用于通过静电纺丝来制造纤维的设备的制作方法

1.本发明涉及用于通过在静电场中对液态基质进行静电纺丝来产生纤维诸如纳米纤维的设备。


背景技术：

2.用于通过对液态基质进行静电纺丝来产生纤维的设备是已知的，例如从以下文献中是已知的。
3.wo 2009/010020 a2涉及下述方法：在至少一个纺丝电极(3)与布置在该纺丝电极对面的收集电极(4)之间的静电场中对液态基质(38)进行纺丝，同时电极中的一种电极连接至高压源的一极，以及第二种电极连接至高压源的异性极或者接地，其中，对液态基质(38)进行纺丝是在纺丝电极(3)的纺丝装置(31)的线缆(310)的有效纺丝区域(3100)上的静电场中进行的。在纺丝过程期间线缆的有效纺丝区域(3100)朝向收集电极(4)具有稳定位置，以及通过向线缆的有效纺丝区域(3100)施加液态基质或者通过线缆(310)沿着其长度方向的运动来将液态基质输送到线缆的有效纺丝区域(3100)。该发明还涉及用于产生纳米纤维的装置以及涉及纺丝电极(3)，该纺丝电极(3)的承载体(32)中的该纺丝电极的线缆(310)的有效纺丝区域(3100)具有稳定位置，以及存在有分配至线缆(310)的用于将液态基质(38)施加至线缆(310)的装置(37)，该装置(37)是布置在纺丝电极(3)的承载体(32)中的。
4.wo 2009/067368 a2涉及提供用于静电精细纤维生成的设备诸如用于从聚合物溶液形成纳米纤维的设备。精细纤维生成设备包括可以采用不锈钢串珠链的形式的股。串珠链可以是夹带在两个引导轮上并且绕相对于收集介质垂直的环形路径而被驱动的环形链。更具体地，该文献涉及根据该文献的设备，该设备包括：第一电极；与第一电极间隔开的第二电极，该第二电极包括夹带在至少两个引导件上的股；沿着第一路径间隔开的入口区域和出口区域，其中，收集介质适于沿着第一路径以与第二电极间隔关系的方式从入口区域被驱动至出口区域；驱动单元，该驱动单元适于沿着所述至少两个引导件驱动股，从而使股沿着横向于第一路径的第二路径运动；电压源，该电压源布置成在第一电极与第二电极之间产生电压差，以用于产生精细纤维的纺丝。
5.根据该已知的现有技术的设备具有放置在静电场的第一侧部与第二侧部之间的多根独立的线。
6.根据本发明的设备仅包括一根具有弹性加载的线，该线对每个区域提供平等的张力控制，从而提高纳米纤维生产在横向方向和纵向方向上、即在基板向前移动所沿的方向上的均匀性。
7.本发明提供一种精良的系统，通过该系统可以对所有的线参数进行控制，从而使该系统比其他系统便宜。
8.根据本发明，对于将线布置得更靠近来说没有机械阻碍，使得该系统提供了具有更高生产量的紧凑特征。
9.因此，本发明的目的是提供一种用于对聚合物进行静电纺丝的效率较高且成本较低的设备。


技术实现要素：

10.根据本发明，在设备部分中使用单根线作为纺丝电极以产生纤维。
11.根据本发明的一个方面，本发明涉及用于通过在静电场中将液态基质静电纺丝至基板片材上来产生纤维的设备，该设备包括：
[0012]-第一收集电极；
[0013]-与第一收集电极间隔开的第二纺丝线式电极，该第二纺丝线式电极包括由第一引导装置所引导的移动股或线；
[0014]-线驱动单元，该线驱动单元使第二纺丝线式电极向前移动；以及
[0015]-液态基质施加装置，该液态基质施加装置将液态基质施加至第二纺丝线式电极；
[0016]
基板片材在第一收集电极与第二纺丝线式电极之间沿着第一路径在第一方向上行进；以及第二纺丝线式电极在距基板片材大致恒定的操作距离处沿着与第一方向大致垂直的第二方向行进；其中，该设备包括第二引导装置和第三引导装置，该第二引导装置将第二纺丝线式电极沿着第三方向进行引导，该第三方向与第一方向平行或至少部分地平行、即与基板片材的行进方向至少部分地平行，该第三引导装置将第二纺丝线式电极沿着第四方向且与基板片材相距恒定的操作距离进行引导，该第四方向与第一方向大致垂直并且与第二方向平行但相反。
[0017]
根据本发明的任何实施方式，该设备可以包括线清洁装置，该线清洁装置将湿或干的液态基质从第二纺丝电极移除。
[0018]
