BRPI0819629B1 - aparelho para a produção de fibras finas em um meio de coleta - Google Patents

Abstract

“APARELHO PARA A PRODUÇÃO DE FIBRAS FINAS EM UM MEIO DE COLETA” Equipamento para geração de fibra fina eletrostática, tal como para formar nanofibras a partir de solução de polímero, é provido. O equipamento para geração de fibra fina inclui um filamento que pode assumir a forma de uma corrente boleada. A corrente boleada pode ser uma corrente contínua arrastada nas duas rodas-guia e conduzida sobre uma via contínua perpendicularmente em relação ao meio de coleta.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, genericamente, a fiação eletrostática de fibras finas a partir de uma solução polimérica em um campo eletrostático criado por um diferencial de tensão entre um eletrodo de fiação e um eletrodo de coleta e, mais particularmente, se refere a uma nova disposição de equipamento de eletrodo de fiação e/ou métodos de eletrofiação. Outros aspectos da invenção também podem referir-se a sistemas e métodos para produção de meio filtrante, ou seja, aplicação de fibras finas a meio filtrante de modo a criar uma camada de alta eficiência sobre o meio filtrante para filtrar contaminantes para fora de uma corrente de fluido.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[002] É conhecida a produção de fibras finas a partir de solução polimérica através de fiação eletrostática (também conhecida como "eletrofiação") por meio de um campo elétrico criado por um diferencial de tensão entre um eletrodo de coleta e um eletrodo de fiação. Por exemplo, como mostrado na Patente U.S. No. 6,743,273, uma solução polimérica é bombeada para um eletrodo de fiação na forma de um emissor rotativo, em que a solução bombeada é bombeada a partir de um reservatório e forçada através de furos no emissor. Logo após sair, o potencial eletrostático entre uma grade e o emissor confere uma carga que faz o líquido ser "fiado" como fibras finas minúsculas, onde elas são coletadas em um substrato como uma camada de eficiência. Durante este processo, o solvente é evaporado para fora das fibras finas, o que reduz o diâmetro de fibra durante seu voo.

[003] Outro exemplo de um dispositivo de fiação eletrostática é mostrado na Publicação de Patente Nos. US2006/0290031 e WO2006/131081. Os desenhos de eletrodo de fiação divulgados nestes pedidos são na forma de um corpo tipo tambor rotativo que pode assumir muitas diferentes formas. O tambor fica situado e banhado dentro de um reservatório de solução polimérica e é rotacionado sobre um eixo perpendicular em relação à via de um meio de coleta. Girando o tambor pela solução polimérica, a superfície de fiação do eletrodo carregado é revestida com a solução polimérica. Diversas variações de corpo tipo tambor são mostradas ao longo destas duas publicações de patente para incluir provimento de múltiplas extremidades pontiagudas para criar locais de fiação descontínuos onde são geradas fibras finas.

[004] A presente invenção provê aperfeiçoamentos sobre o estado da arte existente, na medida em que ela refere-se a produção de fibra fina eletrostática e desenho de eletrodo de fiação e/ou em relação à produção de meio de filtração de fibra fina.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] A presente invenção possui diversos aspectos que podem ser reivindicados e considerados como patenteáveis individualmente ou em combinação, incluindo, por exemplo, o seguinte.

[006] Um primeiro aspecto da presente invenção é dirigido para um aparelho para produção de fibras finas em um meio de coleta adequado. O aparelho inclui dois eletrodos que são distanciados, em que o eletrodo de fiação inclui um filamento que é arrastada em pelo menos duas guias. O aparelho tem uma região de entrada e uma região de saída que são distanciadas ao longo de uma primeira via, de tal modo que o meio de coleta é adaptado para ser conduzido ao longo da primeira via da região de entrada para a região de saída em relação espaçada a partir do eletrodo de fiação. Uma unidade de comando é adaptada para conduzir o filamento ao longo das pelo menos duas guias, para movimento ao longo de uma segunda via que é transversa à primeira via (por exemplo, transversalmente e pode ser perpendicular de acordo com certas formas de realização). Uma fonte de tensão é disposta para gerar um diferencial de tensão entre os primeiro e segundo eletrodos, a fim de gerar um campo eletrostático para a fiação de fibras finas.

