EP4051831B1 - Vorrichtung zur herstellung von elektrogesponnenen polymerkurzfasern - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung von elektrogesponnenen polymerkurzfasern Download PDF

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EP4051831B1
EP4051831B1 EP20800778.1A EP20800778A EP4051831B1 EP 4051831 B1 EP4051831 B1 EP 4051831B1 EP 20800778 A EP20800778 A EP 20800778A EP 4051831 B1 EP4051831 B1 EP 4051831B1
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polymer
dosing
cutting grid
collector medium
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EP4051831A1 (de
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Wilhelm Klepsch
Michael BERGHOLD
Björn KLEPSCH
Christian EISENMANN
Marco Grugger
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Itk Innovative Technologies By Klepsch GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D01D5/0046—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion the fibre formed by coagulation, i.e. wet electro-spinning

Definitions

  • the invention relates to a device for producing electrospun polymer short fibers, with a metering electrode and a collector medium opposite the metering electrode in the metering direction.
  • thermospinning devices which have a metering electrode for dispensing a polymer solution or a polymer melt and a collector plate opposite the metering electrode in the metering direction.
  • An electric field is applied in a withdrawal area extending between the dosing electrode and the collector plate acting as a counter electrode, as a result of which the polymer solution or melt drops on the dosing electrode are electrostatically charged and stretched under the influence of the electric field until a thin jet extends in the dosing direction
  • Collector plate developed towards. The evaporation of the solvent or the solidification of the melt creates polymer fibers that are deposited on the collector plate.
  • the previously electrospun polymer fibers can first be added to a storage liquid based on an ethanol/water mixture, which, together with the polymer fibers, is cooled below the glass transition temperature of the polymer fibers, as is the case, for example, in WO 2016128195 A1 is described. With the help of a mixer, they become brittle due to the temperature Polymer fibers are then chopped into short fibers and dispersed in the storage liquid.
  • the documents also contain relevant information WO 2006/089529 A1 , CN 109 306 528 A and JP 2012 052271 A .
  • the invention is therefore based on the object of creating a device of the type described at the outset, which enables continuous production of electrospun polymer short fibers.
  • the invention solves the problem in that the collector medium is preceded in the metering direction by a cutting grid which can be heated at least to the softening temperature of the polymer and whose mesh size corresponds to the minimum fiber length.
  • short fibers can be produced continuously within one process step because a primary fiber developing in the withdrawal area extending between the metering electrode and the collector medium first hits the heatable cutting grid and, as it passes through it, is cut into short fibers, which are then deposited on the collector medium. Due to electrostatically caused bending instabilities, the primary fiber essentially describes a trajectory in the withdrawal area, which has a cone extending in the metering direction as an envelope. Consequently, the primary fiber usually hits the cutting grid at an angle of incidence that is acute relative to the cutting grid plane, so that the border sections surrounding the individual grid openings or grid meshes form corresponding cutting edges for the impacting primary fiber.
  • the collector medium can also be a liquid, for example, which forms the reference potential or the counter electrode to the metering electrode by grounding.
  • the liquid can be a corresponding storage liquid, for example an ethanol/water mixture, so that the short fibers can be deposited directly in it and dispersed therein.
  • the collector container containing the storage liquid can comprise a liquid outlet via which the storage liquid, together with the short fibers dispersed therein, can be forwarded, for example, to a filling device.
  • a heating element basically leads to air mass heating and movement in the extraction area due to the formation of convection currents, which in turn can result in an impairment of the trajectory of the primary fiber or premature solidification of the polymer on the metering electrode, it has been shown that heating of the cutting grid to a temperature in a range of +- 20% of the softening temperature, preferably to the softening temperature of the polymer, does not affect the manufacturing process.
  • the softening temperature is understood in particular to mean the melting temperature for semi-crystalline polymers or the glass transition temperature for amorphous polymers.
  • the cutting grid has a mesh size of at least 5 ⁇ m. It has been shown that the fiber length distribution of the short fibers produced can be influenced by changing the mesh size of the cutting grid, although below a mesh size of 5 ⁇ m the primary fiber is no longer cut, but rather due to the increased specific surface area of the cutting grid This is deposited and, if necessary, evaporates before any short fibers can land on the collector medium.
