УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАНОВОЛОКНА Российский патент 2020 года по МПК D01D5/98 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001]

Настоящее изобретение относится к устройству и способу изготовления нановолокна, которые способны обеспечить высококачественное нановолокно в простой структуре.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002]

В последние годы потребность в нановолокне быстро увеличивается в соответствии с расширением использования волокна, имеющего диаметр, находящийся в нанодиапазоне, а именно нановолокна. В соответствии с расширением использования нановолокна возникла потребность в специальном нановолокне, обладающем высоким качеством и соответствующем цели. Что касается способа изготовления нановолокна, известны обычные способы, такие как способ электропрядения, способ выдувания расплава и т.п., и каждый способ имеет свои преимущества и недостатки.

[0003]

Патентный документ 1 в качестве вышеупомянутого уровня техники настоящего изобретения раскрывает способ изготовления нетканой ткани, состоящей из множества видов волокна, которое делается путем смешивания волокна, получаемого путем выпуска раствора, с волокном, получаемым путем выдувания расплава. В частности, путем использования блока прядения из раствора, который извлекает прядильный раствор, выпускаемый из части выпуска жидкости, с газом, выпускаемым из части выпуска газа, волокно, получаемое путем выпуска прядильного раствора, добавляется в поток выдуваемого из расплава волокна, подающегося из форсунки с помощью способа выдувания расплава.

[0004]

Кроме того, Непатентный документ 1 раскрывает способ производства нановолокна с использованием способа электропрядения. Обычный способ электропрядения для изготовления нановолокна требует растворителя для набухания смолы, однако Непатентный документ 1 раскрывает конфигурацию для предотвращения вспышки и взрыва, вызываемых использованием растворителя, путем раздувания за счет тепла без использования растворителя. Дополнительно в этом документе подробно описываются недостатки способа изготовления нановолокна с использованием комбинированного способа выдувания.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0005]

Патентный документ 1: Японская непроверенная патентная заявка № 2010-185153

НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0006]

Непатентный документ 1: WEB-Journal No. 151 Nonwoven Fabric Extra Issue (http://www.webj.co.jp/index.html)

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0007]

Как описано в вышеупомянутом Непатентном документе 1, когда диаметр волокна уменьшается в способе изготовления нановолокна обычного способа выдувания расплава, рассматривается применение способа выпуска воздуха с высокой температурной и высокой скоростью, а также способа для подавления выпуска полимера. Когда высокотемпературный воздух выпускается с высокой скоростью, диаметр волокна уменьшается, но длина волокна сокращается, и оно разрывается. С другой стороны, когда выпуск полимера подавляется, производительность в единицу времени сильно уменьшается. Соответственно, для любого способа трудно достичь массового изготовления нановолокна, имеющего хорошее качество. В способе электропрядения производительность, однако, была улучшена, устройство стало усложненным, контрмеры требуется для предотвращения вспышки и взрыва, и стоимость производства стала высокой.

[0008]

Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеописанных проблем, и задачей настоящего изобретения является предложить устройство и способ изготовления нановолокна, которые были бы способны давать большое количество нановолокна, имеющего хорошее качество, в способе изготовления нановолокна выдуванием расплава, а также имели бы повышенный уровень безопасности за счет устранения фактора вспышки и взрыва.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0009]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, содержащее блок выпуска жидкого сырья для выпуска жидкого сырья в поток газа высокого давления, выпускаемого из блока выпуска газа высокого давления, в котором множество блоков выпуска жидкого сырья предусматривается вокруг потока газа высокого давления, выпускаемого из блока выпуска газа высокого давления.

[0010]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, в котором блок выпуска жидкого сырья содержит блок экструдирования для плавления и экструдирования сырья.

[0011]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, в котором блок выпуска жидкого сырья содержит блок для подачи растворенного сырья.

[0012]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, в котором блок выпуска газа высокого давления снабжается блоком подачи газа для подачи газа с высокой температурой и высоким давлением, и блок выпуска газа высокого давления выпускает с высокой температурой под высоким давлением.

[0013]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, содержащее блок регулирования угла, способный регулировать установочный угол блока выпуска жидкого сырья в поток газа высокого давления, выпускаемый из блока выпуска газа высокого давления.

[0014]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, в котором по меньшей мере два или более блока выпуска жидкого сырья симметрично располагаются у блока выпуска газа высокого давления.

[0015]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, в котором блоки выпуска жидкого сырья равномерно располагаются вокруг потока газа высокого давления, выпускаемого из блока выпуска газа высокого давления.

[0016]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для изготовления нановолокна, в котором поток газа высокого давления, выпускаемый из блока выпуска газа высокого давления, выпускается в вертикальном направлении относительно установочной поверхности устройства для изготовления нановолокна.