[007] O filamento pode assumir a forma de uma corrente, banda, faixa ou outra estrutura de filamento. De acordo com uma modalidade preferida, a filamento pode assumir a forma de um filamento contínuo que é conduzida sobre uma via contínua. A segunda via mencionada acima é uma parte desta via contínua. A via contínua inclui ainda uma via de retorno em relação espaçada com a filamento contínuo que está mais afastada do eletrodo de coleta ao longo da via de retorno, se comparado com a segunda via, onde ocorre eletrofiação de fibras finas. Adicionalmente, de acordo com certas formas de realização, uma bacia de mergulho é provida e é adaptada para conter uma solução de polímero adequada. O filamento contínuo ao longo da via de retorno corre através da bacia de mergulho para mergulhar na solução de polímero e, dessa maneira, reveste a filamento contínuo com a solução de polímero.

[008] Outro aspecto da presente invenção é dirigido para um sistema de produção de meio filtrante. O sistema inclui a rolo de material substrato que provê uma folha de material substrato ao longo de uma primeira via através de uma região de entrada para uma região de saída da máquina de geração de fibra fina. A folha tem bordas laterais opostas geralmente paralelas à primeira via. A máquina de geração de fibra fina inclui pelo menos um filamento e uma unidade de comando conduzindo a filamento ao longo de uma segunda via de uma primeira guia para uma segunda guia que é transversa em relação à primeira via. A filamento é molhado com uma solução de polímero e sujeita a um diferencial de tensão, a fim de prover um campo eletrostático e gerar fibras finas que são subsequentemente depositadas no material substrato.

[009] De acordo com certas formas de realização, este tipo de aspecto também pode envolver um filamento contínuo que é conduzida ao longo de uma via contínua, e também pode referir-se a mergulhar uma porção do filamento contínuo em qualquer dado momento dentro de uma bacia de solução de polímero para reabastecer o revestimento de solução de polímero sobre o filamento contínuo.

[010] Outro aspecto inventivo inclui um aparelho para a produção de fibras finas em um meio de coleta, em que pelo menos um eletrodo de fiação tem um segmento linear mantido a um espaçamento constante em relação a um eletrodo de coleta planar. De acordo com este aspecto, um eletrodo de coleta tem uma superfície de suporte planar para suportar o meio de coleta, pelo menos um eletrodo de fiação tem um segmento linear adjacente à superfície de suporte planar, e uma unidade de comando conduz o eletrodo de fiação, enquanto mantém um espaçamento constante entre o segmento linear e a superfície de suporte planar quando conduzido pela unidade de comando. Uma fonte de tensão é disposta para gerar um diferencial de tensão entre os primeiro e segundo eletrodos para gerar a fiação das fibras finas.

[011] De acordo com certas formas de realização, o aparelho pode incluir uma região de entrada e uma região de saída espaçada ao longo de uma primeira via, em que o meio de coleta é adaptado para ser acionado ao longo da primeira via da região de entrada para a região de saída em relação espaçada a partir do eletrodo de fiação. O eletrodo de fiação é conduzido sobre uma via contínua com uma bacia de mergulho provida para conter uma solução de polímero. A qualquer momento, parte do eletrodo de fiação é deslocada através da bacia de mergulho para mergulhar na solução de polímero e, dessa maneira, revestir o eletrodo de fiação com a solução de polímero, e parte do eletrodo de fiação ficando exposta para geração de fibra fina.

[012] Mais outro aspecto inventivo refere-se a um método de gerar fibras finas enquanto mantém um espaçamento constante. Um método de acordo com este aspecto inventivo inclui eletrofiar fibras finas a partir de um eletrodo em uma pluralidade de locais de fiação dispostos em um agrupamento linear a partir de um revestimento de solução de polímero sobre o eletrodo; facilitar relativo movimento entre o meio de coleta e os locais de fiação, com os locais de fiação em relação espaçada com o meio de coleta; depositar as fibras finas no meio de coleta; manter um espaçamento constante entre os locais de fiação e o meio de coleta; e periodicamente regenerar cada um dos locais de fiação com revestimento de solução de polímero.

