TR202013844A2 - Air motor centrifugal fiber production system - Google Patents

Air motor centrifugal fiber production system Download PDF

Info

Publication number
TR202013844A2
TR202013844A2 TR2020/13844A TR202013844A TR202013844A2 TR 202013844 A2 TR202013844 A2 TR 202013844A2 TR 2020/13844 A TR2020/13844 A TR 2020/13844A TR 202013844 A TR202013844 A TR 202013844A TR 202013844 A2 TR202013844 A2 TR 202013844A2
Authority
TR
Turkey
Prior art keywords
centrifugal
fiber
production
collector
air
Prior art date
Application number
TR2020/13844A
Other languages
Turkish (tr)
Inventor
Şeri̇fe Pampal Esra
Seyhan Aybeni̇z
Akgül Yasin
Durmuş Çalişir Mehmet
Polat Yusuf
Akdağ Tolgahan
İmdat Kadi̇r
Güngör Meli̇ke
Gezer Ömer
Nur Sağirli Merve
Kiliç Ali̇
Original Assignee
Kiliç Ali̇
Ali Kilic
Areka Fi̇ltrasyon Teknoloji̇leri̇ Li̇mi̇ted Şi̇rketi̇
Areka Filtrasyon Teknolojileri Ltd Sirketi
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 Kiliç Ali̇, Ali Kilic, Areka Fi̇ltrasyon Teknoloji̇leri̇ Li̇mi̇ted Şi̇rketi̇, Areka Filtrasyon Teknolojileri Ltd Sirketi filed Critical Kiliç Ali̇
Priority to TR2020/13844A priority Critical patent/TR202013844A2/en
Publication of TR202013844A2 publication Critical patent/TR202013844A2/en

Links

Landscapes

  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

Buluş, hava motoru ile yüksek devirde döndürülen düze sayesinde merkezkaç kuvvet etkisiyle, polimer çözeltisi ve/veya eriyiğinden nano-/mikrolif üretimini gerçekleştirecek, söz konusu motorun aşağı-yukarı hareket edebilen bir mekanizma üzerine yerleştirildiği, üretilen liflerin ise vakumlu toplayıcı üzerinde biriktirilmesine elverişli santrifüjlü eğirme makinesi ve bu sistemde üretilen nanolif ağ ile ilgilidir. Mevcut santrifüjlü üretim sistemlerinde, halihazırda kullanılan elektrik motoru çok ve çabuk ısınmakta ve bu da hem çözelti/eriyik viskozitesini etkilemekte, hem de sistemin enerji tüketimini artırmaktadır. Söz konusu soruna çözüm olarak, daha düşük devirde aynı üretim verimini yakalamak üzere, sistemde kullanılan motorun yerine hava motoru kullanılması şeklinde bir yaklaşım, buluş kapsamına alınmıştır. Ayrıca, hava motorunu tahrik edecek hava, liflerin yönlendirilmesi için kullanılacaktır. Santrifüj etki ile yüksek hızda yayılacak nano/mikroliflerin toplayıcıya doğru yönlendirilmesi için üfleme havası elzem olacaktır. Sistemin bilinen tasarımlarından ana bir farkı da hava motoru ile tahrik edilmesinden ötürü elektrostatik yardımlı santrifüjlü lif üretimine uygun olmasıdır. Elektrostatik yükleme bir yüksek güç kaynağının döner rotora bağlanması yoluyla elde edilebilir. Önerilen hava motorlu santrifüjlü lif üretim sistemi tasarımında 2 ve üzeri kafalar kullanıldığında santrifüj hızları değiştirilerek lif çapları değişik nanolif ağ yapıları geliştirilebilecektir. Dolayısıyla üretilen lif ağı rastgele, bimodal, trimodal lif çapı dağılımlarında olabilecek, elyaf hacim oranı değiştirilebilecektir. Ek olarak, mevcut santrifüjlü üretim sistemlerinde toplayıcı ve düze arasındaki mesafenin değiştirilebildiği bir tasarım bulunmamaktadır. Bu da liflerin morfolojik özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir parametre olan düze-toplayıcı mesafesinin sabit kalmasına yol açmakta, lif yapısını iyileştirmek için söz konusu parametreyi değiştirme imkanı sunmamaktadır. Buluşumuz kapsamında tasarlanan santrifüjlü üretim sisteminde, eğirme düzesinin ve hava motorunun hareketli bir mekanizma üzerine yerleştirilebilmesi sayesinde bu eksiklik giderilmektedir. Ayrıca, buluşumuzda santrifüjle nanolif/mikrolif üretim sisteminin endüstriyel boyuttaki üretimlere elverişli tasarımı da mevcuttur. Böylece, hava filtrasyonu, tıbbi tekstiller, yara örtüleri, doku mühendisliği ürünleri, enerji depolama gibi alanlarda kullanılabilecek, çeşitli polimerlerden mamul liflerin istenen boyutlarda üretimi yapılabilecektir.Invention, centrifugal spinning, which will produce nano- / microfibres from polymer solution and / or melt with the effect of centrifugal force thanks to the spinneret rotated at high speed by the air motor, the said motor is placed on a mechanism that can move up and down, and the produced fibers are collected on the vacuum collector. machine and the nanofiber network produced in this system. In current centrifugal production systems, the electric motor currently used heats up very quickly and this affects both the solution / melt viscosity and increases the energy consumption of the system. As a solution to the problem in question, an approach to use the air motor instead of the engine used in the system in order to achieve the same production efficiency at a lower speed is included in the invention. In addition, the air that will drive the air motor will be used to direct the fibers. Blowing air will be essential for directing the nanofibers to be spread at high speed with the centrifugal effect towards the collector. A main difference from the known designs of the system is that it is suitable for electrostatic assisted centrifugal fiber production since it is driven by an air motor. Electrostatic charging can be achieved by connecting a high power source to the rotary rotor. When 2 and more heads are used in the proposed air motor centrifugal fiber production system design, nanofiber web structures with different fiber diameters can be developed by changing the centrifuge speeds. Therefore, the fiber web produced can be in random, bimodal, trimodal fiber diameter distributions, and the fiber volume ratio can be changed. In addition, in existing centrifugal production systems, there is no design in which the distance between collector and nozzle can be changed. This causes the nozzle-collector distance to remain constant, which is an important parameter in determining the morphological properties of the fibers, and does not provide the opportunity to change the parameter in order to improve the fiber structure. In the centrifugal production system designed within the scope of our invention, this deficiency is eliminated by placing the spinning nozzle and the air motor on a moving mechanism. In addition, in our invention, the centrifugal nanofiber / microfibre production system has a design suitable for industrial scale production. Thus, fibers made of various polymers can be produced in desired sizes, which can be used in areas such as air filtration, medical textiles, wound dressings, tissue engineering products, energy storage.

