RU174492U1 - DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL - Google Patents

DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL Download PDF

Info

Publication number
RU174492U1
RU174492U1 RU2017110827U RU2017110827U RU174492U1 RU 174492 U1 RU174492 U1 RU 174492U1 RU 2017110827 U RU2017110827 U RU 2017110827U RU 2017110827 U RU2017110827 U RU 2017110827U RU 174492 U1 RU174492 U1 RU 174492U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasonic
fiber
forming electrode
electrode
frequency
Prior art date
Application number
RU2017110827U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Онуфриевич Волик
Михаил Георгиевич Волик
Валерий Михайлович Куличихин
Original Assignee
Георгий Онуфриевич Волик
Михаил Георгиевич Волик
Валерий Михайлович Куличихин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Георгий Онуфриевич Волик, Михаил Георгиевич Волик, Валерий Михайлович Куличихин filed Critical Георгий Онуфриевич Волик
Priority to RU2017110827U priority Critical patent/RU174492U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU174492U1 publication Critical patent/RU174492U1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для получения нетканых материалов электроформованием растворов или расплавов полимеров с использованием ультразвуковых колебаний. Технический результат заявляемой полезной модели заключается в более равномерном распределении ультразвуковых колебаний по всей поверхности волокнообразующего электрода для снижения прилипания полимера к его поверхности. Указанный технический результат достигается тем, что согласно решению рабочие элементы волокнообразующего электрода имеют резонансные размеры и имеют второй ультразвуковой генератор с частотой f2. Устройство для электроформования нетканого материала, включающее волокнообразующий электрод, размещённый в ванне для прядильного полимерного раствора, собирательный электрод, расположенный над волокнообразующим электродом и прикрепленный к ванне при помощи рамы, первый ультразвуковой генератор с частотой f1, соединенный с первым концом волокнообразующего электрода при помощи первой ультразвуковой колебательной системы, согласно решению содержит второй ультразвуковой генератор с частотой f2, соединенный с вторым концом волокнообразующего электрода при помощи второй ультразвуковой колебательной системы, при этом первая и вторая ультразвуковые колебательные системы включают первый и второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь с частотой f1 и f2 соответственно, снабженный кольцевыми коллекторами, соединенными с соответствующим ультразвуковым генератором, а также первый и второй трансформатор с длиной l=λ1(f1)/2 и l=λ2(f2)/2 соответственно, где λ1 и λ2 – длина продольной волны ультразвуковых колебаний в материале соответствующего трансформатора, причем один конец каждого трансформатора жестко соединен с выходом соответствующего ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя на одной оси с ним, а другой конец жестко соединен с соответствующим концом волокнообразующего электрода на одной оси с ним; устройство содержит электромеханический привод вращения волокнообразующего электрода с выходным валом, расположенным внутри кольцевых коллекторов, и жестко соединен с первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем на одной оси с ним.The utility model relates to devices for producing nonwoven materials by electroforming of solutions or polymer melts using ultrasonic vibrations. The technical result of the claimed utility model is a more uniform distribution of ultrasonic vibrations over the entire surface of the fiber-forming electrode to reduce the adhesion of the polymer to its surface. The specified technical result is achieved by the fact that according to the solution, the working elements of the fiber-forming electrode have resonant dimensions and have a second ultrasonic generator with a frequency f2. A device for electroforming a nonwoven material, including a fiber-forming electrode placed in a bath for spinning polymer solution, a collecting electrode located above the fiber-forming electrode and attached to the bath with a frame, a first ultrasonic generator with a frequency f1 connected to the first end of the fiber-forming electrode using the first ultrasonic oscillatory system, according to the decision contains a second ultrasonic generator with a frequency f2 connected to the second end of the fiber the measuring electrode using a second ultrasonic oscillatory system, the first and second ultrasonic oscillating systems include a first and second ultrasonic piezoelectric transducer with a frequency f1 and f2, respectively, equipped with ring collectors connected to the corresponding ultrasonic generator, as well as the first and second transformers with a length l = λ1 (f1) / 2 and l = λ2 (f2) / 2, respectively, where λ1 and λ2 are the longitudinal wavelength of ultrasonic vibrations in the material of the corresponding transformer, and one onets each transformer is rigidly connected to the corresponding output of the ultrasonic piezoelectric transducer on the same axis with it, and the other end rigidly connected to a respective end of the spinning electrode on the same axis therewith; the device comprises an electromechanical drive of rotation of the fiber-forming electrode with an output shaft located inside the annular collectors, and is rigidly connected to the first ultrasonic piezoelectric transducer on one axis with it.

Description

Полезная модель относится к устройствам для получения нетканых материалов электроформованием растворов или расплавов полимеров с использованием ультразвуковых колебаний.The utility model relates to devices for producing nonwoven materials by electroforming of solutions or polymer melts using ultrasonic vibrations.