[013] Mais outro aspecto inventivo refere-se a um método de gerar fibras finas que inclui dispor um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo em relação espaçada, em que o segundo eletrodo inclui pelo menos um filamento; gerar um diferencial de tensão entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo; umidificar o filamento com uma solução de polímero; deslocar o meio de coleta em relação espaçada com o segundo eletrodo ao longo de uma primeira via; fiar fibras finas de material de po- límero no meio de coleta ao longo de uma pluralidade de locais de fiação, ao longo da pelo menos um filamento devido ao diferencial de tensão; e correr o filamento ao longo de uma segunda via transversa à primeira via.

[014] De acordo com certas formas de realização, os métodos acima podem incluir arrastar um filamento contínuo em pelo menos duas guias, que podem assumir a forma de rodas-guia; deslocar o filamento contínuo ao longo de uma via contínua em torno de pelo menos duas guias; gerar fibras finas de uma primeira porção da filamento contínuo que fica exposta e voltada para o meio de coleta; e mergulhar uma segunda porção da filamento na solução de polímero e, dessa maneira, periodicamente regenerar locais de fiação. Ainda mais, as fibras finas podem ser geradas tipicamente a partir de uma pluralidade de segmentos descontínuos que são separados por folgas através do filamento de eletrodo. Os locais de fiação podem migrar através do meio transversalmente em relação à primeira via, ao longo da qual o meio desloca-se à medida que a filamento contínuo é deslocada ao longo da segunda via transversa.

[015] Outros aspectos, objetivos e vantagens da invenção se tornarão mais aparentes a partir da seguinte descrição detalhada, quando tomada em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[016] Os desenhos anexos incorporados in e formando uma parte do relatório ilustram diversos aspectos da presente invenção e, junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos:

[017] A fig. 1 é uma vista elevacional lateral parcialmente esquemática de uma máquina de geração de fibra fina que pode ser usada para produção de meio filtrante de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[018] A fig. 2 é uma vista plana parcialmente esquemática da máquina mostrada na fig. 1.

[019] A fig. 3 mostra uma vista isométrica de uma pluralidade de bacias de solução polimérica e eletrodos de eletrofiação e mecanismo de comando apropriado para conduzir a mesma de acordo com uma forma de realização da presente invenção, e que pode ser incorporada e usada na ilustração esquemática mostrada na fig. 1.

[020] A fig. 4 é uma vista aumentada de uma porção do aparelho mostrado na fig. 3.

[021] A fig. 5 é uma vista isométrica aumentada e diferente de uma porção do aparelho mostrado na fig. 3, para melhor ilustrar um exemplo de uma unidade de comando.

[022] A fig. 6 é uma vista lateral aumentada de uma das unidades individuais do aparelho mostrado na fig. 3.

[023] A fig. 7 é uma vista secional cruzada de uma das células de eletrofiação ou unidades mostradas na fig. 3.

[024] A fig. 8 é uma ilustração demonstrativa em primeiro plano de uma porção do eletrodo tipo corrente contínuo usado nas figuras acima mencionadas, para uso com o intuito de explicar como pelo menos dois locais de fiação são tipicamente formados de um revestimento de solução polimérica em cada um dos segmentos de corrente individuais durante operação.

[025] A fig. 9 é uma ilustração em perspectiva de um aparelho de eletrofiação de correia em serpentina de acordo com uma forma de realização alternativa da presente invenção.

[026] A fig. 10 é mais outra forma de realização alternativa da presente invenção envolvendo duas polias de roda-guia conduzindo uma correia contínua com um local de dispensa de agulha simples para umidificar a correia com solução de polímero durante operação.