[0017]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ изготовления нановолокна путем выпуска жидкого сырья из блока выпуска жидкого сырья в поток газа высокого давления, выпускаемого из средства выпуска газа высокого давления, в котором угол выпуска жидкого сырья, выпускаемого из блока выпуска жидкого сырья в поток газа высокого давления, регулируется, когда множество блоков выпуска жидкого сырья, предусмотренных вокруг потока газа высокого давления, выпускаемого из блока выпуска газа высокого давления, выпускают жидкое сырье.

[0018]

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ изготовления нановолокна с использованием устройства для изготовления нановолокна, содержащего нагревающий цилиндр, в который поступает сырье, блок нагрева для нагревания нагревающего цилиндра, и блок экструдирования для экструдирования сырья, находящегося в нагревающем цилиндре, в котором концевая часть нагревающего цилиндра снабжается отверстием выпуска газа для выпуска газа высокого давления, множество блоков выпуска сырья для выпуска сырья в расплавленном состоянии, находящегося в нагревающем цилиндре, предусматривается вокруг отверстий выпуска газа, сырье, подаваемое в нагревающий цилиндр, плавится или поддерживается в расплавленном состоянии за счет нагрева нагревающего цилиндра блоком нагрева, сырье выпускается из блока выпуска сырья путем использования блока экструдирования, воздушный поток создается газом, выпускаемым из отверстия выпуска газа, и волокно, имеющее диаметр, находящийся в нанодиапазоне, получается путем удлинения выпущенного сырья воздушным потоком выпускаемого газа на периферии.

ЭФФЕКТ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019]

В соответствии с настоящим изобретением нановолокно, имеющее меньший диаметр и хорошее качество, может быть изготовлено безопасным образом. Кроме того, когда нановолокно изготавливается, нет необходимости в использовании устройства, использующего высокое напряжение, и проблема снижения производительности, которая является недостатком способа выдувания из расплава, может быть решена за счет обеспечения множества блоков выпуска смолы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020]

Фиг.1 представляет собой вид сбоку с частичным разрезом, показывающий всю структуру варианта осуществления 1 устройства для изготовления нановолокна в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой вид сверху, показывающий головную часть и нагревающий цилиндр устройства для изготовления нановолокна в соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой вид спереди, показывающий конец головной части устройства для изготовления нановолокна в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 представляет собой поперечное сечение устройства для изготовления нановолокна, показанного на Фиг.3, по линии A-A.

Фиг.5 показывает поперечные сечения устройства для изготовления нановолокна, проиллюстрированного на Фиг.4, по линиям B-B, C-C и D-D, соответственно.

Фиг.6 представляет собой пояснительную схему, показывающую поток смолы и поток газа в головной части устройства для изготовления нановолокна в соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения.

Фиг.7 представляет собой пояснительные схемы, показывающие (a) один пример поддерживающей структуры блока выпуска смолы и (b) другой пример поддерживающей структуры блока выпуска смолы устройства для изготовления нановолокна в соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения.

Фиг.8 представляет собой вид сбоку, показывающий всю структуру варианта осуществления 2 устройства для изготовления нановолокна в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.9 представляет собой вид сверху, показывающий всю структуру варианта осуществления 2 устройства для изготовления нановолокна в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10 представляет собой вид спереди, показывающий структуру головной части варианта осуществления 2 устройства для изготовления нановолокна в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.11 представляет собой пояснительную схему, иллюстрирующую основную концепцию устройства и способа изготовления нановолокна в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0021]

Далее будет подробно описан один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Само собой разумеется, что настоящее изобретение может быть легко применено к структуре, отличающейся от описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, в рамках область охвата настоящего изобретения.

[0022]

В соответствии с настоящим изобретением нановолокно формируется путем подачи жидкого сырья в текучую среду (предпочтительно газообразную текучую среду), выпускаемую под высоким давлением. В данном описании термин «ГАЗ» без уточнения его состава означает газы любого состава и молекулярной структуры. Дополнительно к этому, в данном описании термин «сырье» означает все материалы, которые могут быть применены для формирования нановолокна. В вариантах осуществления, описываемых далее, объяснение будет дано для примера, использующего синтетическую смолу в качестве «сырья», но настоящее изобретение не ограничивается этим, и могут использоваться различные виды материала. Термин «жидкое сырье» в данном описании не ограничивает свойства материала жидкостью, и включает в себя «расплавленное сырье», применимое для варианта осуществления 1, формирующего нановолокно путем плавления и экструдирования твердого сырья из блока экструдирования. Кроме того, термин «жидкое сырье» в данном описании также включает в себя «растворенное сырье», применимое для варианта осуществления 2, который формирует нановолокно путем предварительного растворения твердого или жидкого сырья в предопределенном растворителе так, чтобы могла быть получена предопределенная концентрация, и его подачи с использованием подходящего средства и выпуска или экструдирования из выпускных отверстий. «Жидкое сырье» настоящего изобретения нуждается в таком свойстве, как достаточная вязкость для подачи (выпуска) «сырья» из подающих отверстий (отверстий выпуска, выпускных отверстий), и «сырье», имеющее такое свойство жидкости, описывается как «жидкое сырье» в настоящем изобретении.

