CZ310139B6 - Způsob výroby lineárního nanovlákenného útvaru ve střídavém elektrickém poli, zařízení k provádění tohoto způsobu a zařízení k výrobě nanovlákenné niti - Google Patents

Abstract

Při způsobu výroby lineárního vlákenného útvaru ve střídavém elektrickém poli zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru na zvlákňovací elektrodě (1) se nanovlákna (5) vytvářejí z polymerního roztoku nebo taveniny polymeru ve zvlákňovací oblasti (10) vytvořené na zvlákňovací elektrodě (1) a působením elektrického větru jsou od ní unášena. Ve zvlákňovací oblasti (10) se vytvoří úzký plošný lineární útvar polymerního roztoku, který má konečnou délku a je otevřený ve směru zvlákňování a ve střední části zvlákňovací oblasti (10) se po délce zvlákňovací oblasti (10) vytvoří nadkritická intenzita (E) elektrického pole, při níž se vytvářejí nanovlákna (5), pohybující se od zvlákňovací oblasti (10) v plošném útvaru, kde postupně ztrácejí svoji kinetickou energii a v místě s nulovou kinetickou energií vytvoří nanovlákna (5) lineární virtuální kolektor (7) pro zastavení, shromáždění a zhutnění nanovláken (5) do lineárního nanovlákenného útvaru, tzv. stužky (6) nanovláken, která se odtahuje. Řešení se týká rovněž zařízení k provádění způsobu a zařízení k výrobě nanovlákenné niti.

Description

Způsob výroby lineárního nanovlákenného útvaru ve střídavém elektrickém poli, zařízení k provádění tohoto způsobu a zařízení k výrobě nanovlákenné niti

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby lineárního nanovlákenného útvaru ve střídavém elektrickém poli na zvlákňovací elektrodě z polymerního roztoku nebo taveniny polymeru, při němž se na zvlákňovací elektrodě na zvlákňovací elektrodě vytvoří zvlákňovací oblast s nadkritickou intenzitou střídavého elektrického pole, v níž vznikají nanovlákna, která jsou od zvlákňovací elektrody unášena účinkem elektrického větru ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole.

Vynález se týká rovněž zařízení k výrobě lineárního nanovlákenného útvaru ve střídavém elektrickém poli z roztoku nebo taveniny polymeru na zvlákňovací elektrodě uložené ve zvlákňovací komoře a připojené ke zdroji střídavého elektrického napětí a spřažené s prostředkem pro nanášení polymerního roztoku nebo taveniny polymeru na povrch zvlákňovací elektrody, čímž je na zvlákňovací elektrodě vytvořena zvlákňovací oblast s nadkritickou intenzitou střídavého elektrického pole.

Vynález se dále týká zařízení k výrobě nanovlákenné niti.

Dosavadní stav techniky

Při přípravě nanovlákenných nití jsou orientovaná a zakroucená nanovlákna základem pro jejich konstrukci. V současné době byla v oblasti elektrostatického zvlákňování vytvořena řada metod pro získání orientovaných a zakroucených svazků nanovláken, které lze přičíst dvěma hlavním aspektům: a to získání uspořádaných nanovláken zdokonalením sběrného zařízení nebo přidáním pomocné elektrody.

CN 111118677 popisuje výrobu nanovlákenné příze elektrostatickým zvlákňováním. Zařízení obsahuje válcový kolektor, který se skládá z dutiny a hrdla otočného kolem své osy, přičemž průměr horního otvoru hrdla je menší než průměr spodního otvoru dutiny. Uvnitř spodního otvoru dutiny je uložena elektrostatická rotační zvlákňovací elektroda připojená ke zdroji vysokého napětí, do které je přiváděn zvlákňovaný roztok. V horní části dutiny kolektoru jsou do jeho vnitřního prostoru vyústěny přívody tlakového vzduchu a nad nimi je uspořádána protielektroda, která může být uzemněna nebo připojena ke zdroji napětí o opačné polaritě než rotační zvlákňovací elektroda.

Nanovlákna vytvářená na rotační zvlákňovací elektrodě jsou unášena působením elektrostatického pole k protielektrodě a působením proudu vzduchu jsou unášena nahoru do hrdla válcového kolektoru, které se otáčí v důsledku jeho otáčení a přiváděného proudu vzduchu vzniká vzduchový vír, který zkrucuje nanovlákna do příze, která je dále odváděna a navíjena na cívku.

Nanovlákna jsou zkrucována hned po svém vzniku v důsledku rotace zvlákňovací elektrody a následného působení vzduchového víru, takže nedochází před jejich zkroucením k jejich paralelizaci, zkrucování probíhá nerovnoměrně a v důsledku toho je proměnná pevnosti i vzhled. CN 111286792 popisuje horizontální uspořádání elektrostatického zvlákňovacího zařízení obsahujícího rotující tryskovou zvlákňovací elektrodu a proti ní souose uspořádanou sběrnou elektrodu tvořenou dutým válcem, přičemž mezi zvlákňovací a sběrnou elektrodou je stejnosměrné elektrické pole. Kolem rotující tryskové zvlákňovací elektrody jsou uspořádány alespoň dvě vzduchové trysky směřující k ose sběrné elektrody. Nanovlákna vytvářená rotující tryskovou zvlákňovací elektrodou jsou v důsledku elektrického větru unášena k dutému válci

- 1 CZ 310139 B6 tvořícímu sběrnou elektrodu, přičemž jsou v důsledku rotace tryskové zvlákňovací elektrody a proudů vzduchu z trysek stočena do příze, která je po průchodu dutinou sběrné elektrody odtahována a navíjena na cívku.

I u tohoto řešení je snahou nanovlákna co nejdříve po jejich vzniku zkroutit bez dosažení jejich paralelizace.

Nevýhodou elektrostatické výroby nanovlákenné příze je v obou případech malá soudržnost příze, nepravidelnost zákrutů a špatná orientace nanovláken.

V současné době je dále, například z CN 110644080, znám způsob kontinuální přípravy nanovlákenných přízí, u něhož se nanovlákna vytvářejí z polymerního roztoku v tryskové hlavě, z níž jsou nanovlákna odtahována působením vysokorychlostního proudu vzduchu vytvářeného ve Venturiho trubici a trychtýřovitou sběrnou trubicí vstupují do Venturiho sběrného systému, kde jsou napřímena a orientována do orientovaných svazků nanovláken pomocí vakuové adsorpce ve Venturiho sběrném systému. Orientované svazky nanovláken se následně kroutí a aglomerují působením zákrutového zařízení do nanovlákenné příze, která se v dalším kroku navíjí na cívku. Zákrutové zařízení obsahuje vzduchové trysky pro přivádění proudů vzduchu v tangenciálním směru k zakrucované přízi.

Z hlediska následného zpracování a použití nanovlákenných přízí nestačí pro splnění současných požadavků na jejich přípravu pouze získat orientovaná vlákna, ale je třeba umět orientovaná vlákna nebo svazky vláken získávat kontinuálně a rovnoměrně na ně aplikovat určitý stupeň zákrutu, aby byla zajištěna délka a stupeň orientace vláken v nanovlákenné přízi. Stávající technologie elektrostatického zvlákňování pro kontinuální výrobu nanovlákenných přízí mají nízkou výtěžnost a nízkou kvalitu vyráběné nanovlákenné příze.

Z EP 2931951 B1 je známý způsob pro výrobu polymerních nanovláken, při kterém se polymerní nanovlákna vytváří silovým působením elektrického pole na roztok nebo taveninu polymeru, který se nachází na povrchu zvlákňovací elektrody, přičemž elektrické pole pro zvlákňování se střídavě vytváří mezi zvlákňovací elektrodou, na kterou se přivádí střídavé napětí, a ionty vzduchu a/nebo plynu vytvořenými a/nebo přivedenými do jejího okolí, bez sběrné elektrody, přičemž se dle fáze střídavého napětí na zvlákňovací elektrodě vytváří polymerní nanovlákna s opačným elektrickým nábojem a/nebo s úseky s opačným elektrickým nábojem, která se po svém vzniku v důsledku působení elektrostatických sil shlukují do lineárního útvaru ve formě kabílku nebo pruhu, který se volně pohybuje v prostoru ve směru gradientu elektrických polí směrem od zvlákňovací elektrody.

Zvlákňování metodou střídavého vysokého elektrického napětí představuje další cestu výroby nanovláken, alternativní k elektrostatickému zvlákňování. Dosud však není jeho výtěžnost na takové úrovni, aby se touto metodou dala vyrábět čistě nanovlákenná příze. Proto byl podle EP 3303666 navržen způsob výroby jádrové příze s pláštěm z polymerních nanovláken obalujícím nosný lineární útvar tvořící jádro při jeho průchodu zvlákňovací komorou, v níž je pod nosným lineárním útvarem uspořádána zvlákňovací elektroda připojená k přívodu polymerního roztoku a napájená střídavým vysokým napětím, na jejímž čele se ve zvlákňovacím prostoru v nejbližším okolí čela zvlákňovací elektrody a nad ní vytváří nanovlákna, přičemž nosný lineární útvar rotuje ve zvlákňovacím prostoru kolem vlastní osy. Nanovlákna se vytvářejí po obvodu čela zvlákňovací elektrody a ve zvlákňovacím prostoru se formují do duté elektricky neutrální nanovlákenné vlečky, v níž jsou nanovlákna uspořádána do nepravidelné mřížkové struktury, ve které nanovlákna v krátkých úsecích mění svůj směr, přičemž dutá elektricky neutrální nanovlákenná vlečka se účinkem elektrického větru unáší směrem k nosnému lineárnímu útvaru a mění se na plochý pás, který se přivádí k obvodu nosného lineárního útvaru, přičemž pás vytvořený z duté elektricky neutrální nanovlákenné vlečky ovíjí rotující a/nebo balonující nosný lineární útvar ve tvaru šroubovice a vytváří na něm plášť nanovláken, v němž

- 2 CZ 310139 B6 jsou nanovlákna uspořádána do nepravidelné mřížkové struktury, ve které jednotlivá nanovlákna v krátkých úsecích mění svůj směr.

