ES2752882B2 - Device for obtaining nanometric or micrometric diameter fibers - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo para la obtención de fibras de diámetro nanométrico o micrométricoDevice for obtaining nanometric or micrometric diameter fibers
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
El objeto de la presente invención es un nuevo dispositivo diseñado para la fabricación de fibras de escala micrométrica o nanométrica. Además, una realización particularmente preferida de la invención permite elegir entre fibras mono o multi-componente con diversa estructuración.The object of the present invention is a new device designed for the manufacture of micrometric or nano-scale fibers. Furthermore, a particularly preferred embodiment of the invention makes it possible to choose between single or multi-component fibers with different structuring.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Una fibra es un elemento natural o artificial que es significativamente más largo que ancho. Las fibras han existido desde siempre en la naturaleza, por ejemplo, en la textura en algunos minerales, raíces pequeñas en plantas, alimentos de naturaleza fibrosa, pelo en animales, madera fibrosa, etc. Las fibras tienen funciones específicas en cada situación otorgadas por sus propiedades intrínsecas, su morfología y dimensiones.A fiber is a natural or man-made element that is significantly longer than it is wide. Fibers have always existed in nature, for example, in texture in some minerals, small roots in plants, foods of a fibrous nature, hair in animals, fibrous wood, etc. Fibers have specific functions in each situation, given by their intrinsic properties, their morphology and dimensions.
Actualmente existen diversos equipos y métodos para la obtención de fibras no tejidas. Entre ellos cabe destacar los denominados "melt spinning” (descrito en la patente estadounidense US8277711B2), "air blowing” (descrito en la patente estadounidense US3319354A), "forcespinning” (descrito en la solicitud de patente estadounidense US20160168756A1) y "electrospinning” (descrito en la patente estadounidense US6641773B2). En particular, el "electrospinning” se ha estudiado mucho, realizándose muchas modificaciones con objeto de obtener cada vez mejores o incluso diferentes resultados. Sin embargo, aunque la homogeneidad en términos morfológicos de las fibras empeladas es alta, la utilización de altos voltajes para la producción de los materiales así como la obtención de poco material por unidad de tiempo implica que el electrospinning tenga alto consumo de energía siendo difícil implementar el proceso a escala industrial, limitando por tanto su uso a estudios con objetivos fundamentalmente científicos que se realicen en centros de investigación que cuenten con los recursos necesarios para tales fines. Es necesario destacar que los estudios realizados en el caso del electrospinning han permitido grandes avances en términos de preparación de las mezclas iniciales precursoras del material final, es decir, composición y condiciones de preparación de disoluciones. Currently there are various equipment and methods for obtaining non-woven fibers. These include the so-called "melt spinning" (described in US patent US8277711B2), "air blowing" (described in US patent US3319354A), "forcespinning" (described in US patent application US20160168756A1) and "electrospinning" ( described in US patent US6641773B2). In particular, "electrospinning" has been studied a lot, making many modifications in order to obtain better and better results or even different results. However, although the homogeneity in morphological terms of the fibers used is high, the use of high voltages for the Production of materials as well as obtaining little material per unit of time implies that electrospinning has high energy consumption, making it difficult to implement the process on an industrial scale, therefore limiting its use to studies with fundamentally scientific objectives that are carried out in centers of research that has the necessary resources for such purposes. It is necessary to emphasize that the studies carried out in the case of electrospinning have allowed great advances in terms of preparation of the initial precursor mixtures of the final material, that is, composition and conditions of preparation of solutions .
No obstante, las limitaciones indicadas anteriormente provocaron la aparición de otros métodos como el conocido con el nombre de “solution blow spinning”. En el método de preparación de fibras denominado ”solution blow spinning” (SBS, Solution Blow Spinning), se utiliza un inyector consistente en una jeringa que suministra la disolución polimérica a una boquilla con una entrada para la disolución y otra para un gas presurizado controlado por una válvula de presión. La boquilla es concéntrica y consta de dos líneas, una central, por la que fluye la disolución polimérica y otra concéntrica a la anterior por donde se hace pasar el gas presurizado. El empuje ejercido por el gas a presión dispersa la disolución de tal manera que, durante su tiempo de vuelo, a través de un mecanismo complejo en el que el proceso de evaporación del disolvente juega un papel principal, se forman filamentos de base polimérica. Desde que sale de la boquilla hasta que se recoge en un colector giratorio, el material viaja una longitud que se denomina distancia de trabajo. Este método se describe en la publicación de L.H.C.M. E.S. Medeiros, G.M. Glenn, A.P. Klamczynski, W.J. Orts, “Solution blow spinning: a new method to produce micro- and nanofibers from polymer Solutions”, J. Appl. Sci. 113 (2009) 2322-2330. doi:10.1002/app.30275; o la patente de E.S. Medeiros, G.M. Glenn, A.P. Klamczynski, W.J. Orts, L.H.C. Mattoso, “Solution Blow Spinning", US 8,641,960 B1, 2014.However, the limitations indicated above led to the appearance of other methods such as the one known as "solution blow spinning". In the fiber preparation method called "solution blow spinning" (SBS, Solution Blow Spinning), an injector consisting of a syringe is used that supplies the polymeric solution to a nozzle with an inlet for dissolution and another for a controlled pressurized gas. by a pressure valve. The nozzle is concentric and consists of two lines, a central one, through which the polymeric solution flows and the other concentric to the previous one through which the pressurized gas is passed. The thrust exerted by the pressurized gas disperses the solution in such a way that, during its flight time, through a complex mechanism in which the solvent evaporation process plays a main role, polymeric-based filaments are formed. From leaving the nozzle until it is collected in a rotating collector, the material travels a length called the working distance. This method is described in the LHCMES publication Medeiros, GM Glenn, AP Klamczynski, WJ Orts, "Solution blow spinning: a new method to produce micro- and nanofibers from polymer Solutions", J. Appl. Sci. 113 (2009) 2322-2330. doi: 10.1002 / app.30275; or the patent of ES Medeiros, GM Glenn, AP Klamczynski, WJ Orts, LHC Mattoso, "Solution Blow Spinning", US 8,641,960 B1, 2014.
La boquilla es uno de los elementos más importantes del método SBS. Se basa en el principio del cono de Taylor para crear un menisco esférico en el extremo del tubo interno, del cual se emite un filamento líquido que se acelera por acción del gas presurizado. Inmediatamente a la salida de la boquilla el disolvente se evapora a lo largo del tiempo de vuelo del material o la distancia de trabajo impactando el material sobre el colector donde finalmente se almacena o recoge. Esto se describe en la publicación de A. L. Yarin, S. Koombhongse, y D. H. Reneker, “Taylor cone and jetting from liquid droplets in electrospinning of nanofibers,” J. Appl. Phys., vol. 90, no. 9, pp. 4836-4846, 2001; o en la publicación de J. E. Oliveira, L. H. C. Mattoso, W. J. Orts, y E. S. Medeiros, “Structural and morphological characterization of micro and nanofibers produced by electrospinning and solution blow spinning: A comparative study” Adv. Mater. Sci. Eng., vol. 2013, Article ID 409572.The nozzle is one of the most important elements of the SBS method. It is based on the Taylor cone principle to create a spherical meniscus at the end of the inner tube, from which a liquid filament is emitted that is accelerated by pressurized gas. Immediately at the outlet of the nozzle, the solvent evaporates throughout the flight time of the material or the working distance, impacting the material on the collector where it is finally stored or collected. This is described in the publication by AL Yarin, S. Koombhongse, and DH Reneker, "Taylor cone and jetting from liquid droplets in electrospinning of nanofibers," J. Appl. Phys., Vol. 90, no. 9, pp. 4836-4846, 2001; or in the publication of JE Oliveira, LHC Mattoso, WJ Orts, and ES Medeiros, “Structural and morphological characterization of micro and nanofibers produced by electrospinning and solution blow spinning: A comparative study” Adv. Mater. Sci. Eng., Vol. 2013, Article ID 409572.
