DE112010003200B4

DE112010003200B4 - Rotationsspinnelektrode

Info

Publication number: DE112010003200B4
Application number: DE112010003200.9T
Authority: DE
Inventors: Frantisek Syba; Miroslav Maly
Original assignee: Elmarco sro
Current assignee: Elmarco sro
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: WO2011015161A3; DE112010003200T5; RU2012108443A; CZ308360B6; JP2013501158A; WO2011015161A2; US20120183638A1; TR201201300T1; TW201111568A; US8573959B2; RU2547639C2; CZ2009525A3; JP5519791B2

Abstract

Rotationsspinnelektrode in länglicher Form, die zum Hinaustragen der Polymerlösung aus einem Vorratsbehälter einer Polymerlösung oder -schmelze in ein elektrisches Feld zum Verspinnen in Vorrichtungen zur Erzeugung von Nanofasern durch elektrostatisches Verspinnen von Polymerlösungen oder -schmelzen dient, die ein Paar von Endflächen (2, 3) aufweist, die auf einem Tragmittel (1) angeordnet sind und zwischen denen Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) gelagert sind, die durch eine Saite oder einen Draht (4) gebildet sind und die Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) bezüglich der Drehachse (11) der Rotationsspinnelektrode schräg gestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) durch eine kontinuierliche Saite oder einen kontinuierlichen Draht (4) gebildet sind, wobei mindestens eine Endfläche (3) in der Richtung der Drehachse (11) der Rotationsspinnelektrode verstellbar ist und mit einem Spannmittel gekoppelt ist.

