RU2802465C1 - Device for electrospinning nonwoven fabric - Google Patents

Device for electrospinning nonwoven fabric Download PDF

Info

Publication number
RU2802465C1
RU2802465C1 RU2022133312A RU2022133312A RU2802465C1 RU 2802465 C1 RU2802465 C1 RU 2802465C1 RU 2022133312 A RU2022133312 A RU 2022133312A RU 2022133312 A RU2022133312 A RU 2022133312A RU 2802465 C1 RU2802465 C1 RU 2802465C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal container
communicated
rotation
segments
cylindrical
Prior art date
Application number
RU2022133312A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Павлович Якупов
Владимир Юрьевич Бузько
Сергей Николаевич Иванин
Виктор Терентьевич Панюшкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2802465C1 publication Critical patent/RU2802465C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: device for electrospinning a nonwoven material is claimed, consisting of a grounded collector connected to a high voltage source, communicated with a rotatable draw die, which is a metal container, communicated through a cylindrical support with a round cover, and communicated with a moulding solution supply unit, whereas the cylindrical support is a cylindrical rod configured for rotation, at the upper end of which a gear is installed, and the cover is made flat and consists of six crescent-shaped segments equipped with teeth engaged with the gear teeth, each of which is fixed and adapted for rotation from 0.2 to 70 degrees on a support rod installed in a metal container, ensuring the movement of each segment between at least two positions, creating a circle circumscribed around the segments and concentric with the axis of rotation of the cylindrical rod, making a gap relative to the upper circular edge of the metal container.
EFFECT: continuous production of a multilayer or anisotropic material consisting of fibres of different specified diameters.
1 cl, 7 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области химических технологий и предназначено для получения нетканых материалов безыгольным электроформованием из растворов или расплавов полимеров.The invention relates to the field of chemical technologies and is intended for producing nonwoven materials by needleless electrospinning from polymer solutions or melts.

Аналогом изобретения является устройство для получения нетканого материала электроформованием раствора полимеров (Thoppey, N. M., Bochinski, J. R., Clarke, L. I., & Gorga, R. E. (2011). Edge electrospinning for high throughput production of quality nanofibers. Nanotechnology, 22(34), 345301. doi:10.1088/0957-4484/22/34/345301), состоящее из алюминиевой емкости, электрически подключенной к аноду источника высокого напряжения, металлического цилиндра, концентрично размещенного относительно алюминиевой емкости и электрически подключенного к катоду источника высокого напряжения.An analogue of the invention is a device for producing a nonwoven material by electrospinning a polymer solution (Toppey, N. M., Bochinski, J. R., Clarke, L. I., & Gorga, R. E. (2011). Edge electrospinning for high throughput production of quality nanofibers. Nanotechnology, 22(34), 345301 . doi:10.1088/0957-4484/22/34/345301), consisting of an aluminum container electrically connected to the anode of the high voltage source, a metal cylinder concentrically placed relative to the aluminum container and electrically connected to the cathode of the high voltage source.

Недостатком аналога являются его низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные тем, что данное устройство способно осуществлять процесс электроформования только после работы в течение около 20 секунд при инициирующем напряжении, превышающем рабочее напряжение более чем в два раза.The disadvantage of the analogue is its low performance characteristics, due to the fact that this device is capable of carrying out the electroforming process only after operating for about 20 seconds at an initiating voltage that is more than twice the operating voltage.

Прототипом изобретения является устройство для изготовления нетканого материала (Xiong, Jian & Liu, Ye & Li, Ailin & Wei, Liang & Wang, Liming & Qin, Xiaohong & Yu, Jianyong. (2021). Mass production of high-quality nanofibers via constructing pre-Taylor cones with high curvature on needleless electrospinning. Materials & Design. 197. 109247. 10.1016/j.matdes.2020.109247.), состоящее из источника высокого напряжения, анод которого электрически соединен с металлической емкостью, сообщенной с блоком подачи формовочного раствора, приводимой в движение электромеханическим приводом и закрепленной на ней крышкой из политетрафторэтилена, а катод электрически соединен с заземленным коллектором.The prototype of the invention is a device for the production of nonwoven material (Xiong, Jian & Liu, Ye & Li, Ailin & Wei, Liang & Wang, Liming & Qin, Xiaohong & Yu, Jianyong. (2021). Mass production of high-quality nanofibers via constructing pre-Taylor cones with high curvature on needleless electrospinning. Materials & Design. 197. 109247. 10.1016/j.matdes.2020.109247.), consisting of a high voltage source, the anode of which is electrically connected to a metal container in communication with the spinning solution supply unit, driven by an electromechanical drive and a polytetrafluoroethylene cover attached to it, and the cathode is electrically connected to a grounded collector.