Description

TARIFNAME HAVA MOTORLU SANTRIFÜJLÜ LIF ÜRETIM SISTEMI Teknik Alan Bulus, santrifüj kuvvetleri kullanarak polimer çözeltisinden ve/veya polimer eriyiginden nanolif ve/veya mikrolif üretimini saglayan sistem ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Santrifüjlü lif üretim makineleri, temel olarak polimer çözelti/eriyik dozajlama sistemi, lif üretim mekanizmasi ve lif toplama mekanizmalarindan meydana gelmektedir. Lif üretim mekanizmasinda bir adet yüksek devirde dönen mil ve milin ucuna takili düze paketi bulunur. Polimer çözelti/eriyik metal milin içinden geçirilebilecegi gibi, disaridan dönen düze paketi üzerine iletim de saglanabilir. Düze paketinin kenarlarinda polimer çözeltisinin incelerek Iif halinde çikisinin saglanmasi için nozullar veya delikler bulunur. Lif toplama mekanizmasi, düze etrafina yerlestirilen çubuklar olabilecegi gibi, düzenin altina denk gelen döner silindir ya da konveyör sistemleri de olabilmektedir. Lif toplama bölgesi üzerine, Iiflerin birikmesini saglamak amaciyla kumas ya da gözenekli yapilar yerlestirilebilir. Santrifüjlü lif üretim tekniginin kullanildigi çalismalarda, Lu vd, poliakrilonitril (PAN) nanoliflerin Üretimi için, elektroüretim teknigine alternatif olarak santrifüjlü lif egirme sistemini kullanmislardir. Söz konusu çalismada, PAN'i çözmek için N,N-dimetilformamit (DMF) tercih edilmis ve bu malzemenin buharlasma hizinin düsük oldugu kaydedilerek, üretim sisteminde güçlü egzoz sisteminin gerekliligi vurgulanmistir. Yapilan çalismada, agirlikça derisimi %O'dan üretim parametrelerinin lif morfolojisi üzerindeki etkileri incelenmistir. Çözelti derisiminin artmasi, viskoziteyi ve yüzey gerilimini artirdigindan üretimde zorluk olusturabilmektedir. Ancak yapilan çalismada, en yüksek derisim olarak kaydedilen %15'Iik derisimde bile, 600 nm ile 1.2 pm arasinda çap degerine sahip, normal dagilimda lif üretimi gözlenmistir. Düzenin dönme hizi, kullanilan nozul çapi ve düze-toplayici mesafesi, Iif morfolojisi üzerinde etkisi olan parametreler olarak kaydedilmistir. Yapilan deneyde; düze dönme hizi 2000 - 4000 devir/dk arasinda degistirilmis ve hizin artirilmasinin Iif çapinda incelmeye sebep oldugu. Nozul çapi etkisini gözlemlemek amaciyla 0.4 mm, 0.8 mm ve 1 mm çaplarinda nozullar ile %14 derisimdeki çözelti kullanilarak 4000 devir/dk'da üretim yapilmis ve neticede düsük çapli nozul kullaniminin Iif çapini da düsürdügü görülmüstür. Dönme hizi ve nozul çapina ek olarak, düze- toplayici arasindaki mesafenin Iif çapi üzerindeki etkisini de gözlemlemek amaciyla, 0.4 mm degistirilerek üretimler yapilmistir. Yapilan üretimlerin sonucunda mesafeyi artirmanin lif çapini düsürdügü, ancak aradaki farkin ihmal edilebilir oldugu yorumu yapilmistir. Yapilan çalisma neticesinde, santrifüjle lif üretim teknigi; uygulamasi kolay olan, elektrik alan gerektirmediginden güvenli, çözelti iletkenliginden bagimsiz, yüksek derisimdeki çözeltiler için uygun, yüksek üretim hizina sahip ve maliyeti düsük bir yöntem olarak kaydedilmistir1. Kancheva vd. tarafindan yapilan bir baska çalismada, elektroüretim ile 500-600 cm2 yüzey alanina sahip bir mati uygun kalinlikta üretmenin 6-8 saat sürdügü belirtilmis, bu yüzden üretim hizi yüksek olan bir sisteme ihtiyaç duyulmustur. Ancak, elektrostatik kuvvetlerin kullanimi lif toplanmasinin düzenli olmasini sagladigindan, hem hizli üretim hem de düzgün lif toplanmasini amaçlayarak santrifüjlü lif üretim sistemi ile elektroüretim sisteminin bir arada oldugu hibrit bir sistemin denemesini yapmistir. Denemeler, düzenin etrafinda yer alacak sekilde konulmus olan iki farkli tipteki toplayici kullanilarak ve toplayici ile düze arasinda elektrik alan olusmasini saglayarak gerçeklestirilmistir. Toplayici tiplerinden birisi, metal seritlerin dikey olarak yerlestirildigi bosluklu toplayici, digeri ise silindirik alüminyum toplayicidir. Nano- ve/veya mikroparçaciklar içeren Iiflerin üretimi için silindirik toplayici uygun görülürken, sadece lifli yapida olan malzemelerin üretimi için seritli toplayici uygun görülmüstür. Seritli toplayici, lif diziliminin hizali olmasini saglamasi açisindan da avantajli bir yaklasim olarak yorumlanmistir. Yapilan çalismada agirlikça %17 derisimde PAN/DMF çözeltisi hazirlanmis ve iki farkli toplayicida; düze-toplayici mesafesi, dönüs hizi ve nozul sayisi degistirilerek üretimler yapilmistir. Düze-toplayici mesafesi ve dönüs hizi karsilastirmalarinda elde edilen sonuçlar Lu vd.nin yaptigi çalismadaki sonuçlar ile örtüsmektedir. Ek olarak nozul sayisinin artirilmasi, daha genis boyutta nanolif mat üretimine olanak saglamistir. Yapilan üretimler neticesinde, 2200 cm2 yüzey alanina sahip dokusuz kumas (nonwoven) için 45 cm çapinda silindirik toplayicinin yeterli oldugu, bu boyuttaki nonwovenin 4 nozul kullanilarak 20 dk.dan daha kisa sürede üretildigi görülmüstür. Bu çalismada, santrifüj sistemi, büyük boyutta matin kisa sürede üretilmesinin yani sira, yüksek derisimdeki çözeltilerin sistemde kullanilabilirligi sebebiyle çözücü kullaniminin azalmasini saglayan ve böylece "ölü hacim" adi verilen malzeme tüketiminin önüne geçen bir sistem olarak belirtilmistirz. Santrifüj sisteminin elektrostatik ile birlestirilmesinden baska, sistemin çok yönlülügüne bir örnek de Chen vd.nin yaptigi çalismada görülmektedir. Söz konusu çalismada, düze geometrisinde degisiklige gidilip sisteme isitici aparatlarin da eklenmesiyle, santrifüj ile polimer 1 Lu. Y., Li. Y., Zhang, S., Xu, G,, Fu, K.. Lee, H,, 8: Zharig. X. (2013). Parameter study and characterization for polyacrylonitrile nanotibers fabricated via centrifugal eriyiginden lif çekimi denemeleri yapilmistir. Bu yaklasimda, polimer malzeme, düze içerisinde bulunan hazneye doldurulup Isiticilar vasitasiyla erime sicakligina getirilmektedir. Erimis olan polimer, hazne altinda yer alan yivlerden çikarak düzenin yüksek hizda döndürülmesi sonucu ortaya çikan merkezkaç kuwetin etkisiyle düze çeperine yayilmakta ve düzenin üst kisminda bulunan çikislara ulasmaktadir. Bu kuvvet ile yüzey gerilimi asilmis olan polimerjeti, lif halinde toplayici çeperlerinde birikmektedir. Çalismada, kurulan sistem hem agirlikça %20 derisimdeki polivinilpirolidon (PVP) çözeltisinden, hem de polyester (PET) eriyiginden lif üretimi için kullanilmistir. Çözelti kullaniminda 4000 devir/dk hizda üretim yapilmis ve ortalama 400 nm çapli lifler elde edilmistir. Eriyikten üretimde ise 250°C sicaklikta, dönüs hizi 2400 devir/dk.ya ayarlanmis ve ortalama 2 pm çapinda, hacimli yapida Iiflerin eldesi mümkün olmustur? Santrifüjle üretim yöntemi kullanilarak poliakrilonitril (PAN) ve polimetil metakrilat (PMMA) karisim çözeltisinden bosluklu yapida lif üretimi gerçeklestirilmistir. PMMA damlaciklarinin PAN çözeltisi içerisinde yer aldigi bir karisim hazirlanarak sisteme beslenmis, 4,000 devir/dk hizda, toplayici ile düze arasinda 10 cm mesafede üretim gerçeklestirilmistir. Toplayici yüzeyde alüminyum seritler kullanilmis ve Iiflerin düzgün toplanmasi saglanmistir. Üretilen in-the-sea" modeli olarak tanimlanan malzemeler üretilmistir. Liflerin üretiminin ardindan karbonizasyon islemi uygulanarak PMMA damlaciklarinin PAN lifi içerisindeki bosluklari olusturmasi saglanmistir. Böylece, santrifüjle üretim tekniginin bosluklu yapida lif üretimini sagladigi gözlemlenmistir4. Santrifüjle lif üretim teknigi, kolayca modifiye edilebilir bir teknik olarak nitelendirilmis ve literatürde istenen lif özelliklerine göre çesitli fonksiyonlarin eklendigi sistemlere rastlanmistir. Xu vd.nin yapmis oldugu çalismada, özellestirilmis geometride düze ve nozul tasarimi yapilarak PAN ve PVP polimerlerinden iç içe lif üretimi gerçeklestirilmistir. Iç içe olarak tasarlanan nozul geometrisinde, dis nozul çapi ve iç nozul çapi arasindaki bosluk 0.5 mm olarak belirlenmis ve her ikisine polimer çözeltileri farkli debilerde beslenerek çizgisel homojenligin elde edildigi lif üretimi gerçeklestirilmistir. Üretilen liflerde, çözelti derisiminin lif morfolojisine olan etkisi gözlemlenmis, her iki çözeltinin derisiminin %16'nin üstüne çikarildigi durumlarda nozullarin tikandigi görülmüstür. Yapilan çalismada kusursuz ve homojen dagilimda lif eldesi için optimum derisimlerin, çekirdek polimer olan PVP için %16, kabuk 3 Chen, H., Xu, H., Sun. J.. Liu, C.. E Yang, B. (2015). Effective method for highýthroughput manufacturing of ultraûne tibres via needleless centrifugal spinning. Micro 8. Nano Letters, 1012), 81-84. 