Description

Bereich der Technik
Die Erfindung betrifft eine Rotationsspinnelektrode in länglicher Form gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bisher bekannte Vorrichtungen zur Erzeugung von Nanofasern aus einer Polymerlösung durch elektrostatisches Verspinnen, die eine drehbar gelagerte Spinnelektrode in länglicher Form aufweisen, sind z.B. durch WO 2005/024101 A1 offenbart. Diese Vorrichtung weist eine Spinnelektrode in der Form eines Zylinders auf, der sich um seine Hauptachse herum dreht, und mit dem unteren Teil der Oberfläche in die Polymerlösung eintaucht. Die Polymerlösung wird durch die Zylinderoberfläche ins elektrische Feld zwischen der Spinn- und der Sammelelektrode verbracht, wo die Nanofasern gebildet werden, die in der Richtung zur Sammelelektrode mitgenommen werden und vor ihr auf ein Trägermaterial gelagert werden. Diese Vorrichtung ist sehr gut geeignet, Nanofasern aus wässrigen Polymerlösungen zu erzeugen, die auf das Trägermaterial aufgetragene Nanofaserschicht ist über die ganze Länge der Spinnelektrode jedoch nicht gleichmäßig.
Aus DE 101 36 255 B4 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Fasern aus einer Polymerlösung oder -schmelze bekannt, die mindestens zwei Spinnelektrodenvorrichtungen aufweist, von denen jede durch ein System von parallel laufenden Drähten gebildet ist, die auf einem Paar von Endlos-Bändern gelagert sind, die um zwei Führungswalzen herum geführt sind, die übereinander positioniert sind, wobei die untere Führungswalze in die Polymerlösung oder -schmelze eindringt. Zwischen diesen zwei Spinnelektrodenvorrichtungen wird eine Textilie als eine Gegenelektrode geführt, wobei durch die Spinnelektrodenvorrichtungen zugleich Vorderseite und Rückseite der Textilie beschichtet wird.
Die Spinnelektrode ist gemeinsam mit der Gegenelektrode, die durch ein elektrisch leitendes umlaufendes Band gebildet wird, an eine Hochspannungsquelle angeschlossen. Die Polymerlösung oder -schmelze wird mittels Drähten ins elektrische Feld zwischen der Spinnelektrode und der Gegenelektrode verbracht, wo die Fasern aus der Polymerlösung oder -schmelze gebildet werden, die zur Gegenelektrode mitgenommen werden und auf die auf der Gegenelektrode positionierte Textilie treffen. Ein Nachteil besteht in der langen Zeit des Aufenthaltes der Polymerlösung oder -schmelze in dem elektrischen Feld, denn sowohl die Polymerlösung als auch die Polymerschmelze altern relativ schnell und ändern so im Laufe des Spinnprozesses ihre Eigenschaften, was auch zu Änderungen der Parameter der gebildeten Fasern, insbesondere ihres Durchmessers, führt. Ein weiterer Nachteil besteht in der Lagerung der Drähte der Spinnelektrode auf einem Paar von Endlos-Bändern, die entweder elektrisch leitend sind und das elektrische Feld stark negativ beeinflussen, das zwischen der Spinnelektrode und der Gegenelektrode gebildet wird, oder die elektrisch nicht leitend sind und die hohe Spannung den vorzugsweise ein bis drei Drähten der Spinnelektroden mittels Gleitkontakten zugeführt wird, was die Spinnvorrichtung unnötig kompliziert macht.
Aus WO 2008/028 428 A1 ist eine Rotationsspinnelektrode in länglicher Form für eine Vorrichtung zur Erzeugung von Nanofasern durch elektrostatisches Verspinnen von Polymerlösungen bekannt, die ein Paar von Endflächen aufweist, zwischen denen die durch einen Draht gebildeten Spinnstäbe gelagert sind, die gleichmäßig verteilt sind über den Umfang und die parallel verlaufen mit der Drehachse der Rotationsspinnelektrode. Die Endflächen sind aus einem elektrisch nichtleitenden Material gebildet und alle Spinnstäbe sind gegenseitig elektrisch leitend verbunden.
Die Spinnstäbe, die parallel zur Drehachse der Rotationsspinnelektrode gelagert sind, bieten zwar gute Voraussetzungen zum Verspinnen im elektrischen Feld, bei deren Austreten aus der Lösung oder der Schmelze kommt es aber infolge der Oberflächenspannung der Polymerlösung oder -schmelze insbesondere bei Elektrodenlängen über 0,5 m zum Verspritzen von Polymerlösung oder -schmelze, weil der Spinnstab über seine ganze Länge aus der Oberfläche der Lösung taucht.
Aus der US 2008/0 307 766 A1 ist eine Rotationsspinnelektrode in länglicher Form bekannt, die zum Hinaustragen der Polymerlösung aus einem Vorratsbehälter einer Polymerlösung in ein elektrisches Feld zum Verspinnen in Vorrichtungen zur Erzeugung von Nanofasern durch elektrostatisches Verspinnen von Polymerlösungen dient. Die Rotationsspinnelektrode weist ein Paar von Endflächen auf, die auf einem Tragmittel angeordnet sind und zwischen denen Spinnstäbe gelagert sind. Die Spinnstäbe sind zick-zackförmig ausgebildet und erstrecken sich parallel zur Drehachse der Rotationsspinnelektrode. Sie sind als Lamellen beschrieben, die aus einem wellenförmigen, flachen Material hergestellt sind.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die guten Voraussetzungen zum Verspinnen zu erhalten und das Verspritzen beim Austritt des Spinnstabes aus der Polymerlösung oder -schmelze zu vermeiden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Das Ziel der Erfindung wird durch eine erfindungsgemäße Rotationsspinnelektrode gemäß Anspruch 1 erreicht, deren Wesen darin besteht, dass Spinnstäbe, die durch Spinnsaiten oder Spinndrähte gebildet sind, zur Drehachse der Rotationsspinnelektrode schräg verlaufen und die durch eine kontinuierliche Saite oder einen kontinuierlichen Draht gebildet sind, wobei mindestens eine Endfläche in der Richtung der Drehachse der Rotationsspinnelektrode verstellbar ist und mit einem Spannmittel gekoppelt ist. Durch den Schrägverlauf tritt die Spinnsaite oder der Spinndraht sukzessive aus der Lösung oder Schmelze der Polymermatrix, so dass es nicht einmal bei Längen der Spinnelektrode von über 1 m zum Verspritzen kommt.
Zur Erreichung von optimalen Bedingungen beim Spinnen ist es vorteilhaft, wenn die Enden der Spinnsaiten oder Spinndrähte auf beiden Endflächen in demselben Abstand von der Drehachse angebracht sind.
Um eine einfache Zuführung von elektrischer Spannung zu den Spinnsaiten oder Spinndrähten zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Endflächen aus einem leitenden Material bestehen. Bei dieser Lösung ist es ausreichend, wenn die elektrische Spannung der Lösung oder Schmelze der Polymermatrix zugeführt wird und infolge der Leitfähigkeit der Endflächen, von denen sich immer ein Teil in der Lösung oder Schmelze der Polymermatrix befindet, stehen alle Spinnsaiten oder Spinndrähte unter Spannung.
Vor allem bei Längen der Rotationsspinnelektrode größer als 1 m ist es wichtig, dass alle Spinnsaiten oder Spinndrähte ganz fest sitzen. Dies wird durch Spannmittel erreicht.
Das Spannmittel wird durch einen Anschlag, der zwischen den Endflächen befestigt ist, und eine Druckfeder gebildet, die zwischen dem Anschlag und der verstellbaren Endfläche angeordnet ist.
Der Anschlag weist dabei in einer vorteilhaften Ausführung die Form und Größe der Endfläche auf und ist mit Öffnungen versehen zum Durchgang der Spinnsaiten oder Spinndrähte zur verstellbaren Endfläche, auf der sie befestigt sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Spinnsaiten oder Spinndrähte auf den Endflächen unabhängig voneinander gelagert und jeder Spinnsaite oder jedem Spinndraht ist mindestens ein individuelles Spannmittel zugeordnet.
Das individuelle Spannmittel ist dabei vorteilhaft durch eine Druckfeder gebildet, die zwischen der jeweiligen Endfläche und dem Endglied angeordnet ist, das am Ende der Spinnsaite oder des Spinndrahtes befestigt ist.
Figurenliste
Die erfindungsgemäße Rotationsspinnelektrode ist auf den beigelegten Zeichnungen schematisch dargestellt; dabei zeigen:

1 eine axonometrische Ansicht auf die Rotationsspinnelektrode,
2 eine Ausführung mit Spinnstäben, die durch eine Saite oder einen Draht gebildet werden, und mit einem Spannmittel,
3 eine Ausführung mit unabhängigen Spinnstäben und einem Zentralspannmittel und
4 eine Ausführung mit unabhängigen Spinnstäben und individuellen Spannmitteln.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Rotationsspinnelektrode weist ein Tragmittel 1 auf, das in der dargestellten Ausführung durch eine Welle gebildet ist, auf der senkrecht zu ihrer Längsachse 11, die zugleich die Drehachse der Rotationsspinnelektrode ist, die Endflächen 2, 3 gelagert sind. Das Tragmittel 1 kann beispielsweise durch ein Rohr oder einen anderen geeigneten Körper gebildet sein. In dem Ausführungsbeispiel laut 1 weisen beide Endflächen denselben Durchmesser auf und auf ihrem Umfang sind gleichmäßig die Nuten 21, 22, 23, 24, 25, 26; 31, 32, 33, 34, 35 und 36 gebildet, in denen eine Saite oder ein Draht 4 montiert ist, wobei die Saiten- oder Drahtbereiche, die zwischen den Endflächen 2, 3 gespannt sind, die Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 bilden. Die Endfläche 3 ist gegenüber der Endfläche 2 gedreht, so dass die Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 bezüglich der Drehachse 11 der Spinnelektrode schräg gestellt sind. Die Enden der Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 sind auf beiden Endflächen 2, 3 in demselben Abstand von der Drehachse gelagert. Die Endflächen 2, 3 bestehen aus einem leitenden Material. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 werden die Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 durch eine kontinuierliche Saite oder einen kontinuierlichen Draht 4 gebildet. Gemäß 1 sind die Saite oder der Draht 4 auf festen Endflächen 2, 3 befestigt.
Nach 2 ist eine Endfläche 2 fest und die andere Endfläche 3 ist auf dem Tragmittel 1 axial verstellbar gelagert. Zwischen den Endflächen 2, 3 ist auf dem Tragmittel 1 ein Anschlag 5 fest angeordnet; zwischen ihm und der verstellbaren Endfläche 3 ist eine Druckfeder 6 gelagert. Der Anschlag weist in der dargestellten Ausführung die Form und Größe der Endfläche auf und ist mit den Öffnungen oder Nuten zum Durchgang der Saite oder des Drahtes 4 versehen, der die Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 bildet.
In dem Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 werden die Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 durch unabhängige Saiten oder Drähte 4 gebildet. In 3 ist ebenso wie bei der Ausführung nach 2 eine Endfläche 2 fest und die andere 3 auf dem Tragmittel 1 axial verstellbar gelagert. Zwischen den Endflächen 2, 3 ist auf dem Tragmittel 1 ein Anschlag 5 fest gelagert; zwischen ihm und der verstellbaren Endfläche 3 ist eine Druckfeder 6 gelagert. Der Anschlag weist bei der dargestellten Ausführung Form und Größe der Endfläche auf und ist mit Öffnungen oder Nuten zum Durchgang der Saiten oder Drähte 4 versehen, die die Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 bilden. In einer nicht dargestellten Ausführung ist der Durchmesser des Anschlages 5 kleiner als der Durchmesser der Endfläche 3. Bei dieser Ausführung werden alle einzelnen Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 mit einer verstellbaren Endfläche 3 und einer Druckfeder 6 gespannt, was hohe Ansprüche bezüglich gleicher Länge der einzelnen Spinnstäbe 41, 42, 43, 44, 45, 46 stellt.
Dieses Problem wird durch die Anordnung nach 4 beseitigt, bei dem jedem einzelnen Spinnstab 41, 42, 43, 44, 45, 46 ein individuelles Spannmittel zugeordnet ist, das durch eine Druckfeder 6 und ein Endglied 7 gebildet wird, das am Ende des Spinnstabes 41, 42, 43, 44, 45, 46 befestigt ist.
Bei Bedarf der Änderung der Länge der Rotationsspinnelektrode kann man die Endflächen 2, 3 auf dem Tragmittel 1 auf einfache Weise verstellen. Das Tragmittel 1 kann man beispielsweise mit Befestigungsöffnungen mit konstanter Teilung versehen. Der Benutzer hat dann die Möglichkeit, den Abstand der Endflächen nach der Breite des zu bearbeitenden Materials einzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Tragmittel
11: Achse
2: Endfläche
21, 22, 23, 24, 25, 26: Nuten
3: Endfläche
31, 32, 33, 34, 35, 36: Nuten
4: Saite oder Draht
41, 42, 43, 44, 45, 46: Spinnstab
5: Anschlag
6: Druckfeder
7: Endglied