  • the angle of appearance of the primary fiber on the grid meshes fundamentally influences the short fiber length, with a given mesh size x, in particular the frequency of short fibers with fiber lengths I can be increased in a range x ⁇ I ⁇ x* ⁇ 2, where the mesh size x is at least 5 ⁇ m. Since only the projection of the mesh size onto the normal plane to the dosing direction is crucial for the cutting process, the fiber length distribution can be controlled within certain limits using a cutting grid with a specified mesh size by tilting the cutting grid out of that normal plane.
  • the cutting grid is designed as an electrical heating resistor and as a counter electrode to the metering electrode.
  • an electric field is created between the cutting grid and the metering electrode.
  • a heating current flows through the cutting grid between two connection poles, which is generated by two different electrical potentials applied to the cutting grid, which differ significantly from that of the metering electrode, so that the heating currents do not influence the electrospinning process.
  • the cutting grid can be grounded with a connection pole. Because the electrical charges of the short fibers are already largely neutralized on the cutting grid, the short fibers produced can be deposited on or introduced into the collector medium without being hindered by electrical forces.
  • the method can therefore be carried out independently of its electrical conductivity and without the collector medium itself having to act as a counter electrode.
  • the stability and continuity of the manufacturing process can be further improved, especially when using polymers with high melting temperatures, if there is a gap between the metering electrode and the Cutting grid extending extraction area can be cooled via a temperature control fluid.
  • a temperature control fluid for example, the take-off area can be appropriately tempered by supplying cooled air, with the flow speed being chosen so that the stretching of the primary fiber is not impaired.
  • the process conditions can be further improved if the metering electrode itself is cooled via a temperature control fluid, for example if it is surrounded by a cooling air stream. This can prevent the solvent from evaporating prematurely and the released polymer from clogging the metering electrode.
  • the invention also relates to a method for producing short polymer fibers using a device according to the invention.
  • an electric field is generated between a metering electrode for dispensing a polymer system and a collector medium for depositing the spun fibers.
  • a primary fiber is pulled away from the metering electrode.
  • a polymer system is understood to mean the polymeric starting material for producing the fibers, i.e. in particular water-soluble, solvent-based and meltable polymers together with any additives and fillers.
  • the primary fiber is heated in sections at least to the softening temperature of the polymer and cut into short fibers, after which the short fibers are deposited on the collector medium.
  • a storage fluid for example a liquid ethanol/water mixture
  • a collector medium for example a liquid ethanol/water mixture
  • the storable short fiber dispersion obtained in this way can subsequently be easily processed further, for example to produce filter materials.
  • a device comprises a metering electrode 1 and a collector medium 3 opposite the metering electrode 1 in the metering direction 2.
  • the collector medium can be a storage liquid for the short fibers produced, for example an ethanol/water mixture located in a collector container 4.
  • a cutting grid 5 In front of the collector medium 3 in the metering direction 2 is a cutting grid 5 which is heated at least to the softening temperature of the polymer and whose mesh size corresponds to the minimum fiber length of the short fibers produced.
  • various polymer systems can be used as starting material, in particular water-soluble, solvent-based and meltable polymers together with any additives and fillers.
  • a polymer solution can serve as the starting material, which comprises mass proportions of approximately 20% of polymethyl methacrylate, approximately 55% of acetic acid and approximately 25% of ethyl acetate as well as optionally additional additives.
  • the softening temperature would be its glass transition temperature, which is around 100° - 110° C.
  • a voltage which can be between 20 kV and 30 kV is applied between the metering electrode 1 and the heated cutting grid 5 and/or the collector medium 3 to generate an electric field.
  • the polymer solution is fed to the withdrawal area 6 via the metering electrode 1 at a throughput of 3 ml/hour to 9 ml/hour, whereby the polymer drop forming on the metering electrode 1 is electrostatically charged and stretched under the influence of the electric field.
  • a primary fiber 7 develops in the withdrawal area 6 due to electrostatically caused Bending instabilities essentially describe a trajectory that has a cone extending in the metering direction 2 as an envelope, as is indicated schematically in the drawing.