Недостатком прототипа является низкие эксплуатационные характеристики, а именно возможность непрерывного получения нетканого материала с волокнами только одного типа и при условии оптимального расстояния между электродами и максимальной или для некоторых случаев оптимальной разницей потенциалов возможной для высоковольтного источника питания.The disadvantage of the prototype is its low performance characteristics, namely the possibility of continuously producing a nonwoven material with fibers of only one type and subject to the optimal distance between the electrodes and the maximum or, in some cases, the optimal potential difference possible for a high-voltage power source.

Задачей изобретения является усовершенствование устройства для электроформования нетканого материала, позволяющее расширить научно-производственные возможности средств подобного назначения.The objective of the invention is to improve the device for electroforming nonwoven material, allowing to expand the scientific and production capabilities of products for such purposes.

Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик устройства, а именно обеспечение возможности беспрерывного получения многослойного или анизотропного материала, состоящих из волокон различного заданного диаметра.The technical result of the invention is to improve the operational characteristics of the device, namely to ensure the possibility of continuously producing multilayer or anisotropic material consisting of fibers of various specified diameters.

Технический результат достигается тем, что устройство для электроформования нетканого материала состоит из заземленного коллектора соединенного с источником высокого напряжения, сообщенного с выполненной с возможностью вращения фильерой, представляющей собой металлическую емкость, сообщенную через цилиндрическую опору с крышкой, и сообщенной с блоком подачи формовочного раствора, при этом цилиндрическая опора представляет собой цилиндрический стержень, выполненный с возможностью вращения, на верхнем конце которого установлена шестерня, а крышка выполнена плоской и состоит из шести сегментов серповидной формы, снабженных зубьями входящими в зацепление с зубьями шестерни, каждый из которых закреплен с возможностью поворота от 0,2 до 70 градусов на опорном стержне, установленном в металлической емкости, обеспечивающих перемещение каждого сегмента по меньшей мере между двумя положениями, создавая окружность, описанную вокруг сегментов и концентричную оси вращения цилиндрического стержня, осуществляя зазор относительно верхнего кругового края металлической емкости.The technical result is achieved in that the device for electroforming a nonwoven material consists of a grounded collector connected to a high voltage source, communicated with a rotatable die, which is a metal container, communicated through a cylindrical support with a lid, and communicated with a molding solution supply unit, when In this case, the cylindrical support is a cylindrical rod, made with the possibility of rotation, at the upper end of which a gear is installed, and the cover is made flat and consists of six crescent-shaped segments equipped with teeth that mesh with the gear teeth, each of which is fixed with the possibility of rotation from 0 ,2 to 70 degrees on a support rod mounted in a metal container, allowing each segment to move between at least two positions, creating a circle circumscribed around the segments and concentric to the axis of rotation of the cylindrical rod, providing clearance relative to the upper circular edge of the metal container.