Известно устройство для получения нетканого материала электроформованием раствора полимеров (патент на полезную модель RU 134536, МПК D01D5/00, D04H3/00, опубликовано 20.11.2013), состоящее из узла подачи полимерного раствора, оканчивающегося металлическим капилляром, соединенным с источником высокого напряжения, и заземленного осадительного электрода для формирования нетканого материала из осаждаемых полимерных волокон. Устройство дополнительно содержит ультразвуковой аэрозольный генератор для покрытия осаждаемого волокна аэрозолем технологического или функционального соединения, расположенный вблизи осадительного электрода.A device for producing non-woven material by electroforming a polymer solution (utility model patent RU 134536, IPC D01D5 / 00, D04H3 / 00, published November 20, 2013), consisting of a polymer solution supply unit ending in a metal capillary connected to a high voltage source, and a grounded precipitation electrode for forming a nonwoven material from the deposited polymer fibers. The device further comprises an ultrasonic aerosol generator for coating the deposited fiber with an aerosol of a technological or functional compound located near the precipitation electrode.

Однако известное устройство не позволяет подавать через капилляр полимерный раствор высокой вязкости.However, the known device does not allow to supply through the capillary a polymer solution of high viscosity.

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для изготовление нетканого материала (патент на изобретение CN 103757719, МПК D01D 5/00, D01D 7/00, D01D 13/02, опубликовано 30.04.2014), содержащее волокнообразующий электрод, размещённый в ванне с раствором, собирательный электрод, ультразвуковой генератор, соединенный с одним концом волокнообразующего электрода при помощи первой ультразвуковой колебательной системы. Волокнообразующий электрод выполнен в виде набора пластин, на боковых сторонах, обращенных к собирательному электроду, которого расположены треугольные выступы.Closest to the claimed solution is a device for the manufacture of non-woven material (patent for invention CN 103757719, IPC D01D 5/00, D01D 7/00, D01D 13/02, published 04/30/2014) containing a fiber-forming electrode placed in a bath with a solution, a collective electrode, an ultrasonic generator connected to one end of the fiber-forming electrode using the first ultrasonic vibrating system. The fiber-forming electrode is made in the form of a set of plates, on the sides facing the collective electrode, which has triangular protrusions.

Недостатком прототипа является недостаточно эффективное распыление материала с волокнообразующего электрода в местах нахождения узлов стоячих волн.The disadvantage of the prototype is the insufficiently effective spraying of the material from the fiber-forming electrode in the locations of the nodes of the standing waves.

Техническая проблема заключается в качественном равномерном распылении полимера со всей поверхности волокнообразующего электрода при электроформовании из полимера с высокой вязкостью.The technical problem is the qualitative uniform spraying of the polymer from the entire surface of the fiber-forming electrode during electrospinning from a polymer with high viscosity.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в более равномерном распределении ультразвуковых колебаний по всей поверхности волокнообразующего электрода для снижения прилипания полимера к его поверхности.The technical result of the claimed utility model is a more uniform distribution of ultrasonic vibrations over the entire surface of the fiber-forming electrode to reduce the adhesion of the polymer to its surface.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для электроформования нетканого материала, включает волокнообразующий электрод резонансных размеров, размещённый в ванне для прядильного полимерного раствора, собирательный электрод, расположенный над волокнообразующим электродом и прикрепленный к ванне при помощи рамы, первый ультразвуковой генератор с частотой f1, соединенный с первым концом волокнообразующего электрода при помощи первой ультразвуковой колебательной системы, согласно решению содержит второй ультразвуковой генератор с частотой f2, соединенный с вторым концом волокнообразующего электрода при помощи второй ультразвуковой колебательной системы, при этом первая и вторая ультразвуковые колебательные системы включают первый и второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь с частотой f1 и f2 соответственно, снабженные кольцевыми коллекторами, соединенными с соответствующим ультразвуковым генератором, а также первый и второй трансформатор с длиной l1=λ1(f1)/2 и l2=λ2(f2)/2 соответственно, где λ1 и λ2 – длина продольной волны ультразвуковых колебаний в материале соответствующего трансформатора, причем один конец каждого трансформатора жестко соединен с выходом соответствующего ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя на одной оси с ним, а другой конец жестко соединен с соответствующим концом волокнообразующего электрода на одной оси с ним; устройство содержит электромеханический привод вращения волокнообразующего электрода с выходным валом, расположенным внутри кольцевых коллекторов и жестко соединен с первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем на одной оси с ним. Устройство дополнительно снабжено, по крайней мере, двумя пьезоэлектрическими преобразователями, закрепленными на дне ванны для прядильного полимерного раствора. Устройство содержит дополнительный электромеханический привод вращения волокнообразующего электрода с выходным валом, расположенным внутри кольцевых коллекторов и жестко соединен с вторым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем на одной оси с ним. Волокнообразующий электрод выполнен в виде металлического цилиндра или в виде двух соосно расположенных торцевых дисков, соединенных между собой по периметру струнами.The specified technical result is achieved by the fact that the device for electroforming a nonwoven material includes a fiber-forming electrode of resonant dimensions, placed in a bath for spinning polymer solution, a collecting electrode located above the fiber-forming electrode and attached to the bath with a frame, the first ultrasonic generator with a frequency f1 connected with the first end of the fiber-forming electrode using the first ultrasonic vibrating system, according to the solution contains a second ultra a sound generator with a frequency f2 connected to the second end of the fiber-forming electrode using a second ultrasonic vibrating system, the first and second ultrasonic vibrating systems include a first and second ultrasonic piezoelectric transducer with a frequency f1 and f2, respectively, equipped with ring collectors connected to the corresponding ultrasonic generator and a first and a second transformer with a length l 1 = λ1 (f1) / 2 and l 2 = λ2 (f2) / 2 respectively, where λ1 and λ2 - longitudinal wavelength ultraz ukovyh oscillations in the material of a transformer, one end of each of the transformer are rigidly coupled to the output of the corresponding ultrasonic piezoelectric transducer on the same axis with it, and the other end rigidly connected to a respective end of the spinning electrode on the same axis therewith; the device comprises an electromechanical drive of rotation of the fiber-forming electrode with an output shaft located inside the annular collectors and rigidly connected to the first ultrasonic piezoelectric transducer on the same axis with it. The device is additionally equipped with at least two piezoelectric transducers mounted on the bottom of the bath for spinning polymer solution. The device contains an additional electromechanical drive of rotation of the fiber-forming electrode with an output shaft located inside the annular collectors and rigidly connected to the second ultrasonic piezoelectric transducer on the same axis with it. The fiber-forming electrode is made in the form of a metal cylinder or in the form of two coaxially located end disks interconnected around the perimeter by strings.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 представлены варианты заявляемого устройства с разными типами резонансных ультразвуковых волокнообразующих электродов. Позициями на чертежах обозначены:The utility model is illustrated by drawings, where Figures 1 and 2 show variants of the inventive device with different types of resonant ultrasonic fiber-forming electrodes. The positions in the drawings indicate:

1 - резонансный волокнообразующий ультразвуковой электрод;1 - resonant fiber-forming ultrasonic electrode;

2 - ванна;2 - bath;

3 - собирательный электрод;3 - collective electrode;

4 - первый ультразвуковой генератор;4 - the first ultrasonic generator;

5 - второй ультразвуковой генератор;5 - second ultrasonic generator;

6 - первый пьезоэлектрический преобразователь;6 - the first piezoelectric transducer;

7 - второй пьезоэлектрический преобразователь;7 - the second piezoelectric transducer;

8 - дополнительный пьезоэлектрический преобразователь;8 - additional piezoelectric transducer;

9 - кольцевой коллектор;9 - ring collector;

10 - первый трансформатор;10 - the first transformer;

11 - второй трансформатор;11 - second transformer;

12 - электромеханический привод вращения;12 - electromechanical rotation drive;

13 - выходной вал;13 - output shaft;

14 - несущий вал;14 - a bearing shaft;

15 - торцевой диск;15 - end disk;

16 - струна;16 - string;

17 - эпюра амплитуды смещения от ультразвуковых колебаний, возбуждаемых первым ультразвуковым преобразователем на резонансной частоте f1;17 is a diagram of the amplitude of displacement from ultrasonic vibrations excited by the first ultrasonic transducer at a resonant frequency f1;

18 - эпюра амплитуды смещения от ультразвуковых колебаний, возбуждаемых вторым ультразвуковым преобразователем на резонансной частоте f2;18 is a diagram of the bias amplitude from ultrasonic vibrations excited by a second ultrasonic transducer at a resonant frequency f2;

19 - блок управления.19 - control unit.