根据本发明的任何实施方式，该设备可以包括一个或更多个真空头，该一个或更多个真空头定位成与一个或更多个线清洁装置中的每个线清洁装置或至少一些线清洁装置相关联，以对经清洁或剥离的干或湿的液态基质进行移除。
[0019]
根据本发明的任何实施方式，液态基质施加装置可以由一个或多个喷嘴构成，当第二纺丝线式电极经过固定的喷嘴时，该一个或多个喷嘴将液态基质施加至电极的表面。
[0020]
根据本发明的任何实施方式，该一个或更多个喷嘴可以固定在基板片材的侧部(侧部a或者侧部b)处，和/或该一个或更多个喷嘴可以安置在基板片材的两个侧部之间，例如与线的轴线相距特定的间隔进行安置。
[0021]
根据本发明的任何实施方式，第二纺丝线式电极可以由不锈钢或者类似的传导材料诸如铜或铝制成，以及可选地，第二纺丝线式电极的直径在0.1mm至10mm的范围内。
[0022]
根据本发明的任何实施方式，液态基质可以是通过使用下述来制备的聚合物溶液：聚合物pa6、pa66、pa12、pan、pu、pes、peo、pet、pp、pe、pvdf、pur中的一者或组合物；以及选自乙酸、甲酸、乙醇、四氢呋喃、dma和/或dmf的溶剂。
[0023]
根据本发明的任何实施方式，该设备包括退绕单元和卷绕单元，该退绕单元将第二纺丝线式电极供给至第一引导装置，该卷绕单元在第三引导装置之后收集使用过的第二纺丝线式电极，其中，退绕单元或者卷绕单元可以构成线驱动单元。
[0024]
根据本发明的任何实施方式，第二纺丝线式电极由连续的线构成，该连续的线被线驱动单元连续地驱动成以绕弯的方式穿过该设备。
[0025]
根据本发明的第二方面，本发明涉及用于通过使用根据第一方面的设备在静电场中对液态基质进行静电纺丝来产生纳米纤维的方法。
附图说明
[0026]
图1公开了根据本发明的设备的电极布置的第一实施方式的俯视图，其中，纺丝线式电极在点a处退绕，并且在点b处卷绕。
[0027]
图2公开了根据本发明的设备的电极布置的第二实施方式的俯视图，其中，纺丝线式电极以绕弯穿过该系统的方式连续卷绕。
[0028]
图3公开了根据本发明的设备的实施方式的立体图。
[0029]
图4a、图4b、图4c和图4d公开了根据本发明的设备的不同实施方式。
[0030]
图5a和图5b公开了根据本发明的设备的不同实施方式。
[0031]
在整个本技术中，不同实施方式的相同元件或具有相同功能的元件被赋予相同的附图标记。
[0032]
词语定义
[0033]
一般而言-当该表述被用于一特征时，该特征可以用于本发明的任何实施方式，即使具体提及的内容出现在描述的详细部分中也是如此。
[0034]
至少部分地平行-当第二方向与第一方向至少部分地平行时，这意味着描述第二方向的向量v在第一方向上具有大于0的标量投影，该标量投影是向量投影的数值。
具体实施方式
[0035]
本发明涉及用于通过在静电场中对液态基质进行静电纺丝来产生纤维诸如纳米纤维的设备。该设备的功能是在高电场下从第二纺丝电极的表面产生纤维诸如纳米纤维。在高电场中，静电力克服了置于第二纺丝线式电极上的液态基质液滴的表面能，并且液态基质被朝向第一收集电极1吸引。纤维诸如纳米纤维可以从不同的聚合物(pa6、pvdf、pur、pan等)或者聚合物溶液中产生，并且可以形成不同直径(20nm至750nm)的纤维。
[0036]
图1和图2公开了根据本发明的设备的两个不同实施方式的俯视图。具有相同功能的部件用相同的附图标记进行编号。图1的实施方式公开了第二纺丝线式电极可以如何从一个位置被保持和分布而在第二位置处被接收和捕获，而图2的实施方式公开了第二纺丝线式电极可以如何形成为被引导回开始位置的连续环形循环件。
[0037]
该设备包括第一收集电极1和第二纺丝线式电极2，该两个电极1、2是以可操作的距离d彼此间隔开的，该距离d有助于获得所需的纤维。第二纺丝线式电极2包括移动的股或线或者由移动的股或线构成，该移动股或线由第一引导装置3进行引导，这些第一引导装置可以是引导辊或类似物。该设备还包括线驱动单元6，该单元迫使第二纺丝线式电极2向前或者将第二纺丝线式电极2向前移动。在第一收集电极1与第二纺丝线式电极2之间的区域中存在操作区域。高电压被施加到第一收集电极1与第二纺丝线式电极2之间以产生电场，在该电场中，静电力从来自第二纺丝线式电极表面的聚合物溶液中吸引纤维。对每个纺丝线式电极而言可以存在不止一个收集电极。