[027] Embora a invenção venha a ser descrita com relação a certas formas de realização preferidas, não se pretende limitá-la a estas formas de realização. Pelo contrário, a intenção é abranger todas as alternativas, modificações e equivalentes, na medida em que dentro do espírito e escopo da invenção, conforme definida pelas reivindicações apensas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[028] Para fins de ilustração, uma forma de realização de acordo com a invenção é ilustrada em forma esquemática parcial como uma máquina de produção de fibra fina 10 como parte de um sistema de produção de meio filtrante 12 das figs. 1 e 2. O sistema de produção inclui um rolo mestre substituível 14 de substrato de meio de coleta de fibra fina mostrado na forma de um rolo de substrato de meio filtrante 14 que é disposto em uma máquina de desbobinar 16. A folha de substrato contínua 18 é alimentada do rolo de substrato de meio filtrante 14 através da máquina de produção de fibra fina para coletar fibras finas, e é rebobinada por uma máquina de rebobinar 20 em um rolo de meio filtrante 22, tendo uma camada de substrato de meio filtrante 24 e uma camada de fibra fina de alta eficiência 26. Após o rolo de substrato mestre 14 ter-se esgotado, um novo rolo de substrato de meio fil-trante pode ser substituído no mesmo, se necessário.

[029] Como mostrado, a folha 18 de meio desloca-se ao longo de uma primeira direção 30 através da máquina de produção de fibra fina 10 geralmente de uma região de entrada 32 para uma região de saída 34. Os lados 36 da folha de meio filtrante geralmente deslocam-se paralelos a esta primeira direção 30 naturalmente.

[030] A máquina de produção de fibra fina inclui um campo eletrostático que é gerado entre primeiro e segundo eletrodos para incluir um ou mais eletrodos de fiação 40, pelo que fibras finas são geradas por um lado, e um eletrodo de coleta 42 ao qual as fibras finas são atraídas pela força provida pelo campo eletrostático. Como mostrado, a folha de meio 18 é tipicamente conduzida entre o eletrodo de fiação 40 e o eletrodo de coleta 42, de tal modo que as fibras finas não são usualmente depositadas no eletrodo de coleta 42, mas, ao contrário, depositadas sobre a folha de meio filtrante 18. O eletrodo de coleta 42 é preferencialmente uma placa perfurada condutiva de área de superfície substancial para maximizar locais para onde os filamentos são coletados. Muitos pequenos furos 46 são formados na placa perfurada para facilitar sucção a vácuo de solvente evaporado através de um sistema de cobertura de ventilação acionada por ventilador 48 que evacua solvente evaporado para um local externo, tal como para fora de uma instalação. Como mostrado esquematicamente, o eletrodo de coleta 42 alcança pelo menos a largura de meio e largura de um comprimento de eletrodos de fiação 40, coletivamente, como faz o sistema de cobertura de ventilação 48. A camada de substrato de meio filtrante desloca-se em contato e é suportada contra o eletrodo de coleta 42 sob pressão de sucção contra gravidade. Preferencialmente, esta disposição de suporte é horizontal e planar, como ilustrado.

[031] Para gerar o campo eletrostático, uma alimentação de alta tensão é provida e que é conectada a pelo menos um dos eletrodos 40, 42 para gerar um alto diferencial de tensão entre os eletrodos 40, 42 na ordem de entre 10,000 e 150,000 volts ou mais (e mais preferencialmente para a produção de fibras finas para meio filtrante entre 75,000 e 120,000 volts), embora outras faixas de tensão possam ser possíveis. Tipicamente, o eletrodo de coleta 42 simplesmente será aterrado, entretanto, a fonte de geração de tensão pode prover um potencial ao eletrodo de coleta diferente do aterramento, de tal modo que o eletrodo de fiação pode não estar necessariamente a este potencial de tensão alto em relação ao aterramento. Em um outro caso, uma fonte de tensão é disposta para gerar um diferencial de tensão entre os primeiro e segundo eletrodos suficiente para gerar a fiação das fibras finas a partir de solução polimérica através de um campo eletrostático.