4 Lu, Y., Fu, K., Zhang, 5., LI, Y., Chen, C., Zhu, J., & Zhang, X. (2015). Centrifugal spinning: A novel approach to fabricate porous carbon fibers as binder›free electrodes for electric double-layer capacilors. Journal of Power Sources, 273, 502-510. polimer olan PAN için ise %15 oldugu sonucuna varilmistir. Ek olarak karbonizasyon islemi uygulanarak, bikomponent yapidaki lifler içi bos hâle getirilmistir5. Özel geometride düze tasariminin yani sira, sisteme fotopolimerizasyonu gerçeklestirmek üzere, toplayici bölgeye UV lamba yerlestirme isleminin yapildigi sistemler de literatürde mevcuttur. Ayrica, lif toplama performansinin artirilmasi için, düze ve toplayici arasinda elektrik alan olusturan örneklere de rastlamak mümkündür. Buna bir örnek, Zhang vd tarafindan yapilan çalismada görülmektedir. Söz konusu çalismada, toplayici konveyör üzerine quartz lifler yerlestirilmis ve elektrostatik kuvvetler yardimiyla ITO (indium tin oxide) devir/dkda 8 dk boyunca dönüsü ile gerçeklestirilmis olup, üretilen lifler 5 kV voltaj varliginda quartz çubuklarina kaplanmistir. Bu çalisma neticesinde, opto-elektronik malzemelerin üretimi için santrifüj tekniginin kullanilabilirligi vurgulanmistire. Lu, santrifüjlü lif üretim teknigi ile ilgili yazmis oldugu kitapta, endüstriyel sistemler için elverisli olabilecek lif toplama mekanizmalarinin karsilastirmasini yapmistir. Kitapta 4 adet toplama sisteminden bahsedilmistir: . Yerçekimi yardimli nanolif toplayici: Toplayici bant etrafinda yardimci herhangi bir eleman olmayip, düzeden ayrilan Iiflerin yalnizca yerçekimi etkisiyle toplayici nonwoven üzerine yöneldigi sistemdir. Toplama verimliligi düsüktür. o Emme kuvveti yardimli nanolif toplayici.' Toplayici nonwoven altinda emme kuvveti saglayan mekanizma yerlestirilerek lif toplanmasi saglanmistir. Lif dagilimi ve doldurma yogunlugunu artirmak için tercih edilen bir mekanizma olmustur. 0 Hava jeti yardimli nanolif toplayici.' Düze üzerinden basinçli hava püsküitülerek Iiflerin toplayici yüzeye yönelmesini amaçlayan bir mekanizmadir. 0 Su banyosu yardimli nano/if toplayici.' Özellikle iplik üretiminde tercih edilmistir, düzeden ayrilan lifler bir su banyosu içine bulunan döner silindir etrafina sarilmakta ve bant araciligiyla disaridaki toplayici silindire yönlendirilmektedir. Bahsi geçen mekanizmalar arasinda toplama verimliligi ve kullanislilik açisindan emme kuvveti yardimli sistemin digerlerine göre üstün performans gösterdigi belirtilmektedir7. Xu, W., Xiai L.I Zhou, X. H., XI. P., Cheng, E. W., & Liang, Y. X. (2016). Hollow carbon microfibres fabricaled using çoaxial centrifugal spinning. Micro & Nano Letters, 11(2),74-76. E' Zhang` Q., Wu, X., Chen. H., & Yang, B. (2015). Preparaliori and photoelectric properties of indiurn tin oxide depositiorial Optical fiber by centrifugal spinning, Journaioi' 7 Lu, Y. (2016). Centrifugal Spinning and Its Energy Storage Applications. Güncel bir çalisma olan Chen vd.nin çalismasinda, santrifüjlü üretim tekniginde nozulun yapildigi malzemenin lif morfolojisi üzerindeki etkisi incelenmistir. Çalisma dahilinde, polistiren (PS) / tetrahidrofuran (THF) çözeltileri hazirlanarak politetrafloretilen (PTFE-Teflon) ve alüminyumdan (Al) yapilmis iki ayri nozulda, santrifüjlü üretim teknigi ile lif üretimi gerçeklestirilmistir. Her iki nozulda alinan neticeler kiyaslandiginda, PTFE nozulda Iifin akisini saglamak için uygulanacak kuvvetin Al nozuldan daha yüksek oldugu gözlemlenmistir. Söz konusu kuvvetteki farkin, "belirgin duvar kaymasi ('apparent' wall slip)" olarak nitelendirilmis kavram dogrultusunda, polimer çözeltisinin nozul içerisindeki akis profilini etkiledigi belirtilmistir. Çalismaya göre, Al nozulda daha kolay kayabilen polimer çözeltisi, tikali akis göstererek nozul ucundan daha kalin lif olarak çikarken PTFE nozuldan çikisi, parabolik akis benzeri bir profilden kaynakli olarak daha ince lif ile neticelenmistirs. Santrifüjle üretim teknigi, pek çok çalismada kolay modifiye edilebilir bir teknik olarak geçmistir. Söz konusu çalismalarin güncel bir örneginde Liu vd. polipropilen (PP) eriyiginden nanolif üretmek için "eriyik diferansiyel santrifüjlü elektroüretim" adini verdikleri bir sistem kurmustur. Sistemde, bir adet yüksek devirli motor, bu motorun gücüyle dönen bir adet santrifüj disk, diskin alt kismina yerlestirilmis elektromanyetik isitici, diskin içerisine polimer eriyigi beslenmesini saglayan mikro ekstrüder ve dört adet elektrot plakasi bulunmaktadir. PP parçaciklari, mikroekstrüder içerisine beslenip burada eritildikten sonra disk içerisine aktarilir ve disk yüksek devirde döndürülür. Daha sonra uygun voltajda elektrik alan olusturulup hem merkezkaç kuvvet hem de elektriksel kuvvetin etkisiyle lif üretimi gerçeklestirilir. Diskin altinda bulunan elektromanyetik isiticinin etkisiyle polimer eriyiginin sicak kalmasi saglanir. Söz konusu çalismada, bahsi geçen yöntem ile ortalama lif çapi 790 nm olan PP lifler elde edilmistirg. Literatürde yer alan diger çalismalar arasinda elektro-santrifüj sistemi üzerinde denemeler yapilmis ancak yapilan denemeler laboratuvar ölçekli sistemlerde sinirli kalmistir. Ayrica, bu sistemlerde kullanilan üretim mekanizmasinda, lif toplama aparati silindirik olup düzenin etrafina yerlestirilmektedir ki bu da endüstriyel boyuta getirilmesi zor olan bir düzenek ortaya çikarmaktadir. çalismalarda, santrifüjlü egirme sistemine dair çesitli üretim ve lif toplama mekanizmalari ile yer verilmistir. Söz konusu patentlerde egirme düzesi bir elektrik motoru ile döndürülmektedir. Düzenin makinenin üst kismina, toplama mekanizmasinin alt kismina yerlestirildigi görülmektedir. Lif egirme düzesi, hem polimer çözeltisi hem de eriyiginden üretim yapmaya 8 Merchiers, J., Meurs, W., Deferme, W.. Peeters. R,, Eluntinx, l'vl., & Reddy. N. K, (2020). Influence of Polymer Concemraticin and Nozzle Material on Centrifugal Fiber Spinning. Polymers, 12(3). 575. 