[0023]

В то время как далее будет дано подробное описание, основная концепция настоящего изобретения является общей для устройства и способа изготовления нановолокна, объясняемых как варианты осуществления 1 и 2 настоящего изобретения, и, как показано на Фиг.11, она выполнена с возможностью обеспечения в центре блока 71 выпуска газа высокого давления, а также изменения установочного угла множества блоков 73a выпуска, которые располагаются вокруг потока 90 газа высокого давления, выпускаемого из блока 71 выпуска газа высокого давления. Другими словами, угол θ подачи жидкого сырья к потоку 90 газа высокого давления является переменным. Основная концепция настоящего изобретения, как показано на Фиг.11, заключается в том, что блок 73a выпуска для выпуска жидкого сырья располагается под углом θ подачи к центральной линии 91 потока 90 газа высокого давления, и жидкое сырье выпускается/подается из множества блоков 73a выпуска в направлении к центральной линии 91 потока 90 газа высокого давления. Жидкое сырье, выпускаемое/подаваемое из множества блоков 73a выпуска, предпочтительно подается так, чтобы все эти потоки пересекались на центральной линии 91.

[0024]

На Фиг.11, условия расположения каждого компонента соответствуют вышеописанным, и позиционное соотношение является следующим. На основе положения отверстия выпуска газа (форсунки) блока 71 выпуска газа высокого давления, «расстояние а» представляет собой расстояние от отверстия выпуска газа до блока 73a выпуска, «расстояние b» представляет собой расстояние от отверстия выпуска газа до точки, в которой пересекаются потоки сырья, выпущенного из блока 73a выпуска, «расстояние c» представляет собой диаметр отверстия выпуска газа, и «расстояние d» представляет собой расстояние между отверстиями выпуска газа.

В настоящем документе блок 73a выпуска для выпуска жидкого сырья располагается под углом θ подачи к центральной линии 91 потока 90 газа высокого давления. Угол θ подачи сырья получается из следующего Уравнения (1)

tan θ=d/(b-a) (1).

Угол θ подачи сырья регулируется в пределах 0°<θ<90°. Например, когда «расстояние а» равно 30 мм, «расстояние c» равно 2 мм, «расстояние d» равно 7 мм, и давление выпускаемого газа высокого давления равно приблизительно 0,15 МПа, угол θ предпочтительно равен 20° плюс/минус 10°.

[0025]

Угол θ подачи сырья должен определяться «расстоянием а», «расстоянием b» и «расстоянием d» между отверстиями выпуска газа, и, кроме того, должен определяться соотношением диаметра «расстояние c» отверстия выпуска газа высокого давления, давления и температуры выпускаемого газа высокого давления.

[0026]

В соответствии с устройством и способом изготовления нановолокна варианта осуществления 1 настоящего изобретения сырье в форме таблеток (смола), поступающее в бункер, подается и плавится в нагревающем цилиндре, нагреваемом нагревателем, и направляется в переднюю часть нагревающего цилиндра шнеком, вращаемым двигателем. Нагревающий цилиндр снабжен головной частью, и газ высокого давления выпускается из отверстия выпуска газа, предусмотренного в центре головной части. Жидкое расплавленное сырье (расплавленная смола), направленное в конец нагревающего цилиндра, поступает (подается) из блока подачи (блока выпуска) жидкого расплавленного сырья (расплавленной смолы), имеющего множество сверхтонких трубок, предусмотренных в выходной стороне блока выпуска газа, через внутренность головной части. Множество сверхтонких трубок блоков выпуска жидкого расплавленного сырья предусматривается равномерно вокруг отверстия выпуска газа, предусмотренного в центре. Таким образом, расплавленная смола, выпускаемая из блоков выпуска жидкого расплавленного сырья, удлиняется, и может быть получено волокно, имеющее толщину, находящуюся в нанодиапазоне.

[0027]

В соответствии с устройством и способом изготовления нановолокна варианта осуществления 2 настоящего изобретения газ высокого давления выпускается из отверстия выпуска газа, предусмотренного в центре, и растворенное в жидкости сырье выпускается из множества сверхтонких трубок блоков выпуска растворенного в жидкости сырья, предусмотренных в выходной стороне блока выпуска блоков выпуска растворенного в жидкости сырья.

Вариант осуществления 1

[0028]

Далее со ссылкой на Фиг.1-3 будет подробно описана вся структура устройства для изготовления нановолокна в соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения.