  • the primary fiber 7 is heated in sections by the cutting grid 5 at least to the softening temperature of the polymer and is cut into short fibers in that the primary fiber 7 hits the cutting grid 5 at an acute angle of occurrence relative to the cutting grid plane so that the border sections surrounding the individual grid openings or grid meshes form corresponding cutting edges for the impacting primary fiber 7.
  • the short fibers produced in this way which are not shown in detail in the drawing, are subsequently deposited on the collector medium 3 and dispersed therein, so that the short fiber dispersion obtained in this way can be further processed without any problems, for example as a spray base for the production of filter materials.
  • the collector container 4 can have a corresponding liquid outlet, via which the storage liquid, together with the short fibers dispersed therein, can be forwarded to a filling device.
  • the fiber length distribution can be influenced, for example, via the mesh size of the grid mesh of the cutting grid 5.
  • the cutting grid 5 can have a mesh size of at least 5 ⁇ m.
  • the cutting grid 5 is designed as an electrical heating resistor and as a counter electrode to the metering electrode 1. Between two connection poles of a supply unit 8 for the cutting grid 5, a heating current flows through it, which is generated by two different electrical potentials applied to the cutting grid 5.
  • the metering electrode 1 and/or the withdrawal area 6 extending between the metering electrode 1 and the cutting grid 5 can be cooled via a temperature control fluid.
  • undesirable heating of the air in the extraction area 6 due to the heated cutting grid 5, which impairs the trajectory of the primary fiber 7, as well as clogging of the metering electrode 1 can be counteracted, whereby a more stable manufacturing process can be achieved.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung elektrogesponnener Polymerkurzfasern, mit einer Dosierelektrode und einem der Dosierelektrode in Dosierrichtung gegenüberliegenden Kollektormedium.
    • Stand der Technik
  • Zur Herstellung thermoplastischer Polymerfasern sind sogenannte Elektrospinnvorrichtungen bekannt, die eine Dosierelektrode zur Abgabe einer Polymerlösung bzw. einer Polymerschmelze und einer der Dosierelektrode in Dosierrichtung gegenüberliegenden Kollektorplatte aufweisen. In einem sich zwischen der Dosierelektrode und der als Gegenelektrode wirkenden Kollektorplatte erstreckenden Abzugsbereich wird ein elektrisches Feld angelegt, wodurch die polymeren Lösungs- oder Schmelzetropfen an der Dosierelektrode elektrostatisch aufgeladen und unter dem Einfluss des elektrischen Feldes verstreckt werden, bis sich ein dünner Strahl in Dosierrichtung zur Kollektorplatte hin entwickelt. Durch Verdunstung des Lösungsmittels bzw. durch Erstarren der Schmelze entstehen Polymerfasern, die sich auf der Kollektorplatte ablegen.
  • Um in weiterer Folge Kurzfasern in einer lagerfähigen Form zu erhalten, können die zuvor elektrogesponnenen Polymerfasern zunächst einer auf einem Ethanol/Wasser-Gemisch basierenden Lagerflüssigkeit aufgegeben werden, die mitsamt den Polymerfasern unterhalb der Glasübergangstemperatur der Polymerfasern gekühlt wird, wie dies beispielsweise in der WO 2016128195 A1 beschrieben wird. Mithilfe eines Mixers werden die temperaturbedingt spröden Polymerfasern anschließend zu Kurzfasern zerkleinert und in der Lagerflüssigkeit dispergiert. Relevante Informationen enthalten auch die Dokumente WO 2006/089529 A1 , CN 109 306 528 A und JP 2012 052271 A . Nachteilig ist allerdings, dass eine Herstellung elektrogesponnener Polymerkurzfasern bislang nur in einem zeitaufwändigen, diskontinuierlichen Prozess möglich ist, weil zunächst ein Primärfaserknäuel bzw. ein Primärfaservlies gesponnen werden muss, das erst in einem gesonderten Verfahrensschritt zu Kurzfasern weiterverarbeitet werden kann.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die eine kontinuierliche Herstellung elektrogesponnener Polymerkurzfasern ermöglicht.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass dem Kollektormedium in Dosierrichtung ein wenigstens auf Erweichungstemperatur des Polymers beheizbares Schneidgitter vorgelagert ist, dessen Maschenweite der Mindestfaserlänge entspricht.
