Способ получения ультратонких полимерных волокон

 

Сущность изобретения: способ получения ультратонких полимерных волокон включает дозирование раствора или расплава полимера, имеющего высоковольтный потенциал , через капилляр прядильного элемента и осаждение тонких струек полимера на заземленном осадительном электроде. Объем дозируемого полимера в 3-10 раз превышает объем, необходимый для получения волокна заданного диаметра . Осаждение полимера осуществляют при вытягивании тонких струек вертикально вверх на расположенном над прядильным элементом осадительном электроде.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4788833/12 (22) 15.02.90 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Краснодарский политехнический институт и Межотраслевой научно-технический хозрасчетный центр "НОВОПОР" (72) Ю.Л.Юров, В.Н.Кириченко, В.Н.Полевой, В.А.Рыкунов, Э.А.Дружинин, ИМ.Ефимов и И.Н,Голомуз (56) Кн. К.Е.Перепелкина, "Физико-химические основы процессов формования химических волокон", М.: Химия, 1978, с.

294-295. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАТОНКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН

Изобретение относится к способам получения ультратонких полимерных волокон из растворов (расплавов) полимеров электростатическим методом, иэ которых формируют нетканые волокнистопористые слои. применяемые в качестве различных разделительных перегородок, например для фильтрации газов и жидкостей, для изготовления сепараторов химических источников тока и т.п.

Существо способа состоит в том, что через прядильный элемент дозируют избыточный обьем раствора или расплава полимера, нежели необходимый для формования ультратонкого волокна заданного диаметра, а избыток волокнообразующего раствора направляют равномерным концентричеСким потоком перетекать через рабочий торец прядильного элемента и сте„„Я2„, 1815280 А1 (я)5 D 01 0 5/08, 0 04 Н 3/00 (57) Сущность изобретения; способ получения ультратонких полимерных волокон включает дозирование раствора или расплава полимера, имеющего высоковольтный потенциал. через капилляр прядильного элемента и осаждение тонких струек полимера на заземленном осадительном электроде.

Объем доэируемого полимера в 3-10 раз превышает объем, необходимый для получения волокна заданного диаметра. Осаждение полимера осуществляют при вытягивании тонких струек вертикально вверх на расположенном над прядильным элементом осадительном электроде. кать вниз по внешней поверхности прядильного элемента. В этом случае сам во- QQ локнообразующий полимер экранирует а коронирующие кромки торца прядильного (Л элемента и непрерывно обновляет рабочую поверхность конуса жидкости. образующегося от вытягиваемой вверх струйки жидкости, что в совокупности препятствует образованию наростов. Стекающий по внешней поверхности трубки прядильного элемента избыток волокнообразующего „а полимера направляют в дальнейшем на повторную переработку. При этом нисходящие потоки избыточного обьема не оказывают негативного влияния на стабильность волокнообразования и не создают капель раствора, которые приводят к нарушениям однородности формируемого волокнистопористого слоя. Более того, уста1815280 новлено, что в предложенном способе достигается саморегуляция процесса волокнообраэования, когда изменения некоторых внешних факторов процесса, таких как напряжение, температура, не требуют операции корректировки удельной подачи волокнообразующего полимера для поддержания требуемого размера волокна, а необходимый объем жидкости для формирования волокна заданного размера устанавливается самостоятельно, без внешнего управления.

Пример 1 (известный способ). Через прядильный элемент в виде тонкостенной капиллярной трубки длиной 45 мм и с внутренним диаметром 0,3 мм, жестко установленного по оси фокусирующей линзы, выполненной в виде цилиндрического патрона длиной 30 мм, внутренним диаметром

6 мм и внешним диаметром 18 мм,.подают из напорной емкости судельной подачей 0,1 см /мин волокнообразующий раствор перхлорвинила в дихлорэтане, концентрацией

10,8 (вес), к которому подсоединен Отрицательный по знаку полярности вывод высоковольтного источника тока напряжением

45 кЧ. Под прядильным элементом на расстоянии 20 см размещен заземленный оса.дительный электрод — металлический диск диаметром 250 мм. Из кончика капиллярной трубки, выступающего на 2 мм из-под среза открытого торца фокусирующей линзы, вытягивается тонкая струйка раствора, которая в межэлектродном промежутке освобождается от растворителя и в виде твердого непрерывного волокна диаметром

2 мкм равномерным слоем осаждается на заземленной поверхности осадительного электрода.

За период непрерывной работы около

30 мин на кончике капилляра постепенно образуется нарост в виде засохшего с поверхности сгустка полимера, и процесс волокнообразования прекращается до момента, когда с помощью пинцета не будет удален образовавшийся нарост.

Пример 2 (известный способ). На установке, как и в примере 1, осуществляют процесс электростатического получения ультратонкого волокна при дозировании через прядильный элемент раствор перхлорвинила с удельной подачей 0,05 см /мин.

Получить стабильный процесс волокнообразования при этой подаче раствора не удается иэ-за периодически прерывающейся струйки раствора, происходящей через каждые 10-15 сек, и ускоренного образования наростов, прекращающих процесс после

10-15 мин после подачи высоковольтного напряжения.