Nanovlákenná vlečka představuje ideální materiál pro plášť jádrové příze, protože vzhledem ke své elektrické neutralitě a nepravidelné mřížkové struktuře, ve které jednotlivá nanovlákna v krátkých úsecích mění svůj směr, je schopna vytvořit pevný plášť obalující jádro příze a netečný ke svému okolí při navinutí a cívku a následném odvíjení při zpracování. Pokud by se však měla z nanovlákenné vlečky vyrábět čistě nanovlákenná příze, byl by problém jednak s nedostatečným množstvím nanovláken a dále s mřížkovou strukturou vlečky, která nedovoluje paralelizaci nanovláken.

V současnosti neexistuje uspokojivý způsob výroby nanovlákenné příze s potenciálem pro uplatnění v průmyslu. Současným způsobům přípravy nanovlákenné příze brání v uplatnění nízká produktivita, spolehlivost a omezený výběr materiálů. Jejich výroba je realizována v rámci výzkumných prací pouze v laboratorním měřítku.

Klasická příze s trvalým zákrutem se vyrábí například na prstencových nebo rotorových dopřádacích strojích, kde se nejdříve vytvoří stužka paralelních vláken a následně se tato stužka zakroutí, čímž se vytvoří příze s velkou pevností v tahu a rovnoměrným zákrutem. Tímto způsobem však nelze dosud vytvořit přízi z nanovláken.

Cílem vynálezu je navrhnout způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, při němž by se nanovlákna vyráběla v dostatečném množství a ze zvlákňovací oblasti byla unášena tak, aby v určitém místě vytvořila stužku nanovláken, v níž by se nanovlákna alespoň částečně paralelizovala, přičemž by měla dostatečnou pevnost umožňující jejich odtahování a navinutí na cívku pro následující užití nebo zpracování do textilních útvarů známými textilními technologiemi.

Současně je cílem vynálezu vytvořit zařízení k provádění takového způsobu a zařízení pro výrobu nanovlákenné příze.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem výroby lineárního nanovlákenného útvaru z roztoku nebo taveniny polymeru ve střídavém elektrickém poli na zvlákňovací elektrodě, u něhož se nanovlákna vytvářejí z polymerního roztoku nebo taveniny polymeru ve zvlákňovací oblasti vytvořené na zvlákňovací elektrodě a působením elektrického větru jsou od ní unášena, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že na zvlákňovací elektrodě se vytváří alespoň jedna zvlákňovací oblast s nadkritickou intenzitou střídavého elektrického pole a konečnou délkou, z níž se vznikající nanovlákna unášejí účinkem elektrického větru ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole od zvlákňovací oblasti v plošném útvaru, jehož počáteční šířka je stejná jako šířka lineární zvlákňovací oblasti, přičemž se zmenšujícím se gradientem elektrického pole ztrácejí nanovlákna svoji kinetickou energii až se po ztrátě své kinetické energie zastavují, shromažďují a zhutňují do lineárního nanovlákenného útvaru, který se odtahuje, za postupného narůstání lineární hmotnosti lineárního nanovlákenného útvaru a při odtahování se nanovlákna alespoň částečně paralelizují a vytvářejí stužku nanovláken. Takto vytvořená stužka nanovláken má v důsledku vysokého měrného povrchu nanovláken a vazebních sil mezi jednotlivými nanovlákny dostatečnou soudržnost, která umožňuje její navíjení na cívku pro další technologické operace, jako je udělování zákrutu, dloužení, tepelná fixace apod. Udělením zákrutu vzniká ze stužky nanovláken nanovlákenná nit.

Po ztrátě kinetické energie nanovláken se vytvoří silová rovnováha elektrických a gravitačních sil působících na vytvořená nanovlákna, čímž se vytvoří virtuální kolektor. Gravitační síly jsou přitom vyvolány hmotností nanovláken a elektrické síly představují součet všech elektrických sil,

- 3 CZ 310139 B6 které na nanovlákna působí, tedy sílu elektrického větru od zvlákňovací elektrody, sílu elektrického větru od jiných nabitých částí zvlákňovacího zařízení, sílu od ionizovaných iontů vzduchu a sílu od opačně nabitých částí nanovláken vytvořených v předchozí půlvlně střídavého elektrického pole.

Zvlákňovací oblast se vytvoří stíněním elektrického pole k potlačení intenzity elektrického pole pod nadkritickou hodnotu mimo lineární zvlákňovací oblast.

Podle jednoho alternativního provedení vynálezu je zvlákňovací oblast přímá a z ní vycházející nanovlákna se pohybují v rovinném plošném útvaru, jehož tloušťka odpovídá šířce zvlákňovací oblasti a délka odpovídá délce zvlákňovací oblasti.

Zvlákňovací oblast přeplavovací zvlákňovací elektrody je tvořena kruhem a z ní vycházející nanovlákna se pohybují v rovinném plošném útvaru radiálním směrem od obvodové hrany přeplavovací elektrody, přičemž lineární virtuální kolektor je tvořen kruhem.

Pro výrobu většího množství nanovláken lze v další alternativě tohoto provedení vytvořit zvětšením šířky zvlákňovací elektrody zdvojenou zvlákňovací oblast, přičemž nanovlákna vycházející z obou zvlákňovacích oblastí se pohybují v rovinných plošných útvarech, které se ve směru pohybu nanovláken od sebe vzdalují. Tímto způsobem se na jedné zvlákňovací elektrodě vytvoří dvě stužky nanovláken, které mohou být dále zpracovávány samostatně, nebo před zpracováním sdruženy.

U dalšího alternativního provedení vynálezu je zvlákňovací oblast tvořena částí kruhu na obvodu diskové zvlákňovací elektrody a z ní vycházející nanovlákna se pohybují v rovinném plošném útvaru kolmém na osu otáčení diskové zvlákňovací elektrody, přičemž lineární virtuální kolektor je tvořen částí kruhu.

I u tohoto provedení lze pro výrobu většího množství nanovláken zvětšit šířku zvlákňovací elektrody a vytvořit na ní zdvojenou zvlákňovací oblast, přičemž nanovlákna vycházející z obou zvlákňovacích oblastí se pohybují v kuželových plošných útvarech, které se ve směru pohybu nanovláken od sebe vzdalují až do vytvoření virtuálních kolektorů, kde vytvoří dvě stužky nanovláken, které mohou být dále zpracovávány samostatně, nebo před dalším zpracováním sdruženy.

Ve všech popsaných provedeních se vytvořená stužka nanovláken navíjí na cívku, přičemž je schopna odvíjení a dalšího zpracování.

Aby se urychlil výrobní proces, lze podle dalšího alternativního provedení vynálezu udílet stužce nanovláken před jejím navíjením udělovat zákrut, čímž se vytvoří nanovlákenná nit. Zákrut přitom lze udělovat nepravý nebo trvalý.

Podstata zařízení k výrobě lineárního nanovlákenného útvar ve střídavém elektrickém poli z polymerního roztoku nebo taveniny polymeru spočívá v tom, že nastavením nadkritické intenzity střídavého elektrického pole je na povrchu zvlákňovací elektrody vytvořena alespoň jedna lineární zvlákňovací oblast a nad ní ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole je v místě silové rovnováhy elektrických a gravitačních sil působících na vytvořená nanovlákna vytvořen virtuální kolektor, pro zastavování, shromažďování a zhutňování nanovláken do lineárního vlákenného útvaru, jemuž je přiřazeno odtahové a navíjecí zařízení pro navíjení stužky nanovláken.

Zvlákňovací oblast přitom může být podle jednoho alternativního provedení přímá, přičemž maximální gradient elektrického pole směřuje svisle vzhůru, takže vytvořená nanovlákna jsou unášena svisle vzhůru až k virtuálnímu kolektoru.

- 4 CZ 310139 B6

Zvlákňovací elektroda přitom může být tvořena pásovou zvlákňovací elektrodou, nebo lineární zvlákňovací elektrodou tvořenou lineárním flexibilním útvarem, například strunou, tenkým páskem, nebo tenkým řemínkem, na nichž je polymerní roztok, přičemž v blízkosti zvlákňovací elektrody je uspořádán stínicí člen k vytvoření lineární zvlákňovací oblasti zajišťující pohyb nanovláken v rovinném plošném útvaru ve směru maximálního gradientu elektrického pole.

Pokud je lineární flexibilní útvar tvořící zvlákňovací elektrodu složený z několika vzájemně spletených nebo propletených částí, je u jednoho příkladného provedení stínicí člen tvořen stínicí lištou umístěnou se pod zvlákňovací oblastí zvlákňovací elektrody, přičemž lišta může krýt i okraje lineárního flexibilního útvaru, takže zvlákňování probíhá pouze na jeho horní straně, otevřené ve směru zvlákňování.

Zvětšením šířky lineárního flexibilního útvaru tvořícího lineární zvlákňovací elektrodu a vhodným nastavením intenzity elektrického pole se dosáhne vytvoření dvou zvlákňovacích oblasti v blízkosti okrajů lineárního flexibilního útvaru. Tyto zvlákňovací oblasti mohou být vytvořeny výstupky na okrajích pásu, nebo okraji tohoto pásu.

U dalšího alternativního zařízení je zvlákňovací elektroda tvořena úzkou otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou, která dolní částí svého obvodu zasahuje do polymerního roztoku nebo taveniny v zásobníku a na volné části obvodu diskové zvlákňovací elektrody se vytvoří zvlákňovací oblast, která je tvořena částí kruhu, přičemž maximální gradient elektrického pole směřuje od zvlákňovací oblasti v radiálním směru.

Pro zvýšení množství vyráběných nanovláken je otočná disková zvlákňovací elektroda uložena na společném hřídeli alespoň s jednou další otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou.

