die durch das Mischen einer polymeren Substanz
wie Polyurethan, das als das Material von Nanofasern dient, mit
einem Lösungsmittel wie Toluol entsteht, wird aus jedem
der Materialvorratstanks
Obgleich
der Sprühblock
Die
leitende Platte
Auf
der gesamten unteren Fläche im Innern der Spinneinheit
Die
leitende Platte
Allgemein
gesagt ist ein Material, das leicht zu bearbeiten und leitend ist,
beispielsweise rostfreier Stahl, als Material für den Sprühblock
Die
Isolierabdeckung
Da
in der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der
Ausführungsform 1 zum Erzielen einer Lösung ein
organisches Lösungsmittel wie Toluol zum Lösen
der polymeren Substanz usw. verwendet wird, ist es von Vorteil,
dass die Bereiche, die mit der Lösung in Kontakt kommen,
beispielsweise die Isolierabdeckung
Die
die polymere Substanz enthaltende Lösung, die aus dem Materialvorratstank
Wie
in
Das
Gehäuse, das die Außenfläche der Spinneinheit
Wenn
von der ersten Spannungsquelle
Der
Abstand zwischen den Spitzen der Düsen
Da
die versprühten Flüssigkeitspartikel, die von
den Spitzen der Düsen
Selbst
wenn die die polymere Substanz enthaltende Lösung wie oben
beschrieben in den Zustand von Nanofasern übergegangen
ist, das heißt, selbst wenn die Lösung in den
festen Zustand transformiert ist, bleiben die von den Düsen
Die
Isolierschicht
Die
zweite Spannungsquelle
Außerdem
ist die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der
Ausführungsform 1 so aufgebaut, dass trockene Luft durch
das an dem Kollektorabschnitt
Wie
oben beschrieben wurde, ist die Vorrichtung zum elektrostatischen
Sprühen gemäß der Ausführungsform
1 so aufgebaut, dass mit ihr die Nanofasern im Kollektorabschnitt
In
der Ausführungsform 1 wird das Metallnetz
Die
Spinneinheit
Wie
oben beschrieben wurde, werden die in der Spinneinheit
Da
die aus den Düsen
Das bei den oben erwähnten konventionellen Vorrichtungen auftretende Problem, dass sich nämlich Ladungen zwischen den Sprühaustrittöffnungen und dem Kollektor akkumulieren, sich die akkumulierten Ladungen abstoßen und neu aufgeladene Materialpartikel nicht aus den Düsen ausgesprüht werden können, wird mit der Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der Ausführungsform 1 gelöst.The occurring in the above-mentioned conventional devices Problem, namely that charges between the Sprühaustrittsöffnungen and the collector accumulate accumulated charges repel and re-charged material particles are not can be sprayed out the nozzles, becomes with the use of the above-described device for electrostatic spraying solved according to the embodiment 1.
In
der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der
Ausführungsform 1 wird trockene Luft durch die Lufteinlassöffnung
Der
Aufbau zum Zuführen von trockener Luft gemäß der
Ausführungsform 1 wird nicht nur als Maßnahme
gegen ein Streuen der Nanofasern eingesetzt, sondern auch dazu genutzt,
ein Einfangen des in der Materiallösung enthaltenen organischen Lösungsmittels
zu ermöglichen. Da das in der Ausführung
Der Vorgang des Sammelns der Nanofasern in der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der Ausführungsform 1 wird nachfolgend detaillierter beschrieben.Of the Process of collecting the nanofibers in the device for electrostatic Spraying according to the embodiment 1 will be described in more detail below.
Trockene
Luft mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 40 % oder weniger wird in
jede Spinneinheit
Wie
oben beschrieben ist die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen
gemäß der Ausführungsform 1 so aufgebaut,
dass der Druck innerhalb der Wiedergewinnungseinheit auf einen Unterdruck so
eingestellt ist, dass der Druck innerhalb des Kollektorabschnitts
In
der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der
Ausführungsform 1 ist es ein wichtiges Merkmal, dass die
trockene Luft von jeder Spinneinheit
Die
Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der
Ausführungsform 1 ist mit einer Steuervorrichtung ausgestattet,
die in der Lage ist, die jeweilig entsprechende Spinneinheit
Wie oben beschrieben, kann die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung stabile elektrostatische Sprühprozesse bei Verwendung der Mehrzahl von Düsen ausführen und die gewünschten Produkte in Massenfertigung herstellen.As As described above, the device for electrostatic spraying According to the present invention stable electrostatic Spray processes using the plurality of nozzles run and the desired products in mass production produce.
Außerdem ermöglicht die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, die Massenfertigung von aus Nanofasern gebildeten Vliesen und Verbundstoffen und von Filtern von mehreren Nanometern [nm] bis zu mehreren zehn Nanometern [nm] Durchmesser. Die bei Anwendung der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Filter können demgemäß selbstverständlich die Anforderungen an konventionelle Filter erfüllen und können Staub, Bakterien, zum Beispiel Anthrax-Erreger, eliminieren, die bei Verwendung konventioneller Filter nicht eliminiert werden könnten.Furthermore allows the device for electrostatic spraying according to the present invention as described above the mass production of nonwovens and composites formed from nanofibres and from filters of several nanometers [nm] to several tens Nanometers [nm] diameter. When using the device for electrostatic spraying according to the present invention Accordingly, filters made according to the invention may of course be understood meet the requirements for conventional filters and may be dust, bacteria, for example anthrax pathogens, eliminate that are not eliminated when using conventional filters could.