Выполнение цилиндрической опоры в виде цилиндрического стержня выполненного с возможностью вращения, на верхнем конце которого установлена шестерня, и крышки, выполненной плоской и состоящей из шести сегментов серповидной формы, снабженных зубьями, входящими в зацепление с зубьями шестерни необходимо для создания окружности, описанной вокруг сегментов и концентричной оси вращения цилиндрического стрежня, с радиусом, отличным от радиуса верхнего кругового края металлической емкости фильеры. При этом каждый сегмент закреплен с возможностью поворота от 0,2 до 70 градусов на опорном стержне, установленном в металлической емкости фильеры, для возможности исключения зазора между верхним круговым краем металлической емкости и внешним краем крышки при повороте сегментов на 0 градусов, а также для обеспечения перемещения каждого сегмента по меньшей мере между двумя положениями на высоте верхнего края металлической емкости, таким образом регулируя зазор между верхним круговым краем металлической емкости и внешним краем крышки, что позволяет регулировать диаметр формируемых волокон. Это обусловлено тем что, при изменении зазора, путем поворота сегментов на угол от 0,2 до 70 градусов на образуемой формовочным раствором свободной поверхности изменяется поверхностная концентрация электрических зарядов в связи с тем, что сообщаемое формовочному раствору, являющимся проводником второго рода, высокое напряжение формирует в объеме проводника некомпенсированное электрическом поле, которое приводит в движение свободные электрические заряды, перераспределение которых ведет к установлению электростатического равновесия, которое достигается при распределении электрических зарядов на свободной поверхности формовочного раствора с некоторой плотностью. Причем поверхностная плотность электрических зарядов будет зависеть от свободной площади формовочного раствора, о чем свидетельствуют результаты моделирования методом конечных элементов [Xiong, Jian & Liu, Ye & Li, Ailin & Wei, Liang & Wang, Liming & Qin, Xiaohong & Yu, Jianyong. (2021). Mass production of high-quality nanofibers via constructing pre-Taylor cones with high curvature on needleless electrospinning. Materials & Design. 197. 109247. 10.1016/j.matdes.2020.109247]. Связь поверхностной плотности электрических зарядов с напряженностью электрического поля описывается теоремой Гаусса-Остроградского для замкнутой поверхности в интегральной форме:Making a cylindrical support in the form of a cylindrical rod made with the possibility of rotation, at the upper end of which a gear is installed, and a cover made flat and consisting of six crescent-shaped segments equipped with teeth that engage with the gear teeth is necessary to create a circle described around the segments and concentric to the axis of rotation of the cylindrical rod, with a radius different from the radius of the upper circular edge of the metal container of the die. In this case, each segment is fixed with the possibility of rotation from 0.2 to 70 degrees on a support rod installed in the metal container of the die, in order to eliminate the gap between the upper circular edge of the metal container and the outer edge of the lid when rotating the segments by 0 degrees, as well as to ensure moving each segment between at least two positions at the height of the top edge of the metal container, thereby adjusting the gap between the top circular edge of the metal container and the outer edge of the lid, allowing the diameter of the fibers to be formed to be adjusted. This is due to the fact that when the gap changes, by rotating the segments at an angle from 0.2 to 70 degrees on the free surface formed by the molding solution, the surface concentration of electrical charges changes due to the fact that the high voltage communicated to the molding solution, which is a conductor of the second kind, forms in the volume of the conductor there is an uncompensated electric field, which sets in motion free electric charges, the redistribution of which leads to the establishment of electrostatic equilibrium, which is achieved when electric charges are distributed on the free surface of the molding solution with a certain density. Moreover, the surface density of electric charges will depend on the free area of the molding solution, as evidenced by the results of finite element modeling [Xiong, Jian & Liu, Ye & Li, Ailin & Wei, Liang & Wang, Liming & Qin, Xiaohong & Yu, Jianyong. (2021). Mass production of high-quality nanofibers via constructing pre-Taylor cones with high curvature on needleless electrospinning. Materials & Design. 197. 109247. 10.1016/j.matdes.2020.109247]. The relationship between the surface density of electric charges and the electric field strength is described by the Gauss-Ostrogradsky theorem for a closed surface in integral form:


где поток вектора напряженности электрического поля E сквозь любую замкнутую поверхность равен отношению суммы электрических зарядов q, находящихся на этой поверхности dS и диэлектрической проницаемости среды . Данная связь показывает зависимость характеристики, изменяемой напрямую конструкцией устройства - поверхностной плотности электрических зарядов и основной характеристикой, оказывающей существенный вклад на процессы формирования и поведения струи формовочной жидкости в электрическом поле [Wang, Xin & Liu, Yong & Zhang, Chi & An, Ying & He, Xuetao & Yang, Weimin. (2013). Simulation on Electrical Field Distribution and Fiber Falls in Melt Electrospinning. Nanoscience and Nanotechnology Letters. 13. 4680-4685. 10.1166/jnn.2013.7198; Yang, Ying & Jia, Zhidong & Liu, Jianan & Qiang, Li & Hou, Lei & Wang, Liming & Guan, Zhichen. (2008). Effect of electric field distribution uniformity on electrospinning. Journal of Applied Physics. 103. 104307 - 104307. 10.1063/1.2924439; Pokorny, Marek & Niedoba, Krzysztof & (2010). Transversal electrostatic strength of patterned collector affecting alignment of electrospun nanofibers. Applied Physics Letters - APPL PHYS LETT. 96. 10.1063/1.3430507; Jalili, Ali Rouhollah & Morshed, Mohammad & Hosseini Ravandi, Seyed Abdolkarim. (2006). Fundamental parameters affecting electrospinning of PAN nanofibers as uniaxially aligned fibers. Journal of Applied Polymer Science. 101. 4350 - 4357. 10.1002/app.24290], в том числе на диаметр образующихся волокон [Lyons, Jason & Ko, Frank. (2004). Melt-electrospinning of thermoplastic polymers: an experimental and theoretical analysis]. Таким образом устройство для электроформования материала обеспечивает возможность беспрерывного получения многослойного или анизотропного материала, состоящих из волокон разной длины, за счет обеспечения возможности регулирования зазора между внешним краем крышки и верхним круговым краем металлической емкости путем поворота сегментов в диапазоне углов от 0,2 до 70 градусов.