Zvýšení množství vyráběných nanovláken lze dosáhnout i uspořádáním několika otočných diskových zvlákňovacích elektrod za sebou.

Otočná disková zvlákňovací elektroda má v dalším provedení větší šířku disku, takže na jejích okrajích jsou vytvořeny dvě zvlákňovací oblasti, které jsou tvořeny částí kruhu a maximální gradient elektrického pole vytváří na okrajích diskové zvlákňovací elektrody kuželové plošné útvary, v nichž jsou unášena nanovlákna do virtuálních kolektorů, v nichž se vytvoří stužka vláken, přičemž kuželové plošné útvary nanovláken se od sebe vzdalují a vytvářejí v řezu písmeno „V“.

Podle dalšího alternativního provedení je zvlákňovací elektroda tvořena přeplavovací zvlákňovací elektrodou, přičemž zařízení obsahuje zásobník polymerního roztoku, v němž je svisle umístěn přívod polymerního roztoku, na jehož horním konci je uspořádána přeplavovací elektroda, přičemž přívod je vyústěn na jejím horním čele a kolem jeho ústí je vytvořena přeplavovací plocha, která se mírně svažuje od ústí přívodu polymerního roztoku k okraji přeplavovací elektrody a je zakončena obvodovou hranou, která tvoří zvlákňovací oblast přeplavovací zvlákňovací elektrody pro vydlužování nanovláken.

Vytvořená stužka nanovláken je z libovolného z výše uvedených zvlákňovacích zařízení odváděna do zařízení pro výrobu nanovlákenné niti, které obsahuje zakrucovací prostředek pro vytváření nepravého nebo trvalého zákrutu a následně je vedena do navíjecího zařízení a navíjena na cívku.

Objasnění výkresů

Vynález bude dále popsán na základě přiložených výkresů, kde značí obr. 1a rozložení intenzity elektrického pole kolem obvodové části úzké otočné diskové elektrody pro vytváření nanovláken pro běžné zvlákňování, obr. 1b rozložení intenzity elektrického pole kolem obvodové části úzké

- 5 CZ 310139 B6 otočné diskové elektrody pro vytváření nanovláken pro výrobu stužky nanovláken, obr. 1c rozložení intenzity elektrického pole na otočné diskové elektrodě s vybráním uprostřed jejího obvodu, obr. 2a schéma působení maximálního gradientu elektrického pole na obvodu úzké otočné zvlákňovací elektrodě, obr. 2b, schéma působení maximálního gradientu elektrického pole na širší otočné zvlákňovací elektrodě, obr. 2c schéma působení maximálního gradientu elektrického pole na otočné zvlákňovací elektrodě s obvodovým vybráním, obr. 3 schéma výroby nanovláken na úzké otočné diskové zvlákňovací elektrodě pro výrobu stužky nanovláken, obr. 4 schéma výroby nanovláken na širší otočné diskové zvlákňovací elektrodě pro výrobu dvou stužek nanovláken z jedné obvodové plochy, obr. 5 schéma výroby nanovláken na dvojici úzkých otočných diskových zvlákňovacích elektrod pro výrobu dvou stužek nanovláken, obr. 6a schéma uspořádání tří diskových zvlákňovacích elektrod za sebou v náryse, obr. 6b schéma uspořádání tří diskových zvlákňovacích elektrod v půdoryse, obr. 7a schéma výroby nanovláken pro stužku nanovláken na pásové zvlákňovací elektrodě v bočním pohledu, 7b schéma výroby nanovláken pro stužku nanovláken na pásové zvlákňovací elektrodě v nárysu, obr. 8a schéma výroby nanovláken pro výrobu stužky nanovláken na přeplavovací elektrodě v řezu, obr. 8b pohled na výrobu nanovláken na přeplavovací elektrodě podle obr. 8a, obr. 9a schéma výroby nanovláken pro výrobu stužky nanovláken na lineární zvlákňovací elektrodě v řezu A-A z obr. 9b, který znázorňuje toto uspořádání v čelním pohledu, obr. 9c znázorňuje detail A z obr. 9a, na němž je lineární zvlákňovací elektroda s naneseným polymerním roztokem a stínicí lišta, obr. 10a, 10b schéma výroby nanovláken podle obr. 9a, 9b s jedním zásobníkem polymerního roztoku, obr. 11 řez lineární zvlákňovací elektrodou tvořenou páskem s vybráním v centrální části, obr. 12 řez lineární zvlákňovací elektrodou tvořenou plochým páskem a obr. 13 znázorňuje schéma zařízení pro výrobu nanovlákenné niti ze stužky nanovláken.

Příklady uskutečnění vynálezu

Způsob výroby nanovláken zvlákňováním polymerního roztoku nebo taveniny polymeru ve střídavém elektrickém poli bude popsán níže. Vzhledem k tomu, že zvlákňování taveniny polymeru probíhá stejně jako zvlákňování polymerního roztoku, bude v dalším popisováno pouze zvlákňování polymerního roztoku.

Pro výrobu nanovláken z polymerního roztoku pro vytvoření lineárního nanovlákenného útvaru se využívá technologie zvlákňování ve střídavém elektrickém poli, které je vytvořeno střídavým napětím s amplitudou například 25 až 50 kV v závislosti na geometrii a uspořádání zvlákňovací elektrody 1 při frekvenci například 10 až 1000 Hz. Polymerní roztok je obvykle tvořen roztokem PVB, PCL, PVA, případně dalšími zvláknitelnými roztoky.

Při běžném zvlákňování ve střídavém elektrickém poli je snahou vyrobit za jednotku času co největší množství nanovláken, která vznikají po celém pracovním povrchu zvlákňovací elektrody a jsou od zvlákňovací elektrody unášena elektrickým větrem, popřípadě i pomocnými vzduchovými proudy ke kolektoru, který není ani uzemněn, ani připojen ke zdroji elektrického napětí a kterým může být například plošná textilie nebo lineární vlákenný útvar, který po obalení nanovlákennou vlečkou vytvoří jádrovou kompozitní nanovlákennou přízi. K zahájení vytváření nanovláken dochází při kritické hodnotě intenzity elektrického pole, která je rozdílná podle druhu zvlákňovaného polymerního roztoku, hodnoty napětí, kvality plynu ve zvlákňovací komoře a dalších parametrů. Při nižší hodnotě intenzity elektrického pole než kritické se nanovlákna nevytvářejí, nebo jejich tvorba ustává. Proto se při běžném zvlákňování ve střídavém elektrickém poli pomocí konkrétní konstrukce zvlákňovací elektrody používá vyšší intenzita elektrického pole než kritická, tedy nadkritická, která na zvlákňovací elektrodě vytvoří střídavé elektrické pole o vysoké intenzitě, aby se vyloučilo nebezpečí přerušení zvlákňovacího procesu, zajistilo se dostatečné vypaření rozpouštědla a zajistil se dostatečně silný elektrický vítr, který dopraví nanovlákna ke kolektoru.

- 6 CZ 310139 B6

Rozložení nadkritické intenzity E elektrického pole pro výše uvedené běžné zvlákňování polymemího roztoku Z na úzké otočné diskové zvlákňovací elektrodě 11 je znázorněno na obr. 1a pro průměr disku 300 mm, tloušťku disku 1 mm, tloušťce vrstvy polymemího roztoku 0,2 mm a amplitudě napětí 50 kV. Nadkritická hodnota intenzity E elektrického pole pro polymerní roztok PVB je rovna nebo větší než 3000 V/mm². Z obrázku je zřejmé, že nadkritické hodnoty intenzity E elektrického pole je dosaženo v široké oblasti kolem obvodové části disku. Zvlákňování polymemího roztoku Z tedy probíhá na celé obvodové ploše disku a na části čel disku v blízkosti obvodu disku a vytvářená nanovlákna jsou unášena zvlákňovacím prostorem k povrchu neznázorněného kolektoru.

Aby se dosáhlo vytváření nanovláken 5 ve střídavém elektrickém poli zvlákňováním roztoku Z polymeru pro výrobu stužky 6 nanovláken podle vynálezu, je třeba na zvlákňovací elektrodě 1 pokryté polymerním roztokem Z, vytvořit lineární zvlákňovací oblast s nadkritickou intenzitou E, která má konečnou délku a je otevřená ve směru zvlákňování. Zvlákňovací oblast 10 při tom může být přímá, například u pásové, páskové, nebo lankové zvlákňovací elektrody nebo může být tvořena částí kruhu, například u otočné diskové zvlákňovací elektrody 11. Současně je třeba nastavit střídavé elektrické napájení zvlákňovací elektrody na hodnotu, při níž se nadkritická intenzita E elektrického pole na lineární zvlákňovací oblasti 10 příslušné zvlákňovací elektrody 1 vytvoří zejména nad její střední částí, takže ke zvlákňování dochází dominantně ve střední části této zvlákňovací oblasti 10.

Toho se v příkladném provedení dosáhne rozložením nadkritické intenzity E elektrického pole pro zvlákňování polymemího roztoku Z na úzké otočné diskové zvlákňovací elektrodě 11, které je znázorněno na obr. 1b pro průměr disku 300 mm, tloušťce disku 1 mm, tloušťce vrstvy polymemího roztoku 0,2 mm a amplitudě napětí 30 kV. Ve srovnání s předcházejícím provedením určeným pro běžné zvlákňování se snížením amplitudy napětí oblast nadkritické intenzity E významně zmenšila a je pouze nad střední části obvodové plochy disku. Všechna vytvářená nanovlákna 5 vznikají nad střední částí obvodové plochy disku a jsou od otočné diskové zvlákňovací elektrody 11 unášena v rovinném plošném útvaru, který je kolmý na osu otáčení disku. Nanovlákna 5 se zastaví ve stejné vzdálenosti od zvlákňovací elektrody 11, v místě tzv. virtuálního kolektoru 7 a nejsou unášena dál.