El SBS se ha utilizado ampliamente abarcando la preparación de diversos polímeros utilizando diferentes disolventes. Hasta el momento, la mayoría de los estudios se han centrado en el cambio de las condiciones de proceso y preparación de la disolución. Por ejemplo, se ha intentado controlar la morfología final de los materiales preparados según la concentración de la disolución, viscosidad y masa molecular del polímero a disolver, parámetros que están íntimamente relacionados entre sí. En relación a las condiciones de proceso se han considerado entre otras, la distancia de trabajo, la velocidad de inyección, la presión del gas propelente y la distancia de trabajo. Sin embargo, los parámetros de sistema como el diámetro de la boquilla, su geometría y la geometría del colector son factores que no se han tenido muy en cuenta hasta la fecha pues, generalmente, variar estos parámetros implicaría modificar el propio equipo dificultando los estudios entre otras cosas por el incremento de tiempo de trabajo y coste asociado.SBS has been widely used encompassing the preparation of various polymers using different solvents. So far, most studies have focused on changing the process conditions and preparation of the solution. For example, an attempt has been made to control the final morphology of the materials prepared according to the concentration of the solution, viscosity and molecular mass of the polymer to be dissolved, parameters that are closely related to each other. In relation to the process conditions, the working distance, the injection speed, the propellant gas pressure and the working distance, among others, have been considered. However, the system parameters such as the diameter of the nozzle, its geometry and the geometry of the collector are factors that have not been taken into account to date, since, generally, varying these parameters would imply modifying the equipment itself, making studies difficult between other things due to the increase in working time and associated cost.
La producción de fibras no sólo se ha realizado de manera simple con un determinado polímero. También se han realizado estudios para producir materiales compuestos y en forma de fibras del tipo corteza-núcleo intentando mejorar las propiedades intrínsecas de las propias fibras buscando además otro tipo de funciones. En su mayoría este tipo de fibras se han producido por electrospinning utilizando una boquilla coaxial. En estudios muy contados algo se ha intentado mediante solution blow spinning, sin embargo, a pesar de haber obtenido fibras con diferentes estructuraciones, por ejemplo del tipo “core-shell”, “side and side” o “islands in the sea” en todos los casos los parámetros asociados al sistema o las condiciones de procesado son extremadamente difíciles de controlar.The production of fibers has not only been carried out in a simple way with a certain polymer. Studies have also been carried out to produce composite materials and in the form of fibers of the cortex-nucleus type, trying to improve the intrinsic properties of the fibers themselves, also seeking other types of functions. Most of these fibers have been produced by electrospinning using a coaxial nozzle. In very few studies, something has been tried by means of solution blow spinning, however, despite having obtained fibers with different structures, for example of the type "core-shell", "side and side" or "islands in the sea" in all In some cases, the parameters associated with the system or the processing conditions are extremely difficult to control.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención está dirigida a un dispositivo basado en el método de “solution blow spinning” que mejora los equipos actuales capaces de producir fibras de diámetros que van desde pocos micrómetros hasta decenas de nanómetros. Este dispositivo no sólo sería capaz de producir fibras convencionales de polímeros sino también de nanocompuestos a partir de suspensiones con diferentes tipos de nanopartículas, pudiendo estar o no estructuradas en forma de sistemas concéntricos en el que la parte interna estaría formada por un polímero o mezcla y la parte externa por otro u otra mezcla de polímeros; en todos los casos pudiéndose añadir además diferentes tipos de partículas. El nuevo sistema permite controlar de manera sencilla los parámetros y condiciones de procesado u obtención de fibras.The present invention is directed to a device based on the "solution blow spinning" method that improves current equipment capable of producing fibers with diameters ranging from a few microns to tens of nanometers. This device would not only be capable of producing conventional polymer fibers but also nanocomposites from suspensions with different types of nanoparticles, which may or may not be structured in the form of concentric systems in which the internal part would be formed by a polymer or mixture and the external part by another or another mixture of polymers; in all cases, different types of particles can also be added. The new system allows to control in a simple way the parameters and conditions of processing or obtaining fibers.
A lo largo de este documento, los términos “delantero”, “trasero” y similares están referidos a la dirección principal de inyección del material de corteza o de núcleo a lo largo del dispositivo. Así, la porción delantera de un elemento será aquella porción más cercana al extremo de dichos conductos por el que se descargan los respectivos materiales de corteza o núcleo, mientras que la porción trasera del elemento será aquella porción más cercana al extremo de los conductos por el que se introducen los respectivos materiales de corteza o núcleo.Throughout this document, the terms "front", "rear" and the like refer to the main direction of injection of the shell or core material along the device. Thus, the front portion of an element will be that portion closest to the end of said conduits through which the respective shell or core materials are discharged, while the rear portion of the element will be that portion closest to the end of the conduits through which the respective shell or core materials are introduced.
Por otra parte, el tamaño de los diferentes elementos que constituyen el dispositivo de la invención, como por ejemplo la longitud o el diámetro de los diferentes tubos y conductos, es similar al utilizado habitualmente en dispositivos convencionales de formación de fibras micrométricas o nanométricas. Puede encontrarse información acerca de dichos tamaños en varios de los documentos de la técnica anterior mencionados en este documento.On the other hand, the size of the different elements that make up the device of the invention, such as, for example, the length or diameter of the different tubes and conduits, is similar to that usually used in conventional micrometric or nanometric fiber-forming devices. Information about such sizes can be found in several of the prior art documents mentioned in this document.
La presente invención está dirigida a un dispositivo para la obtención de fibras de diámetro nanométrico o micrométrico que, en su versión más sencilla, comprende fundamentalmente un conector de corteza, un tubo de inyección de material de corteza, y un soporte principal. A continuación, se describe cada uno de estos elementos con mayor detalle.The present invention is directed to a device for obtaining nanometric or micrometric diameter fibers which, in its simplest version, fundamentally comprises a bark connector, a bark material injection tube, and a main support. Each of these items is described in more detail below.
a) Conector de cortezaa) Bark connector
El conector de corteza es una pieza que comprende un orificio longitudinal pasante y un orificio transversal pasante que comunica el orificio longitudinal pasante con el exterior de dicho conector de corteza para la alimentación de un material de corteza.The bark connector is a piece that comprises a longitudinal through hole and a transverse through hole that communicates the longitudinal through hole with the outside of said bark connector for feeding a bark material.
El orificio longitudinal pasante está diseñado para permitir la introducción a presión del tubo de inyección de material de corteza, por lo que tiene al menos una porción delantera cilíndrica cuyo diámetro es esencialmente igual al diámetro del tubo de inyección de material de corteza. Esto se describe con mayor detalle más adelante en este documento.The longitudinal through hole is designed to allow the bark material injection tube to be pressed in, thereby having at least one cylindrical front portion the diameter of which is essentially equal to the diameter of the bark material injection tube. This is described in more detail later in this document.