Устройство для электроформования нетканого материала содержит волокнообразующий электрод 1, размещённый в ванне 2 для прядильного полимерного раствора и подключенный к первому полюсу источника высокого напряжения (на чертежах не показан). Волокнообразующий электрод может быть выполнен в виде металлического цилиндра длиной L, закрепленного в ванне 2 горизонтально с возможностью вращения вокруг своей оси так, чтобы нижняя часть цилиндра по всей длине была погружена в прядильный полимерный раствор, а верхняя возвышалась над его поверхностью (фиг. 1). На фиг. 2 показано заявляемое устройство с резонансным ультразвуковым волокнообразующим электродом барабанного типа, который содержит несущий вал 14 длиной L, два торцевых диска 15 диаметром D, жестко закреплённых перпендикулярно несущем валу и соединенных между собой по периметру струнами 16, снабженными пружинным устройством натяжения. Все элементы электрода размещены строго осесимметрично. Барабан на валу 14 закреплен в ванне 2 горизонтально с возможностью вращения вокруг своей оси так, чтобы нижние струны по всей длине были погружены в прядильный полимерный раствор, а верхние возвышались над его поверхностью. К одному торцу волокнообразующего электрода 1 жестко прикреплена первая ультразвуковая колебательная система, включающая в себя первый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 6 с частотой f1 и первый трансформатор 10. К другому торцу волокнообразующего электрода жестко прикреплена вторая ультразвуковая колебательная система, включающая в себя второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 7 с частотой f2 и второй трансформатор 11. Трансформатор ультразвуковой колебательной системы представляет собой осесимметричную конструкцию, например, решение согласно авторскому свидетельству SU 1378927, МПК B06B 1/00, опубликовано 07.03.1988, или любую другую известную конструкцию полуволнового трансформатора, причем каждый трансформатор жестко соединен с волокнообразующим электродом на одной оси с ним. К первому трансформатору 10 жестко присоединен выход первого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 6 на одной оси с ним, а преобразователь снабжен кольцевыми коллекторами 9, электрически соединенными с первым ультразвуковым генератором 4 с частотой f1. К второму трансформатору 11 жестко присоединен выход второго ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 7 на одной оси с ним, а преобразователь снабжен кольцевыми коллекторами 9, электрически соединенными с вторым ультразвуковым генератором 5 с частотой f2. Ультразвуковые генераторы выбирают из условий достижения разных амплитудно-частотных комбинаций, возбуждаемых в волокнообразующем электроде, например f1=22 кГц, f2=44 кГц. При этом элементы конструкции имеют следующие размеры: L=К⋅λ/2, где λ– длина продольной волны ультразвуковых колебаний в материале цилиндра, вала и струны на резонансной рабочей чистоте преобразователя, К – число полуволн продольной волны ультразвуковых колебаний; D=λизг, где λизг – длина волны ультразвуковых колебаний в материале торцевого диска на резонансный рабочей частоте преобразователя; первый и второй трансформаторы имеют длину l1=λ1(f1)/2 и l2=λ2(f2)/2 соответственно, где λ1 и λ2 – длина продольной волны ультразвуковых колебаний в материале соответствующего трансформатора, возбуждаемых первым с частотой f1 и вторым с частотой f2 ультразвуковым генератором соответственно. Устройство снабжено собирательным электродом 3, подключенным к второму полюсу источника высокого напряжения (на чертежах не показан) и закрепленным над волокнообразующим электродом 1 при помощи рамы (на чертеже не показана), скрепленной с ванной 2. Устройство содержит электромеханический привод 12 вращения волокнообразующего электрода 1 с выходным валом 13, расположенным внутри кольцевых коллекторов 9 первого ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 6 и жестко соединенным с первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем 6 на одной оси с ним. Устройство может содержать дополнительный электромеханический привод 12 вращения волокнообразующего электрода 1 с выходным валом 13, расположенным внутри кольцевых коллекторов 9 второго ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя 7 и жестко соединенным с вторым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем 7 на одной оси с ним. С целью поддержания стабильности свойств полимерного раствора в процессе работы и в холостом режиме, а также обеспечения качественной ускоренной очистки волокнообразующего электрода и ванны, в дно ванны встроены не менее двух дополнительных ультразвуковых преобразователей 8, подключенных к любому из ультразвуковых генераторов и имеющих соответствующие частотные характеристики. Устройство содержит блок управления 19 питанием исполнительных механизмов устройства.A device for electroforming a nonwoven material comprises a fiber-forming electrode 1 located in a bathtub 2 for a spinning polymer solution and connected to the first pole of a high voltage source (not shown in the drawings). The fiber-forming electrode can be made in the form of a metal cylinder of length L, mounted horizontally in the bath 2 with the possibility of rotation around its axis so that the lower part of the cylinder is immersed along the entire length in the spinning polymer solution and the upper one rises above its surface (Fig. 1) . In FIG. 2 shows the inventive device with a resonant ultrasonic fiber-forming electrode of a drum type, which contains a bearing shaft 14 of length L, two end disks 15 of diameter D, rigidly fixed perpendicular to the bearing shaft and interconnected around the perimeter by strings 16 equipped with a spring tension device. All elements of the electrode are placed strictly axisymmetric. The drum on the shaft 14 is fixed in the bath 2 horizontally with the possibility of rotation around its axis so that the lower strings along the entire length are immersed in a spinning polymer solution, and the upper ones rise above its surface. The first ultrasonic oscillatory system including the first ultrasonic piezoelectric transducer 6 with a frequency f1 and the first transformer 10 is rigidly attached to one end of the fiber-forming electrode 1 and the second ultrasonic oscillatory system including the second ultrasonic piezoelectric transducer 7 s is rigidly attached to the other end of the fiber-forming electrode 1 frequency f2 and the second transformer 11. The transformer of the ultrasonic oscillatory system is an axisymmetric for example, a solution according to copyright certificate SU 1378927, IPC B06B 1/00, published on 03/07/1988, or any other known half-wave transformer design, each transformer being rigidly connected to the fiber-forming electrode on one axis with it. The output of the first ultrasonic piezoelectric transducer 6 is rigidly connected to the first transformer 10 on the same axis with it, and the transducer is equipped with ring collectors 9 electrically connected to the first ultrasonic generator 4 with a frequency f1. The output of the second ultrasonic piezoelectric transducer 7 is rigidly connected to the second transformer 11 on the same axis as it, and the transducer is equipped with ring collectors 9 electrically connected to the second ultrasonic generator 5 with a frequency f2. Ultrasonic generators are selected from the conditions for achieving different amplitude-frequency combinations excited in a fiber-forming electrode, for example f1 = 22 kHz, f2 = 44 kHz. The structural elements have the following dimensions: L = К⋅λ / 2, where λ is the longitudinal wavelength of ultrasonic vibrations in the material of the cylinder, shaft and string at the resonant working purity of the transducer, K is the number of half waves of the longitudinal wave of ultrasonic vibrations; D = λizg, where λizg is the wavelength of ultrasonic vibrations in the material of the end disk at the resonant working frequency of the transducer; the first and second transformers have a length l 1 = λ1 (f1) / 2 and l 2 = λ2 (f2) / 2, respectively, where λ1 and λ2 are the longitudinal wavelength of ultrasonic vibrations in the material of the corresponding transformer excited by the first with a frequency of f1 and second with frequency f2 by an ultrasonic generator, respectively. The device is equipped with a collecting electrode 3 connected to the second pole of the high voltage source (not shown in the drawings) and mounted above the fiber-forming electrode 1 using a frame (not shown) attached to the bath 2. The device contains an electromechanical drive 12 for rotating the fiber-forming electrode 1 s an output shaft 13 located inside the annular collectors 9 of the first ultrasonic piezoelectric transducer 6 and rigidly connected to the first ultrasonic piezoelectric transducer Atelier 6 on the same axis with it. The device may include an additional electromechanical drive 12 of rotation of the fiber-forming electrode 1 with an output shaft 13 located inside the annular collectors 9 of the second ultrasonic piezoelectric transducer 7 and rigidly connected to the second ultrasonic piezoelectric transducer 7 on one axis with it. In order to maintain the stability of the properties of the polymer solution during operation and in the idle mode, as well as to ensure high-quality accelerated cleaning of the fiber-forming electrode and the bath, at least two additional ultrasonic transducers 8 are connected to the bottom of the bath, connected to any of the ultrasonic generators and having corresponding frequency characteristics. The device comprises a control unit 19 for power actuators of the device.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.