To obecně znamená, že na povrchu polymemího roztoku Z se v lineární zvlákňovací oblasti 10 zvlákňovací elektrody 1 začnou vytvářet Taylorovy kužely, ze kterých se účinkem dostatečně silného střídavého elektrického pole začnou vydlužovat nanovlákna 5, která jsou působením elektrického větru unášena od zvlákňovací oblasti zvlákňovací elektrody ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole, tj. v rovině největší hustoty elektrických siločar, v jednom plošném útvaru, přičemž v oblasti, v níž dochází k opakovanému přirozenému zpomalování až zastavování nanovláken, se vytvoří virtuální kolektor 7, tedy místo, kde se nanovlákna shromažďují a zhutňují a vytvářejí tak stužku 6 nanovláken a tato stužka 6 je odtahována. V důsledku periodické změny polarity napájení zvlákňovací elektrody 1 se vytvářená nanovlákna 5 v oblasti virtuálního kolektoru 7 v důsledku ztráty rychlosti zhutní do hmotného útvaru. Protože se tato nanovlákna 5 vytvářejí v jednom plošném útvaru, vznikne vlivem tohoto zhutnění lineární nanovlákenný útvar zvaný stužka 6 nanovláken. Plošný útvar nanovláken má tloušťku odpovídající šířce zvlákňovací oblasti, která je úzká a její šířka se pohybuje v intervalu do 5 mm. Délka virtuálního kolektoru 7 odpovídá délce zvlákňovací oblasti 10 na zvlákňovací elektrodě 1.

Pokud zvlákňování probíhá ve vertikální rovině, jak je popsáno výše, je plošný útvar nanovláken 5 rovinný, protože veškeré síly, které na něj působí, působí ve vertikálním směru.

Pokud zvlákňování probíhá v rovině skloněné od vertikální roviny, například na obou okrajích pásových nebo páskových elektrod, jsou nanovlákna 5 vytvářena ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole, tedy v rovině skloněné od vertikální roviny, ale působením gravitačních sil a vzájemných odpudivých sil nanovláken se stejným nábojem, jsou nanovlákna 5 vychylována, takže virtuální kolektor 7 se vytvoří pod plochou gradientu elektrického pole.

- 7 CZ 310139 B6

Pokud zvlákňování probíhá vytvářením nanovláken v kuželové ploše, například na obou okrajích široké otočné diskové zvlákňovací elektrody 11, jsou nanovlákna 5 vytvářena ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole. Rozložení oblastí intenzity E elektrického pole je znázorněno na obr. 1c na široké otočné diskové zvlákňovací elektrodě 11, se šířkou například 6 mm, na jejímž obvodu je uprostřed vytvořeno vybrání 111, čímž na okrajích obvodu diskové zvlákňovací elektrody vzniknou výstupky 112, na nichž se koncentruje nadkritická intenzita E elektrického pole. Tím se vytvoří dvě zvlákňovací oblasti 110, na každém výstupku 112 jedna. Vzhledem k rozložení nadkritické intenzity E jsou nanovlákna 5 u tohoto provedení unášena ve dvou kuželových plošných útvarech, které se ve směru pohybu nanovláken 5 od sebe vzdalují. Vzdalování napomáhá i to, že nanovlákna 5 vytvářená na obou výstupcích 112 jedné diskové zvlákňovací elektrody 11 mají v konkrétním čase stejný zbytkový elektrický potenciál, takže se vzájemně odpuzují. Navíc na nanovlákna působí gravitační síla, která kuželové plošné útvary deformuje, takže virtuální kolektor 7 se vytvoří pod plochou gradientu elektrického pole.

Pro otočnou diskovou zvlákňovací elektrodu 11 bez obvodového vybrání se bude nadkritická intenzita E elektrického pole koncentrovat na okrajích obvodové plochy disku, takže nanovlákna 5 se budou vytvářet stejně, jak je popsáno výše. Pouze bude třeba přesněji nastavit amplitudu napětí, aby se vytvořilo elektrické pole s nadkritickou intenzitou E v oblasti okrajů obvodové plochy disku.

Virtuální kolektor 7, tedy místo s koncentrací hustoty nanovláken 5, se vytvoří v místě silové rovnováhy všech elektrických a gravitačních sil působících na vytvořená nanovlákna 5. Elektrické síly představují součet všech elektrických sil, které na nanovlákna 5 působí, tedy sílu elektrického větru od zvlákňovací elektrody 1, sílu elektrického větru od jiných nabitých částí zvlákňovacího zařízení, sílu od ionizovaných iontů vzduchu a přitažlivou sílu od opačně nabitých částí nanovláken 5 vytvořených v předchozí půlvlně střídavého elektrického pole i odpudivou sílu od souhlasně nabitých částí nanovláken 5. Virtuálním kolektorem 7 se rozumí úzká oblast ukončující plošný útvar vytvářených nanovláken 5, kde vytvářená nanovlákna 5 ztrácí svou pohybovou rychlost při pohybu ze zvlákňovací oblasti 10 zvlákňovací elektrody 1. Důvodem jejich zpomalení je přepólování zvlákňovací elektrody 1 v druhé půli periody přiváděného střídavého elektrického napětí. Již vytvořeným nanovláknům 5 unášeným k virtuálnímu kolektoru 7, nebo nanovláknům 5 shromážděným ve virtuálním kolektoru 7, zůstává zbytkový elektrický náboj o polaritě předchozí půlvlny elektrického napětí, takže jsou nyní opačně nabitá vzhledem k aktuální polaritě zvlákňovací elektrody 1. Tímto způsobem se vytváří rozdíl elektrických potenciálů potřebný pro inicializaci a průběh procesu zvlákňování ve střídavém elektrickém poli. Při startování zvlákňovacího procesu se elektrický potenciál vytváří mezi polymerním roztokem Z ve zvlákňovací oblasti 10 zvlákňovací elektrody 1 a ionty vzduchu v okolí zvlákňovací elektrody 1.

Zpomalování až zastavování nanovláken v oblasti virtuálního kolektoru 7 je dáno změnou polarity přiváděného elektrického napětí, přičemž vzdálenost virtuálního kolektoru 7 od zvlákňovací oblasti 10 zvlákňovací elektrody 1 je dána frekvencí přiváděného elektrického napětí. Vhodná konfigurace zvlákňovací elektrody 1 a vhodné nastavení amplitudy, frekvence a tvaru přiváděného elektrického signálu umožňuje vytváření lineární stužky 6 nanovláken a její rovnoměrný kontinuální odtah mimo zvlákňovací prostor 41 pro další operace. Poloha virtuálního kolektoru 7, tedy místa, kde se stužka 6 nanovláken vytváří, je dána zejména frekvencí a amplitudou přiváděného elektrického napětí. Stabilní vytváření stužky 6 nanovláken je zajištěno vytvořením silové rovnováhy všech elektrických, mechanických a gravitačních sil působících na stužku 6 nanovláken ve střídavém elektrickém poli. Množství vytvářených nanovláken 5 a tedy hmotnost stužky 6 nanovláken závisí na konfiguraci zvlákňovací elektrody 1, na hodnotě intenzity E elektrického pole a velikosti zvlákňovací oblasti 10, tedy povrchu zvlákňovací elektrody 1, na kterém je této nadkritické intenzity E dosaženo, tedy na hodnotě amplitudy přiváděného střídavého elektrického napětí. Při rovnováze elektrických, gravitačních a

- 8 CZ 310139 B6 mechanických sil je hmotnost stužky 6 nanovláken zajištěna rychlostí odtahu, kterou lze regulovat podle technologických požadavků.

Důležitým prvkem vytváření stužky 6 nanovláken je průběh přiváděného střídavého elektrického napětí. Pro stabilnější tvorbu stužky 6 nanovláken je výhodné zkrátit čas přechodové oblasti mezi kladnou a zápornou půlvlnou elektrického napětí, takže nejvýhodnější je použití obdélníkového nebo alespoň lichoběžníkového průběhu elektrického napětí, kdy jsou přechodové oblasti kratší a výrobní proces je proto stabilnější. U obdélníkového průběhu elektrického napětí je velikost intenzity E elektrického pole v příslušné půlvlně konstantní, u sinusového průběhu se mění.

Zásadní výhodou navrhovaného způsobu výroby nanovláken pro vytvoření stužky 6 nanovláken je homogenita stužky 6 nanovláken, protože vytváření stužky 6 nanovláken ve virtuálním kolektoru 7 není ovlivněno žádnými třecími silami, které by homogenitu ovlivňovaly. Homogenita vytvářené stužky 6 nanovláken je zajištěna neměnností v čase a dostatečným množstvím Taylorových kuželů na povrchu polymerního roztoku ve zvlákňovací oblasti 10 zvlákňovací elektrody 1, ze kterých se účinkem střídavého elektrického pole vytvoří nanovlákna 5. Při dodržení konstantní dodávky polymerního roztoku na povrch zvlákňovací elektrody 1 ve zvlákňovací oblasti je počet Taylorových kuželů konstantní, což vede k vytváření konstantního množství nanovláken 5 a tedy k dosažení stejnoměrné stužky 6 nanovláken.

Stužka 6 nanovláken drží pohromadě v důsledku vysokého měrného povrchu nanovláken 5 a mezimolekulárních vazebních sil mezi jednotlivými dotýkajícími se nanovlákny 5. Dalším důvodem je přirozené zapletení kladně a záporně nabitých úseků nanovláken 5 v oblasti virtuálního kolektoru 7. Soudržnost stužky 6 nanovláken umožňuje její navíjení na cívku pro další technologické operace, jako je udělování zákrutu, dloužení, tepelná fixace apod. Udělením zákrutu vzniká ze stužky 6 nanovláken nanovlákenná nit.