La superficie exterior del conector de corteza puede en principio tener cualquier forma, aunque preferentemente adopta una configuración esencialmente cónica. En cuanto al material del que está fabricado, el conector de corteza puede estar hecho de cualquier material metálico o plástico siempre que tenga una resistencia mecánica suficiente y que soporte el contacto con los disolventes normalmente empleados en el proceso.The outer surface of the bark connector can in principle have any shape, although it preferably takes an essentially conical configuration. Regarding the material from which it is made, the bark connector can be made of any metallic or plastic material provided that it has sufficient mechanical strength and that it supports contact with the solvents normally used in the process.
b) Tubo de inyección de material de cortezab) Bark material injection tube
El tubo de inyección de material de corteza está configurado para ser introducido a presión a través de la mencionada porción delantera cilindrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza. Para ello, el diámetro exterior del tubo de inyección de material de corteza y el diámetro interior de la porción delantera cilíndrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza son esencialmente iguales. De ese modo, una porción delantera de dicho tubo de inyección de material de corteza sobresale por un extremo delantero de dicho conector de corteza.The bark material injection tube is configured to be introduced into pressure through said cylindrical front portion of the longitudinal through hole of the bark connector. For this, the outer diameter of the bark material injection tube and the inside diameter of the cylindrical front portion of the longitudinal through hole of the bark connector are essentially the same. Thus, a front portion of said bark material injection tube protrudes through a front end of said bark connector.
Esta configuración en la que el tubo de inyección de material de corteza se introduce a presión a través de la porción delantera cilíndrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza es ventajosa porque permite desplazar longitudinalmente hacia adelante o atrás el tubo de inyección de material de corteza, de modo que es posible seleccionar la longitud que dicho tubo de inyección de material de corteza sobresale del extremo delantero del conector de corteza. Esto tiene su importancia a la hora de configurar el dispositivo de inyección de fibras en su conjunto, donde la longitud que sobresale el tubo de inyección de corteza con relación a los conductos de inyección de gas o de otro material de núcleo tiene un impacto en el modo en que se forman las fibras. Por tanto, poder desplazar longitudinalmente el tubo de inyección de corteza hacia adelante o hacia atrás dota al dispositivo de la invención de una mayor versatilidad en cuanto a las características de las fibras creadas.This configuration in which the bark material injection tube is pressed through the cylindrical front portion of the longitudinal through hole of the bark connector is advantageous because it allows the bark material injection tube to be moved longitudinally forward or backward. , so that it is possible to select the length that said bark material injection tube protrudes from the front end of the bark connector. This is important when configuring the fiber injection device as a whole, where the length that the bark injection tube protrudes relative to the gas or other core material injection conduits has an impact on the way in which fibers are formed. Therefore, being able to longitudinally move the bark injection tube forward or backward gives the device of the invention greater versatility in terms of the characteristics of the fibers created.
Por otra parte nótese que, aunque en este documento el tubo de inyección de material de corteza se describe generalmente como un elemento separado del conector de corteza, sería posible concebir un conector de corteza dotado de un tubo de inyección de material de corteza de manera que ambos formen una única pieza. El funcionamiento del dispositivo sería el mismo, con la salvedad de que se perdería la versatilidad en cuanto a la longitud que sobresale el tubo de inyección de corteza más allá del extremo delantero del conector de corteza.On the other hand, note that, although in this document the bark material injection tube is generally described as a separate element from the bark connector, it would be possible to conceive a bark connector provided with a bark material injection tube in such a way that both form a single piece. The operation of the device would be the same, except that the versatility in terms of the length that the bark injection tube protrudes beyond the front end of the bark connector would be lost.
c) Soporte principalc) Main support
El soporte principal comprende un orificio pasante que tiene una porción delantera cilíndrica y una porción trasera cilíndrica coaxial con la porción delantera cilíndrica, siendo el diámetro de la porción delantera cilíndrica mayor que el diámetro de la porción trasera cilíndrica. Además, la porción trasera cilíndrica del orificio pasante está configurada para recibir a presión la porción delantera del tubo de inyección de material de corteza que sobresale por el extremo delantero del conector de corteza. The main support comprises a through hole having a cylindrical front portion and a cylindrical rear portion coaxial with the cylindrical front portion, the diameter of the cylindrical front portion being greater than the diameter of the cylindrical rear portion. Furthermore, the cylindrical rear portion of the through hole is configured to press-receive the front portion of the bark material injection tube protruding from the front end of the bark connector.
Es decir, el diámetro interior de la porción trasera cilindrica del orificio pasante del soporte principal y el diámetro exterior del tubo de corteza son esencialmente iguales, de modo que el tubo de corteza puede introducirse a presión a lo largo de dicho orificio pasante del soporte principal una distancia deseada y queda fijado en esa posición.That is, the inner diameter of the cylindrical rear portion of the through hole of the main support and the outer diameter of the bark tube are essentially the same, so that the bark tube can be pressed along said through hole of the main support. a desired distance and is fixed in that position.
El soporte principal comprende también un conducto de alimentación de gas en comunicación con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante. Normalmente, el conducto de alimentación de gas está orientado verticalmente a lo largo del soporte vertical y conecta con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante. De ese modo, cuando se inyecta un gas a presión, como por ejemplo aire, helio, neón, o similar, por una boca de entrada del conducto de alimentación de gas, dicho gas atraviesa el conducto de alimentación de gas, pasa a la porción delantera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal, y sale a través del extremo delantero de dicho orificio pasante.The main support also comprises a gas supply conduit in communication with the cylindrical front portion of the through hole. Normally, the gas feed conduit is oriented vertically along the vertical support and connects with the cylindrical front portion of the through hole. Thus, when a pressurized gas, such as air, helium, neon, or the like, is injected through an inlet of the gas supply conduit, said gas passes through the gas supply conduit, passes into the portion cylindrical front end of the through hole of the main bracket, and exits through the front end of said through hole.
Normalmente, el conducto de alimentación de gas comprende una boca de acoplamiento configurada para la fijación de una manguera de alimentación de gas.Normally, the gas supply conduit comprises a coupling mouth configured for fixing a gas supply hose.
De este modo, cuando el conector de corteza está fijado al soporte principal mediante la introducción a presión de la porción del tubo de inyección de material de corteza que sobresale del conector de corteza en la porción trasera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal, el extremo delantero del tubo de inyección de material de corteza es coaxial con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal. Esta configuración permite la obtención de fibras micrométricas o nanométricas a través de la inyección simultánea del material de corteza a través del orificio transversal pasante del conector de corteza y de un gas a presión a través del conducto de alimentación de gas del soporte principal.Thus, when the bark connector is attached to the main support by pressing the portion of the bark material injection tube protruding from the bark connector into the cylindrical rear portion of the through hole of the main support, the end The front of the bark material injection tube is coaxial with the cylindrical front portion of the through hole of the main bracket. This configuration makes it possible to obtain micrometric or nanometric fibers through the simultaneous injection of the bark material through the transverse through hole of the bark connector and a gas under pressure through the gas supply conduit of the main support.
