Аппаратурное оформление процесса электроформования

Метод ЭФВ полимеров является наиболее производительным способом получения нановолокон. Вместе с тем этому методу присущ ряд недостатков:

• 1) переменное значение диаметра по длине;
• 2) дефекты волокон различного типа: точки расщепления или склеивания волокон, нарушения цилиндричности волокон, образование перетяжек или утолщений и др.;
• 3) хаотичная укладка волокон;
• 4) относительно небольшое число капилляров-форсунок, одновременно используемых на одной установке.

Первый и второй недостатки могут быть отчасти устранены за счет правильного приготовления формовочного раствора и подбора режимов процесса ЭФВ. При правильном выборе растворителя, концентрации полимера в растворе, скорости подачи раствора, напряжения и расстояния между капилляром и осадительным электродом, температуры и давления пара растворителя в зоне формования можно снизить перечисленные дефекты до минимального значения.

Третий и четвертый недостатки могут быть отчасти устранены аппаратурными средствами. Принципиальная схема процесса ЭФВ, приведенная на рис. 6.8, одинакова для любого процесса и любой установки ЭФВ. Тем не менее конкретная техническая реализация этой схемы определяет вид и, в большой мере, качество получаемых изделий. В настоящее время интенсивно разрабатываются различные схемы процесса ЭФВ, позволяющие получать высоко ориентированные нановолокна ограниченной длины, или длинномерные жгуты, состоящие из нановолокон, непрерывные ленты, состоящие из нановолокон с преимущественной ориентацией и т.д.

Простота аппаратурного оформления и гибкость технологического процесса привлекают к методу ЭФВ пристальное внимание во всем мире. Широкий ассортимент выпускаемых изделий и растущая потребность в них приводят к постоянному совершенствованию метода. В России и за рубежом существуют различные виды промышленных установок для ЭФВ, однако доступ к большей части информации ограничен. Рассмотрим несколько примеров отечественного и зарубежного аппаратурного оформления процесса ЭФВ, находящихся в свободном доступе.

По способу подачи раствора в электрическое поле высокого напряжения в настоящее время можно выделить три разновидности промышленной технологии получения волокнистых материалов методом ЭФВ:

• 1) электрокапиллярный метод: полимерный раствор под действием собственного веса или при избыточном давлении газа, жидкости или поршня вытекает через капилляр с заданным объемным расходом и под действием электростатического поля раствора растягивается с образованием непрерывной струи, в результате чего на осадительный электрод попадает уже отвержденное волокно;
• 2) электроаэродинамический метод: это тот же капиллярный метод, но к электростатическому полю для растяжения жидкой струи прикладывается дополнительная сила от потока сжатого воздуха;
• 3) бескапеллярное формование (электроформование с поверхности электрода): процесс ЭФВ ведется с поверхности электрода, находящегося в формовочном растворе, или на вращающийся диск подается раствор полимера, который при срыве с краев диска в электростатическом поле образует струи раствора, переходящие в полимерные волокна.

Все три разновидности процесса применяются как у нас, так и за рубежом.