[0038]
基板片材7在第一收集电极1与第二纺丝线式电极2之间沿着该设备内部的第一路径在第一方向上行进。在图1中，基板片材7的位置是用虚线示出的，侧部a和侧部b以及基板
的移动方向即第一方向是用虚线箭头示出的。基板片材是基础介质并且可以包括其基重在10g/m2至500g/m2范围内的任何种类的无纺布，该无纺布即纺粘无纺布、熔喷无纺布、湿法成网无纺布、无纺布纺织品等，以及所产生的纳米纤维是在基板片材的表面上收集的。
[0039]
第二纺丝线式电极2沿以箭头10示出的第二方向向前行进或移动，该第二方向与基板移动所沿的第一方向大致垂直。在第二纺丝线式电极可操作的位置，即在第二纺丝线式电极通过纺丝纤维工作的位置，第二纺丝线式电极2与基板片材平行地移动，并且与基板片材7保持大致恒定的操作距离。该距离“大致恒定”意味着基板片材7与第二纺丝线式电极2之间的距离是恒定的，使得通过该过程获得所需的纤维。
[0040]
该设备还包括第二引导装置4和第三引导装置5，该第二引导装置将第二纺丝线式电极2从第二方向引导到第三方向中，该第三方向与第一方向平行、即与基板片材7的行进方向平行，该第三引导装置将第二纺丝线式电极2沿着用箭头11示出的第四方向且与基板片材相距恒定的操作距离进行引导，该第四方向与第一方向大致垂直且与第二方向平行但相反。第四方向“与第一方向大致垂直”意味着获得了所需的功能性。第一引导装置、第二引导装置或者第三引导装置可以包括导辊或者由导辊构成，每个导辊可以帮助线向前并且对线移动所沿的新方向进行限定。
[0041]
该设备还包括线清洁装置8，该线清洁装置能够将湿的或干的液态基质从第二纺丝电极2的表面移除。线清洁装置8的存在提高了该设备的可靠性并且增加了用于设备维护的关闭之间的小时数。例如，第二纺丝线式电极可以以滑动配合的方式穿过清洁头，从而使液态基质以机械的方式从表面剥离。所剥离的液态基质——无论湿的还是干的——可以由真空头9进行移除，例如由安置在非常接近于每个线清洁头8处的剥离位置的真空头进行移除。
[0042]
该设备还可以包括与每个线清洁装置8相关联的真空头9，该真空头9对由线清洁装置8所清洁或剥离的灰尘和液滴进行移除。
[0043]
液态基质必须在下述位置处被施加到第二纺丝线式电极：在该位置，第二纺丝线式电极2处于操作区域中或者当第二纺丝线式电极进入到操作区域中时。根据本发明的实施方式，液态基质施加装置12可以包括将液态基质喷洒到第二纺丝线式电极2的表面上的一个或更多个喷嘴或类似物。液态基质施加装置12可以由一个或多个喷嘴构成，当第二纺丝线式电极2经过一个或更多个喷嘴时，该一个或多个喷嘴将液态基质施加到该电极的表面。
[0044]
液态基质可以是聚合物或者聚合物溶液，该聚合物溶液可以是下述的组合物：聚合物，诸如pa6、pan、pvdf、pur等；以及溶剂，诸如乙酸、甲酸、dma、dmf等。
[0045]
第二纺丝线式电极可以例如由不锈钢或类似的传导材料制成，以及电极2的直径可以例如在0.1mm至10mm的范围内。构成电极2的材料和电极2的直径两者都将取决于对什么聚合物或者聚合物溶液进行处理以及取决于意在获得什么纤维。
[0046]
根据本发明的设备包括单股第二纺丝线式电极2，但是该设备可以包括穿过该设备一次的单股第二纺丝线式电极2，或者该设备可以包括连续地穿过该设备的单股第二纺丝线式电极2。即，该设备可以包括退绕单元15以及卷绕或收集单元16，该退绕单元将单股第二纺丝线式电极供给到第一引导装置3中的第一个第一引导装置，该卷绕或收集单元对已经穿过该设备之后的并且已经经过第一引导装置3或者第二引导装置4之后的使用过的
单股第二纺丝线式电极进行重新卷绕或者收集。根据该实施方式，退绕单元15或者卷绕单元16可以包括线驱动单元。
[0047]