El dispositivo de la invención puede además incluir un conector de núcleo y un tubo de inyección de material de núcleo. La adición de estos elementos permite al dispositivo la formación de fibras formadas por un material de núcleo rodeado exteriormente por un material de corteza. A continuación, se describe cada uno de dichos elementos con mayor detalle.The device of the invention may further include a core connector and a core material injection tube. The addition of these elements allows the device to form fibers formed by a core material externally surrounded by a shell material. Each of these elements is described in greater detail below.
d) Conector de núcleo d) Core connector
El conector de núcleo es una pieza que comprende un orificio cilindrico longitudinal pasante y que además está configurado para su fijación a una porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza.The core connector is a part that comprises a longitudinal cylindrical through hole and which is further configured to be fixed to a rear portion of the longitudinal through hole of the shell connector.
En principio, la fijación del conector de núcleo en el conector de corteza puede realizarse de cualquier modo conocido en la técnica siempre que la fijación sea suficientemente firme y además permita centrar el conector de núcleo de modo que el eje longitudinal de su orificio cilíndrico longitudinal pasante coincida esencialmente con el eje longitudinal del orificio longitudinal pasante del conector de corteza. Por ejemplo, pueden utilizarse uniones a través de rosca, adhesivos, medios de fijación adicionales tales como tornillos, etc.In principle, the fixation of the core connector in the shell connector can be carried out in any way known in the art as long as the fixation is sufficiently firm and also allows the core connector to be centered so that the longitudinal axis of its longitudinal cylindrical through hole essentially coincides with the longitudinal axis of the longitudinal through hole of the bark connector. For example, threaded connections, adhesives, additional fasteners such as screws, etc. can be used.
Más concretamente, en una realización particularmente preferida de la invención, el conector de núcleo y la porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza tienen forma cónica, de modo que una porción delantera del conector de núcleo encaja en dicha porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza.More specifically, in a particularly preferred embodiment of the invention, the core connector and the rear portion of the longitudinal through hole of the shell connector are conical in shape, such that a front portion of the core connector fits into said rear portion of the longitudinal hole. through the bark connector.
e) Tubo de inyección de material de núcleoe) Core material injection tube
El tubo de inyección de material de núcleo tiene un diámetro menor que el diámetro del tubo de inyección de material de corteza, y está configurado para ser introducido a presión a través del orificio longitudinal pasante del conector de núcleo. Para ello, el diámetro exterior del tubo de inyección de material de corteza y el diámetro interior de la porción delantera cilíndrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza son esencialmente iguales. De ese modo, una porción delantera de dicho tubo de inyección de material de núcleo sobresale por un extremo delantero de dicho conector de núcleo.The core material injection tube has a diameter less than the diameter of the shell material injection tube, and is configured to be pressed through the longitudinal through hole of the core connector. For this, the outer diameter of the bark material injection tube and the inside diameter of the cylindrical front portion of the longitudinal through hole of the bark connector are essentially the same. Thus, a front portion of said core material injection tube protrudes through a front end of said core connector.
Esta configuración en la que el tubo de inyección de material de núcleo se introduce a presión a través del orificio cilíndrico longitudinal pasante del conector de núcleo es ventajosa porque permite desplazar longitudinalmente hacia adelante o atrás el tubo de inyección de material de núcleo, de modo que es posible seleccionar la longitud que dicho tubo de inyección de material de núcleo sobresale del extremo delantero del conector de núcleo. Esto tiene su importancia a la hora de configurar el dispositivo de inyección de fibras en su conjunto, donde la longitud que sobresale el tubo de inyección de núcleo con relación a los conductos de inyección de gas o de otro material de corteza tiene un impacto en el modo en que se forman las fibras. Por tanto, poder desplazar longitudinalmente el tubo de inyección de núcleo hacia adelante o hacia atrás dota al dispositivo de la invención de una mayor versatilidad en cuanto a las características de las fibras creadas.This configuration in which the core material injection tube is pressed through the longitudinal cylindrical through hole of the core connector is advantageous because it allows the core material injection tube to be longitudinally moved forward or backward, so that it is possible to select the length that said core material injection tube protrudes from the front end of the core connector. This is important when configuring the fiber injection device as a whole, where the length that the core injection tube protrudes relative to the injection ducts of gas or other shell material has an impact on the way the fibers are formed. Therefore, being able to longitudinally move the core injection tube forward or backward gives the device of the invention greater versatility in terms of the characteristics of the fibers created.
Por otra parte nótese que, aunque en este documento el tubo de inyección de material de núcleo se describe generalmente como un elemento separado del conector de núcleo, sería posible concebir un conector de núcleo dotado de un tubo de inyección de material núcleo de manera que ambos formen una única pieza. El funcionamiento del dispositivo sería el mismo, con la salvedad de que se perdería la versatilidad en cuanto a la longitud que sobresale el tubo de inyección de material de núcleo más allá del extremo delantero del conector de núcleo.On the other hand, note that, although in this document the core material injection tube is generally described as a separate element from the core connector, it would be possible to conceive a core connector provided with a core material injection tube so that both form a single piece. The operation of the device would be the same, except that the versatility in terms of the length that the core material injection tube protrudes beyond the front end of the core connector would be lost.
De ese modo, cuando el conector de núcleo está fijado a la porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza, el tubo de inyección de material de núcleo es coaxial con el tubo de inyección material de corteza y, cuando además el conector de corteza está fijado al soporte principal mediante la introducción a presión de la porción del tubo de inyección de material de corteza que sobresale del conector de corteza en la porción trasera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal, el tubo de inyección de material de núcleo es coaxial también con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal. Gracias a esta configuración, se obtienen fibras coaxiales multi-componente a través de la inyección simultánea del material de corteza a través del orificio transversal pasante del conector de corteza, del material de núcleo a través de un extremo trasero del tubo de inyección de material de núcleo, y de un gas a presión a través del conducto de alimentación de gas del soporte principal.Thus, when the core connector is fixed to the rear portion of the longitudinal through hole of the shell connector, the core material injection tube is coaxial with the shell material injection tube, and when further the shell connector is fixed to the main support by pressing the portion of the shell material injection tube protruding from the shell connector into the cylindrical rear portion of the through hole of the main support, the core material injection tube is coaxial as well with the cylindrical front portion of the through hole of the main bracket. Thanks to this configuration, multi-component coaxial fibers are obtained through the simultaneous injection of the bark material through the transverse through hole of the bark connector, of the core material through a rear end of the material injection tube. core, and a gas under pressure through the main support gas supply conduit.
Naturalmente, un sistema completo para la creación de fibras micrométricas o nanométricas incluye una serie de elementos adicionales al dispositivo descrito, aunque éstos no forman parte de la presente invención. Concretamente, el sistema completo comprende un compresor dotado de manómetro para proporcionar el gas comprimido mediante una manguera que se conecta a través de un elemento de conexión adecuado, a la boca del conducto de alimentación de gas. El sistema comprende además uno o dos inyectores de el/los material/es que conformará/n las fibras, según sean éstas simples o compuestas, que se conectan a uno o ambos extremos traseros de los tubos de inyección de corteza y núcleo. El sistema incluye también un colector situado frente a los orificios delanteros de los tubos y del orificio pasante del soporte principal que recibe las fibras proyectadas por el dispositivo de la presente invención.Naturally, a complete system for the creation of micrometric or nanometric fibers includes a series of additional elements to the device described, although these do not form part of the present invention. Specifically, the complete system comprises a compressor equipped with a pressure gauge to supply the compressed gas through a hose that is connected through a suitable connection element, to the mouth of the gas supply conduit. The system also comprises one or two injectors of the material (s) that will form the fibers, depending on whether they are simple or composite, which are connected to one or both of the rear ends of the bark injection tubes and core. The system also includes a collector located opposite the front holes of the tubes and the through hole of the main support that receives the fibers projected by the device of the present invention.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
La Fig. 1 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de conector de corteza de acuerdo con la presente invención.Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of an example of a bark connector according to the present invention.