9 Liu, V. l., Tan, l., Vu, S. V., Vousefzadeh, M., tvu, T. T., lise, 2. W., 81 Ramakrishna, S. (ZDZÜl. High-efficiencv preparation Df polypropvlene nanofiber by melt diffErentiaI centrifugal electrospinning. Journai oprplIe-d PolymerSci'ence, 1373), 48299. elverisli olarak çesitli geometrilerde tasarlanmistir. Anlatilan sistemlerde, lif toplamanin iyilestirilmesi için düze üzerinden toplayiciya dogru hava üfleme veya toplayiciya elektrostatik yük mekanizmasi yerlestirme gibi yaklasimlar yer almaktadir. Bulusun Amaci Bu bulusun amaci, tahrik ve lif toplama mekanizmasini iyilestirilmis bir santrifüjlü lif üretim sisteminin tasarlanmasidir. Bu kapsamda tahrik için hava motoru kullanmistir. Kullanilan hava motorunda, ana gövdenin içerisinde yer alan pervanenin basinçli hava ile döndürülmesi söz konusudur. Motorun tahrik mekanizmasinin basinçli hava olmasi ve daha düsük devirlerde lif üretimini mümkün kilmasi elektrik tüketimini azaltacaktir. Hava ile tahrik verildiginden sistem elektrikle yüklenebilir olacak, elektrosantrifüjlü lif üretim sistemi olarak kullanilabilecektir. Diger yandan tahrik amaçli kullanilan havadan, santrifüj etkiyle yayilan Iiflerin toplayici üzerine toplanmasi için faydalanilacaktir. Bu bulusta verilen santrifüjlü lif üretim kafasi hem laboratuvar ölçekli hem de endüstriyel ölçekli sürümlerde kullanilabilecektir. Sekillerin açiklamasi Sekil 1: Bulus konusu hava motorlu santrifüjlü egirme sisteminin genel görünüsüdür. Sekil 2: Santrifüj egirme islemini gerçeklestiren hava motorunun genel görünüsüdür. Sekil 3: Santrifüj egirme düzesinin genel görünüsüdür. Sekil 4: Hava motorunun/motorlarinin yerlestirildigi tasiyicinin önden görünüsüdür. Sekil 5: Endüstriyel ölçekli sistemin toplama mekanizmasinin genel görünüsüdür. Sekillerdeki referanslarin açiklamasi 11: Motor bölmesi 12: Egirme bölmesi 2: Hava motoru 21: Polimer çözeltisi/eriyigi geçis aparati 22: Çözelti/eriyik besleme borusu 23: Basinçli hava girisi 1 24: Basinçli hava girisi 2 : Basinçli hava çikisi 26: Yataklama 27: Egirme düzesi montaj çikisi 3: Düze 31: Nozullar 32: Igneler 4: Tasiyici sistem 41: Tasima raylari 42: Tasiyici levha 43: Tasima kemeri 44: Tasima kemeri makarasi : Toplayici silindir 6: Vakum fanlari 7: Endüstriyel lif toplama sistemi 71: Vakum fanlari bölmesi 72: Delikli altlik 73: Bos kumas silindiri 74: Nanolifli kumas silindiri 75: Kumas Bulusun açiklamasi Bulus konusu santrifüjlü egirme makinesi (1) en temel halinde; - Üstte motor bölmesi (11), altta egirme bölmesi (12) olmak üzere iki bölmeye sahip, - Motor bölmesinde (11) bir tasiyici mekanizma (4) üzerine yerlestirilen en az bir hava motoru (2), tasiyici mekanizmanin (4) hareketini saglayan tasima kemerleri (43) ile - yerlestirilmesi durumunda- hava üfleme fanlari veya borulari bulunan, - Egirme bölmesinde (12), motora (2) bagli lif egirme düzesi (3), lif toplayici silindir (5) ile vakum fanlarinin (6) yer aldigi bir sistemdir. Motor bölmesinde (11), bir veya birkaç adet hava motoru (2) bulunur. Lif toplanmasina yardimci hava üfleme sisteminin kurulmasi durumunda, motor bölmesine (11) hava üfleme fanlari da yerlestirilebilir. Egirme bölmesinde (12) ise lif egirme düzesi (3), toplayici silindir (5) ve vakum fanlari (6) bulunur. Motor bölmesi (11) ile egirme bölmesi (12) arasinda hava motorunun (2) yerlestirildigi bir tasiyici sistem (4) bulunur. Hava motorunun (2) üst kisminda, rastgele iki kösesinde birbirine merkezden 90°Iik açiyla yerlestirilmis 2 adet basinçli hava girisi (23 ve 24) ile ortasinda, kimyasallara dayanikli metalden yapilma çözelti/eriyik besleme borusunun (22) girisi bulunmaktadir. Çözelti/eriyik besleme borusunun (22) uç kisminda polimerin beslenecegi borunun sabitlenmesi için bir aparat (21) bulunmaktadir. Motorun (2) altinda ise egirme düzesinin (3) rahatlikla döndürülmesini saglayacak yataklama (26) mekanizmasi ve düzenin (3) takilabilmesi için montaj çikisi (27) bulunmaktadir. Montaj çikisinin (27) yüzeyi, düzenin (3) sabitlenmesini saglamak için yivli yapidadir. Hava motorunu (2) tahrik edecek hava, Iiflerin yönlendirilmesi için kullanilacaktir. Santrifüj etki ile yüksek hizda yayilacak nano/mikroliflerin toplayiciya (5 veya 7) dogru yönlendirilmesi için üfleme havasi elzem olacaktir. Hava motorunu (2) tahrik edecek gaz sikistirilmis hava olabilecegi gibi, degisik gazlar da olabilir. Bu sayede nemi, inertligi ayarlanabilir hava ortama salinacagindan lif üretim morfolojisi degistirilebilecektir. Sistemin (1) bilinen tasarimlarindan ana bir farki da hava motoru (2) ile tahrik edilmesinden ötürü elektrostatik yardimli santrifüjlü lif üretimine uygun olmasidir. Elektrostatik yükleme bir yüksek voltaj güç kaynaginin döner rotora (27) baglanmasi yoluyla elde edilebilir. Döner rotora (27) baglanti bir çember ile olabilecegi gibi, dönmeyen bir noktadan vida ile baglama yolu ile karsilanabilir. Lif egirme düzesi (3), kimyasallara dayanikli malzemeden yapilma, silindirik, içi bos, üst kismi açik alt kismi kapali, yanlarinda nozullarin (31) yerlestirilmesi için uygun çapta açiklik bulunan yapidadir. Önerilen hava motorlu santrifüjlü lif üretim sistemi (1) tasariminda 2 ve üzeri düzeler (3) kullanildiginda santrifüj hizlari degistirilerek lif çaplari degisik nanolif ag yapilari gelistirilebilecektir. Düzenin (3) kenarlarinda yer alan açikliklar, yerlestirilecek olan nozullarin dayanikli malzemeden yapilma, silindirik veya altigen Civata seklinde, düzeyle (3) birlestirileoek kisminda distan; igneler ile (32) birlestirileoek kisimda içten Vidali yapilardir. Nozullarin (31) uçlarina igneler (32) monte edilebilmektedir. Söz konusu igneler (32), kimyasallara dayanikli malzemelerden olusan düz veya açili/egik igneler olabilmektedir. Tasiyici sistem (4), santrifüjlü egirme makinesinin (1) iç yan çeperlerinde bulunan tasima raylari (41) içerisine yerlestirilmis, kimyasallara dayanikli metalden yapilma bir adet tasiyici levha (42) ile levhanin yukari asagi hareket ettirilmesini saglayacak, dar dokuma kumastan yapilmis tasima kemerlerinden (43) olusmaktadir. Tasima kemeri (43), sistemin üst kismina yerlestirilen tasima kemeri makaralari (44) ile uzatilmakta veya kisaltilmaktadir. Toplayici silindir (5) kimyasallara dayanikli metalden yapilma, üzeri delikli yapida olup yan taraflarindan vakum fanlarina (6) baglanmis halde bulunmaktadir. Sistemi çalistirmak için hava motoru (2) üzerinde polimer çözeltisi girisi (21) ve hava girisi (23 veya 24) baglantilari yapilir. Polimer beslemesi için dozajlama sisteminden çözelti çikisi saglanan bölgeler ile motorun (2) polimer geçis aparati (21) arasinda uygun çapta bir boru ile baglanti kurulur. Hava beslemesi için ise motorun (2) 1 ve 2 numarali hava giris deliklerinden (sirayla 23 ve 24) birine uygun çapta rekor yerlestirilir. Daha sonra harici bir kompresöre bagli boru rekora tutturulur. Motora (2) takilacak olan düzenin (3) dönüsünün saat yönünde olmasi için hava beslemesi 1 numarali hava giris deliginden (23), saat yönünün tersinde olmasi için ise 2 numarali hava giris deliginden (24) yapilir. Motor (2) içerisine beslenen basinçli havanin çikisi çeperlerde bulunan basinçli hava çikis deliklerinden (25) gerçeklestirilir. Baglantilari yapilan motor (2), tasiyici levha (42) üzerine yerlestirilir. Tasiyici levha (42) üzerine, endüstriyel sistemlerde birden fazla motor (2) yerlestirilebilir. Tasiyici, içerisinde kaydirilabilecegi raylarda (41), kendisine sag ve sol üstten baglanmis tasima kemeri (43) vasitasiyla asagi-yukari hareket edebilecek sekilde tasarlanmistir. Tasiyici Ievhaya (42) yerlestirilen motorun (2) altinda yer alan düze montaj çikisi (27), tasiyici levhanin (42) alt kisminda kalmaktadir. Egirme isleminin gerçeklestirilmesi için düzenin (3) bu kisma takilarak motor (2) ile baglantisinin yapilmasi gerekmektedir. Egirme düzesi (3), motorun alt kisminda yer alan çikintiya (27) alttan üste dogru takilir. Motorun (2) çalistirilmasi için basinçli hava verilir. Hava kaynagi olarak çesitli büyüklüklerde kompresör tercih edilebilir. Hava basinci sabit veya ayarlanabilir nitelikte olabilir. Havanin etkisiyle motor (2) çalisir ve düzenin (3) dönüsü saglanir. Motorun (2) düzeyi (3) çok yüksek hizda döndürmesi ile düze (3) içerisine ulasan polimer Çözeltisinin/eriyiginin merkezkaç kuvvetin etkisi ile yüzey gerilimi asilip incelerek düzenin (3) çeperlerine ulasir. Çeperlerde incelmis halde bulunan polimer, nozullarin (31) ve ignelerin (32) içerisinden geçerek uçlardan çikar. Hizli dönüs etkisiyle uzayarak lif halinde toplayiciya (5) ulasir. Düze (3) ve toplayici (5) arasindaki mesafe boyunca polimer çözeltisinin çözücüsü buharlasir ve toplayicida (5) yalnizca