[0029]

Устройство 1 для изготовления нановолокна, показанное на Фиг.1, в соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения, содержит бункер 2, нагревающий цилиндр 3, нагреватель 4 в качестве блока нагрева, шнек 5 в качестве блока экструдирования, двигатель 6 в качестве блока привода и цилиндрическую головную часть 7. Бункер 2 подает смолу (гранулированную синтетическую смолу в виде мелких частиц), служащую материалом для нановолокна, в устройство 1 для изготовления нановолокна. Нагревающий цилиндр 3 нагревает и плавит смолу, поступающую из бункера 2. Нагреватель нагревает нагревающий цилиндр снаружи. Шнек 5 вращательно крепится в нагревающем цилиндре 3 и перемещает расплавленную смолу к концу нагревающего цилиндра 3 за счет своего вращения. Двигатель 6 вращает шнек 5 посредством соединительного блока 61 (не показан подробно), и головная часть 7 предусматривается на конце нагревающего цилиндра 3. Устройство 1 для изготовления нановолокна дополнительно содержит отверстие 71 выпуска газа (форсунку) для выпуска газообразного горячего воздуха из центральной области, а также описанный ниже блок выпуска смолы внутри для выпуска расплавленной смолы на периферии отверстия 71 выпуска газа (форсунку). Газ высокого давления подается к головной части 7 через трубку 81, связанную с блоком 8 газового трубопровода, в качестве трубки подачи газа для выпуска газа из центральной области. Блок 8 газового трубопровода снабжается блоком нагрева, таким как нагреватель и т.п. (не показан), и горячий воздух выпускается из блока 71 выпуска газа (форсунки). Головная часть 7 и нагревающий цилиндр 3 соединяются посредством уплотнительной части 9 из листового элемента, имеющего форму кольцевого уплотнителя и форму тороида, и за счет этого расплавленная смола не вытекает наружу.

[0030]

Температурой множества нагревателей 4, расположенных по внешней окружности нагревающего цилиндра 3, всех сразу или по отдельности, управляет блок управления (не показан). В соответствии с данным вариантом осуществления предусматриваются четыре нагревателя 4, как показано на Фиг.1, но это не является ограничением, количество нагревателей, размер каждого нагревателя и их расположение могут быть изменены в соответствии с материалом и свойствами используемой смолы, а также диаметром и длиной нагревающего цилиндра 3.

[0031]

Фиг.2 представляет собой вид сверху, а Фиг.3 - вид спереди устройства 1 для изготовления нановолокна в соответствии с данным вариантом осуществления. Фиг.4-6 представляют собой пояснительные схемы, показывающие структуру головной части 7.

[0032]

Головная часть 7 данного варианта осуществления, как показано на Фиг.3, соединяется с трубкой 81, в которую газ высокого давления подается снаружи нагревающего цилиндра 3 через блок 8 газового трубопровода. Газ высокого давления из трубки 81 вводится внутрь головной части 7 и выпускается из отверстия выпуска газа (форсунки, см. Фиг.3), предусмотренного в центральной области. Множество блоков 73 выпуска смолы предусматривается равномерно вокруг отверстий 71 выпуска газа. В соответствии с данным вариантом осуществления блок 73 выпуска смолы содержит иглу 73a выпуска смолы и блок 73b штуцера иглы выпуска смолы, имеющий структуру для крепления иглы 73a выпуска смолы к головной части 7.

[0033]

Головная часть 7, показанная на Фиг.3, содержит закрывающий блок 77 нагревающего цилиндра для закрытия концевой части нагревающего цилиндра 3, а также удерживающее кольцо 78 блока выпуска смолы в качестве средства для удержания блока 73 выпуска смолы. Удерживающее кольцо 78 блока выпуска смолы крепится к закрывающему блоку 77 нагревающего цилиндра без крепежных средств, таких как болт (не обозначено).

[0034]

В соответствии с этим удерживающим кольцом 78 блока выпуска смолы, если множество блоков 73 выпуска смолы предусматривается вокруг отверстия 71 выпуска газа (форсунки), достигается значительное увеличение производительности нановолокна, имеющего однородный диаметр и длину волокна, за счет расположения множества блоков 73 выпуска смолы с равными интервалами, равными расстояниями («расстояниями а» от отверстия выпуска газа), или равными углами (углами выпуска θ).

[0035]

Далее со ссылкой на Фиг.11 будет дано описание позиционного соотношения отверстия 71 выпуска газа (форсунки) и блоков 73 выпуска смолы, предусмотренных вокруг него. Поток 90 газа выпускается из отверстия 71 выпуска газа, предусмотренного в центральной области головной части 7. Предлагается множество блоков 73 выпуска смолы, расположенных вокруг потока 90 газа, и смола выпускается из отверстий выпуска смолы игл 73a выпуска смолы с углом θ выпуска к потоку 90 газа. Отверстия выпуска смолы игл 73a выпуска смолы располагаются в направлении вперед (на выходной стороне вместе с потоком 90 газа из отверстий 71 выпуска) на «расстоянии а» от отверстия 71 выпуска. Каждое отверстие для выпуска смолы множества игл 73a выпуска смолы предназначено для выпуска смолы вперед на «расстоянии b» от отверстий 71 выпуска (на выходной стороне вместе с потоком 90 газа из отверстий 71 выпуска) так, чтобы потоки смолы пересекались.