La Fig. 2 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de tubo de inyección de material de corteza de acuerdo con la presente invención.Fig. 2 shows a longitudinal sectional view of an example bark material injection tube according to the present invention.
Las Figs. 3a y 3b muestran el tubo de inyección de material de corteza fijado al conector de corteza en dos posiciones diferentes.Figs. 3a and 3b show the bark material injection tube attached to the bark connector in two different positions.
Las Figs. 4a y 4b muestran sendas vistas de un ejemplo de soporte principal de acuerdo con la presente invención.Figs. 4a and 4b show views of an example of main support according to the present invention.
La Fig. 5 muestra un ejemplo de dispositivo según la presente invención montado según una primera configuración para la creación de fibras simples.Fig. 5 shows an example of a device according to the present invention assembled according to a first configuration for the creation of single fibers.
La Fig. 6 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de tubo de inyección de material de núcleo de acuerdo con la presente invención.Fig. 6 shows a longitudinal sectional view of an example core material injection tube according to the present invention.
La Fig. 7 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de tubo de inyección de material de núcleo de acuerdo con la presente invención.Fig. 7 shows a longitudinal sectional view of an example core material injection tube according to the present invention.
Las Figs. 8a y 8b muestran el tubo de inyección de material de corteza fijado al conector de corteza en dos posiciones diferentes.Figs. 8a and 8b show the bark material injection tube attached to the bark connector in two different positions.
La Fig. 9. muestra un ejemplo de dispositivo según la presente invención montado según una segunda configuración para la creación de fibras compuestas formadas por núcleo y corteza.Fig. 9. shows an example of a device according to the present invention assembled according to a second configuration for the creation of composite fibers formed by core and shell.
La Fig. 10 muestra un detalle en sección transversal del extremo de descarga de la segunda configuración de dispositivo de la presente invención. Fig. 10 shows a cross-sectional detail of the discharge end of the second device configuration of the present invention.
La Fig. 11muestra un detalle en sección longitudinal en perspectiva del orificio del soporte principal y los tubos de inyección de núcleo y corteza.Fig. 11 shows a detail in perspective longitudinal section of the hole of the main support and the core and shell injection tubes.
La Fig. 12 muestra una vista general de un sistema de generación de fibras nanométricas o micrométricas que incluye un dispositivo de acuerdo con la presente invención.Fig. 12 shows a general view of a nanometric or micrometric fiber generation system that includes a device according to the present invention.
Las Figs. 13a-13c muestran imágenes ópticas ampliadas de ejemplos de fibras compuestas por núcleo y corteza formadas con la segunda configuración del dispositivo de la invención.Figs. 13a-13c show magnified optical images of examples of core and shell composite fibers formed with the second configuration of the device of the invention.
Las Figs. 14a-14c muestran imágenes ópticas ampliadas que permiten apreciar la estructura de corteza y núcleo de fibras creadas con la segunda configuración del dispositivo de la invención.Figs. 14a-14c show enlarged optical images that allow to appreciate the structure of the cortex and core of fibers created with the second configuration of the device of the invention.
La Fig. 15 muestra una imagen mediante microscopio STEM de otro ejemplo de fibra creada mediante la segunda configuración del dispositivo de la invención formada por corteza y núcleo.Fig. 15 shows a STEM microscope image of another example of fiber created by the second configuration of the device of the invention formed by cortex and core.
Las Figs. 16a-16c muestran sendas vistas macroscópicas de fibras creadas mediante la segunda configuración del dispositivo de la invención utilizando diferentes presiones de gas.Figs. 16a-16c show both macroscopic views of fibers created by the second configuration of the device of the invention using different gas pressures.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Se describe a continuación la presente invención haciendo referencia a las figuras adjuntas. Las configuraciones descritas en las figuras constituyen únicamente ejemplos, de modo sería posible implementar el dispositivo de la invención utilizando elementos equivalentes a los aquí descritos.The present invention is described below with reference to the accompanying figures. The configurations described in the figures are only examples, so it would be possible to implement the device of the invention using elements equivalent to those described here.
La Fig. 1 muestra una sección longitudinal del conector (2) de corteza. En este ejemplo, el conector (2) de corteza tiene una forma exterior cónica y está dotado de un orificio longitudinal pasante (21) que tiene dos porciones coaxiales claramente diferenciadas: una porción trasera (21a) que tiene forma cónica; y una porción delantera (21b) que tiene forma cilíndrica. Como se describirá con detalle más adelante, la forma cónica de la porción trasera (21a) del orificio longitudinal pasante (21) está diseñada para el acoplamiento a presión del conector (5) de núcleo, mientras que la forma cilíndrica de la porción delantera (21b) del orificio longitudinal pasante (21) está diseñada para el acoplamiento a presión del tubo (3) de inyección de material de corteza. El conector (2) de corteza dispone también de un orificio transversal pasante (22) que atraviesa el tabique que separa el interior del orificio longitudinal pasante (21) del exterior.Fig. 1 shows a longitudinal section of the bark connector (2). In this example, the shell connector (2) has a conical outer shape and is provided with a longitudinal through hole (21) having two clearly differentiated coaxial portions: a rear portion (21a) having a conical shape; and a front portion (21b) having a cylindrical shape. As will be described in detail later, the conical shape of the rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) is designed for snap engagement of the core connector (5), while the cylindrical shape of the front portion ( 21b) of the longitudinal through hole (21) is designed for the pressure coupling of the bark material injection tube (3). The bark connector (2) also has a transverse through hole (22) that passes through the partition that separates the inside of the longitudinal through hole (21) from the outside.
La Fig. 2 muestra el tubo (3) de inyección de material de corteza. Se trata de un tubo cilíndrico recto que tiene un determinado diámetro evidentemente dentro de un rango micrométrico o nanométrico habitual en el campo de la inyección de fibras. Por ejemplo, el diámetro del tubo (3) de inyección de corteza puede estar dentro de un rango aproximado de 0,04 mm hasta 1,5 mm.Fig. 2 shows the bark material injection tube (3). It is a straight cylindrical tube that obviously has a certain diameter within a micrometric or nanometric range common in the field of fiber injection. For example, the diameter of the bark injection tube (3) may be within an approximate range of 0.04mm to 1.5mm.
Las Figs. 3a y 3b muestran sendos ejemplos donde estos dos elementos, conector (2) de corteza y tubo (3) de inyección de corteza, están ya acoplados entre sí. Para ello, únicamente es necesario insertar el tubo (3) de inyección de material de corteza en la porción delantera cilíndrica (21b) del orificio longitudinal pasante (21) del conector (2) de corteza. Para ello, el diámetro de dicha porción delantera cilíndrica (21b) coincide esencialmente con el diámetro del tubo (3) de inyección de corteza. De ese modo, aplicando una fuerza en sentido longitudinal sobre el tubo (3) de inyección de corteza, éste desliza hacia el interior de dicha porción delantera cilíndrica (21) del orificio longitudinal pasante (21). El tubo (3) de inyección de corteza queda así firmemente fijado al conector (2) de corteza.Figs. 3a and 3b show respective examples where these two elements, bark connector (2) and bark injection tube (3), are already coupled to each other. For this, it is only necessary to insert the bark material injection tube (3) into the cylindrical front portion (21b) of the longitudinal through hole (21) of the bark connector (2). For this, the diameter of said cylindrical front portion (21b) essentially coincides with the diameter of the bark injection tube (3). In this way, by applying a force in the longitudinal direction on the bark injection tube (3), it slides into said cylindrical front portion (21) of the longitudinal through hole (21). The bark injection tube (3) is thus firmly fixed to the bark connector (2).