polimer Iiflerinin birikmesi saglanir. Eger polimer eriyik kullaniliyorsa eriyik soguyup katilasana kadar incelme mevzu olur. Lif toplama silindirinin (5) etrafina kumas (75) yerlestirilir. Yüksek çekis gücünün etkisiyle, elde edilen Iiflerin bu kumas üzerinde biriktirilmesi saglanir. Silindirin dönme hizi sabit olabilecegi gibi, degisken de olabilmektedir. Endüstriyel ölçekli sistemler için toplayici mekanizma (7), sürekli üretim esas alinarak tasarlanmistir. Toplayicinin (7) arka kisminda, kumas salim silindiri (73), ön kisminda ise nanolifli kumas sarim silindiri (74) yer alir. Kumas salim silindirine (73) kaplanacak kumaslar (75) yerlestirilir. Endüstriyel toplama sisteminin (7) alt kisminda hava çekis fanlarinin yer aldigi vakum ünitesi (71) yer almaktadir. Vakum ünitesinin (71) üst kismi, hava çekisinin etkisini saglamak amaciyla delikli/perfore levha ya da dokunmus metal (72) seklinde tasarlanmistir. Kaplanacak kumas (75), vakum ünitesi (71) üzerinden geçirilerek, ön kisimda yer alan islenmis kumas sarim silindirine (74) ulastirilir. Ön ve arka silindirlerin hizlari sabit olabilecegi gibi degisken de olabilir. Silindir hizlari ayarlanarak kumas gerginligi belirlenir. Santrifüjlü lif üretim sistemi (1) ile çesitli polimer çözeltilerinden ve eriyiklerden nano- /mikroliflerin üretimi mümkün kilinmistir. Söz konusu polimerler, uygun çözücülerde çözünmüs polivinilpirolidon (PVP), polivinil alkol (PVA), jelatin, polikaprolakton (PCL), poliakrilonitril (PAN), polistiren (PS) gibi polimerler, ya da yüksek sicaklikta eritilmis polipropilen (PP), polietilen (PE), polietilenteraftalat (PET), poliamid (PA) gibi termoplastik polimerlerdir. Bulusun sanayiye uygulanma biçimi Yukarida bahsedilen amaçlara hizmet eden santrifüjlü lif üretim sistemi, sanayinin herhangi bir dalinda üretilebilir ve kullanilabilir nitelikte olup sanayiye uygulanabilir yapidadir. TR DESCRIPTION AIR MOTORIZED CENTRIFUGAL FIBER PRODUCTION SYSTEM Technical Field The invention relates to the system that enables the production of nanofibers and/or microfibers from polymer solution and/or polymer melt by using centrifugal forces. State of the Art Centrifugal fiber production machines basically consist of polymer solution/melt dosing system, fiber production mechanism and fiber collection mechanisms. The fiber production mechanism has a shaft rotating at high speed and a nozzle package attached to the end of the shaft. While the polymer solution/molten metal can be passed through the shaft, transmission can also be achieved on the nozzle package rotating from the outside. There are nozzles or holes on the edges of the nozzle package to allow the polymer solution to thin and exit as a light. The fiber collection mechanism may be rods placed around the nozzle, or it may be a rotating cylinder or conveyor system located under the nozzle. Fabric or porous structures can be placed on the fiber collection area to ensure the accumulation of fibers. In studies using the centrifugal fiber production technique, Lu et al. used the centrifugal fiber spinning system as an alternative to the electroproduction technique for the production of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers. In the study in question, N,N-dimethylformamide (DMF) was preferred to dissolve PAN, and the low evaporation rate of this material was noted, emphasizing the necessity of a powerful exhaust system in the production system. In the study, the effects of production parameters from 0% by weight on fiber morphology were examined. Increasing the solution concentration may create difficulties in production as it increases viscosity and surface tension. However, in the study, even at the highest concentration of 15%, normally distributed fiber production with diameters between 600 nm and 1.2 pm was observed. The rotation speed of the nozzle, the nozzle diameter used and the nozzle-collector distance were recorded as parameters that have an effect on the Iif morphology. In the experiment; The flattening speed was changed between 2000 - 4000 rpm and increasing the speed caused a thinning in the diameter of Iif. In order to observe the effect of nozzle diameter, production was carried out at 4000 rpm using a 14% concentration solution with nozzles of 0.4 mm, 0.8 mm and 1 mm diameters, and as a result, it was observed that the use of low diameter nozzles also reduced the Iif diameter. In addition to the rotation speed and nozzle diameter, productions were made by changing the distance between the spinneret and the collector by 0.4 mm in order to observe the effect of the distance between the nozzle and the collector on the Iif diameter. As a result of the production, it was commented that increasing the distance reduces the fiber diameter, but the difference is negligible. As a result of the study, centrifugal fiber production technique; It has been noted as a method that is easy to apply, safe as it does not require an electric field, independent of solution conductivity, suitable for high concentration solutions, has a high production rate and is low cost1. Kancheva et al. In another study conducted by et al., it was stated that it took 6-8 hours to produce a mat with a surface area of 500-600 cm2 at the appropriate thickness by electroproduction, so a system with a high production speed was needed. However, since the use of electrostatic forces ensures regular fiber collection, a hybrid system combining the centrifugal fiber production system and the electroproduction system has been tested, aiming for both fast production and uniform fiber collection. The experiments were carried out by using two different types of collectors placed around the device and creating an electric field between the collector and the spinneret. One of the collector types is the hollow collector, where metal strips are placed vertically, and the other is the cylindrical aluminum collector. While a cylindrical collector is deemed suitable for the production of fibers containing nano- and/or microparticles, a ribbon collector is deemed suitable only for the production of materials with a fibrous structure. The ribbon collector has also been interpreted as an advantageous approach in terms of ensuring that the fiber alignment is aligned. In the study, 17% by weight PAN/DMF solution was prepared and in two different collectors; Production was made by changing the spinneret-collector distance, rotation speed and number of nozzles. The results obtained in the nozzle-collector distance and rotation speed comparisons coincide with the results in the study conducted by Lu et al. Additionally, increasing the number of nozzles allowed the production of larger size nanofiber mats. As a result of the production, it was seen that a 45 cm diameter cylindrical collector was sufficient for nonwoven fabric with a surface area of 2200 cm2, and that nonwovens of this size were produced in less than 20 minutes using 4 nozzles. In this study, the centrifugal system is stated as a system that not only produces large-sized mats in a short time, but also reduces the use of solvents due to the availability of high-concentration solutions in the system, thus preventing the consumption of materials called "dead volume". Apart from the combination of the centrifugal system with electrostatics, another example of the versatility of the system is seen in the study by Chen et al. In the study in question, by changing the nozzle geometry and adding heating apparatus to the system, 1 Lu polymer was heated by centrifugation. Y., Li. Y., Zhang, S., Xu, G,, Fu, K.. Lee, H,, 8: Zharig. X. (2013). Parameter study and