Пример 3 (известный способ). На установке, как и в примере 1, осуществляют процесс электростатического получения ультратонкого волокна при дозировании через прядильный элемент 10,8 -ный раствор перхлорвинила. в уихлорэтане с удельной подачей 0,25 см /мин. Получить стабильный процесс волокнообраэования при этой подаче раствора не удается из-за

"0 непрерывного прокапывания раствора с одновременными разрывом струйки раствора.

Капли раствора вместе с обрывками волокон осаждаются на осадительном электроде и нарушают однородность и целостность

15 получаемого слоя.

Пример 4 (предлагаемый способ).

Через прядильный элемент в виде тонкостенной капиллярной трубки длиной 45 мм и внутренним диаметром 0,3 мм, жестко ус20 тановленного.по оси фокусирующей линзы, выполненной в виде цилиндрического патрона длиной 30 мм, внутренним диаметром

6 мм и внешним диаметром 18 мм, подают из напорной емкости с удельной подачей 0,3

25 см /мин волокнообразующий раствор перхлорвинила в дихлорэтане с концентрацией

10,8;4 (вес), к которому подсоединен отрицательный по знаку полярности вывод высоковольтного источника напряжением 45 кЧ.

30 Над прядильным капилляром, расположенным открытым торцем строго вертикально вверх, размещена на расстоянии 20 см заземленный осадительный электрод- метал. лический диск диаметром 250 мм. Иэ

35 кончика капиллярной трубки, выступающего на 2 мм из-под среза открытого торца фокусирующей линзы, вытягивается тонкая струйка раствора, а избыток раствора равномерным концентрическим потоком пере40 текает через открытый торец трубки и стекает по трубке во внутреннюю полость фокусирующей линзы, из которой впоследствии жидкость удаляется и направляется вновь в напорную емкость. Тонкая струйка

"5 раствора, вытягивающаяся в межэлектродном пространстве вверх к осадительному электроду, освобождается от растворителя и осаждается в виде твердого непрерывного волокна диаметром 2 мкм. образуя равно50 мерный волокнистопористый слой.

За период непрерывной работы в течение 8 ч появления наростов или каких-либо других причин, нарушающих стабильность процесса, обнаружено не было и весь этот

55 период работы установки не требовалось обслуживания ее прядильного элемента.

Пример 5(предлагаемый способ). На. установке, как и в примере 4, осуществляют процесс электростатического получения ультратонкого волокна при дозированииз

1815280 элементом осадительном электроде.

Составитель Н. Прохоров

Редактор В. Трубченко Техред М. Моргентал Корректор М, Ткач

Заказ 1618 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.,4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 через прядильный элемент 10,8 -пый раствор перхлорвинила в дихлорзтане с удельной подачей 1 см /мин, 3а период з непрерывной работы в течение 8 ч появления наростов или каких-либо других причин, нарушающих стабильность процесса, обнаружено не было и отпала необходимость ручного обслуживания прядильного элемента.

Пример 6 (предлагаемый способ). На установке, как и в примере 4, осуществляют процесс электростатического получения ультратонкого волокна при дозировании через прядильный элемент 10,8 -ный рас. твор перхлорвинила в дихлорэтане с удельной подачей 0,25 см /мин. При отраэ ботке процесса не достигается равномерное перетекание раствора в виде концентрического потока через открытый торец, в результате чего при подаче высоковольтного напряжения стабильность процесса из-за. образования нароста нарушалась в течение 40 мин непрерывной работы.

Пример 7 (предлагаемый способ). На установке, как и в примере 4, осуществляют процесс электростатического получения ультратонкого волокна при дозировании через прядильный элемент 10,8 -ный раствор перхлорвинила в дихлорэтане с удельной подачей 1,5 см /мин. В результате того, что внутренняя полость фокусирующего электрода быстро заполняется раствором и раствор начинает перетекать и через торцы патрона, осуществление процесса при таких размерах фокусирующей линзы становится нецелесообразным.

Пример 8 (предлагаемый способ). На установке, как и в примере 4, размещенной в нагретой камере, осуществляют при температуре 275ОС дозирование расплава поликапроамида при удельной подаче 0,3

40 см /мин, что в 7 раэ больше необходимой подачи расплава при получении ультратонкого волокна диаметром около 2 мкм при осуществлении процесса известным методом.

На заземленном электроде, вынесенном из зоны нагрева прядильного элемента на расстояние 20 см от конца трубки, осаждают непрерывные ультратонкие волокна в виде равномерного слоя диаметром около 2 мкм в течение 8 ч без обслуживания прядильного элемента.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет значительно стабилизировать процесс волоконообразования при своевременном удалении с осадительного электрода образующегося волокнисто-пористого слоя из ультразвуковых полимерных волокон, что снижает объем трудозатрат на обслуживание прядильного элемента из-за прекращения наростообразования на рабочем конце прядильного элемента.

Формула изобретения

Способ получения ультратонких полимерных волокон посредством дозирования раствора или расплава полимера, имеющего высоковольтный потенциал, через капилляр прядильного элемента с последующим осаждением тонких струек полимера на заземленном осадительном электроде, отличающийся тем, что, с целью улучшения волокнообразования при одновременном предотвращении наростов полимера на прядильном элементе, дозирование полимера осуществляют в объеме, в 3-10 раз превышающем объем для получения волокна заданного диаметра, а осаждение полймера осуществляют при вытягивании тонких струек вертикально вверх на расположенном над прядильным