Gracias a esta configuración, el usuario puede modificar la longitud según la cual el tubo (3) de inyección sobresale más allá del extremo delantero del conector (2) de corteza. Como se verá más adelante, esto es importante para modificar las características de las fibras creadas. A este respecto, nótese que la longitud de desplazamiento longitudinal del tubo (3) de inyección de corteza con relación al conector (2) de corteza está limitada por debido a que el extremo trasero del tubo (3) de inyección de corteza no debe sobresalir por el extremo trasero del conector (2) de corteza, o más preferentemente no debe llegar hasta un punto que esté mucho más atrasado que el orificio transversal pasante (22), ya que ello podría dificultar el flujo del material de corteza durante el uso del dispositivo (1).Thanks to this configuration, the user can modify the length by which the injection tube (3) protrudes beyond the front end of the bark connector (2). As will be seen later, this is important to modify the characteristics of the fibers created. In this regard, note that the length of longitudinal displacement of the bark injection tube (3) relative to the bark connector (2) is limited by because the rear end of the bark injection tube (3) must not protrude through the rear end of the bark connector (2), or more preferably it should not reach a point that is much further back than the through through hole (22), as this could hinder the flow of bark material during use of the device (1).
Las Figs. 4a y 4b muestran un ejemplo de soporte (4) principal que tiene forma esencialmente de paralelepípedo atravesado por un orificio pasante (41) que, a su vez, presenta una porción delantera cilíndrica (41a) y una porción trasera cilíndrica (41b) coaxial con aquella. Además, la porción delantera cilíndrica (41a) tiene un diámetro mayor que la porción trasera cilíndrica (41b). Adicionalmente, al igual que la porción delantera cilíndrica (21 b) del conector (2) de corteza, la porción trasera cilindrica (41b) del orificio (41) pasante tiene un diámetro esencialmente igual que el diámetro del tubo (3) de inyección de material de corteza. Ello permite acoplar a presión dicho tubo (3) de inyección de material de corteza al soporte (4) principal simplemente mediante la introducción de su extremo delantero en la porción trasera cilíndrica (41b) de dicho orificio pasante al aplicar una fuerza longitudinal sobre el mismo. El tubo (3) de inyección de material de corteza queda así fijado firmemente al soporte (4) principal.Figs. 4a and 4b show an example of main support (4) having an essentially parallelepiped shape crossed by a through hole (41) which, in turn, has a cylindrical front portion (41a) and a cylindrical rear portion (41b) coaxial with that. Furthermore, the cylindrical front portion (41a) has a larger diameter than the cylindrical rear portion (41b). Additionally, like the cylindrical front portion (21b) of the bark connector (2), the cylindrical rear portion (41b) of the through hole (41) has a diameter essentially equal to the diameter of the bark material injection tube (3). This allows said bark material injection tube (3) to be pressure coupled to the main support (4) simply by introducing its front end into the cylindrical rear portion (41b) of said through hole by applying a longitudinal force on it. . The bark material injection tube (3) is thus firmly fixed to the main support (4).
El soporte (4) principal tiene además un conducto (42) de alimentación de gas que tiene forma cilíndrica cuya dirección es esencialmente perpendicular a la dirección del orificio pasante (41). Debido a ello, ambos se cortan en un punto intermedio del soporte (4) principal y el conducto (42) de alimentación de gas se comunica así con la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante. Esto permite que cualquier gas a presión suministrado a través del conducto (42) de alimentación de gas llegue a la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante y sea expulsado a través de su extremo delantero.The main support (4) further has a gas supply conduit (42) having a cylindrical shape whose direction is essentially perpendicular to the direction of the through hole (41). Due to this, both are cut at an intermediate point of the main support (4) and the gas supply conduit (42) thus communicates with the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41). This allows any pressurized gas supplied through the gas feed conduit (42) to reach the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41) and be expelled through its forward end.
La Fig. 5 muestra una sección transversal del dispositivo (1) de la invención según una primera configuración diseñada para la formación de fibras simples.Fig. 5 shows a cross section of the device (1) of the invention according to a first configuration designed for the formation of simple fibers.
El dispositivo (1) se forma mediante el acoplamiento del conector (2) de corteza, el tubo (3) de inyección de material de corteza, y el soporte (4) principal. Para ello, basta con insertar una porción delantera del tubo (3) de inyección de corteza a través de la porción trasera cilíndrica (41b) del orificio (41) pasante del soporte (4) principal. En este ejemplo, el tubo (3) se dispone en una posición en la que su extremo delantero está a ras con el extremo delantero de salida de la porción delantera cilíndrica (41a) de dicho orificio (41). Sin embargo, en función de las necesidades de cada aplicación, sería posible modificar esta distancia de modo que dicho extremo delantero del tubo (3) de inyección esté situado algo más hacia dentro o hacia fuera con relación a dicho extremo delantero de salida de la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41). Nótese que, en cualquier caso, el tubo (3) de inyección de material de corteza es coaxial con la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41).The device (1) is formed by coupling the bark connector (2), the bark material injection tube (3), and the main support (4). To do this, it is enough to insert a front portion of the bark injection tube (3) through the cylindrical rear portion (41b) of the through hole (41) of the main support (4). In this example, the tube (3) is arranged in a position in which its front end is flush with the front exit end of the cylindrical front portion (41a) of said hole (41). However, depending on the needs of each application, it would be possible to modify this distance so that said front end of the injection tube (3) is located somewhat more inward or outward relative to said front end of the portion outlet. cylindrical front (41a) of the hole (41). Note that, in any case, the bark material injection tube (3) is coaxial with the cylindrical front portion (41a) of the orifice (41).
Del mismo modo, la porción trasera del tubo (3) de inyección de corteza se introduce en la porción delantera cilíndrica (21b) del conector (2) de corteza, teniendo cuidado de que el extremo trasero del tubo (3) de inyección de corteza no quede fuera del orificio longitudinal pasante (21) de dicho conector (2) de corteza. Además, y aunque no se muestra de manera explícita en este documento, en esta primera configuración del dispositivo (1) se entiende que sería necesario tapar el extremo trasero de la porción trasera cónica (21a) mediante algún tipo de obturador con el propósito de evitar pérdidas del material de corteza alimentado a través del orificio transversal pasante (22).Similarly, the rear portion of the bark injection tube (3) is inserted into the cylindrical front portion (21b) of the bark connector (2), taking care that the rear end of the bark injection tube (3) it does not remain outside the longitudinal through hole (21) of said bark connector (2). In addition, and although it is not shown in a way explicit in this document, in this first configuration of the device (1) it is understood that it would be necessary to cover the rear end of the conical rear portion (21a) by means of some type of shutter in order to avoid losses of the bark material fed through the through hole (22).