where is the flux of the electric field strength vectorE through any closed surface is equal to the ratio of the sum of electric chargesqlocated on this surfacedS and dielectric constant of the medium. This relationship shows the dependence of a characteristic that is directly changed by the design of the device - the surface density of electric charges and the main characteristic, which has a significant contribution to the processes of formation and behavior of a jet of molding fluid in an electric field [Wang, Xin & Liu, Yong & Zhang, Chi & An, Ying & He, Xuetao & Yang, Weimin. (2013). Simulation on Electrical Field Distribution and Fiber Falls in Melt Electrospinning. Nanoscience and Nanotechnology Letters. 13. 4680-4685. 10.1166/jnn.2013.7198; Yang, Ying & Jia, Zhidong & Liu, Jianan & Qiang, Li & Hou, Lei & Wang, Liming & Guan, Zhichen. (2008). Effect of electric field distribution uniformity on electrospinning. Journal of Applied Physics. 103. 104307 - 104307. 10.1063/1.2924439; Pokorny, Marek & Niedoba, Krzysztof & (2010). Transversal electrostatic strength of patterned collector affecting alignment of electrospun nanofibers. Applied Physics Letters - APPL PHYS LETT. 96.10.1063/1.3430507; Jalili, Ali Rouhollah & Morshed, Mohammad & Hosseini Ravandi, Seyed Abdolkarim. (2006). Fundamental parameters affecting electrospinning of PAN nanofibers as uniaxially aligned fibers. Journal of Applied Polymer Science. 101. 4350 - 4357. 10.1002/app.24290], including the diameter of the resulting fibers [Lyons, Jason & Ko, Frank. (2004). Melt-electrospinning of thermoplastic polymers: an experimental and theoretical analysis]. Thus, the device for electrospinning the material provides the ability to continuously produce multilayer or anisotropic material consisting of fibers of different lengths by allowing the gap between the outer edge of the lid and the upper circular edge of the metal container to be adjusted by rotating the segments in the angle range from 0.2 to 70 degrees .

На фиг.1 представлена схема устройства для электроформования нетканого материала, на фиг. 2 - положение сегментов крышки (0 градусов), исключающее зазор в радиальной плоскости между крышкой и верхним круговым краем металлической емкости, на фиг. 3 - положение сегментов крышки, при повороте на 70 градусов осуществляющее максимально возможный зазор в радиальной плоскости между внешним краем крышки и верхним круговым краем металлической емкости, на фиг. 4 представлен вариант соединения цилиндрического стержня, шестерни, сегмента опорного стрежня с металлической емкостью, на фиг. 5 представлена микрофотография волокон, полученных при повороте сегментов крышки на угол 0,2 градуса, на фиг. 6 представлена микрофотография волокон, полученных при повороте сегментов крышки на угол 40 градусов, на фиг. 7 представлена микрофотография волокон, полученных при повороте сегментов крышки на угол 70 градусов.Figure 1 shows a diagram of a device for electrospinning a nonwoven material; FIG. 2 - position of the lid segments (0 degrees), eliminating the gap in the radial plane between the lid and the upper circular edge of the metal container, in FIG. 3 - position of the lid segments, when rotated by 70 degrees, providing the maximum possible gap in the radial plane between the outer edge of the lid and the upper circular edge of the metal container, in FIG. 4 shows a variant of connecting a cylindrical rod, a gear, a segment of a support rod with a metal container, FIG. Figure 5 shows a microphotograph of fibers obtained by rotating the lid segments at an angle of 0.2 degrees; FIG. Figure 6 shows a microphotograph of fibers obtained by rotating the lid segments at an angle of 40 degrees; FIG. Figure 7 shows a microphotograph of fibers obtained by rotating the lid segments at an angle of 70 degrees.