  • Zufolge dieser Merkmale können Kurzfasern innerhalb eines Verfahrensschrittes kontinuierlich erzeugt werden, weil eine sich in dem zwischen Dosierelektrode und Kollektormedium erstreckenden Abzugsbereich entwickelnde Primärfaser zunächst auf das beheizbare Schneidgitter trifft und beim Passieren desselben zu Kurzfasern geschnitten wird, die anschließend auf dem Kollektormedium abgelegt werden. Die Primärfaser beschreibt im Abzugsbereich aufgrund von elektrostatisch bedingten Biegeinstabilitäten im Wesentlichen eine Bahnkurve, die einen sich in Dosierrichtung erstreckenden Kegel als Einhüllende aufweist. Folglich trifft die Primärfaser das Schneidgitter in der Regel so unter einem gegenüber der Schneidgitterebene spitzen Auftrittswinkel, dass die die einzelnen Gitteröffnungen bzw. Gittermaschen jeweils einfassenden Umrandungsabschnitte entsprechende Schnittkanten für die auftreffende Primärfaser bilden. Da die Primärfaser zudem lokal an einem mit der jeweiligen Gittermasche in Kontakt stehenden Fasertrennabschnitt auf oder über die Erweichungstemperatur des Polymers erwärmt wird, kann somit ein problemloses Zerkleinern der Primärfaser an den Gittermaschen erfolgen. Die dadurch gebildeten Kurzfasern werden in weiterer Folge auf dem Kollektormedium abgelegt. Dabei kann das Kollektormedium beispielsweise auch eine Flüssigkeit sein, die durch Erdung das Bezugspotential bzw. die Gegenelektrode zur Dosierelektrode bildet. Die Flüssigkeit kann eine entsprechende Lagerflüssigkeit, beispielsweise ein Ethanol/Wasser-Gemisch sein, sodass die Kurzfasern direkt in dieser abgelegt und darin dispergiert werden können. Um in einem kontinuierlichen Prozess lagerfähige Kurzfaserdispersionen zu erhalten, die in weiterer Folge problemlos weiterverarbeitet werden können, kann der die Lagerflüssigkeit aufweisende Kollektorbehälter einen Flüssigkeitsauslauf umfassen, über den die Lagerflüssigkeit mitsamt den darin dispergierten Kurzfasern beispielsweise zu einer Abfülleinrichtung weitergeleitet werden kann. Obwohl das Vorsehen eines Heizelementes aufgrund der Bildung von Konvektionsströmen grundsätzlich zu einer Luftmassenerwärmung und -bewegung im Abzugsbereich führt, was wiederum in einer Beeinträchtigung der Flugbahn der Primärfaser bzw. einem vorzeitigen Erstarren des Polymers an der Dosierelektrode resultieren kann, hat sich gezeigt, dass ein Aufheizen des Schneidgitters auf eine Temperatur in einem Bereich von +- 20% der Erweichungstemperatur, vorzugsweise auf die Erweichungstemperatur des Polymers den Herstellungsprozess nicht beeinträchtigt. Unter der Erweichungstemperatur wird insbesondere die Schmelztemperatur bei teilkristallinen Polymeren respektive die Glasübergangstemperatur bei amorphen Polymeren verstanden.