El funcionamiento de esta primera configuración del dispositivo (1) de la invención sería fundamentalmente el siguiente. A través de una línea de alimentación (500) que proviene de un primer inyector (300a), se introduce un material (M) de corteza a través del orificio transversal pasante (22). El material (M) de corteza entra en la porción trasera cónica (21a) del conector (2) de corteza, entra por el extremo trasero del tubo (3) de inyección de material de corteza y finalmente es expulsado a través del extremo delantero del tubo (3) de inyección de corteza. Al mismo tiempo, se aplica un gas a presión, normalmente aire, proveniente de un compresor (100) dotado de manómetro (200) al conducto (42) de alimentación por medio de una manguera conectada a la boca de dicho conducto (42). El aire (A) a presión atraviesa el conducto (42) de alimentación, entra en la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante del soporte (4) principal, y finalmente sale a presión a través de la porción con forma de anillo de dicha porción delantera cilíndrica (41a) que rodea al tubo (3) de inyección de material de corteza. Como es conocido, el aire (A) a presión encapsula el material (M) de corteza y facilita la formación de las fibras nanométricas o micrométricas. Tras un determinado tiempo de vuelo, las fibras son recogidas por un colector (400).The operation of this first configuration of the device (1) of the invention would be essentially the following. Through a feed line (500) coming from a first injector (300a), a bark material (M) is introduced through the transverse through hole (22). The bark material (M) enters the conical rear portion (21a) of the bark connector (2), enters the rear end of the bark material injection tube (3) and is finally expelled through the front end of the bark material. bark injection tube (3). At the same time, a pressurized gas, normally air, from a compressor (100) equipped with a pressure gauge (200) is applied to the supply conduit (42) by means of a hose connected to the mouth of said conduit (42). The pressurized air (A) passes through the supply conduit (42), enters the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41) of the main support (4), and finally exits under pressure through the shaped portion ring of said cylindrical front portion (41a) that surrounds the bark material injection tube (3). As is known, the pressurized air (A) encapsulates the shell material (M) and facilitates the formation of the nanometric or micrometric fibers. After a certain flight time, the fibers are collected by a collector (400).
El material (M) de corteza puede ser cualquier material polimérico habitualmente utilizado en este campo, aunque también es posible utilizar otros tipos de materiales. Igualmente, el gas a presión puede incluir no sólo aire, sino también nitrógeno, helio, u otros.The shell material (M) can be any polymeric material commonly used in this field, although it is also possible to use other types of materials. Similarly, the gas under pressure can include not only air, but also nitrogen, helium, or others.
En cuanto a materiales, tanto el conector (2) de corteza como el tubo (3) y el soporte (4) principal pueden estar hechos de un material metálico, plástico, u otros, siempre que dicho material soporte los disolventes normalmente utilizados en este tipo de procesos.Regarding materials, both the bark connector (2) and the tube (3) and the main support (4) can be made of a metal, plastic, or other material, as long as said material supports the solvents normally used in this type of processes.
La Fig. 6 muestra un ejemplo de conector (5) de núcleo según la presente invención. Este conector tiene una forma exteriormente cónica que está diseñada para acoplarse a presión dentro de la porción trasera cónica (21a) del orificio longitudinal pasante (21) del conector (2) de corteza. De ese modo, no solo se realiza la conexión entre el conector (5) de núcleo y el conector (6) de corteza, sino que además dicha conexión se realiza de modo que ambos son coaxiales. El conector (5) de núcleo presenta además un orificio longitudinal cilíndrico pasante (51) que lo atraviesa completamente, y que como se verá a continuación está diseñado para el acoplamiento del tubo (6) de inyección de material de núcleo.Fig. 6 shows an example of a core connector (5) according to the present invention. This connector has an externally conical shape which is designed to snap fit into the conical rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) of the bark connector (2). In this way, not only is the connection made between the core connector (5) and the shell connector (6), but also said connection is made so that both are coaxial. The core connector (5) also has a cylindrical longitudinal hole through (51) that passes through it completely, and that as will be seen below is designed for the coupling of the core material injection tube (6).
La Fig. 6 muestra un ejemplo de tubo (6) de inyección de material de núcleo. El tubo (6) de inyección de material de núcleo tiene una forma cilíndrica con un diámetro menor que el diámetro del tubo (3) de inyección de material de corteza. Además, dicho diámetro coincide esencialmente con el diámetro interior del orificio longitudinal cilíndrico pasante (51) del conector (5) de núcleo, de modo que el tubo (6) de inyección de material de núcleo puede insertarse longitudinalmente a presión dentro de dicho orificio longitudinal cilíndrico pasante (51) del conector (5) de núcleo.Fig. 6 shows an example of a core material injection tube (6). The core material injection tube (6) has a cylindrical shape with a diameter smaller than the diameter of the shell material injection tube (3). Furthermore, said diameter essentially coincides with the internal diameter of the through cylindrical longitudinal hole (51) of the core connector (5), so that the core material injection tube (6) can be longitudinally inserted under pressure into said longitudinal hole. cylindrical through (51) of the core connector (5).
Las Figs. 8a y 8b muestran dos ejemplos de conjunto formado por ambos elementos interconectados de este modo. Como se puede apreciar, aplicando una fuerza suficiente es posible colocar el tubo (6) de inyección de material de núcleo en la posición más adecuada para cada caso en lo que respecta a la distancia que el tubo (6) sobresale por el extremo delantero del conector (5) de núcleo.Figs. 8a and 8b show two examples of an assembly formed by both elements interconnected in this way. As can be seen, applying a sufficient force it is possible to place the core material injection tube (6) in the most suitable position for each case with regard to the distance that the tube (6) protrudes from the front end of the core connector (5).
La Fig. 9 muestra el dispositivo (1) de la invención montado según una segunda configuración diseñada para la formación de fibras formadas por núcleo y corteza.Fig. 9 shows the device (1) of the invention assembled according to a second configuration designed for the formation of fibers formed by core and shell.
Partiendo de la configuración mostrada en la Fig. 5, únicamente es necesario acoplar el conjunto formado por el conector (5) de núcleo y el tubo (6) de inyección de material de núcleo mostrados en las Figs. 8a y 8b con el conector (2) de corteza. Para ello, se inserta una porción delantera de dicho conector (5) de núcleo en la porción trasera cónica (21a) del orificio longitudinal pasante (21) del conector (2) de corteza. Las formas cónicas del conector (5) de núcleo y de dicha porción trasera (21a) del orificio (21) están diseñadas para que, mediante la aplicación de una presión longitudinal suficiente, ambas queden fijadas entre sí. Además, esta unión también asegura la coaxialidad de ambos elementos. Evidentemente, la unión está diseñada además de modo que el conector (5) de núcleo no entra en el conector (2) de corteza una distancia tal que pueda obturar orificio transversal pasante (22) de dicho conector (2) de corteza.Starting from the configuration shown in Fig. 5, it is only necessary to couple the assembly formed by the core connector (5) and the core material injection tube (6) shown in Figs. 8a and 8b with the bark connector (2). To do this, a front portion of said core connector (5) is inserted into the conical rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) of the shell connector (2). The conical shapes of the core connector (5) and said rear portion (21a) of the hole (21) are designed so that, by applying a sufficient longitudinal pressure, both are fixed to each other. In addition, this union also ensures the coaxiality of both elements. Obviously, the joint is further designed so that the core connector (5) does not enter the shell connector (2) at such a distance that it can seal through a transverse hole (22) of said shell connector (2).