Устройство для электроформования нетканого материала содержит источник высокого напряжения 1, катод (на чертежах не указан) которого электрически соединен с заземленным коллектором 2, а анод (на чертежах не указан) электрически соединен с фильерой, представляющей собой металлическую емкость 3, выполненную с возможностью вращения. Металлическая емкость 3 сообщена с блоком подачи формовочного раствора 4, а также сообщена через цилиндрическую опору с крышкой 5. При этом цилиндрическая опора представляет собой цилиндрический стержень 6, выполненный с возможностью вращения, на верхнем конце которого установлена шестерня 7. Крышка 5 выполнена плоской и состоит из шести сегментов 8 серповидной формы, внутренняя часть которых снабжена зубьями входящими в зацепление с зубьями шестерни 7, таким образом, чтобы поворотное движение шестерни 7 за счет зубчатой передачи преобразовывалось в движение каждого из шести сегментов 8, каждый из которых закреплен с возможностью поворота от 0,2 до 70 градусов на опорном стержне 9 на высоте верхнего кругового края металлической емкости 3. Каждый из опорных стержней 9 установлен в металлической емкости 3, таким образом, чтобы обеспечивать перемещение каждого соответствующего сегмента 8 по меньшей мере между двумя положениями, создавая окружность, описанную вокруг сегментов 8 и концентричную оси вращения цилиндрического стержня 6, осуществляя зазор относительно верхнего кругового края металлической емкости 3.A device for electroforming a nonwoven material contains a high voltage source 1, the cathode (not indicated in the drawings) of which is electrically connected to a grounded collector 2, and the anode (not indicated in the drawings) is electrically connected to a die, which is a metal container 3, rotatable. The metal container 3 communicates with the molding solution supply unit 4, and is also communicated through a cylindrical support with a cover 5. In this case, the cylindrical support is a cylindrical rod 6, made rotatable, at the upper end of which a gear 7 is installed. The cover 5 is made flat and consists of six crescent-shaped segments 8, the inner part of which is equipped with teeth that mesh with the teeth of gear 7, so that the rotary movement of gear 7 due to the gear transmission is converted into the movement of each of the six segments 8, each of which is fixed with the ability to rotate from 0 ,2 to 70 degrees on the support rod 9 at the height of the upper circular edge of the metal container 3. Each of the support rods 9 is installed in the metal container 3 so as to allow movement of each corresponding segment 8 between at least two positions, creating a circle described around the segments 8 and concentric to the axis of rotation of the cylindrical rod 6, creating a gap relative to the upper circular edge of the metal container 3.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Из блока подачи формовочного раствора 4 подают формовочный раствор или расплав в металлическую емкость 3 фильеры и полностью заполняют ее. Приводится в движение цилиндрическая опора, выполненная в виде цилиндрического стержня 6, на верхнем конце которого установлена шестерня 7, зубья которой входят в зацепление с зубьями каждого из шести сегментов 8 и преобразуют поворот цилиндрической опоры в плоскопараллельное перемещение сегментов 8 в радиально-осевом направлении. Причем каждый сегмент 8 осуществляет перемещение в радиально-осевом направлении относительно опорного стержня 9 на угол от 0,2 до 70 градусов, на котором он закреплен, таким образом устанавливается требуемый начальный зазор между верхним краем металлической емкости 3 и внешним краем крышки 5. Электромеханический привод вращения (на чертежах не обозначен), приводит в движение фильеру, представляющую собой металлическую емкость 3. Формовочная жидкость в металлической емкости 3 в результате действия центробежных сил образует так называемый пре-конус Тейлора. Источник высокого напряжения 1 приводит в действие электростатические силы, которые трансформируют пре-конус Тейлора в регулярный массив капиллярных волн, известных как конусы Тейлора. При условии превышения определенного порога приложенного напряжения из вершин конусов Тейлора начинают формироваться струи жидкости, подвергающиеся уменьшению своего диаметра за счет расщепления и дальнейшему образованию твердофазного полимера в виде волокон за счет испарения растворителя в межэлектродном пространстве, образуя на поверхности заземленного коллектора 2 слой нетканого материала. Блок подачи формовочного раствора 4 осуществляет транспортировку формовочного раствора с постоянной скоростью и позволяет поддерживать стабильный кольцевой пре-конус Тейлора. Для изменения диаметра формируемого волокна в процессе электроформования посредством электромеханического привода (на чертежах не указан) приводится в движение цилиндрическая опора, выполненная в виде цилиндрического стержня 6, на верхнем конце которого установлена шестерня 7, и за счет зубчатой передачи, возникающей в результате зацепления зубьев сегментов 8 и зубьев шестерни 7, осуществляется плоско-параллельное перемещение сегментов 8 в радиально-осевом направлении на необходимый угол в пределах от 0,2 до 70 градусов, тем самым сокращая или увеличивая зазор между внешним краем крышки 5 и верхним краем металлической емкости 3 таким образом, чтобы обеспечить требуемое распределение волокон в толщине формируемого нетканого материала.The inventive device operates as follows. From the molding solution supply unit 4, the molding solution or melt is fed into the metal container 3 of the die and completely fills it. A cylindrical support is driven, made in the form of a cylindrical rod 6, at the upper end of which a gear 7 is installed, the teeth of which engage with the teeth of each of the six segments 8 and convert the rotation of the cylindrical support into a plane-parallel movement of the segments 8 in the radial-axial direction. Moreover, each segment 8 moves in the radial-axial direction relative to the support rod 9 at an angle from 0.2 to 70 degrees at which it is fixed, thus establishing the required initial gap between the upper edge of the metal container 3 and the outer edge of the lid 5. Electromechanical drive rotation (not indicated in the drawings), sets in motion the die, which is a metal container 3. The molding fluid in the metal container 3, as a result of the action of centrifugal forces, forms the so-called Taylor pre-cone. The high voltage source 1 drives electrostatic forces that transform the pre-Taylor cone into a regular array of capillary waves known as Taylor cones. If a certain threshold of the applied voltage is exceeded, liquid jets begin to form from the tops of the Taylor cones, undergoing a decrease in their diameter due to splitting and further formation of a solid-phase polymer in the form of fibers due to the evaporation of the solvent in the interelectrode space, forming a layer of non-woven material on the surface of the grounded collector 2. The molding solution supply unit 4 transports the molding solution at a constant speed and allows maintaining a stable annular Taylor pre-cone. To change the diameter of the formed fiber during the electrospinning process, a cylindrical support made in the form of a cylindrical rod 6 is driven by means of an electromechanical drive (not indicated in the drawings), at the upper end of which a gear 7 is installed, and due to a gear train resulting from the engagement of the teeth of the segments 8 and gear teeth 7, plane-parallel movement of segments 8 is carried out in the radial-axial direction to the required angle ranging from 0.2 to 70 degrees, thereby reducing or increasing the gap between the outer edge of the cover 5 and the upper edge of the metal container 3 in this way to ensure the required distribution of fibers in the thickness of the formed nonwoven material.