Při detailním pohledu stužka 6 nanovláken v oblasti virtuálního kolektoru 7 kmitá v důsledku změny polarity střídavého elektrického napětí, změnami elektrického pole vyvolaných změn elektrického větru a gravitace. Při každém takovém pohybu se případně nezhutněná, tj. nedostatečně fixovaná nebo nedostatečně zapletená nanovlákna 5 přimknou k povrchu stužky 6 nanovláken, odkud se již v důsledku vysokého měrného povrchu, vzájemného zapletení a mezimolekulárních vazebních sil mezi jednotlivými nanovlákny 5 neoddělí.

Hmotnost stužky 6 nanovláken po její délce narůstá, a tím se mění poměr elektrických a gravitačních sil. Proto se u dlouhých zvlákňovacích oblastí, nebo u několika zvlákňovacích oblastí, které se opakují za sebou a přes které prochází jedna stužka 6 nanovláken, vytváří proměnné elektrické pole některým ze známých způsobů, například stíněním okolí nad vytvářenou stužkou 6 nanovláken, nebo stíněním zvlákňovací elektrody 1, nebo proměnným stíněním okolí v místě nad vytvářenou stužkou 6 nanovláken. Cílem je přizpůsobit intenzitu elektrického pole proměnné hmotnosti stužky 6 nanovláken. Tedy například v místech s vyšší hmotností stužky 6 nanovláken zvýšit intenzitu elektrického pole.

Způsob výroby nanovlákenné niti spočívá v zakrucování připravené stužky 6 nanovláken buď nepravým, nebo trvalým zákrutem. Při zakrucování nepravým zákrutem prochází stužka nanovláken 6 mezi dvěma svěrnými místy, mezi kterými je umístěno zákrutové ústrojí, tvořené například krutnou trubkou. Stužce 6 nanovláken je udílen zákrutovým ústrojím nepravý zákrut, který se za zákrutovým ústrojím rozkrucuje, přičemž vzhledem k vysokému měrnému povrchu nanovláken 5 a vazebním silám mezi jednotlivými nanovlákny 5 se na nanovlákenné niti zachovává poměrně vysoký stupeň zákrutu jako zbytkový zákrut.

Stužku nanovláken lze podrobit i trvalému zákrutu.

Udělování zákrutu stužce 6 nanovláken lze provádět před jejím navíjením na cívku návazně na výrobu stužky 6 nanovláken, nebo dodatečně běžnými způsoby, kdy lze stužce 6 nanovláken

- 9 CZ 310139 B6 udělit větší zákrut k dosažení výsledné vyšší pevnosti vyrobené niti, která bude ještě lépe zpracovatelná klasickými textilními technologiemi na textilní výrobky.

Nanovlákenné nitě a z nich vyrobené textilní výrobky mohou sloužit jako nosiče léčiv, nebo jiných biologicky aktivních látek pro uplatnění v medicíně a biomedicíně, například ve formě biologických sond, kožních krytů, graftů, tkáňových nosičů, tzv. scafoldů, obvazů, chirurgických a ústních nití apod. Dále mohou být nanovlákenné nitě/příze využity pro filtrační prostředky, například pro výrobu cívkových filtrů.

Zařízení k provádění výše popsaného způsobu, tedy k výrobě nanovláken 5 střídavým elektrickým zvlákňováním polymerního roztoku Z pro výrobu stužky 6 nanovláken obsahuje zvlákňovací elektrodu 1, která je v prvním příkladném provedení tvořena tenkou otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou 11 s vodorovnou osou otáčení uloženou dolní částí svého obvodu v zásobníku 2 polymerního roztoku a spřaženou se známým neznázorněným rotačním pohonem.

Disková zvlákňovací elektroda 11 se v dále popisovaném příkladném provedení otáčí kolem horizontální osy a je připojena ke zdroji 3 střídavého vysokého napětí, například s efektivní hodnotou napětí 35 kV a frekvenci 50 Hz a při svém otáčení vynáší na svém obvodu polymerní roztok. Efektivní hodnota napětí ani frekvence nejsou však omezující a lze použít jiné vhodné hodnoty. Okolí volné části obvodu diskové zvlákňovací elektrody 11 ve zvlákňovací komoře 4 se nazývá zvlákňovací prostor 41, v němž je na zvlákňovací elektrodě 11 vytvořena zvlákňovací oblast 110. Po přivedení zvlákňovaného polymerního roztoku Z na zvlákňovací oblast 110 na volné části obvodu diskové zvlákňovací elektrody 11 se při zvlákňování střídavým napětím začnou ve střední části zvlákňovací oblasti 110 vytvářet na povrchu polymerního roztoku Taylorovy kužely, ze kterých se účinkem silného elektrického pole vydlužují nanovlákna 5, která stoupají radiálně ze zvlákňovací oblasti 110 od obvodu diskové zvlákňovací elektrody 11 a jsou účinkem elektrického větru unášena v jednom rovinném útvaru směrem od volné části jejího obvodu ve směru maximálního gradientu vytvářených elektrických polí, přičemž v oblasti, v níž dochází k opakovanému přirozenému zpomalování až zastavování nanovláken, se nad zvlákňovací oblastí 110 kolem obvodu diskové zvlákňovací elektrody 11 vytvoří virtuální kolektor 7, tedy místo, kde se nanovlákna 5 shromažďují, zhutní se do hmotného útvaru a jsou odtahována ve formě stužky 6 nanovláken.

Virtuální kolektor 7 se vytvoří v místě silové rovnováhy elektrických a gravitačních sil působících na vytvořená nanovlákna 5. Virtuálním kolektorem 7 se rozumí oblast v okolí diskové zvlákňovací elektrody 11, kde vytvářená nanovlákna 5 ztrácí svou kinetickou energii při pohybu od povrchu diskové zvlákňovací elektrody 11. Důvodem jejich zastavení je přepólování diskové zvlákňovací elektrody 11 v každé druhé půli periody přiváděného střídavého elektrického napětí. Vytvořeným nanovláknům 5 zůstává zbytkový elektrický náboj o polaritě předchozí půlvlny elektrického napětí, takže jsou nyní opačně nabitá vzhledem k aktuální polaritě diskové zvlákňovací elektrody 11. Tímto způsobem se vytváří rozdíl elektrických potenciálů potřebný pro inicializaci a průběh procesu zvlákňování střídavým elektrickým napětím.

Pro konkrétní zvlákňovaný roztok při konstantním průměru diskové zvlákňovací elektrody 11 a konstantní rychlosti jejího otáčení lze místo vzniku virtuálního kolektoru 7 ovlivňovat frekvencí přiváděného střídavého elektrického napětí a jeho velikostí.

Podle technologických požadavků na zvlákňování zpracovávaného polymerního roztoku a hmotnost stužky 6 nanovláken lze měnit intenzitu E elektrického pole, a to konfigurací diskové zvlákňovací elektrody 11, tj. změnou průměru disku, tloušťky disku, reliéfu povrchu obvodové části disku, změnou rychlosti a směru otáčení disku a rychlosti odtahování stužky 6 nanovláken z virtuálního kolektoru 7. Je však třeba dbát na to, aby na obvodu diskové zvlákňovací elektrody 11 nezasychal polymerní roztok Z.

- 10 CZ 310139 B6

Ve znázorněném provedení se disková zvlákňovací elektroda 11 otáčí proti směru odtahování stužky 6 nanovláken. Při tomto provedení dochází k podélné orientaci nanovláken 5 ve stužce 6 a k jejich částečné paralelizaci, přičemž změnou poměru rychlosti otáčení diskové zvlákňovací elektrody 11 a odtahové rychlosti stužky 6 nanovláken lze tyto vlastnosti měnit podle požadavků na další využití stužky 6 nanovláken. Diskovou zvlákňovací elektrodou 11 lze otáčet i ve směru shodném se směrem odtahování stužky 6 nanovláken, v tomto případě bude paralelizace nanovláken 5 ve stužce 6 nanovláken menší a nanovlákna 5 nebudou tolik podélně orientována.

V rámci ověřování výrobních možností byly zkoušeny diskové zvlákňovací elektrody o průměrech do 500 mm a tloušťce do 5 mm při rychlosti otáčení od 10 do 30 min^-1. Střídavé elektrické pole bylo tvořeno střídavým napětím s amplitudou 20 až 50 kV v závislosti na geometrii a uspořádání zvlákňovací elektrody 1 při frekvenci 10 až 100 Hz. Polymerní roztok Z je obvykle tvořen roztokem PVB, PCL, PVA, případně dalšími polymerními roztoky zvláknitelnými ve střídavém elektrickém poli.

Tenká otočná disková zvlákňovací elektroda 11 je v řezu znázorněna na obr. 1b a 2a, a v pohledu na obr. 3, z nichž je zřejmé, že nanovlákna 5 vytvářená na obvodu elektrody 11 jsou od ní unášena v radiálním směru, tedy kolmo na její osu otáčení ve směru maximálního gradientu elektrický sil, který je znázorněn šipkou.

Na obr. 2b je znázorněn řez otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou 11 o větší tloušťce, například 6 mm, kde se na každém okraji diskové zvlákňovací elektrody 11 vytvoří jedna zvlákňovací oblast 110, v níž dochází k tvorbě Taylorových kuželů. V pohledu je tato elektroda znázorněna na obr, 4. Nanovlákna 5 jsou vytvářena na obou okrajích a účinkem elektrického větru jsou od nich unášena ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole, které jsou znázorněny šipkami, a vytvářejí dva kuželové plošné útvary, které se od sebe vzdalují, jak je znázorněno na obr. 4. Navíc mají nanovlákna 5 vyráběná na obou okrajích diskové zvlákňovací elektrody 11 stejný zbytkový elektrický potenciál, takže mají tendenci se odpuzovat a vzájemně se nespojovat, což dále napomáhá vzdalování obou kuželových plošných útvarů. Z řezu na obr. 2b i z pohledu na obr. 4 je zřejmé, že nanovlákna 5 jsou od diskové zvlákňovací elektrody 11 unášena ve tvaru písmene „V“, přičemž jejich dráha je kolmá na povrch hladiny polymerního roztoku v oblasti vytváření nanovláken. Nanovlákna 5 nejsou tedy od povrchu diskové zvlákňovací elektrody 11 unášena v rovinných plošných útvarech, ale ve dvou kuželových plošných útvarech, které se směrem od povrchu diskové zvlákňovací elektrody 11 od sebe vzdalují, takže vzájemná vzdálenost virtuálních kolektorů 7 je větší, než tloušťka diskové zvlákňovací elektrody 11, jak je znázorněno na obr. 4. Navíc na nanovlákna 5 působí gravitační síla, která kuželové plošné útvary deformuje, takže virtuální kolektor 7 se vytvoří pod plochou gradientu elektrického pole. Obě stužky 6 nanovláken vytvářené ve virtuálních kolektorech 7 mají stejné vlastnosti, jak je popsáno výše a lze je dále navíjet samostatně, nebo sdružit a navíjet společně, nebo je přivést do zařízení pro výrobu nanovlákenné příze, které bude popsáno později.