characterization for polyacrylonitrile nanotibers fabricated via centrifugal melt fiber spinning experiments were carried out. In this approach, the polymer material is filled into the chamber in the nozzle and brought to melting temperature through heaters. The molten polymer comes out of the grooves at the bottom of the chamber and spreads on the nozzle wall with the effect of the centrifugal force resulting from the high-speed rotation of the nozzle and reaches the outlets at the top of the nozzle. With this force, the polymer jet, whose surface tension is exceeded, accumulates in the form of fibers on the collector walls. In the study, the established system was used to produce fiber from both polyvinylpyrrolidone (PVP) solution at 20% by weight and polyester (PET) melt. When using the solution, production was carried out at a speed of 4000 rpm and fibers with an average diameter of 400 nm were obtained. In production from melt, the rotation speed was set to 2400 rpm at a temperature of 250°C and it was possible to obtain bulky fibers with an average diameter of 2 pm. Using the centrifugal production method, fiber with a hollow structure was produced from a mixture solution of polyacrylonitrile (PAN) and polymethyl methacrylate (PMMA). A mixture containing PMMA droplets in PAN solution was prepared and fed into the system, and production was carried out at a speed of 4,000 rpm and a distance of 10 cm between the collector and the spinneret. Aluminum strips were used on the collecting surface and smooth collection of the fibers was ensured. Materials defined as the "in-the-sea" model were produced. After the production of the fibers, the carbonization process was applied to ensure that the PMMA droplets formed the voids in the PAN fiber. Thus, it was observed that the centrifugal production technique enabled the production of fibers with a hollow structure4. The centrifugal fiber production technique is an easily modifiable technique. and systems to which various functions were added according to the desired fiber properties were found in the literature. In the study conducted by Xu et al., the production of intertwined fibers from PAN and PVP polymers was achieved by designing a spinneret and nozzle in a customized geometry, external nozzle diameter and The gap between the inner nozzle diameter was determined as 0.5 mm and polymer solutions were fed to both at different flow rates and fiber production was achieved in which linear homogeneity was achieved. The effect of the solution concentration on the fiber morphology was observed in the produced fibers, and it was observed that the nozzles were clogged when the concentration of both solutions was increased above 16%. . In the study, the optimum concentrations for obtaining fiber with perfect and homogeneous distribution were 16% for PVP, which is the core polymer, and 3% for the shell 3 Chen, H., Xu, H., Sun. J.. Liu, C.. E Yang, B. (2015). Effective method for high-throughput manufacturing of ultra-une tibres via needleless centrifugal spinning. Micro 8. Nano Letters, 1012), 81-84. 4 Lu, Y., Fu, K., Zhang, 5., LI, Y., Chen, C., Zhu, J., & Zhang, X. (2015). Centrifugal spinning: A novel approach to fabricate porous carbon fibers as binder›free electrodes for electric double-layer capacilors. Journal of Power Sources, 273, 502-510. It was concluded that it was 15% for PAN, which is a polymer. Additionally, by applying the carbonization process, the bicomponent fibers were made hollow5. In addition to the design of a nozzle with a special geometry, there are also systems in the literature where a UV lamp is placed in the collector area in order to perform photopolymerization in the system. Additionally, it is possible to come across examples that create an electric field between the spinneret and the collector in order to increase the fiber collection performance. An example of this can be seen in the study by Zhang et al. In the study in question, quartz fibers were placed on the collecting conveyor and with the help of electrostatic forces, ITO (indium tin oxide) was rotated at rpm for 8 minutes, and the produced fibers were coated on quartz rods in the presence of 5 kV voltage. As a result of this study, the usability of the centrifuge technique for the production of opto-electronic materials is emphasized. In the book he wrote about the centrifugal fiber production technique, Lu compared fiber collection mechanisms that may be suitable for industrial systems. Four collection systems are mentioned in the book: . Gravity-assisted nanofiber collector: It is a system in which there is no auxiliary element around the collector band, and the fibers leaving the spindle are directed onto the collector nonwoven only by the effect of gravity. Collection efficiency is low. o Suction force assisted nanofiber collector.' Fiber collection is ensured by placing a mechanism that provides suction force under the collector nonwoven. It has been a preferred mechanism to increase fiber dispersion and filling density. 0 Air jet assisted nanofiber collector.' It is a mechanism that aims to direct the fibers to the collecting surface by spraying compressed air over the nozzle. 0 Water bath assisted nano/if collector.' It is especially preferred in yarn production; the fibers separated from the spinneret are wrapped around the rotating cylinder in a water bath and directed to the outside collecting cylinder via the band. Among the mentioned mechanisms, it is stated that the suction force-assisted system shows superior performance compared to the others in terms of collection efficiency and usability7. Xu, W., Xiai L.I Zhou, X. H., XI. P., Cheng, E. W., & Liang, Y. X. (2016). Hollow carbon microfibres fabricated using multiaxial centrifugal spinning. Micro & Nano Letters, 11(2),74-76. E' Zhang` Q., Wu, X., Chen. H., & Yang, B. (2015). Preparaliori and photoelectric properties of indiurn tin oxide depositorial Optical fiber by centrifugal spinning, Journaioi' 7 Lu, Y. (2016). Centrifugal Spinning and Its Energy Storage Applications. In a recent study by Chen et al., the effect of the material from which the nozzle is made on the fiber morphology in the centrifugal production technique was examined. Within the scope of the study, polystyrene (PS) / tetrahydrofuran (THF) solutions were prepared and fiber production was carried out by centrifugal production technique in two separate nozzles made of polytetrafluoroethylene (PTFE-Teflon) and aluminum (Al). When the results obtained in both nozzles are compared, it is observed that the force to be applied to ensure the flow of light in the PTFE nozzle is higher than in the Al nozzle. It has been stated that the difference in the force in question affects the flow profile of the polymer solution in the nozzle, in line with the concept described as "apparent" wall slip. According to the study, the polymer solution, which can slide more easily in the Al nozzle, shows a blocked flow and exits as a thicker fiber from the nozzle tip, while its exit from the PTFE nozzle results in a thinner fiber due to a parabolic flow-like profile. Centrifugal production technique has been cited as an easily modifiable technique in many studies. In a recent example of these studies, Liu et al. have established a system called "melt differential centrifugal electroproduction" to produce nanofibers from polypropylene (PP) melt. The system includes a high-speed motor, a centrifugal disc rotating with the power of this motor, an electromagnetic heater placed at the bottom of the disc, a micro extruder that feeds polymer melt into the disc, and four electrode