[0036]

Что касается условий расположения множества блоков 73 выпуска смолы, они также могут обеспечить формирование нановолокна, имеющего неоднородный диаметр или длину волокна, за счет изменения количества блоков 73 выпуска смолы, интервала расположения, расстояния расположения («расстояния а» от отверстия выпуска газа), и угла расположения θ. В соответствии с использованием изготовленного нановолокна условия расположения блока 73 выпуска смолы, такие как интервал расположения и т.п., могут быть подходящим образом выбраны и изменены.

[0037]

Фиг.4 представляет собой поперечное сечение головной части 7, показанной на Фиг.3, по линии A-A. Фиг.5 (a), (b) и (c) показывает поперечные сечения основной детали головной части 7, показанной на Фиг.4, по линиям B-B, C-C и D-D, соответственно. Фиг.6 представляет собой пояснительную схему, показывающую проход А потока газа высокого давления и проход B потока расплавленной смолы. Как показано на Фиг.4-6, шесть проходов 75 потока смолы (стрелка B на чертежах) обеспечиваются с равным интервалом, соответствующим блоку 73 выпуска смолы в головной части 7. Блок 73 выпуска смолы соединяется с нагревающим цилиндром 3 через проход 75 потока смолы. Расплавленная смола, сжимаемая вращением шнека 5, течет в проход 75 потока смолы, показанный на поперечном сечении по линии D-D Фиг.5(c), и через проход 75 потока смолы, показанный на поперечном сечении по линии C-C, расплавленная смола течет в блок 73b штуцера иглы выпуска смолы, показанный на поперечном сечении по линии B-B, и выпускается из иглы 73a выпуска смолы. В этом случае, как показано на Фиг.4, проход 72 потока газа (стрелка А на чертежах) предусматривается в центре головной части 7 так, чтобы не пересекаться с проходом 75 потока смолы (стрелка B на чертежах). Дополнительно к этому, как показано на поперечном сечении по линии C-C Фиг.5(b), проход 72 потока газа снабжается изменением направления от внешней стороны к внутренней стороне головной части 7 через любой смежный проход 75 потока смолы. Блок 8 газового трубопровода соединяется с проходом 72 потока газа через трубку 81. Высокотемпературный газ высокого давления подается из блока 8 газового трубопровода через проход 72 потока газа и выпускается из отверстия 71 выпуска газа (форсунки). Проход 75 потока смолы и проход 72 потока газа предусматриваются в головной части 7 так, чтобы они не мешали друг другу. Ссылочная цифра 79 на Фиг.5(b) означает часть 79 шнека для размещения трубки (прохода для потока газа) 81 на закрывающем блоке 77 нагревающего цилиндра.

[0038]

Для того, чтобы приспособить условия расположения блока 73 выпуска смолы к проходу 72 потока газа, предусмотрен удерживающий регулирующий блок 74 для блока 73 выпуска смолы. Диаметр отверстия для выпуска смолы иглы 73a выпуска смолы в блоке 73 выпуска смолы является очень малым, и игла 73a выпуска смолы является восприимчивой к воздействию напряжений, таких как колебания устройства и давление смолы, и поэтому условия расположения ранее упомянутого блока 73 выпуска смолы могут быть изменены, и он может отсоединиться от головной части 7. Становится необходимым избежать напряжений на игле 73a выпуска смолы, если угол иглы 73a выпуска смолы регулируется и изменяется, и сделать структуру такой, чтобы игла 73a выпуска смолы не отсоединялась от головной части 7.

[0039]

Фиг.7(a) представляет собой пояснительную схему, показывающую поддерживающую структуру удерживающего регулирующего блока 74 для крепления блока 73 выпуска смолы к удерживающему кольцу 78 блока выпуска смолы с регулируемым углом. Блок 73 выпуска смолы содержит иглу 73a выпуска смолы и блок 73b штуцера иглы выпуска смолы, и блок 73b штуцера иглы выпуска смолы крепится на удерживающем кольце 78 блока выпуска смолы головной части 7 с помощью резьбового соединения (не показано), зацепления и использования средств фиксации, таких как штифт и т.п. Игла 73a выпуска смолы снабжается удерживающим регулирующим блоком 74. Этот удерживающий регулирующий блок 74 содержит блок 74a захвата иглы выпуска для захвата иглы 73a выпуска смолы от периферии и блок 74b регулировки, имеющий регулирующую ножку 74c, которая является втягивающейся и проходит снаружи внутрь головной части 7. С помощью блока 74b регулировки регулирующая ножка 74c выдвигается и втягивается, и блок 74a захвата иглы выпуска смолы перемещается в диаметральном направлении головной части 7. Тем самым игла 73a выпуска смолы может быть зафиксирована в желаемом положении и под желаемым углом. Путем использования такого удерживающего регулирующего блока 74 отверстия выпуска смолы блок 73 выпуска смолы регулируется так, чтобы выпускаемая расплавленная смола выпускалась под желаемым углом выпуска в поток газа, выпускаемого из отверстия 71 выпуска газа, и чтобы он был надежно закреплен под этим углом.