  • Um bei einfachen konstruktiven Maßnahmen die Häufigkeit der erzeugten Kurzfasern gemäß einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion bezogen auf die Faserlängenverteilung zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass das Schneidgitter eine Maschenweite von wenigstens 5 µm aufweist. Es hat sich gezeigt, dass sich die Faserlängenverteilung der erzeugten Kurzfasern durch eine Änderung der Maschenweite des Schneidgitters beeinflussen lässt, wobei allerdings unterhalb einer Maschenweite von 5 µm die Primärfaser nicht mehr geschnitten wird, sondern aufgrund der erhöhten spezifischen Oberfläche des Schneidgitters auf diesem abgelegt wird und gegebenenfalls verdampft, bevor etwaige Kurzfasern auf dem Kollektormedium landen können. Obwohl der Auftrittswinkel der Primärfaser auf die Gittermaschen die Kurzfaserlänge grundsätzlich beeinflusst, kann bei vorgegebener Maschenweite x insbesondere die Häufigkeit der Kurzfasern mit Faserlängen I in einem Bereich x≤ I ≤ x*√2 erhöht werden, wobei die Maschenweite x wenigstens 5µm beträgt. Da für den Schnittprozess lediglich die Projektion der Maschenweite auf die Normalebene zur Dosierrichtung entscheidend ist, kann mithilfe eines Schneidgitters mit vorgegebener Maschenweite auch innerhalb gewisser Grenzen die Faserlängenverteilung gesteuert werden, indem das Schneidgitter aus jener Normalebene heraus geneigt wird.
  • Um insbesondere günstige Prozessbedingungen bei Verwendung einer Lagerflüssigkeit als Kollektormedium zu erreichen, empfiehlt es sich, dass das Schneidgitter als elektrischer Heizwiderstand und als Gegenelektrode zur Dosierelektrode ausgebildet ist. Zufolge dieser Maßnahmen wird ein elektrisches Feld zwischen dem Schneidgitter und der Dosierelektrode aufgebaut. Das Schneidgitter wird dabei zwischen zwei Anschlusspolen von einem Heizstrom durchflossen, der durch zwei unterschiedliche, an das Schneidgitter angelegte elektrische Potentiale erzeugt wird, die sich wesentlich vom jenem der Dosierelektrode unterscheiden, sodass die Heizströme den Elektrospinnvorgang nicht beeinflussen. Beispielsweise kann das Schneidgitter mit einem Anschlusspol geerdet sein. Dadurch, dass die elektrischen Ladungen der Kurzfasern bereits zum Großteil am Schneidgitter neutralisiert werden, können die erzeugten Kurzfasern ohne eine hinderliche Beeinflussung durch elektrische Kräfte auf dem Kollektormedium abgelegt oder in dieses eingebracht werden. Insbesondere bei der Verwendung einer Lagerflüssigkeit als Kollektormedium kann das Verfahren somit unabhängig von deren elektrischer Leitfähigkeit durchgeführt werden und ohne dass das Kollektormedium selbst als Gegenelektrode fungieren muss.
  • Die Stabilität sowie Kontinuität des Herstellungsprozesses lässt sich insbesondere bei Verwendung von Polymeren mit hohen Schmelztemperaturen weiter verbessern, wenn ein sich zwischen der Dosierelektrode und dem Schneidgitter erstreckender Abzugsbereich über ein Temperierfluid kühlbar ist. Dadurch kann beispielsweise einem unerwünschten, die Flugbahn der Primärfaser beeinträchtigendem Aufheizen der Luft im Abzugsbereich zufolge des beheizten Schneidgitters entgegengewirkt und somit ein stabilerer Herstellungsprozess erzielt werden. Beispielsweise kann der Abzugsbereich durch Zufuhr von gekühlter Luft entsprechend temperiert werden, wobei die Strömungsgeschwindigkeit so zu wählen ist, dass die Verstreckung der Primärfaser nicht beeinträchtigt wird. Im Falle eines Einsatzes von Polymerlösungen können die Prozessbedingungen weiter verbessert werden, wenn die Dosierelektrode selbst über ein Temperierfluid gekühlt, beispielsweise von einem Kühlluftstrom umspült wird. Dadurch kann verhindert werden, dass das Lösungsmittel vorzeitig verdampft und das freigegebene Polymer die Dosierelektrode verstopft.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Polymerkurzfasern mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei wird zunächst ein elektrisches Feld zwischen einer Dosierelektrode zur Abgabe einem Polymersystem und einem Kollektormedium zur Ablage der gesponnenen Fasern erzeugt. Zufolge des elektrischen Feldes wird eine Primärfaser von der Dosierelektrode abgezogen. Unter einem Polymersystem wird in diesem Zusammenhang das polymere Ausgangsmaterial zur Herstellung der Fasern verstanden, also insbesondere wasserlösliche, lösungsmittelbasierende sowie schmelzbare Polymere zusammen mit etwaigen Additiven und Füllstoffen. Die Primärfaser abschnittsweise wenigstens auf die Erweichungstemperatur des Polymers erhitzt und dabei zu Kurzfasern geschnitten, wonach die Kurzfasern auf dem Kollektormedium abgelegt werden. Besonders günstige Bedingungen ergeben sich, wenn die Kurzfasern auf einem Lagerfluid, beispielsweise ein flüssiges Ethanol/Wasser-Gemisch, als Kollektormedium abgelegt und darin dispergiert werden. Die so gewonnene, lagerfähige Kurzfaserdispersion kann in weiterer Folge problemlos weiterverarbeitet werden, beispielsweise zur Herstellung von Filtermaterialien.
    • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar in einer schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Dosierelektrode 1 und einem der Dosierelektrode 1 in Dosierrichtung 2 gegenüberliegenden Kollektormedium 3. Das Kollektormedium kann eine Lagerflüssigkeit für die erzeugten Kurzfasern sein, beispielsweise ein in einem Kollektorbehälter 4 befindliches Ethanol/WasserGemisch. Dem Kollektormedium 3 ist in Dosierrichtung 2 ein wenigstens auf Erweichungstemperatur des Polymers beheiztes Schneidgitter 5 vorgelagert, dessen Maschenweite der Mindestfaserlänge der erzeugten Kurzfasern entspricht.
  • Zur Herstellung von elektrogesponnenen Polymerkurzfasern können verschiedene Polymersysteme als Ausgangsmaterial, insbesondere wasserlösliche, lösungsmittelbasierende sowie schmelzbare Polymere zusammen mit etwaigen Additiven und Füllstoffen eingesetzt werden. Um beispielsweise Fasern auf Basis von Polymethylmethacrylat zu erhalten, kann als Ausgangsmaterial eine Polymerlösung dienen, die Massenanteile von ca. 20 % an Polymethylmethacrylat, ca. 55 % an Essigsäure und ca. 25 % an Ethylacetat sowie gegebenenfalls zusätzliche Additive umfasst. Die Erweichungstemperatur wäre im Fall des amorphen Polymethylmethacrylats dessen Glasübergangstemperatur, die bei etwa 100° - 110° C liegt.
  • Zwischen der Dosierelektrode 1 und dem beheizten Schneidgitter 5 und / oder dem Kollektormedium 3 wird zur Erzeugung eines elektrischen Feldes eine Spannung angelegt, die zwischen 20 kV und 30 kV liegen kann. Die Polymerlösung wird mit einem Durchsatz von 3 ml/Stunde bis 9 ml/Stunde über die Dosierelektrode 1 dem Abzugsbereich 6 zugeführt, wodurch der sich an der Dosierelektrode 1 bildende Polymertropfen elektrostatisch aufgeladen und unter dem Einfluss des elektrischen Feldes verstreckt wird. Dabei entwickelt sich eine Primärfaser 7, die im Abzugsbereich 6 aufgrund von elektrostatisch bedingten Biegeinstabilitäten im Wesentlichen eine Bahnkurve beschreibt, die einen sich in Dosierrichtung 2 erstreckenden Kegel als Einhüllende aufweist, wie dies in der Zeichnung schematisch angedeutet wird.
  • Die Primärfaser 7 wird durch das Schneidgitter 5 abschnittsweise wenigstens auf die Erweichungstemperatur des Polymers erhitzt und dabei zu Kurzfasern geschnitten, indem die Primärfaser 7 das Schneidgitter 5 so unter einem gegenüber der Schneidgitterebene spitzen Auftrittswinkel trifft, dass die die einzelnen Gitteröffnungen bzw. Gittermaschen jeweils einfassenden Umrandungsabschnitte entsprechende Schnittkanten für die auftreffende Primärfaser 7 bilden. Die dadurch erzeugten, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Kurzfasern werden in weiterer Folge auf dem Kollektormedium 3 abgelegt und darin dispergiert, sodass die so gewonnene Kurzfaserdispersion problemlos weiterverarbeitet werden kann, beispielsweise als Sprühbasis zur Herstellung von Filtermaterialien. Hierfür kann der Kollektorbehälter 4 einen entsprechenden Flüssigkeitsablauf aufweisen, über den die Lagerflüssigkeit mitsamt den darin dispergierten Kurzfasern zu einer Abfülleinrichtung weitergeleitet werden kann.