Ванну 2 заполняют прядильным полимерным раствором или расплавом. При помощи блока управления 19 включают источник высокого напряжения, питающий электроды 1 и 3, ультразвуковые генераторы 4 и 5, которые через кольцевые коллекторы 9 подают питание на ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи 6 и 7, которые с помощью трансформаторов 10 и 11 возбуждают в волокнообразующем электроде ультразвуковые колебания на различных частотах, например 22 кГц и 44 кГц. В результате в волокнообразующем электроде возникают две стоячие волны с эпюрами 17 и 18, а благодаря их суперпозиции уменьшается количество узловых точек, где амплитуда смещения от ультразвуковых колебаний предельно мала. Далее включают электромеханический привод 12, вращающий волокнообразующий электрод 1, смоченный тонким слоем прядильного раствора. В этот момент на нанесенный слой раствора действует электростатическое поле и ультразвуковые колебания, возбужденные в электроде. Происходит одновременное действие на полимерный слой сил, созданных электростатическим полем и ультразвуковыми колебаниями в стенке волокнообразующего электрода. Под действием этих сил происходит заряжение частиц жидкости, соединение и отталкивание заряженных капель, ультразвуковое воздействие приводит к параметрическому возбуждению капиллярных волн, в результате работы которых, происходит явления звукокапиллярного эффекта – движения жидкости, образование капель, пузырей, схлопывания пузырей (кавитация). Эти одновременные воздействия на слой прядильного полимерного раствора приводят к энергетическому обогащению процесса распыления пленочного слоя, что в итоге позволяет значительно расширить технологические возможности процесса электроформования полимерных нановолокнистых материалов на собирательном электроде 3. При помощи пьезоэлектрических преобразователей 8 осуществляют ультразвуковую обработку прядильного полимерного раствора для поддержания стабильности его рабочих характеристик, а при необходимости осуществляют ультразвуковую очистку рабочих элементов вращающегося волокнообразующего электрода на рабочем месте без его съёма с устройства.Bath 2 is filled with a spinning polymer solution or melt. Using the control unit 19, a high voltage source is supplied, supplying electrodes 1 and 3, ultrasonic generators 4 and 5, which, through ring collectors 9, supply power to the ultrasonic piezoelectric transducers 6 and 7, which, using transformers 10 and 11, excite ultrasonic vibrations in the fiber-forming electrode at various frequencies, for example 22 kHz and 44 kHz. As a result, two standing waves with plots 17 and 18 appear in the fiber-forming electrode, and due to their superposition, the number of nodal points decreases, where the amplitude of the displacement from ultrasonic vibrations is extremely small. Further include an electromechanical drive 12, a rotating fiber-forming electrode 1 moistened with a thin layer of dope. At this moment, an electrostatic field and ultrasonic vibrations excited in the electrode act on the deposited layer of the solution. There is a simultaneous effect on the polymer layer of forces created by the electrostatic field and ultrasonic vibrations in the wall of the fiber-forming electrode. Under the influence of these forces, the particles of the liquid are charged, the droplets are connected and repelled, the ultrasonic effect leads to the parametric excitation of capillary waves, as a result of which the sound-capillary effect occurs - the movement of the liquid, the formation of drops, bubbles, collapse of the bubbles (cavitation). These simultaneous effects on the spinning polymer solution layer lead to energy enrichment of the process of spraying the film layer, which ultimately allows you to significantly expand the technological capabilities of the process of electrospinning polymer nanofibrous materials on the collecting electrode 3. Using piezoelectric transducers 8, ultrasonic processing of the spinning polymer solution is carried out to maintain its stability performance, and if necessary, carry out ultrasound ukovuyu cleaning work items rotary spinning electrode in the workplace without material removal from the device.