Claims

Rotationsspinnelektrode in länglicher Form, die zum Hinaustragen der Polymerlösung aus einem Vorratsbehälter einer Polymerlösung oder -schmelze in ein elektrisches Feld zum Verspinnen in Vorrichtungen zur Erzeugung von Nanofasern durch elektrostatisches Verspinnen von Polymerlösungen oder -schmelzen dient, die ein Paar von Endflächen (2, 3) aufweist, die auf einem Tragmittel (1) angeordnet sind und zwischen denen Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) gelagert sind, die durch eine Saite oder einen Draht (4) gebildet sind und die Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) bezüglich der Drehachse (11) der Rotationsspinnelektrode schräg gestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) durch eine kontinuierliche Saite oder einen kontinuierlichen Draht (4) gebildet sind, wobei mindestens eine Endfläche (3) in der Richtung der Drehachse (11) der Rotationsspinnelektrode verstellbar ist und mit einem Spannmittel gekoppelt ist.
Rotationsspinnelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) auf beiden Endflächen (2, 3) in demselben Abstand von der Drehachse (11) gelagert sind.
Rotationsspinnelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endflächen (2, 3) aus einem leitenden Material sind.
Rotationsspinnelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel durch einen Anschlag (5), der zwischen den Endflächen (2, 3) befestigt ist, und eine Druckfeder (6) gebildet ist, die zwischen dem Anschlag (5) und der verstellbaren Endfläche (3) angeordnet ist.
Rotationsspinnelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (5) Form und Größe der Endflächen (2, 3) aufweist und mit Öffnungen zum Durchgang der Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) zur verstellbaren Endfläche (3) versehen ist, auf der die Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) befestigt sind.
Rotationsspinnelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnstäbe (41, 42, 43, 44, 45, 46) auf den Endflächen (2, 3) unabhängig gelagert sind und jedem von ihnen mindestens ein individuelles Spannmittel zugeordnet ist.
Rotationsspinnelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das individuelle Spannmittel durch eine Druckfeder (6) gebildet ist, die zwischen der jeweiligen Endfläche (3) und dem Endglied (7) angeordnet ist, das am Ende des Spinnstabes (41, 42, 43, 44, 45, 46) befestigt ist.