[0040]

Эта структура является полезной в качестве блока регулировки угла выпуска расплавленной смолы в поток выпускаемого газа, и игла 73a выпуска смолы имеет форму очень тонкой трубки. Когда устройство 1 для изготовления нановолокна работает, может возникать сильная вибрация этой трубки на ее вершине за счет работы двигателя 6 и шнека 5, и удерживающий регулирующий блок 74 может эффективно подавлять эту вибрацию. На Фиг.2, показывающей данный вариант осуществления, показаны шесть блоков 73 выпуска смолы и шесть удерживающих регулирующих блоков 74, но настоящее изобретение не ограничивается этим, и их количество может быть подходящим образом выбрано в соответствии с используемой смолой, объемом производства и свойствами продуктов.

[0041]

Фиг.7 (b) показывают другой пример функции регулирования угла блока 73 выпуска смолы. В этом варианте осуществления удерживающий регулирующий блок 74 содержит блок 74d захвата иглы выпуска смолы для захвата иглы 73a выпуска смолы с периферии, а также блок регулировки (не показан), имеющий регулирующую ножку 74e, которая является втягивающейся и проходит снаружи внутрь головной части 7. С помощью этого блока регулировки регулирующая ножка 74е выдвигается и втягивается, и блок 74d захвата иглы выпуска смолы перемещается в диаметральном направлении головной части 7. Тем самым игла 73a выпуска смолы может быть зафиксирована в желаемом положении и под желаемым углом. Блок 73c штуцера иглы выпуска смолы делается сферическим и цилиндрическим, поверхность 76 скольжения, на которой блок 73c штуцера иглы выпуска смолы может вращаться или поворачиваться, предусматривается на удерживающем кольце 78 блока выпуска смолы головной части 7, и обеспечивается блок 73c штуцера иглы выпуска смолы. Тем самым угол иглы 73a выпуска смолы может легко регулироваться, и становится возможным регулировать угол блока 73 выпуска смолы, не заботясь о выпадении иглы 73a выпуска смолы.

[0042]

Что касается отверстия 71 выпуска газа и блока 73 выпуска смолы, как показано на чертежах, отверстие 71 выпуска газа предусматривается в выходной стороне из блока 73 выпуска смолы. В соответствии с этой структурой расплавленная смола постепенно удлиняется вместе с распределением потока газа, выпущенного из отверстия 71 выпуска газа, и получается волокно, находящееся в нанодиапазоне. За счет использования блока нагрева, не показанного на чертежах, газ выпускается из блока 8 газового трубопровода в виде горячего воздуха. Соответственно, смола, выпускаемая из блока 73 выпуска смолы, образует нановолокно большей длины и меньшего диаметра по сравнению с тем случаем, когда выпускается газ нормальной температуры.

[0043]

Далее будет дано описание последовательности операций устройства 1 для изготовления нановолокна, имеющего вышеописанную структуру. Сырье (смола), поступающее в бункер 2, плавится в нагревающем цилиндре 3 за счет нагрева нагревателем 4 и направляется к передней части нагревающего цилиндра 3 шнеком, вращаемым двигателем 6. Расплавленная смола, поступающая в конец нагревающего цилиндра 3, выпускается из выпускных отверстий для сырья шести игл 73 выпуска смолы через шесть проходов 75 для потока смолы, предусмотренных внутри головной части 7. Выпускаемая расплавленная смола переносится вместе с потоком воздуха, образуемым газом высокой температуры и высокого давления, поступающим из блока 8 газового трубопровода и выпускаемым из отверстия 71 выпуска газа. Нановолокно формируется путем удлинения расплавленной смолы за счет разности в скорости между быстрым воздушным потоком высокотемпературного газа, и медленным потоком воздуха вокруг него.

Вариант осуществления 2

[0044]

В соответствии с вариантом осуществления 1 настоящего изобретения было дано подробное описание устройства для изготовления нановолокна, в котором гранулированная синтетическая смола в виде мелких частиц плавится и используется в качестве сырья. Как было упомянуто ранее, жидкое сырье нановолокна не ограничивается этим, и может использоваться растворенное сырье, которое готовится путем предварительного растворения твердого или жидкого сырья в предопределенном растворителе для того, чтобы получить предопределенную концентрацию. Это также называется жидким сырьем. Фиг.8-10 показывают устройство для изготовления нановолокна для формирования нановолокна из растворенного сырья. Для структур, аналогичных структурам в варианте осуществления 1, используются те же самые ссылочные цифры.