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Расчёты по определению резонансных размеров рабочих элементов устройства производились согласно литературному источнику [Физика и техника мощного ультразвука. Том 3. Физические основы ультразвуковой технологии. Издательство «Наука». Москва, 1970 г. Стр. 220-225]. Несущий вал 14 выполнен из нержавеющей стали 1Х18Н9Т. Его длину L рассчитывают по формуле L=кС/2fр, где к - число полуволн в стержне, С - скорость звука продольной волны С=5,1⋅105 см/сек; fр – резонансная рабочая частота пьезоэлектрического преобразователя выбирается из конструкционно-технологических задач устройства. fр=22 кГц, Lв=к⋅5,1⋅105/2⋅22⋅103=11,5 см⋅к. Для получения полотна шириной 100 см необходимо изготовить вал Lв=11,5⋅10=115 см. Трансформаторы ультразвуковых колебаний 10 и 11 изготовлены из стали 1Х18Н9Т и рассчитываются аналогично: в нашем случае к=1. L1=к⋅5,1⋅105/2⋅22⋅103=11,5 см; l2=к⋅5,1⋅105/2⋅44⋅103=55,75 см. Диаметры несущего вала 14, трансформаторов 10 и 11 выбраны из конструкционных соображений и соответственно равны Дв=25 мм; Дт1=25 мм; Дт2=25 мм. Диаметры торцевых дисков 15 Тд=15 мм выбраны методом экспериментального приближения до размеров, обеспечивающих условие резонансного возбуждения на резонансных рабочих частотах пьезоэлектрических преобразователей fр1=22 кГц и fр2=44 кГц согласно требованиям [Физика и техника мощного ультразвука. Том 3. Физические основы ультразвуковой технологии. Издательство «Наука». Москва, 1970 г. Стр. 220-225]. Выходные валы 13 изготовлены из конструкционной пластмассы типа «капролактан», диаметр валов 30 мм. Токосъёмные кольцевые коллекторы 9 изготовлены из меди и покрыты гальваническим серебряным покрытием. Токосъёмные щётки изготовлены из медно-графитового материала (на чертеже не показаны). Электромеханические приводы 12 изготовлены на базе шаговых двигателей типа ШД-5, ЩД-6. Ультразвуковые генераторы 4 и 5 с выходной мощностью ≈500 Вт и резонансной частотой fр=22 кГц ± 10% и выходной мощностью ≈500 Вт и резонансной частотой fр=44 кГц ± 10%. Пьезоэлектрические преобразователи 6, 7, 8 с потребляемой мощностью 100 Вт, работающие на частотах 22 кГц и 44 кГц, производятся на предприятиях: ООО «Торговый дом «Техно ГО», г. Ульяновск; ООО «Центр ультразвуковых технологий», г. Бийск, www.u-sonic.com; ООО «Ультразвуковая техника», г. Санкт-Петербург, www.petrosonic.ru; НПП «Ультразвук ТЕО», г. Саратов, e-mail: ultrasonic TEO@yandex.ru. Шаговые двигатели типа ШД-5 и ШД-6 доступны для покупки в сети Интернет.Calculations to determine the resonance dimensions of the working elements of the device were carried out according to the literature [Physics and technology of powerful ultrasound. Volume 3. Physical foundations of ultrasound technology. Publishing House "Science". Moscow, 1970 220-225]. The bearing shaft 14 is made of stainless steel 1X18H9T. Its length L is calculated by the formula L = kC / 2fр, where k is the number of half-waves in the rod, C is the speed of sound of a longitudinal wave, C = 5.1 510 5 cm / sec; fр - the resonant operating frequency of the piezoelectric transducer is selected from the structural and technological tasks of the device. fр = 22 kHz, Lв = к⋅5,1⋅10 5 / 2⋅22⋅10 3 = 11.5 cm⋅k. To obtain a sheet 100 cm wide, it is necessary to produce a shaft Lв = 11.5⋅10 = 115 cm. The ultrasonic vibrations transformers 10 and 11 are made of 1X18H9T steel and are calculated similarly: in our case, k = 1. L 1 = k⋅5.1⋅10 5 / 2⋅22⋅10 3 = 11.5 cm; l 2 = к⋅5,1⋅10 5 / 2⋅44⋅10 3 = 55.75 cm. The diameters of the bearing shaft 14, transformers 10 and 11 are selected from structural considerations and are accordingly equal to Dv = 25 mm; Dt1 = 25 mm; Dt2 = 25 mm. The diameters of the end disks 15 Td = 15 mm were selected by experimental approximation to the dimensions that ensure the condition of resonant excitation at the resonant operating frequencies of the piezoelectric transducers fp 1 = 22 kHz and fp 2 = 44 kHz according to the requirements of [Physics and Powerful Ultrasound Technique. Volume 3. Physical foundations of ultrasound technology. Publishing House "Science". Moscow, 1970 220-225]. Output shafts 13 are made of caprolactan-type structural plastic, with a shaft diameter of 30 mm. Collector ring collectors 9 are made of copper and coated with a galvanic silver coating. Collector brushes are made of copper-graphite material (not shown in the drawing). Electromechanical drives 12 are made on the basis of stepper motors of the type ШД-5, ЩД-6. Ultrasonic generators 4 and 5 with an output power of ≈500 W and a resonant frequency fр = 22 kHz ± 10% and an output power of ≈500 W and a resonant frequency fр = 44 kHz ± 10%. Piezoelectric transducers 6, 7, 8 with a power consumption of 100 W, operating at frequencies of 22 kHz and 44 kHz, are produced at the enterprises: LLC Trade House Techno GO, Ulyanovsk; Center of Ultrasonic Technologies LLC, Biysk, www.u-sonic.com; Ultrasound Engineering LLC, St. Petersburg, www.petrosonic.ru; Research and Production Enterprise “Ultrasound TEO”, Saratov, e-mail: ultrasonic TEO@yandex.ru. ShD-5 and ShD-6 stepper motors are available for purchase on the Internet.

