УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ НАНО- И МИКРОВОЛОКОН

Полезная модель относится к средствам для получения нано- и микроволокон из растворов полимеров методом электроформирования.
В [RU 2242546 С1, 13.11.2003] описан способ для получения тонких полимерных волокон из раствора полимера методом электроформирования, и приведена схема устройства для его осуществления.
Устройство работает следующим образом. Прядильный полимерный раствор подают на дозирующее сопло, к которому прилагают высокое электрическое напряжение (5-120 кВ). Истекая из сопла, струя полимерного прядильного раствора расщепляется на отдельные волокна, которые затем отвердевают и, дрейфуя, осаждаются на заземленный металлический лист. Согласно изобретению, регулируя расстояние между дозирующим соплом и заземленным металлическим листом и величину электрического напряжения, добиваются максимального расщепления струи полимерного прядильного раствора и осаждают наиболее тонкие отвердевшие полимерные волокна путем их дрейфа на вращающиеся барабаны, к которым приложено дополнительное электрическое напряжение (0,5 кВ).
Недостатками этого устройства является: невысокая производительность тонких волокон, связанная с ограниченным количеством волокнобразующих фильер; неравномерность слоя получаемых тонких волокон; трудности, связанные со снятием волокнистого слоя с вращающихся барабанов.
В качестве прототипа принято устройство [RU 2365686 С2, 08.09.2004]. Устройство для осуществления способа содержит вращающийся заряженный электрод и противоположный электрод. Заряженный электрод представляет собой цилиндр, четырех- или многоугольную призму, а противоположный электрод расположен против свободной части заряженного электрода. В созданное электродами электрическое поле подводится полимерный раствор для электростатического формования волокна поверхностью вращающегося заряженного электрода, одновременно образованные нановолокна под действием электрического поля смещаются от вращающегося заряженного электрода к противоположному электроду и затем направляются к средству для их укладки, которое представляет собой воздухопроницаемый транспортер. Из пространства между электродами сквозь воздухопроницаемую подложку и (или) противоположный неподвижный электрод отсасывается воздух. Таким образом, в пространстве между электродами создаются попутные движению волокон воздушные потоки. Применение вместо фильер вращающегося электрода, на поверхности которого образуются волокнистые струи, увеличивает производительность данного способа, по сравнению со способами, в которых используются фильеры.
К недостаткам данного устройства относятся: невозможность регулировки конфигурации электростатического поля, в результате чего образованные волокна, двигаясь вдоль силовых линий поля неравномерно осаждаются на подложку и (или) осаждаются вне зоны расположения подложки; применение принудительно создаваемых, попутных движению волокон, воздушных потоков приводит к увеличению энергозатрат на производство нановолокон и может снижать их качество при применении растворителей с низкой температурой кипения.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель заключается в создании возможности регулировки плотности образуемого слоя из нано- и микроволокон, увеличения равномерности слоя волокон, с одновременным уменьшением энергозатрат на производство нано и микро волокон.
Решение данной задачи достигается за счет, того что вдоль всей поверхности вращающегося электрода расположены дополнительные электроды цилиндрической или любой другой формы, которые имеют с ним одинаковый электрический заряд и расположение которых относительно вращающегося электрода может изменяться в процессе работы установки. Благодаря этому удается регулировать плотность слоя нано- и микроволокон, повышается равномерность укладки волокон на подложку. Одновременно с этим исчезает необходимость создания попутных воздушных потоков для перемещения образовавшихся волокон к приемному электроду.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является повышенная равномерность слоя нано- и микроволокон, возможность регулирования плотности слоя волокон, за счет улучшенных условий образования и движения волокон в электростатическом поле, которое формируется между питающим и приемным электродом, и на конфигурацию которого оказывают фокусирующее влияние дополнительные электроды, имеющие электрический заряд, одинаковый с вращающимся электродом, и имеющие возможность перемещаться относительно него по вертикальной и горизонтальной оси, а также снижение энергозатрат на получение нано- и микроволокон за счет исключения из технологического процесса их производства попутных движению волокон, принудительно создаваемых, потоков воздуха.
На фиг.1 показана конструктивно-технологическая схема заявляемого устройства для получения полимерных нано- и микроволокон.
На фиг.2 показан вид А.
Полезная модель для получения полимерных нано- и микроволокон содержит вращающийся заряженный электрод 1, часть поверхности электрода 1 погружена в полимерный раствор 3 который вводится в зону действия электростатического поля поверхностью вращающегося электрода 1, приемный электрод 4, подложку для укладки волокон 5 расположенную между двумя электродами 1 и 4. Вдоль всей поверхности вращающегося электрода 1 расположены дополнительные электроды 6 цилиндрической или любой другой формы, которые имеют с ним одинаковый электрический заряд. В зоне между электродами 1 и 4 отсутствуют, принудительно создаваемые, попутные движению волокон, потоки воздуха.
1
Полезная модель работает следующим образом. Вращающийся электрод 1 вращается в сосуде 2 с раствором полимера 3, при вращении в вязкой среде на поверхности вращающегося электрода создается пленка из раствора полимера, которая имеет электрический заряд, полученный от вращающегося электрода. Под действием электрического поля на поверхности пленки образуются струи раствора, которые притягиваются противоположным электродом 4. При движении между электродами растворитель испаряется, волокна принимают форму, после чего осаждаются на подложку 5, которая располагается между приемным 4 и вращающимся электродом 1. Дополнительные электроды 6, имеющие одинаковый с электродом 1 электрический заряд, меняют конфигурацию поля в части рабочего пространства между электродами, таким образом, что сужают возможную область движения волокон между электродами 1 и 4 и препятствуют их дрейфу в стороны от приемной подложки 5. Применение дополнительных электродов 6 позволяет не использовать для осаждения волокон, принудительно создаваемые, попутные воздушные потоки. Расположение дополнительных электродов 6, относительно вращающегося электрода 1, можно изменять в процессе работы установки в вертикальном направлении с размахом h и в горизонтальном направлении с размахом (L-L). Например, в момент запуска процесса дополнительные электроды могут находиться ниже верхней точки поверхности вращающегося электрода, не оказывая влияния на начало процесса формирования волокон. При установившемся процессе дополнительные электроды 6 устанавливаются по вертикали и по горизонтали на некотором расстоянии от вращающегося электрода 1, при котором поток волокон будет более сфокусированным на подложке 5, а слой получаемых волокон будет более равномерным.