  • Die Faserlängenverteilung lässt sich beispielsweise über die Maschenweite der Gittermaschen des Schneidgitters 5 beeinflussen. Um demnach die Häufigkeit der erzeugten Kurzfasern gemäß einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion bezogen auf die Faserlängenverteilung zu erhöhen kann das Schneidgitter 5 eine Maschenweite von wenigstens 5 µm aufweisen.
  • Günstige Prozessbedingungen ergeben sich, wenn das Schneidgitter 5 als elektrischer Heizwiderstand und als Gegenelektrode zur Dosierelektrode 1 ausgebildet ist. Zwischen zwei Anschlusspolen einer Versorgungseinheit 8 für das Schneidgitter 5 wird dieses von einem Heizstrom durchflossen, der durch zwei unterschiedliche, an das Schneidgitter 5 angelegte elektrische Potentiale erzeugt wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Dosierelektrode 1 und / oder der sich zwischen der Dosierelektrode 1 und dem Schneidgitter 5 erstreckende Abzugsbereich 6 über ein Temperierfluid gekühlt werden. Dadurch kann einem unerwünschten, die Flugbahn der Primärfaser 7 beeinträchtigendem Aufheizen der Luft im Abzugsbereich 6 zufolge des beheizten Schneidgitters 5 sowie einer Verstopfung der Dosierelektrode 1 entgegengewirkt werden, wodurch sich ein stabilerer Herstellungsprozess erzielen lässt.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Herstellung von elektrogesponnenen Polymerkurzfasern, mit einer Dosierelektrode (1) und einem der Dosierelektrode (1) in Dosierrichtung (2) gegenüberliegenden Kollektormedium (3), dadurch gekennzeichnet, dass dem Kollektormedium (3) in Dosierrichtung (2) ein wenigstens auf Erweichungstemperatur des Polymers beheizbares Schneidgitter (5) vorgelagert ist, dessen Maschenweite der Mindestfaserlänge entspricht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidgitter (5) eine Maschenweite von wenigstens 5µm aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidgitter (5) als elektrischer Heizwiderstand und als Gegenelektrode zur Dosierelektrode (1) ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierelektrode (1) und / oder ein sich zwischen der Dosierelektrode (1) und dem Schneidgitter (5) erstreckender Abzugsbereich (6) über ein Temperierfluid kühlbar ist.
  5. Verfahren zur Herstellung von elektrogesponnenen Polymerkurzfasern, mit einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein elektrisches Feld zwischen einer Dosierelektrode (1) für ein Polymersystem und einem Kollektormedium (3) zur Ablage der gesponnenen Fasern erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zufolge des elektrischen Feldes zunächst eine Primärfaser (7) von der Dosierelektrode (1) abgezogen und die Primärfaser (7) durch abschnittsweises Erhitzen wenigstens auf die Erweichungstemperatur des Polymers zu Kurzfasern geschnitten wird, wonach die Kurzfasern auf dem Kollektormedium (3) abgelegt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern auf einem Lagerfluid als Kollektormedium (3) abgelegt und darin dispergiert werden.
EP20800778.1A 2019-10-28 2020-10-28 Vorrichtung zur herstellung von elektrogesponnenen polymerkurzfasern Active EP4051831B1 (de)

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ATA50926/2019A AT522881B1 (de) 2019-10-28 2019-10-28 Vorrichtung zur Herstellung von elektrogesponnenen Polymerkurzfasern
PCT/AT2020/060382 WO2021081573A1 (de) 2019-10-28 2020-10-28 Vorrichtung zur herstellung von elektrogesponnenen polymerkurzfasern

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EP4051831A1 EP4051831A1 (de) 2022-09-07
EP4051831B1 true EP4051831B1 (de) 2024-01-10
EP4051831C0 EP4051831C0 (de) 2024-01-10

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CN (1) CN114929954B (de)
AT (1) AT522881B1 (de)
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