Claims (5)

1. Устройство для электроформования нетканого материала, включающее волокнообразующий электрод, размещённый в ванне для прядильного полимерного раствора, собирательный электрод, расположенный над волокнообразующим электродом и прикрепленный к ванне при помощи рамы, первый ультразвуковой генератор с частотой f1, соединенный с первым концом волокнообразующего электрода при помощи первой ультразвуковой колебательной системы, отличающееся тем, что содержит второй ультразвуковой генератор с частотой f2, соединенный с вторым концом волокнообразующего электрода при помощи второй ультразвуковой колебательной системы, при этом первая и вторая ультразвуковые колебательные системы включают первый и второй ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь с частотой f1 и f2 соответственно, снабженный кольцевыми коллекторами, соединенными с соответствующим ультразвуковым генератором, а также первый и второй трансформатор с длиной l1=λ1(f1)/2 и l2=λ2(f2)/2 соответственно, где λ1 и λ2 – длина продольной волны ультразвуковых колебаний в материале соответствующего трансформатора, причем один конец каждого трансформатора жестко соединен с выходом соответствующего ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя на одной оси с ним, а другой конец жестко соединен с соответствующим концом волокнообразующего электрода на одной оси с ним; устройство содержит электромеханический привод вращения волокнообразующего электрода с выходным валом, расположенным внутри кольцевых коллекторов и жестко соединен с первым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем на одной оси с ним.1. Device for electroforming non-woven material, including a fiber-forming electrode placed in a bath for spinning polymer solution, a collecting electrode located above the fiber-forming electrode and attached to the bath with a frame, the first ultrasonic generator with a frequency f1 connected to the first end of the fiber-forming electrode by the first ultrasonic oscillatory system, characterized in that it contains a second ultrasonic generator with a frequency f2 connected to the second end of the fibers forming electrode using a second ultrasonic oscillatory system, the first and second ultrasonic oscillating systems include a first and second ultrasonic piezoelectric transducer with a frequency f1 and f2, respectively, equipped with ring collectors connected to the corresponding ultrasonic generator, as well as the first and second transformers with a length l 1 = λ1 (f1) / 2 and l 2 = λ2 (f2) / 2, respectively, where λ1 and λ2 are the longitudinal wavelength of ultrasonic vibrations in the material of the corresponding transformer, for than one end of each transformer is rigidly connected to the output of the corresponding ultrasonic piezoelectric transducer on the same axis with it, and the other end is rigidly connected to the corresponding end of the fiber-forming electrode on the same axis with it; the device comprises an electromechanical drive of rotation of the fiber-forming electrode with an output shaft located inside the annular collectors and rigidly connected to the first ultrasonic piezoelectric transducer on the same axis with it. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено, по крайней мере, двумя пьезоэлектрическими преобразователями, закрепленными на дне ванны для прядильного полимерного раствора.2. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with at least two piezoelectric transducers mounted on the bottom of the bath for a spinning polymer solution. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит дополнительный электромеханический привод вращения волокнообразующего электрода с выходным валом, расположенным внутри кольцевых коллекторов и жестко соединенным с вторым ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем на одной оси с ним.3. The device according to claim 1, characterized in that it contains an additional electromechanical drive for rotating the fiber-forming electrode with an output shaft located inside the annular collectors and rigidly connected to the second ultrasonic piezoelectric transducer on one axis with it. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волокнообразующий электрод выполнен в виде металлического цилиндра резонансной длины L= k⋅λ/2.4. The device according to claim 1, characterized in that the fiber-forming electrode is made in the form of a metal cylinder of resonant length L = k⋅λ / 2. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волокнообразующий электрод выполнен в виде двух торцевых дисков, соосно расположенных и жестко закреплённых на несущем валу резонансной длины L= k⋅λ/2, и соединенных между собой по периметру струнами.5. The device according to claim 1, characterized in that the fiber-forming electrode is made in the form of two end disks coaxially located and rigidly fixed on a bearing shaft of a resonant length L = k⋅λ / 2, and interconnected around the perimeter by strings.
RU2017110827U 2017-03-31 2017-03-31 DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL RU174492U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110827U RU174492U1 (en) 2017-03-31 2017-03-31 DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110827U RU174492U1 (en) 2017-03-31 2017-03-31 DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU174492U1 true RU174492U1 (en) 2017-10-17