[0045]

В соответствии с Вариантом осуществления 2 настоящего изобретения используется блок 5A хранения растворителя, имеющий функцию экструдирования растворенного сырья с предопределенным давлением, вместо использования бункера 2, шнека 5 и двигателя 6 варианта осуществления 1. Сила тяжести, вызванная разностью высот, может использоваться в качестве предопределенного давления. Головная часть 7A соединяется со шлангом 3A подачи растворителя и блоком 8 газового трубопровода. Блок для выпуска газа (не проиллюстрирован) может быть предусмотрен в блоке 8 газового трубопровода, или газ может вводиться из блока подачи газа высокого давления (не показан) в блок 8 газового трубопровода. Как показано на Фиг.9, головная часть 7A снабжается проходом 72A для потока газа и отверстием 71А выпуска газа в качестве прохода для потока газа, подаваемого из блока 8 газового трубопровода. Аналогичным образом головная часть 7A снабжается проходом 75A для потока смолы в качестве прохода для потока растворенного сырья, и проход 75A для потока смолы соединяется с блоком 73 выпуска смолы. Аналогично варианту осуществления 1, блок 73 выпуска смолы содержит иглы 73a выпуска смолы в качестве выпускных отверстий для растворенного сырья и блок штуцера иглы выпуска смолы, не показанный на Фиг.8-10. Головная часть 7A снабжается удерживающим кольцом 78А блока выпуска смолы. За счет обеспечения удерживающего регулирующего блока 74, содержащего блок 74a захвата иглы выпуска и блока 74b регулировки, имеющего регулирующую ножку 74c, которая является втягивающейся и проходит снаружи внутрь головной части 7, угол выпуска иглы 73a выпуска смолы может регулироваться с помощью удерживающего регулирующего блока 74 аналогично варианту осуществления 1.

[0046]

Устройство для изготовления нановолокна в соответствии с вариантом осуществления 2, показанное на Фиг.10, снабжается двумя блоками 73 выпуска смолы. Количество блоков 73 выпуска смолы не ограничивается двумя, и три или более блоков 73 выпуска смолы могут быть равномерно расположены вокруг отверстий 71A выпуска газа. В этом случае блоки 73 выпуска смолы предпочтительно располагаются равномерно. Вариант осуществления, изображенный на чертежах, показывает горизонтальный тип выпуска, однако специалист в данной области техники может легко рассмотреть вариации для вертикального выпуска (сверху вниз или снизу вверх) в вертикальном направлении из отверстия 71А выпуска газа к проходу 72A выпуска газа.

[0047]

По сравнению со структурой варианта осуществления 1, в соответствии с настоящим вариантом осуществления используется растворенное сырье, которое растворяется в растворителе, и устройство для изготовления нановолокна может быть сконструировано без использования сложных компонентов, таких как нагревающий цилиндр, двигатель, шнек и т.д. За счет этого устройство приобретает малый размер и позволяет экономить место. Дополнительно к этому, поскольку устройство становится малым по размеру, может быть получено портативное устройство для изготовления нановолокна. В таком портативном устройстве нановолокно может формироваться путем распыления нановолокна на область, к которой нановолокно должно быть присоединено, и использование волокна может быть расширено.

[0048]

Хотя подробное описание было дано для конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления, и различные модификации могут быть сделаны внутри области охвата настоящего изобретения. Например, в вышеописанном варианте осуществления описано горизонтальное устройство для изготовления нановолокна, в котором отверстия для выпуска расплавленной смолы и отверстие для выпуска газа расположены в горизонтальном направлении, однако настоящее изобретение не ограничивается этим, и нет никаких проблем в том, чтобы организовать вертикальное устройство и способ изготовления нановолокно в направлении сверху вниз. При использовании вертикального устройства и способа влияние силы тяжести может быть эффективно предотвращено. Блок экструдирования показан как шнек 5, однако, как и в способе литья под давлением, нет никаких проблем, если растворитель подается надлежащим образом, и периодическая экструзия выполняется путем использования поршня, хотя должны предприниматься контрмеры против прерывания изготавливаемого нановолокна. Кроме того, отверстие 71 выпуска газа может иметь форму форсунки за счет придания ему конической формы для того, чтобы увеличить давление. Для структуры регулирования угла иглы 73a выпуска смолы показаны и описаны два примера, однако может быть применена структура регулирования угла блока выпуска смолы типа сильфона и т.д.