Al realizar el acoplamiento anterior, el tubo (6) de inyección de núcleo entra coaxialmente dentro del tubo (3) de inyección de corteza. Seleccionando adecuadamente la posición del tubo (6) de inyección de núcleo con relación al conector (5) de núcleo, el extremo delantero de dicho tubo (6) de inyección de núcleo quedará a ras con el extremo delantero de salida de la porción delantera cilindrica (41a) de dicho orificio (41), o bien algo adelantado o retrasado con relación a éste.When performing the above coupling, the core injection tube (6) enters coaxially inside the shell injection tube (3). By properly selecting the position of the core injection tube (6) in relation to the core connector (5), the front end of said core injection tube (6) will be flush with the front exit end of the cylindrical front portion (41a) of said hole (41), either somewhat advanced or retarded relative to it.
Las Figs. 10 y 11 muestran el extremo delantero de la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41), del tubo (3) de inyección de corteza y del tubo (6) de inyección de núcleo, que en este ejemplo están todos a ras. Concretamente, la Fig. 10 muestra las dimensiones de un ejemplo particular de esta estructura, donde el tubo (5) de inyección de núcleo tiene un diámetro interior de 0,6000 mm, el tubo (3) de inyección de material de corteza tiene un diámetro interior de 1,4000 mm, y la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) tiene un diámetro interior de 2,5000 mm. Dado que el espesor de ambos tubos (3, 5) es de 0,2000 mm, resulta que la anchura del canal anular por el que se inyecta el material (Mc) de corteza es de 0,4000 mm y la anchura del canal anular por el que se inyecta el aire (A) es de 1,1000 mm.Figs. 10 and 11 show the front end of the cylindrical front portion (41a) of the hole (41), the shell injection tube (3) and the core injection tube (6), which in this example are all flush. Specifically, Fig. 10 shows the dimensions of a particular example of this structure, where the core injection tube (5) has an internal diameter of 0.6000 mm, the shell material injection tube (3) has a inside diameter of 1.4000mm, and the cylindrical front portion (41a) of the hole (41) has an inside diameter of 2.5000mm. Given that the thickness of both tubes (3, 5) is 0.2000 mm, it follows that the width of the annular channel through which the bark material is injected (Mc) is 0.4000 mm and the width of the annular channel through which the air is injected (A) is 1.1000 mm.
Así, con referencia a las Figs. 2 y 12, el funcionamiento de esta segunda configuración del dispositivo (1) de la invención es el siguiente. Se introduce el material (Mn) de núcleo proveniente de un segundo inyector (300b) a través del extremo trasero del tubo (6) de inyección de material de núcleo. Este material (Mn) de núcleo atraviesa dicho tubo (6) y es expulsado por su extremo delantero. Al mismo tiempo, se introduce el material (Mc) de corteza a través del orificio transversal pasante (22) proveniente de un primer inyector (300a). Este material (Mc) de corteza entra en el tubo (3) de inyección de material de corteza y lo atraviesa hasta ser expulsado por su extremo delantero. Y al mismo tiempo, se aplica un gas a presión, normalmente aire, proveniente de un compresor (100) dotado de manómetro (200) al conducto (42) de alimentación por medio de una manguera conectada a la boca de dicho conducto (42). El aire (A) a presión atraviesa el conducto (42) de alimentación, entra en la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante del soporte (4) principal, y finalmente sale a presión a través de la porción con forma de anillo de dicha porción delantera cilíndrica (41a) que rodea al tubo (3) de inyección de material de corteza y, también, al tubo (6) de inyección de material de núcleo coaxial con aquel. De ese modo, el material (Mn) de núcleo expulsado por el extremo del tubo (3) de inyección de material de núcleo queda en el centro, el material (Mc) de corteza expulsado por el extremo del tubo (6) de inyección de material de corteza rodea anularmente a dicho material (Mn) de núcleo, y el aire (A) expulsado por la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) rodea a dicho material (Mc) de corteza. Esta estructura permite la creación de fibras formadas por núcleo y corteza que, tras un determinado tiempo de vuelo, son recogidas por un colector (400). Thus, with reference to Figs. 2 and 12, the operation of this second configuration of the device (1) of the invention is as follows. The core material (Mn) from a second injector (300b) is introduced through the rear end of the core material injection tube (6). This core material (Mn) passes through said tube (6) and is expelled through its front end. At the same time, the bark material (Mc) is introduced through the transverse through hole (22) coming from a first injector (300a). This bark material (Mc) enters the bark material injection tube (3) and passes through it until it is expelled from its front end. And at the same time, a pressurized gas, normally air, is applied from a compressor (100) equipped with a pressure gauge (200) to the supply conduit (42) by means of a hose connected to the mouth of said conduit (42) . The pressurized air (A) passes through the supply conduit (42), enters the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41) of the main support (4), and finally exits under pressure through the shaped portion ring of said cylindrical front portion (41a) that surrounds the shell material injection tube (3) and also the core material injection tube (6) coaxial therewith. Thus, the core material (Mn) ejected from the end of the core material injection tube (3) remains in the center, the shell material (Mc) ejected from the end of the core material injection tube (6). Crust material annularly surrounds said core material (Mn), and the air (A) expelled by the cylindrical front portion (41a) of the hole (41) surrounds said crust material (Mc). This structure allows the creation of fibers formed by core and cortex which, after a certain flight time, are collected by a collector (400).
Las Figs. 13a-13c son imágenes ópticas fibras de poli(fluoruro de vinilideno), PVDF, con un 1% en peso de nanotubos de carbono de pared múltiple, MWCNT. Se utilizó un dispositivo (1) con la configuración simple de un solo tubo cuyo diámetro fue de: (A) 0,6 mm, (B) 0,8 mm y (C) 1,2 mm.Figs. 13a-13c are optical imaging polyvinylidene fluoride fibers, PVDF, with 1% by weight multi-walled carbon nanotubes, MWCNT. A device (1) with the simple configuration of a single tube was used whose diameter was: (A) 0.6 mm, (B) 0.8 mm and (C) 1.2 mm.
Las Figs. 14a y 14b muestran imágenes ópticas a suficientes aumentos como para observar la estructura corteza-núcleo de las fibras multicomponentes formadas por un dispositivo (1) según la invención utilizando polióxido de etileno como material (Mn) de núcleo y polisulfona como material (Mc) de corteza.Figs. 14a and 14b show optical images at sufficient magnification to observe the cortex-core structure of the multicomponent fibers formed by a device (1) according to the invention using polyethylene oxide as core material (Mn) and polysulfone as material (Mc) of Cortex.
La Fig. 15 muestra una imagen de microscopía electrónica de trasmisión por barrido, STEM, donde se ve con claridad la estructura de una de las fibras coaxiales de polióxido de etileno recubierto por polisulfona mostradas en las Figs. 14a y 14b.Fig. 15 shows a STEM, transmission electron microscope image, where the structure of one of the polysulfone-coated polyethylene oxide coaxial fibers shown in Figs. 14a and 14b.
Por último, las Figs. 16a-16c muestran una vista macroscópica de la formación de fibras no tejidas utilizando el dispositivo (1) de la invención cuando se aplican una presión de aire de a) 0,5 bar, b) 1 bar, y c) 2 bar. Finally, Figs. 16a-16c show a macroscopic view of the formation of non-woven fibers using the device (1) of the invention when an air pressure of a) 0.5 bar, b) 1 bar, and c) 2 bar is applied.
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