Široká disková zvlákňovací elektroda 11 může být dále zdokonalena tím, že uprostřed obvodové plochy se vytvoří vybrání 111, takže na okrajích obvodové plochy sousedících s čely vzniknou výstupky 112, na nichž se koncentruje intenzita E elektrického pole, čímž se vytvoří dvě zvlákňovací oblasti 110. Vzhledem k tomu, že na výstupcích 112 se koncentruje intenzita E elektrického pole, tak ve srovnání s předcházejícím provedením široké diskové zvlákňovací elektrody 11 jsou zvlákňovací oblasti 110 s nadkritickou intenzitou elektrického pole zúženy. Nanovlákna 5 jsou i u tohoto provedení unášena od povrchu diskové zvlákňovací elektrody 11 ve dvou kuželových plošných útvarech ve směru maximálních gradientů elektrických sil, které jsou znázorněny šipkami. Kuželové plošné útvary se směrem od povrchu diskové zvlákňovací elektrody 11 od sebe vzdalují, takže vzájemná vzdálenost virtuálních kolektorů 7 je větší, než tloušťka diskové zvlákňovací elektrody 11. Tomu napomáhají i odpudivé síly mezi stejně nabitými nanovlákny 5. Navíc na nanovlákna 5 působí gravitační síla, která kuželové plošné útvary deformuje, takže virtuální kolektor 7 se vytvoří pod plochou gradientu elektrického pole. Obě stužky 6 nanovláken mají stejné vlastnosti, jak je popsáno výše a lze je dále navíjet

- 11 CZ 310139 B6 samostatně, nebo sdružit a navíjet společně, nebo je přivést do zařízení pro výrobu nanovlákenné příze, které bude popsáno později.

Další alternativní uspořádání zařízení pro výrobu stužky 6 nanovláken je znázorněno na obr. 5, kde jsou na společném hřídeli uspořádány dvě diskové zvlákňovací elektrody 11. Každá z diskových zvlákňovacích elektrod 11 pracuje stejně jako samostatná disková zvlákňovací elektroda 11, jak je znázorněno na obr. 1 a popsáno výše. Zařízení vyrábí dvě stužky 6 nanovláken, které mohou být navíjeny samostatně, nebo sdružovány a navíjeny společně. Ze znázorněného uspořádání je zřejmé, že počet diskových zvlákňovacích elektrod 11 může být větší.

U tohoto provedení může být pro každou diskovou zvlákňovací elektrodu 11 použit jiný polymerní roztok, takže po sdružení vyrobených stužek 6 nanovláken vznikne složková nanovlákenná nit, vytvořená z nanovláken 5 ze dvou nebo i více odlišných polymerů.

Pro výrobu jedné stužky 6 nanovláken s vyšší měrnou hmotností lze diskové zvlákňovací elektrody 11 uspořádat za sebou, jak je znázorněno na obr. 6a v nárysu a na obr. 6b v půdorysu, kde jsou znázorněny tři diskové zvlákňovací elektrody 11a, 11b, 11c, z nichž každá pracuje stejně jako samostatná disková zvlákňovací elektroda 11, jak je znázorněno na obr. 1b, 2a a obr. 3 a popsáno výše. Zejména z důvodu zkrácení délky zvlákňovacího zařízení jsou diskové zvlákňovací elektrody 11a, 11b, 11c vzájemně částečně přesazené, takže v nárysném pohledu druhá disková zvlákňovací elektroda 11b překrývá přední částí svého obvodu zadní část obvodu první diskové zvlákňovací elektrody 11a a svojí zadní částí překrývá přední část obvodu třetí diskové zvlákňovací elektrody 11c. Vzájemným přesazením diskových zvlákňovacích elektrod 11a, 11b, 11c se zmenšuje prověšování stužky 6 nanovláken mezi diskovými zvlákňovacími elektrodami 11a, 11b, 11c. Zvlákňování probíhá v horní části jednotlivých diskových zvlákňovacích elektrod 11a, 11b, 11c, přičemž stužka 6 nanovláken je odtahována od první diskové zvlákňovací elektrody 11a přes druhou diskovou zvlákňovací elektrodu 11b a třetí diskovou zvlákňovací elektrodu 11c k navíjení na cívku, nebo k dalšímu zpracování. Zvyšování intenzity elektrického pole po délce odtahované stužky 6 nanovláken se dosahuje například snižováním tloušťky za sebou následujících diskových zvlákňovacích elektrod 11a, 11b, 11c, nebo úpravou vysokého střídavého napětí na jednotlivých diskových zvlákňovacích elektrodách.

Další alternativou zařízení pro výrobu stužky 6 nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním je zařízení s pásovou zvlákňovací elektrodou 12 znázorněnou na obr. 7a, 7b. Zařízení obsahuje zásobník 2 polymerního roztoku, do něhož dolní částí svého obvodu zasahuje převíjecí hřídel 8 spřažený s pohonem 81. Nad převíjecím hřídelem 81 je ve zvlákňovací komoře 4 na rámu zařízení pevně uložen břit 121, například pomocí vzpěr 82. Převíjecí hřídel 81 je společně s břitem 121 opásán nekonečným pásem 122, který vystupuje z polymerního roztoku 21 a nad převíjecím hřídelem 8 se ohýbá přes břit 121. Pás 122 vynáší polymerní roztok Z ze zásobníku 2 a ohyb pásu 122 tvoří zvlákňovací oblast 120 pásové zvlákňovací elektrody 12, která je připojena ke zdroji střídavého elektrického napětí. Střídavé elektrické napětí může být přivedeno do polymerního roztoku Z v zásobníku 2, nebo na břit 121. Na zvlákňovací oblasti 120 pásové zvlákňovací elektrody 12 dochází k tvorbě Taylorových kuželů, z nichž se vydlužují nanovlákna 5, která jsou účinkem elektrického větru unášena vzhůru k virtuálnímu kolektoru 7, přičemž se pohybují zvlákňovacím prostorem 41 v jednom rovinném plošném útvaru. V místě virtuálního kolektoru 7 se nanovlákna 5 shromažďují a zhutní se do hmotného útvaru tvořícího stužku 6 nanovláken, která je z virtuálního kolektoru 7 odtahována známým blíže neznázorněným způsobem a navíjena na cívku, nebo je přivedena do zařízení pro výrobu nanovlákenné niti, které bude popsáno později.

Podobně jako u diskové zvlákňovací elektrody 11 může být šířka břitu 122 větší, takže se na široké pásové zvlákňovací elektrodě 12 dvě zvlákňovací oblasti 120 na obou jejích okrajích, na nichž se vytvářejí Taylorovy kužele a nanovlákna 5 jsou ze zvlákňovacích oblastí 120 unášena ve směru maximálního gradientu elektrických polí, a to ve dvou rovinných plošných útvarech, které

- 12 CZ 310139 B6 v řezu vytvářejí písmeno „V“, do oblastí virtuálních kolektorů 7, jejichž vzájemná vzdálenost je větší, než šířka břitu 122 pásové zvlákňovací elektrody 12. U tohoto zařízení se vytvářejí dvě stužky 6 nanovláken, které mají stejné vlastnosti a mohou být dále navíjeny samostatně, nebo se mohou sdružit a navíjet společně, nebo mohou být přiváděny do zařízení pro výrobu niti. Toto provedení není znázorněno. Kuželové plochy se budou deformovat působením gravitace jako v předchozích případech.

Další alternativou zařízení pro výrobu stužky 6 nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním je zařízení s přeplavovací zvlákňovací elektrodou 13 znázorněnou na obr. 8a, 8b. Zařízení obsahuje zásobník 2 polymerního roztoku Z, v němž je svisle umístěn přívod 131 polymerního roztoku Z. Na horním konci přívodu 131 polymerního roztoku je uspořádána přeplavovací elektroda 13, přičemž přívod 131 je vyústěn na jejím horním čele. Kolem ústí přívodu 131 polymerního roztoku je vytvořena přeplavovací plocha 132, která se mírně svažuje od ústí přívodu 131 polymerního roztoku k okraji přeplavovací elektrody 13 a je zakončena obvodovou hranou 133, na níž dochází k tvorbě Taylorových kuželů, z nichž se vydlužují nanovlákna 5, která jsou účinkem elektrického větru unášena zvlákňovacím prostorem 41 v radiálním směru od obvodové hrany 133 přeplavovací elektrody 13 a shromažďují se v místě virtuálního kolektoru 7, kde se zhutní do hmotného útvaru tvořícího stužku 6 nanovláken, která je z virtuálního kolektoru 7 odtahována v tečném směru a dále navíjena na neznázorněnou cívku nebo zpracovávána na nit. Virtuální kolektor 7 vzniká ve skutečnosti v místě rovnováhy elektrických a gravitačních sil, přičemž působí i síla elektrického větru od přívodu 131 polymerního roztoku Z směrem vzhůru, takže vzniká kuželový plošný útvar směřující vzhůru. Tento útvar se navíc ještě deformuje působením gravitační síly.