Zusätzlich haben die mit der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Filter nicht nur im Hinblick auf „Eliminierung", sondern auch im Hinblick auf „Auswahl" eine ausgezeichnete Wirkung. Die Tatsache, dass Partikel von mehreren Nanometern Durchmesser eingefangen werden, ermöglicht es, dass nicht nur unerwünschte Substanzen eliminiert werden, sondern auch Nanopartikel herausgenommen werden. Wenn es sich beispielsweise um Diamantschleifkörner und dergleichen handelt, dann wird die konventionelle Schleifgenauigkeit um zwei oder mehr Größenordnungen verbessert, wenn nur die Schleifkörner von mehreren zehn Nanometern [nm] Durchmesser ausgewählt werden können. Außerdem können die mit der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Filter auch zur Arzneimittel- oder Drogentrennung verwendet werden. Wie oben gesagt weisen die Vorrichtung und das Verfahren zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Merkmale zur „Auswahl" auf dem Nano-Niveau auf.additionally have those with the device for electrostatic spraying produced according to the present invention Filter not only in terms of "elimination", but also with regard to "selection" an excellent effect. The fact that particles of several nanometers in diameter Captures that not only allows unwanted Substances are eliminated, but also nanoparticles taken out become. For example, when it comes to diamond abrasive grains and the like, then becomes the conventional grinding accuracy improved by two or more orders of magnitude, if only the abrasive grains of tens of nanometers [nm] diameter can be selected. Furthermore Can be used with the device for electrostatic spraying produced according to the present invention Filters can also be used for drug or drug separation. As stated above, the electrostatic spraying apparatus and method excellent according to the present invention Characteristics of "selection" on the nano-level.
Darüber hinaus können die unter Verwendung der Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Produkte ebenfalls in der regenerativen Medizin zum Herstellen von „künstlichen biologischen Membranen" und dergleichen eingesetzt werden; allerdings befindet sich die Medizin derzeit noch im Forschungsstadium. Es ist zu erwarten, dass sich die vorliegende Erfindung auch auf diesem speziellen Gebiet als nützlich erweist.About that In addition, those using the device for electrostatic spraying according to the present invention Invention products also in the regenerative Medicine for the production of "artificial biological Membranes "and the like are used, but is located Medicine is currently still in the research stage. It is to be expected that the present invention also in this specific field proves useful.
Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability
Die Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen gemäß der vorliegenden Erfindung führt einen elektrostatischen Sprühvorgang bei Verwendung einer Mehrzahl von Düsen stabil aus; sie ist dadurch für Einrichtungen nützlich, die zur Massenherstellung verwendet werden sollen.The electrostatic spraying apparatus according to the present invention performs an electrostatic spraying operation using egg a plurality of nozzles stable out; it is therefore useful for facilities intended for mass production.
ZusammenfassungSummary
Eine Vorrichtung zum elektrostatischen Sprühen ist so ausgebildet, dass eine Vielzahl von Spinneinheiten, von denen jede eine Vielzahl von zweidimensional angeordneten Düsen zum elektrostatischen Sprühen einer polymeren Lösung aufweist, und ein erster Kollektor, der der Vielzahl von Düsen, mit einer dazwischenliegenden Isolierschicht gegenüberliegt, an Kollektorabschnitten installiert sind, um eine sich bewegende Kollektorbahn so zu halten, das ein Luftstrom orthogonal zur Sprührichtung von den Düsen zum ersten Kollektor und zur Kollektorschicht in der Spinneinheit gebildet wird.A Apparatus for electrostatic spraying is designed that a variety of spinning units, each of which is a variety from two-dimensionally arranged nozzles to the electrostatic Spraying a polymeric solution, and a first collector, the plurality of nozzles, with a interposed insulating layer, at collector sections are installed to hold a moving collector track so an air flow orthogonal to the spray direction of the Nozzles to the first collector and to the collector layer in the spinning unit is formed.
- 11
- Düsejet
- 22
- leitende Plattesenior plate
- 33
- aufgeladene Teilchencharged particle
- 44
- erster Kollektorfirst collector
- 55
- Isolierschichtinsulating
- 66
- LufteinlassöffnungAir inlet opening
- 77
- zweiter Kollektorsecond collector
- 88th
- Kollektorbahncollecting sheet
- 99
- Isolierabdeckunginsulating
- 1010
- Gehäusecasing
- 1111
- Flanschflange
- 1212
- Installationsöffnunginstallation opening
- 1313
- Kollektorabschnittcollector section
- 1414
- Materialzuführrohrmaterial supply
- 1515
- MaterialvorratstankMaterial storage tank
- 1616
- Metallnetzmetal mesh
- 1717
- Luftstromairflow
- 1818
- Zwischenrolleintermediate wheel
- 1919
- WiedergewinnungseinheitRecovery unit
- 2020
- Zuführspulefeed spool
- 2121
- Aufnahmespuleup spool
- 2222
- Spinneinheitspinning unit
- 3030
- SprühblockSpray block
- 4040
- erste Spannungsquellefirst voltage source
- 5050
- zweite Spannungsquellesecond voltage source
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PANASONIC CORP., KADOMA, OSAKA, JP |
|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20130928 |