Для подтверждения возможности беспрерывного получения многослойного или анизотропного материала, состоящих из волокон различного заданного диаметра, путем поворота сегментов крышки на 0,2, 40 и 70 градусов была получена серия нетканых материалов из раствора поливинилового спирта с молекулярной массой 72000 г/моль марки чистоты «pure» CAS № 9002-89-5 высокой степени гидролиза более 99% с плотностью около 0,5±0,05 г/см3 (производство FreyaLab, Болгария) в бидистиллированной воде с концентрацией 10%, при разнице потенциалов между катодом и анодом источника высокого напряжения 18 кВ и межэлектродном расстоянии 15 см. В таблице 1 приведены данные исследования диаметра волокон серии полученных материалов с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM - 7500F.To confirm the possibility of continuously producing multilayer or anisotropic material consisting of fibers of various specified diameters, by rotating the lid segments by 0.2, 40 and 70 degrees, a series of nonwoven materials were obtained from a solution of polyvinyl alcohol with a molecular weight of 72000 g/mol of the pure grade. » CAS No. 9002-89-5 high degree of hydrolysis of more than 99% with a density of about 0.5±0.05 g/cm3 (manufactured by FreyaLab, Bulgaria) in bidistilled water with a concentration of 10%, with a potential difference between the cathode and anode of a high source voltage 18 kV and interelectrode distance 15 cm. Table 1 shows data from studying the diameter of the fibers of a series of materials obtained using a JEOL JSM - 7500F scanning electron microscope.