plates. PP particles are fed into the microextruder and melted there, then transferred into the disc and the disc is rotated at high speed. Then, an electric field at the appropriate voltage is created and fiber production is achieved with the effect of both centrifugal force and electrical force. The polymer melt is kept warm by the effect of the electromagnetic heater located under the disk. In the study in question, PP fibers with an average fiber diameter of 790 nm were obtained with the mentioned method. Among other studies in the literature, experiments have been conducted on the electro-centrifuge system, but the experiments have been limited to laboratory-scale systems. Additionally, in the production mechanism used in these systems, the fiber collection apparatus is cylindrical and placed around the device, which creates a mechanism that is difficult to bring to industrial size. In the studies, various production and fiber collection mechanisms of the centrifugal spinning system were included. In the patents in question, the spinning nozzle is rotated by an electric motor. It can be seen that the layout is placed on the upper part of the machine and the collecting mechanism is placed on the lower part. Fiber spinning nozzle allows production from both polymer solution and melt 8 Merciers, J., Meurs, W., Deferme, W.. Peeters. R,, Eluntinx, l'vl., & Reddy. N. K, (2020). Influence of Polymer Concemraticin and Nozzle Material on Centrifugal Fiber Spinning. Polymers, 12(3). 575. 9 Liu, V. l., Tan, l., Vu, S. V., Vousefzadeh, M., tvu, T. T., high school, 2. W., 81 Ramakrishna, S. (ZDZÜl. High-effective preparation Df polypropvlene nanofiber by melt diffErentiaI centrifugal electrospinning. Journai oprplIe-d PolymerSci'ence, 1373), 48299. conveniently designed in various geometries. In the systems described, there are approaches such as blowing air over the spinneret towards the collector or placing an electrostatic charge mechanism on the collector to improve fiber collection. Purpose of the Invention The purpose of this invention is to design a centrifugal fiber production system with improved drive and fiber collection mechanism. In this context, an air engine was used for propulsion. In the air motor used, the propeller located inside the main body is rotated with compressed air. The fact that the motor's drive mechanism is compressed air and enables fiber production at lower speeds will reduce electricity consumption. Since it is driven by air, the system can be charged with electricity and can be used as an electrocentrifugal fiber production system. On the other hand, the air used for propulsion will be used to collect the fibers spread by centrifugal effect on the collector. The centrifugal fiber production head provided in this invention can be used in both laboratory scale and industrial scale versions. Explanation of the figures Figure 1: General view of the air-powered centrifugal spinning system of the invention. Figure 2: General view of the air motor that performs the centrifugal spinning process. Figure 3: General view of the centrifugal spinning nozzle. Figure 4: Front view of the carrier where the air motor(s) are placed. Figure 5: General view of the collection mechanism of the industrial scale system. Explanation of references in figures 11: Engine compartment 12: Spinning chamber 2: Air motor 21: Polymer solution/melt passage apparatus 22: Solution/melt feed pipe 23: Compressed air inlet 1 24: Compressed air inlet 2: Compressed air outlet 26: Bearing 27 : Spinning nozzle assembly outlet 3: Nozzle 31: Nozzles 32: Needles 4: Carrier system 41: Transport rails 42: Carrier plate 43: Transport belt 44: Transport belt pulley : Collector roller 6: Vacuum fans 7: Industrial fiber collection system 71: Vacuum fans compartment 72: Perforated base 73: Empty fabric cylinder 74: Nanofiber fabric cylinder 75: Fabric Description of the invention The centrifugal spinning machine (1) of the invention is in its most basic form; - It has two compartments: the engine compartment (11) at the top and the spinning compartment (12) at the bottom, - At least one air motor (2) placed on a carrier mechanism (4) in the engine compartment (11), enabling the movement of the carrier mechanism (4). with carrying belts (43) and - if placed - air blowing fans or pipes, - The spinning chamber (12) contains the fiber spinning nozzle (3), fiber collecting cylinder (5) and vacuum fans (6) connected to the motor (2). It is a system. There is one or more air motors (2) in the engine compartment (11). If an air blowing system is installed to assist in fiber collection, air blowing fans can also be placed in the engine compartment (11). In the spinning chamber (12), there are fiber spinning nozzle (3), collecting cylinder (5) and vacuum fans (6). There is a carrier system (4) between the engine compartment (11) and the spinning compartment (12) where the air motor (2) is placed. At the top of the air motor (2), there are two compressed air inlets (23 and 24) placed at a 90° angle from the center to each other at two random corners, and in the middle there is the inlet of the solution/melt feeding pipe (22) made of chemically resistant metal. There is an apparatus (21) at the end of the solution/melt feeding pipe (22) to fix the pipe through which the polymer will be fed. Under the motor (2), there is a bearing mechanism (26) that will allow the spinning nozzle (3) to be rotated easily, and a mounting outlet (27) for the assembly (3) to be installed. The surface of the mounting outlet (27) has a grooved structure to ensure the fixing of the device (3). The air that will drive the air motor (2) will be used to direct the lights. Blowing air will be essential to direct the nano/microfibers that will spread at high speed with centrifugal effect towards the collector (5 or 7). The gas that will drive the air motor (2) can be compressed air or different gases. In this way, fiber production morphology can be changed as air with adjustable humidity and inertness will be released into the environment. A main difference of the system (1) from known designs is that it is suitable for electrostatically assisted centrifugal fiber production since it is driven by an air motor (2). Electrostatic charging can be achieved by connecting a high voltage power source to the rotating rotor (27). The connection to the rotating rotor (27) can be made with a circle, or it can be connected with a screw from a non-rotating point. The fiber spinning nozzle (3) is made of chemical-resistant material, cylindrical, hollow, with an open upper part and a closed lower part, with an opening on the sides of a suitable diameter for placing the nozzles (31). When 2 or more nozzles (3) are used in the design of the proposed air-driven centrifugal fiber production system (1), nanofiber network structures with different fiber diameters can be developed by changing the centrifuge speeds. The openings on the edges of the level (3) allow the nozzles to be placed to be made of durable material, in the form of cylindrical or hexagonal bolts, on the outside of the part where they can be combined with the level (3); They are internally screwed structures in the additional part that can be joined with needles (32). Needles (32) can be mounted at the ends of the nozzles (31). The needles (32) in question can be straight or angled/bent needles made of chemically resistant materials. The carrier system (4) consists of a carrier plate (42) made of chemically resistant metal placed within the carrier rails (41) on the inner side walls of the centrifugal spinning machine (1) and carrying belts (made of narrow woven fabric) that will enable the plate to be moved up and down. 43) is formed. The carrying belt (43) is lengthened or shortened by the carrying belt pulleys (44) placed on the upper part of the system. The collector cylinder (5) is made of chemically resistant metal, has a perforated structure and is connected to the vacuum fans (6) from its sides. To operate the system, polymer solution inlet (21) and air inlet (23 or 24) connections are made on the air motor (2). For polymer feeding, a connection with a pipe of appropriate diameter is established between the areas where the solution is discharged from the dosing system and the polymer transition apparatus (21) of the engine (2). For air supply, a record of appropriate diameter is placed in one of the air inlet holes numbered 1 and 2 of the engine (2) (23 and 24, respectively). Then the pipe connected to an external compressor is attached to the record. In order for the rotation of the mechanism (3) to be attached to the engine (2) to be clockwise, the air supply is made from the air inlet hole No. 1 (23), and for the rotation to be counterclockwise, the air supply is made from the air inlet hole No. 2 (24). The compressed air fed into the engine (2) is exited through the compressed air outlet holes (25) on the walls. The connected motor (2) is placed on the carrier plate (42). More than one motor (2) can be placed on the carrier plate (42) in industrial systems. The carrier is designed to be able to move up and down on the rails (41) in which it can be slid, by means of the carrying belt (43) attached to it from the top right and left. The nozzle mounting outlet (27), located under the engine (2) placed on the carrier plate (42), remains at the bottom of the carrier plate (42). In order to carry out the spinning process, the device (3) must be attached to this part and connected to the motor (2). The spinning nozzle (3) is attached to the protrusion (27) located at the bottom of the motor from bottom to top. Compressed air is supplied to start the engine (2). Compressors of various sizes can be preferred as the air source. Air pressure can be fixed or adjustable. Under the influence of the air, the motor (2) starts and the rotation of the mechanism (3) is ensured. As the motor (2) rotates the level (3) at a very high speed, the surface tension of the polymer solution/melt reaching the nozzle (3) is overcome and thinned by the effect of centrifugal force and reaches the walls of the nozzle (3). The polymer, which is thin on the walls, passes through the nozzles (31) and needles (32) and comes out from the ends. It elongates with the effect of rapid rotation and reaches the collector (5) in the form of fibers. During the distance between the nozzle (3) and the collector (5), the solvent of the polymer solution evaporates and only polymer fibers accumulate in the collector (5). If polymer melt is used, thinning occurs until the melt cools and solidifies. Fabric (75) is placed around the fiber collection cylinder (5). With the effect of high traction power, the obtained fibers are deposited on this fabric. The rotation speed of the cylinder can be constant or variable. The collector mechanism (7) for industrial scale systems is designed based on continuous production. There is a fabric release cylinder (73) at the back of the collector (7), and a nanofiber fabric winding cylinder (74) at the front. The fabrics (75) to be coated are placed in the fabric release cylinder (73). At the bottom of the industrial collection system (7), there is a vacuum unit (71) containing air draft fans. The upper part of the vacuum unit (71) is designed as a perforated plate or woven metal (72) in order to provide the effect of air draft. The fabric to be coated (75) is passed over the vacuum unit (71) and delivered to the processed fabric winding cylinder (74) located at the front. The speeds of the front and rear rollers may be fixed or variable. Fabric tension is determined by adjusting roller speeds. The production of nano-/microfibers from various polymer solutions and melts has been made possible with the centrifugal fiber production system (1). The polymers in question are polymers such as polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), gelatin, polycaprolactone (PCL), polyacrylonitrile (PAN), polystyrene (PS) dissolved in suitable solvents, or polypropylene (PP), polyethylene (PE) melted at high temperatures. ), are thermoplastic polymers such as polyethylene terephthalate (PET) and polyamide (PA). Application of the invention to industry: The centrifugal fiber production system, which serves the above-mentioned purposes, can be produced and used in any branch of industry and is industrially applicable.

TR2020/13844A 2020-09-02 2020-09-02 Air motor centrifugal fiber production system TR202013844A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2020/13844A TR202013844A2 (en) 2020-09-02 2020-09-02 Air motor centrifugal fiber production system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2020/13844A TR202013844A2 (en) 2020-09-02 2020-09-02 Air motor centrifugal fiber production system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TR202013844A2 true TR202013844A2 (en) 2020-11-23

Family

ID=75526922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TR2020/13844A TR202013844A2 (en) 2020-09-02 2020-09-02 Air motor centrifugal fiber production system

Country Status (1)

Country Link
TR (1) TR202013844A2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9827728B2 (en) Devices and methods for the production of microfibers and nanofibers in a controlled environment
US7934917B2 (en) Apparatus for electro-blowing or blowing-assisted electro-spinning technology
JP4129261B2 (en) Nanofiber manufacturing apparatus using electrospinning method and spinning nozzle pack employed in the same
EP2129816B1 (en) Production of nanofibers by melt spinning
US7662332B2 (en) Electro-blowing technology for fabrication of fibrous articles and its applications of hyaluronan
WO2012109242A2 (en) Devices and methods for the production of coaxial microfibers and nanofibers
KR20100077913A (en) Centrifugal electric spinning apparatus
CA2703958A1 (en) Fiber formation by electrical-mechanical spinning
CN103370457A (en) Nanofiber manufacturing device
KR102449903B1 (en) Continuous Wire Drive System For Needleless Electrospinning Apparatus
WO2012109251A2 (en) Apparatuses and methods for the deposition of microfibers and nanofibers on a substrate
Niu et al. Electrospinning: an advanced nanofiber production technology
CN110168149A (en) By liquid polymers electrostatic spinning at nanoscale or the device of Sub-micro Fibers
KR101196786B1 (en) Apparatus and method for nano fiber non-woven using rotating nozzles
JP2020045591A (en) Electrospinning apparatus and manufacturing method of nanofiber aggregates
Chen et al. Polymer melt differential electrospinning from a linear slot spinneret
TR202013844A2 (en) Air motor centrifugal fiber production system
US10240257B2 (en) Systems and methods for controlled laydown of materials in a fiber production system
Yang et al. Melt electrospinning
Liu et al. Scale-up strategies for electrospun nanofiber production
US20170268132A1 (en) A centrifugal spinning device used for nanofiber/microfiber production
Nayak et al. Review of literature: Melt electrospinning
Lingaiah et al. Electrospinning of nylon-66 polymer nanofabrics
KR20100062437A (en) Collector with multiple roller for electrospinning and electrospinning device comprising the same
Benavides Gas jet process for production of sub-micron fibers