[032] Em uma forma de realização, um aparelho inclui um eletrodo de fiação simples 40. Por exemplo, o eletrodo simples da fig. 7 pode ser usado para formar sua própria máquina. Como mostrado em outras figuras, múltiplos eletrodos de fiação 40 podem ser providos entre a região de entrada 32 e a região de saída. Um ou mais eletrodos de fiação podem ser montados como uma unidade em uma célula de produção de fibra fina individual 50. Por exemplo, múltiplas células de produção de fibra fina 50 podem ser dispostas entre regiões de entrada e saída, como mostrado nas figs. 1-3. Cada uma das células de produção de fibra fina 50 é acoplada à alimentação de alta tensão 44 por meio de um fio elétrico 52, e cada uma das célu las são sujeitas ao mesmo potencial de tensão elétrica e diferencial em relação ao eletrodo de coleta 42.

[033] Passando mais detalhadamente para uma célula de produção individual 50, com referência à fig. 7, cada célula 50 inclui uma bacia de mergulho 54 que pode assumir a forma de uma caixa de paredes plásticas como estrutura de vaso. Cada uma das paredes 56 da bacia de mergulho 54 é construída de material isolan- te, tal como plástico (mas um plástico ou outro material isolante que não seja considerado solúvel para os solventes planejados pode ser empregado), de modo a impedir descarga não intencional da tensão comunicada na bacia 54 proveniente da alimentação de alta tensão 46. A bacia de mergulho 54 contém uma solução polimérica 58, compreendendo um solvente adequado e um polímero adequado para eletrofiação de fibras finas.

[034] Montado em uma das paredes plásticas 56 encontra-se o terminal elétrico de metal 60 que se estende através de uma das paredes 56 e que é conectado por um fio elétrico 52 à alimentação de alta tensão 44. O terminal 60 está em comunicação com a solução polimérica 58 e, desse modo, carrega a solução para comunicação do potencial de tensão através do mesmo ao longo do eletro de fiação 40.

[035] Adicionalmente, para prover reabastecimento periódico da solução polimérica, um acoplamento de fluido, tal como acoplamento de conexão rápida 62, que convencionalmente inclui uma válvula de retenção de uma via é montada em e através de uma das paredes 56 para permitir reabastecimento periódico da solução polimérica através da adição de mais esta solução. Isto pode ser ligado a um sistema de reabastecimento de fluido que periodicamente reabastece a bacia com mais solução polimérica para incluir uma unidade de dosagem de fluido 64 e um reservatório 66. Válvulas de controle ou unidades de dosagem individuais (uma exclusiva para cada célula) podem ser providas para controlar individualmente a solução em cada célula.

[036] Como mostrado, o eletrodo de fiação 40 pode assumir a forma de um filamento e como mostrado na forma de realização, uma filamento contínuo na forma de uma corrente contínuo 70. A corrente contínua 70 é preferencialmente feita de metal ou outro material condutivo, de tal modo que ela seja prontamente condutiva e esteja em circuito elétrico com a alimentação de alta tensão 44 em virtude de comunicação elétrica provida por e através da solução polimérica 58. A corrente contínua 70 preferencialmente inclui uma pluralidade de segmentos descontínuos individuais 72, como mostrado na fig. 8. Cada um dos segmentos descontínuos é conectado e espaçado de outro segmento adjacente por uma folga 74 e segmento espaçador 76. Nesta configuração, os segmentos 72 são contas que formam uma corrente de contas, em que as contas individuais assumem a forma de bolas geralmente esféricas 78. Por exemplo, uma corrente em contas de metal de aço inoxidável pode prover o eletrodo de fiação.