Таблица 1 - Данные исследования диаметра полученных волоконTable 1 - Data from the study of the diameter of the obtained fibers Угол поворота сегментов крышки, °Rotation angle of cover segments, ° Средний диаметр формируемого волокна, нмAverage diameter of the formed fiber, nm Коэффициент увеличения сканирующего электронного микроскопаMagnification factor of scanning electron microscope 0,20.2 271271 3000030000 4040 378378 3000030000 7070 450450 75007500

Таким образом, совокупность предлагаемых существенных признаков, позволяет обеспечить возможность получения нетканого материала, состоящего из двух и более слоев, каждый из которых содержит волокна различного заданного диаметра и в получении анизотропного материала с функционально-градиентными свойствами с постоянно изменяющимся диаметром волокон вдоль толщины формируемого материала за одну технологическую стадию.Thus, the combination of the proposed essential features makes it possible to obtain a nonwoven material consisting of two or more layers, each of which contains fibers of different specified diameters and to obtain an anisotropic material with functional gradient properties with a constantly changing fiber diameter along the thickness of the formed material for one technological stage.

Claims (1)

Устройство для электроформования нетканого материала, состоящее из заземленного коллектора, соединенного с источником высокого напряжения, сообщенного с выполненной с возможностью вращения фильерой, представляющей собой металлическую емкость, сообщенную через цилиндрическую опору с круглой крышкой, и сообщенной с блоком подачи формовочного раствора, отличающееся тем, что цилиндрическая опора представляет собой цилиндрический стержень, выполненный с возможностью вращения, на верхнем конце которого установлена шестерня, а крышка выполнена плоской и состоит из шести сегментов серповидной формы, снабженных зубьями, входящими в зацепление с зубьями шестерни, каждый из которых закреплен с возможностью поворота от 0,2 до 70 градусов на опорном стержне, установленном в металлической емкости, обеспечивающих перемещение каждого сегмента по меньшей мере между двумя положениями, создавая окружность, описанную вокруг сегментов и концентричную оси вращения цилиндрического стрежня, осуществляя зазор относительно верхнего кругового края металлической емкости.A device for electrospinning a nonwoven material, consisting of a grounded collector connected to a high voltage source, communicated with a rotatable die, which is a metal container, communicated through a cylindrical support with a round lid, and communicated with a spinning solution supply unit, characterized in that The cylindrical support is a cylindrical rod made rotatable, at the upper end of which a gear is installed, and the cover is flat and consists of six crescent-shaped segments equipped with teeth that mesh with the gear teeth, each of which is fixed with the ability to rotate from 0 ,2 to 70 degrees on a support rod mounted in a metal container, allowing each segment to move between at least two positions, creating a circle circumscribed around the segments and concentric to the axis of rotation of the cylindrical rod, providing clearance relative to the upper circular edge of the metal container.
RU2022133312A 2022-12-19 Device for electrospinning nonwoven fabric RU2802465C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802465C1 true RU2802465C1 (en) 2023-08-29

Family

ID=

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3994258A (en) * 1973-06-01 1976-11-30 Bayer Aktiengesellschaft Apparatus for the production of filters by electrostatic fiber spinning
WO2005024101A1 (en) * 2003-09-08 2005-03-17 Technicka Univerzita V Liberci A method of nanofibres production from a polymer solution using electrostatic spinning and a device for carrying out the method
CN101275298A (en) * 2008-05-13 2008-10-01 华南理工大学 Non-nozzle continuous electrostatic spinning system
EP2064379A2 (en) * 2006-09-20 2009-06-03 E.I. Du Pont De Nemours And Company Improved nanowebs
EP2340324A1 (en) * 2008-10-17 2011-07-06 Deakin University Electrostatic spinning assembly
EP2351879A1 (en) * 2004-04-08 2011-08-03 Research Triangle Institute Fibrous structure
CN105821497A (en) * 2016-05-06 2016-08-03 东华大学 Double-circular-ring-shaped slit type electrostatic spinning device and method
RU174492U1 (en) * 2017-03-31 2017-10-17 Георгий Онуфриевич Волик DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL
EP2683857B1 (en) * 2011-03-09 2020-09-30 Board of Regents, The University of Texas System Apparatuses and methods for the production of fibers