Další alternativou zařízení pro výrobu stužky 6 nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním je zařízení, u něhož je lineární zvlákňovací elektroda 14 tvořena nekonečným lineárním flexibilním útvarem, který je u prvního provedení uložen na dvou otočně uložených cívkách 141 spřažených s neznázorněným pohonem. Alespoň jedna z cívek 141 zasahuje částí svého obvodu do zásobníku 2 polymerního roztoku Z. Ve znázorněném provedení má každá cívka 141 svůj zásobník 2 polymerního roztoku.

Lineární flexibilní útvar tvořící lineární zvlákňovací elektrodu 14 může být tvořen například strunou, páskem, řemínkem, nebo útvarem s členitějším povrchem složeným z několika vzájemně spletených nebo propletených částí, jako např. lankem, šňůrou, vícežílovým útvarem apod. Stejně jako u předcházejících provedení se na lineární zvlákňovací elektrodě 14 vytvoří zvlákňovací oblast 140 konečné délky, která je otevřena ve směru zvlákňování. Ve střední části zvlákňovací oblasti 140 se vytvoří úzký plošný útvar polymerního roztoku Z a intenzita E elektrického pole se nastaví na nadkritickou hodnotu, při níž se vytvářejí nanovlákna 5. Nanovlákna 5 se od zvlákňovací oblasti 140 pohybují v plošném útvaru ve směru maximálního gradientu elektrických sil, ve znázorněném provedení tedy ve vertikální rovině. Nanovlákna 5 postupně ztrácejí svoji kinetickou energii a v místě s nulovou kinetickou energií vytvářejí nanovlákna 5 lineární virtuální kolektor 7, v němž se nanovlákna 5 zastavují, shromažďují a zhutňují do stužky 6 nanovláken. Lineární flexibilní útvar tvořící lineární zvlákňovací elektrodu 14 je nekonečný a je v provedení podle obr. 9 uložen na dvou cívkách 141, které jsou patřeny drážkami pro dočasné uložení lineární zvlákňovací elektrody 14, přičemž rozměry a tvar příčného průřezu drážky odpovídá rozměru a tvaru lineární zvlákňovací elektrody 14. Cívky 141 jsou uloženy částí svého obvodu v polymerním roztoku Z. Úsek lineární zvlákňovací elektrody 14 mezi cívkami 141, tvoří zvlákňovací oblast 140. U provedení lineární zvlákňovací elektrody 14, u které je polymerní roztok Z ve zvlákňovací oblasti 140 na celém obvodu lineární zvlákňovací elektrody 14, jak je znázorněno na obr. 9c, je pod zvlákňovací oblastí 140 uspořádána stínicí lišta 142, která brání vytváření nadkritické hodnoty E elektrického pole mimo horní část lineární zvlákňovací elektrody 14, takže v některých případech obklopuje stínicí lišta 142 i boční části lineární zvlákňovací elektrody 14. Obdobné provedení lze použít i u dalších provedení zvlákňovacích elektrod kdy je v blízkosti zvlákňovací elektrody 14 uspořádán stínicí člen, například uvedená stínicí lišta 142 k vytvoření lineární zvlákňovací oblasti zajišťující pohyb nanovláken v rovinné

- 13 CZ 310139 B6 plošném útvaru ve směru maximálního gradientu elektrického pole. Zvlákňovací oblast se tedy vytvoří stíněním elektrického pole k potlačení intenzity elektrického pole pod nadkritickou hodnotu mimo lineární zvlákňovací oblast. Všechna vytvářená nanovlákna 5 pak vznikají zejména uprostřed zvlákňovací oblasti 140, která je přímková, a jsou od zvlákňovací oblasti 140 unášena vzhůru ve směru maximálního gradientu elektrického pole v rovinném plošném útvaru ve vertikálním směru, přičemž postupně ztrácejí svoji kinetickou energii a v místě s nulovou kinetickou energií vytvoří nanovlákna 5 lineární virtuální kolektor 7, v němž se nanovlákna 5 zastavují, shromažďují a zhutňují do lineární stužky 6 nanovláken, která se odtahuje.

Na obr. 10a, 10b je lineární zvlákňovací elektroda 14 tvořena rovněž nekonečným lineárním flexibilním útvarem. U tohoto provedení je použit jeden společný zásobník 2 polymerního roztoku, do něhož zasahují částí svého obvodu obě kladka 141, lineární zvlákňovací elektroda 14 se pohybuje jedním směrem a na konci zvlákňovací oblasti 140 opásává vratnou kladku 141 a vrací se zpět do zásobníku 2 polymerního roztoku a přes vynášecí kladku 141 přichází znovu do zvlákňovací oblasti 140. I u tohoto provedení může být pro některé lineární flexibilní útvary použita stínicí lišta 142 nebo jiný stínicí člen. Výše popsaná část platí pro lineární zvlákňovací elektrody 14 tvořené úzkými lineárními flexibilními útvary, na nichž je polymerní roztok Z nanesen na celém jejich obvodu.

U provedení podle obr. 11 je lineární zvlákňovací elektroda 14 tvořena širokým páskem 143, v jehož centrální části je vytvořeno vybrání 1431, které vytváří na okrajích pásku výstupky 1432, na nichž se podobně jako u provedení podle obr. 2c vytvoří zvlákňovací oblasti. Z obou zvlákňovacích oblastí 140 jsou nanovlákna unášena ve směru maximálního gradientu elektrických polí, a to ve dvou rovinných plošných útvarech, které v řezu vytvářejí písmeno „V“, do oblastí virtuálních kolektorů 7, jejichž vzájemná vzdálenost je větší, než vzdálenost výstupků 1432. U tohoto zařízení se vytvářejí dvě stužky 6 nanovláken, které mají stejné vlastnosti a mohou být dále navíjeny samostatně, nebo se mohou sdružit a navíjet společně, nebo mohou být přiváděny do zařízení pro výrobu niti.

U provedení podle obr. 12 je lineární zvlákňovací elektroda 14 tvořena plochým páskem 144, u něhož jsou zvlákňovací oblasti vytvořeny na jeho okrajích 1441. Vzhledem k tomu, že tloušťka pásku 144 je ve srovnání s jeho šířkou malá, směřuje maximální gradient elektrického pole z okrajů pásku do stran. Dalším důvodem se skutečnost, že prostředí nad plochým 144 páskem i pod ním je stejné, takže nedohází k vychylování maximálního gradientu elektrického pole. Tím se z vyráběných nanovláken vytvářejí dva rovinné plošné útvary, které končí v příslušných neznázorněných virtuálních kolektorech, kde jsou vytvářeny dvě stužky nanovláken, které jsou odtahovány stejně jako u předcházejících provedení. Vzhledem působení gravitačních sil, budou rovinné plošné útvary těmito silami deformovány, stejně jako u ostatních provedení.

Zařízení pro kontinuální výrobu nanovlákenné niti 60 ze stužky 6 nanovláken bude objasněno a popsáno v kombinaci s otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou 11 pro výrobu stužky 6 nanovláken, jak je znázorněno na obr. 13. Stužka 6 nanovláken je z virtuálního kolektoru 7 diskové zvlákňovací elektrody 11 odváděna do zařízení 9 pro výrobu nanovlákenné niti 60, které ve znázorněném provedení obsahuje převáděcí kladku 91, za níž je ve směru pohybu stužky 6 nanovláken uspořádáno první odtahové ústrojí 92 stužky 6 nanovláken. Za prvním odtahovým ústrojím stužky 6 nanovláken je uspořádáno zákrutové ústrojí 93 pro vytváření nepravého zákrutu, za nímž je druhé odtahové ústrojí 94, za kterým je zařazena sušicí a/nebo fixační jednotka 95, za níž je třetí odtahové ústrojí 96, za kterým je uspořádáno navíjecí zařízení 97.

Stužka 6 nanovláken je z virtuálního kolektoru 7 diskové zvlákňovací elektrody 11 přes převáděcí kladku 91 odtahována prvním odtahovým ústrojím 92 a vstupuje do zákrutového ústrojí 93, v němž prochází zakrucovacím členem 931, například krutnou trubkou, jímž je jí udělován nepravý zákrut. Ze zákrutového ústrojí 93 je zakroucená stužka 6 nanovláken odváděna druhým odtahovým ústrojím 94. Zákrut je stužce 6 nanovláken udělován zakrucovacím členem 931 zákrutového ústrojí 93 mezi dvěma svěrnými místy, tvořenými prvním odtahovým ústrojím

- 14 CZ 310139 B6 a druhým odtahovým ústrojím 94. Mezi prvním odtahovým ústrojím 92 a zákrutovým ústrojím 93 se zákrut vytváří a mezi zákrutovým ústrojím 93 a druhým odtahovým ústrojím 94 se zákrut rozkrucuje, přičemž vzhledem k vysokému měrnému povrchu nanovláken 5 a vazebním silám mezi jednotlivými nanovlákny 5 se i po rozkroucení zachovává poměrně vysoký stupeň zákrutu jako zbytkový zákrut, čímž se vytvoří nanovlákenná nit 60. Nanovlákenná nit 60 je z druhého odtahového ústrojí 94 odváděna třetím odtahovým ústrojím 96 přes sušicí a/nebo fixační jednotku 95, v níž se odpaří zbytek rozpouštědla a v případě potřeby je nanovlákenná nit 60 tepelně fixována. Ze třetího odtahového ústrojí 96 je nanovlákenná nit 60 vedena do navíjecího zařízení 97, v němž je některým ze známých způsobů navíjena na cívku.

Stužka nanovláken může být přitom vyrobena na libovolném z výše popsaných zařízení.

Zařízení 9 pro výrobu nanovlákenné niti 60 ze stužky 6 nanovláken může být uspořádáno i jiným vhodným způsobem, například může obsahovat zařízení k vytváření trvalého zákrutu.

Nebo může být výroba nanovlákenné niti ze stužky nanovláken prováděna na zvláštním zařízení ze stužky nanovláken navinuté na cívku v další operaci.