替代性地，该设备可以包括呈环形循环件的形式的第二纺丝线式电极，其中，第二纺丝线式电极2由连续的线构成，该连续的线被单独的驱动单元6连续地驱动成以绕弯的方式穿过该设备。图2中示出了这样的实施方式。该实施方式包括例如呈导辊形式的引导装置14，该引导装置将第二纺丝线式电极从末端位置引导回第一位置。
[0048]
本发明还涉及用于通过在静电场中应用如本技术中所公开的设备来对液态基质进行静电纺丝从而制造纤维的方法。
[0049]
一般而言，根据本发明的设备的特征在于包括：
[0050]
·
本发明的设备不是具有安置在基板的侧部a与侧部b之间的多个独立的线，而是包括单股的线或者替代性地包括两组或更多组单股第二纺丝线式电极，其中，每个第二纺丝线式电极不止一次穿过操作区域。
[0051]
·
具有可选地与真空头相结合的线清洁头，其中，线清洁头可以被定位在喷嘴的下游处，例如定位在第二纺丝线式电极离开操作区域的基板侧部处。
[0052]
·
液态基质施加装置是固定的或不动的，即该装置并不相对于第一收集电极移动。例如，喷嘴是固定在侧部a处和/或侧部b处的，可选地，喷嘴包括在侧部a与侧部b之间的与线的轴线距离特定间隔的喷嘴。
[0053]
·
我们可以通过下述方式进行纺丝：从上部到底部；或者从底部到上部；或者以特定角度从上部到底部；或者以特定角度从底部到顶部；
[0054]
或者竖向地从左侧到右侧；或者竖向地从右侧到左侧。
[0055]
图3公开了根据本发明的设备的实施方式的立体图。该实施方式可以示出相对于图1的实施方式和图2的实施方式的第一收集电极与基板片材的位置。第一收集电极示出为线，但是第一收集电极还可以例如是异形带或板材等。根据本实施方式，基板片材7从退绕单元17a进行退绕，以及基板片材由重新卷绕单元17b进行重新卷绕或者以其他方式进行收集，并且示出了如何在第二纺丝线式电极与第一收集电极1之间对精细纤维18进行纺丝。高电压供应器13在第一收集电极1与第二纺丝线式电极2之间提供静电场。电极1与电极2之间的高电压差可以大约在10,000伏特与150,000伏特之间或者更多，例如对于精细纤维的产生而言该高电压差在75,000伏特与120,000伏特之间，尽管其他电压范围也是可能的。
[0056]
图4a、图4b、图4c和图4d示出了基板片材7和第一收集电极以及第二纺丝线式电极的位置的不同实施方式。
[0057]
根据图4a的实施方式，基板片材7行进所沿的第一路径是水平的，单个第二纺丝线式电极2沿着与基板片材7的表面保持恒定距离d的第二路径行进，即第二路径也是水平的，该第二路径定位在基板片材7的下方，以及第一收集电极1定位在基板片材7的上方。
[0058]
根据图4b的实施方式，基板片材7行进所沿的第一路径也是水平的，单个第二纺丝线式电极2也是沿着与基板片材7的表面保持恒定距离d的第二路径行进，即第二路径是水平的。第二路径定位在基板片材7的上方，以及第一收集电极1定位在基板片材7的下方。
[0059]
根据图4c的实施方式，基板片材7行进所沿的第一路径是倾斜的，单个第二纺丝电极2沿着与基板片材7的表面保持恒定距离d的第二路径行进，并且因此第二路径是以相同的角度倾斜的。第二路径定位在基板片材7的下方，以及第一收集电极1定位在基板片材7的
上方。
[0060]
根据图4d的实施方式，基板片材7行进所沿的第一路径是倾斜的，单个第二纺丝电极2沿着与基板片材7的表面保持恒定距离d的第二路径行进，并且因此第二路径是以相同的角度倾斜的。第二路径定位在基板片材7的上方，以及第一收集电极1定位在基板片材7的下方。
[0061]
图5a和图5b示出了根据本发明的设备的两个实施方式，其中，基板片材7在操作期间沿着竖向方向延伸，即第一路径沿着竖向方向延伸。两个实施方式都可以包括例如呈导辊形式的中间引导装置19，该中间引导装置将基板片材从退绕单元17a引导穿过操作区域，并且向前引导至卷绕单元17b。由于第二纺丝线式电极必须与基本片材保持大致恒定的距离，所以第二纺丝线式电极2的第二路径也是沿着竖向方向延伸的。在图5a的实施方式中，第二纺丝线式电极2定位在基板片材7的左侧，而第一收集电极1定位在基板片材7的右侧。在图5b的实施方式中，第二纺丝线式电极2定位在基板片材7的右侧，而第一收集电极1定位在基板片材7的左侧。
[0062]