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3994258A (en) * 1973-06-01 1976-11-30 Bayer Aktiengesellschaft Apparatus for the production of filters by electrostatic fiber spinning
WO2005024101A1 (en) * 2003-09-08 2005-03-17 Technicka Univerzita V Liberci A method of nanofibres production from a polymer solution using electrostatic spinning and a device for carrying out the method
EP2351879A1 (en) * 2004-04-08 2011-08-03 Research Triangle Institute Fibrous structure
EP2064379A2 (en) * 2006-09-20 2009-06-03 E.I. Du Pont De Nemours And Company Improved nanowebs
CN101275298A (en) * 2008-05-13 2008-10-01 华南理工大学 Non-nozzle continuous electrostatic spinning system
EP2340324A1 (en) * 2008-10-17 2011-07-06 Deakin University Electrostatic spinning assembly
EP2683857B1 (en) * 2011-03-09 2020-09-30 Board of Regents, The University of Texas System Apparatuses and methods for the production of fibers
CN105821497A (en) * 2016-05-06 2016-08-03 东华大学 Double-circular-ring-shaped slit type electrostatic spinning device and method
RU174492U1 (en) * 2017-03-31 2017-10-17 Георгий Онуфриевич Волик DEVICE FOR ELECTROFORMING A NONWOVEN MATERIAL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Recent advances in needleless electrospinning of ultrathin fibers: from academia to industrial production
Zhu et al. Effect of experimental parameters on nanofiber diameter from electrospinning with wire electrodes
Liu et al. Active generation of multiple jets for producing nanofibres with high quality and high throughput
Li et al. Effect of oriented fiber membrane fabricated via needleless melt electrospinning on water filtration efficiency
Medeiros et al. Effect of relative humidity on the morphology of electrospun polymer fibers
EP2045375B1 (en) Apparatus and method for electrospinning 2D- or 3D-structures of micro- or nano-fibrous materials
US9045601B2 (en) Method for producing stereo complex crystals of polylactic acid, polylactic acid, and molded body, synthetic fiber, porous body and ion conductor comprising same
Yousefzadeh et al. A note on the 3D structural design of electrospun nanofibers
US10159943B2 (en) Carbon membrane for fluid separation, fluid separation membrane module, and method for producing carbon membrane for fluid separation
JP2006037329A (en) Apparatus for producing polymer fibril and method therefor
Vong et al. Ultrafast fabrication of nanofiber-based 3D macrostructures by 3D electrospinning
Chen et al. Review of the principles, devices, parameters, and applications for centrifugal electrospinning
Sharma et al. Electrospinning: the technique and applications
CN101844406A (en) Device and method for manufacturing micro-nano porous structure
RU2802465C1 (en) Device for electrospinning nonwoven fabric
Waqas et al. Design and development of a nozzle-free electrospinning device for the high-throughput production of biomaterial nanofibers
Mu et al. Electric field induced phase separation on electrospinning polyelectrolyte based core–shell nanofibers
Liang et al. Effect of humidity on the generation and control of the morphology of honeycomb-like polymeric structures by electrospinning
KR20040052685A (en) Electrospinning apparatus equipped with evacuated rotatable spinneret
Xu et al. Preparation and low-temperature gas-sensing properties of SnO 2 ultra-fine fibers fabricated by a centrifugal spinning process
CN105648548A (en) Tapered-bulge roller type electrostatic spinning device and method for preparing nanofiber membrane by adopting device
Huang et al. Highly Aligned and Single‐Layered Hollow Fibrous Membranes Prepared from Polyurethane and Silica Blends Through a Two‐Fluid Coaxial Electrospun Process
CN108611687B (en) Porous nanofiber batch preparation device and application method thereof
Zeitoun et al. Electrospinning of polyvinylidene fluoride membranes: effect of membrane composition and fabrication conditions
CN110219068A (en) A kind of composite fibre thermoelectric material and preparation method thereof