Průmyslová využitelnost

Způsobem výroby nanovláken střídavým zvlákňováním podle vynálezu lze vyrobit dostatečné množství nanovláken a vytvořit z nich stužku nanovláken, která je schopná odtahování a navíjení na cívku, přičemž je schopna i odvíjení z cívky za účelem jejího použití nebo dalšího zpracování.

Claims (27)

1. Způsob výroby lineárního nanovlákenného útvaru ve střídavém elektrickém poli na zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13, 14) z polymerního roztoku (Z) nebo taveniny polymeru, při němž se na zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13, 14) vytvoří zvlákňovací oblast (10, 110, 120, 140) s nadkritickou intenzitou (E) střídavého elektrického pole, v níž vznikají nanovlákna (5), která jsou od zvlákňovací elektrody (1, 11, 12, 13, 14) unášena účinkem elektrického větru ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole, vyznačující se tím, že na zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13, 14) se vytváří alespoň jedna lineární zvlákňovací oblast (10, 110, 120, 140) s nadkritickou intenzitou (E) střídavého elektrického pole a konečnou délkou, z níž se vznikající nanovlákna (5) unášejí účinkem elektrického větru ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole od zvlákňovací oblasti (10, 110, 120, 140) v plošném útvaru, jehož počáteční šířka je stejná jako šířka lineární zvlákňovací oblasti (10, 110, 120, 140), přičemž se zmenšujícím se gradientem elektrického pole ztrácejí nanovlákna (5) svoji kinetickou energii až se po ztrátě své kinetické energie zastavují, shromažďují a zhutňují do lineárního nanovlákenného útvaru, který se odtahuje, za postupného narůstání lineární hmotnosti lineárního nanovlákenného útvaru a při odtahování se nanovlákna (5) alespoň částečně paralelizují a vytvářejí stužku (6) nanovláken.

2. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 1, vyznačující se tím, že po ztrátě kinetické energie nanovláken se vytvoří silová rovnováha všech elektrických a gravitačních sil, působících na vytvořená nanovlákna (5), čímž se vytvoří virtuální kolektor (7).

3. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zvlákňovací oblast (10, 110, 120, 140) se vytvoří stíněním elektrického pole k potlačení intenzity elektrického pole pod nadkritickou hodnotu mimo lineární zvlákňovací oblast (10, 110, 120, 140).

4. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zvlákňovací oblast (120, 140) je přímá a z ní vycházející nanovlákna (5) se pohybují v rovinném plošném útvaru.

5. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zvlákňovací oblast (110) je tvořena částí kruhu a z ní vycházející nanovlákna (5) se pohybují v rovinném plošném útvaru kolmém na osu otáčení diskové zvlákňovací elektrody (11), přičemž lineární virtuální kolektor (7) je tvořen částí kruhu.

6. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zvlákňovací oblast přeplavovací elektrody (13) je tvořena kruhem a z ní vycházející nanovlákna (5) se pohybují v rovinném plošném útvaru radiálním směrem od obvodové hrany (133) přeplavovací elektrody (13), přičemž lineární virtuální kolektor (7) je tvořen kruhem.

7. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 4, vyznačující se tím, že se vytvářejí dvě zvlákňovací oblasti (140) v blízkosti okrajů lineární zvlákňovací elektrody (14) tvořené páskem (143, 144), v nichž se nanovlákna (5) vytvářejí ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole, přičemž nanovlákna (5) vycházející z obou zvlákňovacích oblastí (140) se pohybují v rovinných plošných útvarech, které se ve směru pohybu nanovláken (5) od sebe vzdalují.

8. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 5, vyznačující se tím, že se vytvářejí dvě zvlákňovací oblasti (110) v blízkosti okrajů obvodové plochy diskové zvlákňovací elektrody (11), v nichž se nanovlákna (5) vytvářejí ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole, přičemž nanovlákna (5) vycházející z obou zvlákňovacích oblastí (110) se pohybují v kuželových plošných útvarech, které se ve směru pohybu nanovláken (5) od sebe vzdalují.

- 16 CZ 310139 B6

9. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle libovolného z předcházejících nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že odtahovaná stužka (6) nanovláken se navíjí na cívku v navíjecím zařízení (97).

10. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 9, vyznačující se tím, že odtahované stužce (6) nanovláken se před navíjením uděluje zákrut.

11. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 10, vyznačující se tím, že odtahované stužce (6) nanovláken se uděluje nepravý zákrut.

12. Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním podle nároku 10, vyznačující se tím, že odtahované stužce (6) nanovláken se uděluje trvalý zákrut.

13. Zařízení k výrobě lineárního nanovlákenného útvaru ve střídavém elektrickém poli z polymerního roztoku (Z) nebo taveniny polymeru způsobem podle některého z předcházejících nároků 1 až 12 na zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13, 14), uložené ve zvlákňovací komoře (4) a připojené ke zdroji vysokého střídavého napětí a spřažené s prostředkem pro nanášení polymerního roztoku nebo taveniny na povrch zvlákňovací elektrody (1, 11, 12, 13, 14), čímž je na zvlákňovací elektrodě (1) vytvořena zvlákňovací oblast (10, 110, 120, 140) s nadkritickou intenzitou (E) střídavého elektrického pole, vyznačující se tím, že nastavením nadkritické intenzity (E) střídavého elektrického pole je na povrchu zvlákňovací elektrody (1, 11, 12, 13, 14) vytvořena alespoň jedna lineární zvlákňovací oblast (10, 110, 120, 140) a od ní ve směru maximálních hodnot gradientu elektrického pole je v místě silové rovnováhy elektrických a gravitačních sil působících na vytvořená nanovlákna (5) vytvořen virtuální kolektor (7), pro zastavování, shromažďování a zhutňování nanovláken do lineárního vlákenného útvaru, jemuž je přiřazeno odtahové a navíjecí zařízení pro navíjení stužky (6) nanovláken.

14. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že zvlákňovací oblast (120, 140) zvlákňovací elektrody (12, 14) je přímá.

15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že zvlákňovací elektroda je tvořena pásovou zvlákňovací elektrodou (12) a maximální gradient elektrického pole směřuje svisle vzhůru.

16. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že zvlákňovací elektroda je tvořena lineární zvlákňovací elektrodou (14) tvořenou lineárním flexibilním útvarem, přičemž v blízkosti zvlákňovací elektrody (14) je uspořádán stínicí člen (142) k vytvoření lineární zvlákňovací oblasti (140) zajišťující pohyb nanovláken (5) v rovinném plošném útvaru ve směru maximálního gradientu elektrického pole.

17. Zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že lineárním flexibilním útvarem je lanko, nebo tenký pásek nebo tenký řemínek.

18. Zařízení podle nároku 16 nebo 17, vyznačující se tím, že lineárním flexibilním útvarem tvořícím lineární zvlákňovací elektrodu (14) je útvar složený z množiny vzájemně spletených nebo propletených částí.

19. Zařízení podle nároku 16 nebo 17, vyznačující se tím, že lineárním flexibilním útvarem tvořícím zvlákňovací elektrodu (1, 14) je tenký pásek nebo tenký řemínek, na němž jsou vytvořeny dvě zvlákňovací oblasti (140) v blízkosti jeho okrajů.

20. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že lineární flexibilní útvar je tvořen širokým páskem (143), který je na okrajích opatřen výstupky (1432), na nichž jsou vytvořeny zvlákňovací oblasti (140) s koncentrovaným maximální gradientem elektrického pole.

21. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že lineární flexibilní útvar je tvořen plochým páskem (144) a zvlákňovací oblasti (140) jsou vytvořeny na jeho okrajích, z nichž maximální gradient elektrického pole směřuje do stran.

- 17 CZ 310139 B6

22. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že zvlákňovací elektroda je tvořena otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou (11), která je dolní částí svého obvodu uspořádána v zásobníku polymerního roztoku (Z) nebo taveniny a na volné části obvodu diskové zvlákňovací elektrody (11) je vytvořena zvlákňovací oblast (110), která je tvořena částí kruhu, přičemž maximální gradient elektrického pole směřuje od zvlákňovací oblasti (110) v radiálním směru.

23. Zařízení podle nároku 22, vyznačující se tím, že otočná disková zvlákňovací elektroda (11) je uložena na společném hřídeli alespoň s jednou další otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou (11).

24. Zařízení podle nároku 23, vyznačující se tím, že každé z otočných diskových zvlákňovacích elektrod (11) je přiřazen samostatný zásobník (2) polymerního roztoku.

25. Zařízení podle nároku 22, vyznačující se tím, že za první otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou (11) je ve směru vytváření a odvádění stužky (6) nanovláken uložena alespoň jedna další disková zvlákňovací elektroda (11).

26. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že zvlákňovací elektroda je tvořena přeplavovací zvlákňovací elektrodou (13), přičemž zařízení obsahuje zásobník (2) polymerního roztoku (Z), v němž je svisle umístěn přívod (131) polymerního roztoku (Z), na jehož horním konci je uspořádána přeplavovací elektroda (13), přičemž přívod (131) je vyústěn na horním čele přeplavovací zvlákňovací elektrody (13) a kolem jeho ústí je vytvořena přeplavovací plocha (132), která se mírně svažuje od ústí přívodu (131) polymerního roztoku (Z) k okraji přeplavovací elektrody (13) a je zakončena obvodovou hranou (133), která tvoří zvlákňovací oblast přeplavovací zvlákňovací elektrody (13) pro vydlužování nanovláken (5).

27. Zařízení k výrobě nanovlákenné niti na zařízení podle nároků 13 až 26, vyznačující se tím, že k zařízení k výrobě lineárního nanovlákenného útvaru, odtahovaného ve formě stužky (6) nanovláken je přiřazen zakrucovací prostředek pro vytváření nepravého nebo trvalého zákrutu, za nímž je uspořádáno navíjecí zařízení.