Family

ID=60120554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110827U RU174492U1 (en) 2017-03-31 2017-03-31 DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU174492U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108166081A (en) * 2018-03-23 2018-06-15 北京化工大学 A kind of sound standing wave auxiliary electrostatic device for spinning
RU2802465C1 (en) * 2022-12-19 2023-08-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Device for electrospinning nonwoven fabric

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1975504A (en) * 1929-12-07 1934-10-02 Richard Schreiber Gastell Process and apparatus for preparing artificial threads
US2048651A (en) * 1933-06-23 1936-07-21 Massachusetts Inst Technology Method of and apparatus for producing fibrous or filamentary material
RU2365686C2 (en) * 2003-09-08 2009-08-27 Техницка Универзита В Либерци Method of producing nanofibres from polymer solution and device for its realisation
RU134536U1 (en) * 2013-08-14 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" DEVICE FOR PRODUCING NONWOVEN MATERIAL BY ELECTROFORMING POLYMER SOLUTION
CN103757719A (en) * 2014-02-12 2014-04-30 厦门大学 Fiber felt manufacturing device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1975504A (en) * 1929-12-07 1934-10-02 Richard Schreiber Gastell Process and apparatus for preparing artificial threads
US2048651A (en) * 1933-06-23 1936-07-21 Massachusetts Inst Technology Method of and apparatus for producing fibrous or filamentary material
RU2365686C2 (en) * 2003-09-08 2009-08-27 Техницка Универзита В Либерци Method of producing nanofibres from polymer solution and device for its realisation
RU134536U1 (en) * 2013-08-14 2013-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" DEVICE FOR PRODUCING NONWOVEN MATERIAL BY ELECTROFORMING POLYMER SOLUTION
CN103757719A (en) * 2014-02-12 2014-04-30 厦门大学 Fiber felt manufacturing device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108166081A (en) * 2018-03-23 2018-06-15 北京化工大学 A kind of sound standing wave auxiliary electrostatic device for spinning
RU2802465C1 (en) * 2022-12-19 2023-08-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Device for electrospinning nonwoven fabric

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4753579A (en) Ultrasonic resonant device
US3103310A (en) Sonic atomizer for liquids
CN105375818B (en) Hyperbolic arm type piezoelectricity-Electromagnetic heating power generator
KR940021798A (en) Low frequency vibration washing method and apparatus
CN104363996A (en) Acoustophoretic multi-component separation technology platform
US3688527A (en) Apparatus for cleaning resilient webs
RU174492U1 (en) DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL
JP5347113B2 (en) Spinneret and spinning device
JP6321011B2 (en) Apparatus and method for ultrasonic screening
CN106391435A (en) Device for realizing particle suspension and rotation
JP2010514396A (en) Electromagnetic ultrasonic transducer and array thereof
US3401708A (en) Device for ultrasonically cleaning phonographic records
JP2012224958A (en) Method for producing fine fiber and apparatus for producing fine fiber
US3829328A (en) Method for cleaning resilient webs
WO2013014556A1 (en) Improved ultrasonic cleaning method and apparatus
JPH067721A (en) Ultrasonic spraying apparatus
JPH11514924A (en) Method for cleaning thread or tape-shaped articles, especially wires
JP5423813B2 (en) Atomizer
CN209174503U (en) A kind of wabbler mechanism on supersonic wave cleaning machine
JP2718567B2 (en) Ultrasonic atomizer
CN112588713A (en) Contact through type ultrasonic cleaning device
JP2599844B2 (en) Ultrasonic generator
JPH067720A (en) Ultrasonic spraying apparatus
JP2002362801A (en) Continuous form guide apparatus
SU929241A1 (en) Vibration liquid sprayer

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20210401