Группа изобретений относится к устройству и способу изготовления нановолокна методом выдувания расплава повышенной производительности. Сырье в форме таблеток (смола), поступающее в бункер 2, подается и плавится в нагревающем цилиндре 3, нагреваемом нагревателем 4, и отправляется в переднюю часть нагревающего цилиндра 3 шнеком 5, вращаемым двигателем 6. Нагревающий цилиндр 3 снабжается головной частью 7, и газ высокого давления выпускается из отверстия 71 выпуска газа, предусмотренного в центре головной части 7. Расплавленная смола, отправленная в конец нагревающего цилиндра 3, выпускается из отверстия 73 для выпуска смолы, имеющего шесть сверхтонких трубок, предусмотренных на выходной стороне отверстия 73 для выпуска смолы через внутренность головной части 7. Расплавленная смола, выпускаемая из отверстия 73 для выпуска смолы, удлиняется и может сформировать волокно, имеющее диаметр, находящийся в нанодиапазоне. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство (1) для изготовления нановолокна, содержащее:

блок (71) выпуска газа высокого давления, предназначенный для выпуска потока (90) газа высокого давления; и

множество блоков (73) выпуска жидкого сырья, предназначенных для выпуска жидкого сырья в поток (90) газа высокого давления, выпускаемый из упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления, при этом

упомянутые блоки (73) выпуска жидкого сырья предусматриваются вокруг центра потока (90) газа высокого давления, выпускаемого из упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления,

отличающееся тем, что

содержит блок (74) регулирования угла, способный регулировать установочный угол упомянутого блока (73) выпуска жидкого сырья в поток (90) газа высокого давления, выпускаемый из упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления.

2. Устройство (1) для изготовления нановолокна по п. 1, в котором упомянутые блоки (73) выпуска жидкого сырья снабжены блоком (5) экструдирования, предназначенным для плавления и экструдирования сырья, и в котором упомянутые блоки (73) выпуска жидкого сырья выпускают сырье, расплавленное и экструдированное упомянутым блоком (5) экструдирования в качестве жидкого сырья.

3. Устройство (1) для изготовления нановолокна по п. 1, в котором упомянутые блоки (73) выпуска жидкого сырья снабжены блоком (5А) для подачи растворенного сырья и в котором упомянутые блоки (73) выпуска жидкого сырья выпускают растворенное сырье в качестве жидкого сырья.

4. Устройство (1) для изготовления нановолокна по любому из пп. 1-3, в котором упомянутый блок (71) выпуска газа высокого давления снабжен блоком подачи газа для подачи газа с высоким давлением и высокой температурой, и упомянутый блок (71) выпуска газа высокого давления выпускает упомянутый газ высокого давления и высокой температуры в качестве потока (90) газа высокого давления.

5. Устройство (1) для изготовления нановолокна по любому из пп.1-4, в котором по меньшей мере два или более упомянутых блока (73) выпуска жидкого сырья располагаются симметрично у упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления.

6. Устройство (1) для изготовления нановолокна по любому из пп. 1-5, в котором упомянутые блоки (73) выпуска жидкого сырья располагаются с равными интервалами вокруг потока (90) газа высокого давления, выпускаемого из упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления.

7. Устройство (1) для изготовления нановолокна по любому из пп. 1-6, в котором (90) поток газа высокого давления, выпускаемый из упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления, выпускается в вертикальном направлении относительно установочной поверхности устройства (1).

8. Способ изготовления нановолокна с использованием устройства (1) для изготовления нановолокна по любому из пп. 1-7, при котором:

из упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления выпускают поток (90) газа высокого давления;

выпускают жидкое сырье из блоков(73) выпуска жидкого сырья в поток (90) газа высокого давления, выпускаемого из упомянутого блока (71) выпуска газа высокого давления, и

с использованием блока (74) регулирования угла регулируют угол (θ) выпуска жидкого сырья, выпускаемого из упомянутых блоков (73) выпуска жидкого сырья в упомянутый поток (90) газа высокого давления, когда упомянутые блоки (73) выпуска жидкого сырья выпускают жидкое сырье в находящийся в центре поток (90) газа высокого давления.

9. Способ изготовления нановолокна с использованием устройства (1) для изготовления нановолокна, содержащего нагревающий цилиндр (3), в который подается сырье, блок (4) нагрева для нагревания нагревающего цилиндра (3), и блок (5) экструдирования для экструдирования сырья, находящегося в упомянутом нагревающем цилиндре (3), при этом

концевую часть упомянутого нагревающего цилиндра (3) снабжают отверстием (71) для выпуска газа высокого давления,

в упомянутом нагревающем цилиндре (3) вокруг упомянутого отверстия (71) для выпуска газа обеспечивают множество блоков (73) выпуска сырья для выпуска сырья в расплавленном состоянии, и

волокно, имеющее диаметр, находящийся в нанодиапазоне, получают путем нагрева упомянутого нагревающего цилиндра (3) упомянутым блоком (4) нагрева, плавления сырья, подаваемого в упомянутый нагревающий цилиндр (3) или поддержания его в расплавленном состоянии, экструдирования сырья из упомянутого блока (5) экструдирования и выпуска из упомянутого блока (73) выпуска сырья, путем формирования воздушного потока газом, выпускаемым из упомянутого отверстия (71) для выпуска газа, путем регулирования угла выпуска сырья с использованием (74) блока регулирования угла, и путем переноса и удлинения упомянутого выпущенного сырья воздушным потоком выпущенного газа из периферии.