[037] A corrente contínua 70 é montada ao longo de uma via contínua 80 em torno de duas guias que podem assumir a forma de rodas-guia móveis 82 que são espaçadas em extremidades opostas da bacia de mergulho 54. As rodas-guia 82 podem ser roldanas como estruturas conforme mostradas e pode ser de metal, plástico ou outro material adequado. As rodas-guia 82 são montadas para rotação em eixos isolantes 84, tal como eixos de material de plástico, de modo a isolar o potencial de tensão dentro da bacia de mergulho 54. Os eixos 84 são móveis em relação às paredes 56 da bacia de mergulho 54. A corrente contínua 70 é arrastada sobre rodas-guia 82 para incluir uma via de fiação linear 86 que é exposta para fora da solução polimérica 58. A via de fiação 86 está voltada e está mais próxima do eletrodo de coleta 42. A corrente contínua 70 também tem uma via de retorno linear 88 que corre através da bacia de mergulho 54 e a solução polimérica 58 para os fins de periodicamente regenerar os segmentos da corrente contínua, ou seja, mergulhando a corrente e deslocando-a através da solução polimérica. A qualquer tempo, uma porção da corrente está sendo regenerada com solução e uma porção é exposta para eletrofiação.

[038] Para conduzir a corrente contínua 70 ao longo da via contínua 80 sobre as rodas-guia 82, uma unidade de comando adequada é provida, que inclui um motor rotativo 90 tendo uma saída rotativa em um eixo de saída 92. A saída é então transferida através de engrenagens para um eixo de transmissão 94 que transmite através da corrente e mecanismo de articulação 96 para mecanismos de transmissão de isolamento elétrico 98. Estes mecanismos de transmissão 98 incluem alojamentos separados mas dispostos proximamente 100 (ver fig. 6) contendo magnetos permanentes 102 que são configurados em uma disposição descentrada (magnetos interpostos entre si), como mostrado de modo tal que quando rotação operada de um dos alojamentos 100 faz o outro alojamento 100 girar devido à relação intercalada dos magnetos permanentes 102 entre os dois alojamentos e a repulsão ou atração gerada desse modo. Um dos alojamentos de mecanismo de transmissão 100 é montado para pelo menos uma das rodas-guia 86 para cada célula de bacia de mergulho, de modo que a roda-guia também duplica como uma roda motriz para acionar a corrente contínua 70 sobre a via contínua 80. Claro que outras unidades de acio-namento apropriadas podem ser providas para acionar a corrente contínua 70 sobre a via contínua 80.

[039] Como pode ser visto das figs. 1,2 e 7, a porção de via de fiação linear 86 da corrente contínua 70 estende-se transversalmente em relação à primeira direção para movimentar-se ao longo de uma segunda direção 104 que é preferencialmente transversa (que é ou perpendicular ou de outro modo situando-se transversalmente, tal como diagonalmente ou obliquamente) em relação à primeira direção 30. Como resultado, na medida em que a folha de meio está se movendo ao longo da primeira direção 30 da região de entrada 32 para a região de saída 34, os seguimentos individuais 72 da corrente contínua 70 estão se movendo ao longo da segunda direção 104 através da folha de substrato entre lados opostos 36.

[040] Adicionalmente, como mais bem mostrado na fig. 7, poderá haver uma distância de espaçamento constante 106 dos segmentos 72 a partir do eletrodo de coleta 42 e/ou a folha de meio 18, na medida em que os segmentos individuais 72 se movem através de toda via de fiação linear 86 de uma extremidade a outra. Este tipo de distância de alvo constante pode incluir pequenas variações devido à depressão na corrente contínua que na afeta materialmente a produção de fibra fina. Como resultado, a distância de espaçamento alvo de fiação 106 pode ser ligeiramente controlada e não é sujeita a amplas variações como pode ser o caso em aplicações de tambor rotativo. Na medida em que existe depressão na corrente contínua ao longo da via de fiação linear 86 que é indesejável, suportes-guia intermediários (não mostrados) podem ser providos ao longo da via que pode também ser periodicamente regenerar revestimento polimérico sobre a corrente contínua. Este dispositivo de suporte intermediário adicional pode ser provido na eventualidade de que eletrofiação através de vãos muito mais longos sejam desejados. A regeneração in-termediária poderia ser realizada bombeando solução polimérica de uma agulha para a corrente e/ou através de uma roda de transferência que pega a solução e a transfere para a corrente contínua. De qualquer maneira, na medida em que existe alguma mínima depressão na corrente contínua ao longo da via de fiação, ainda é literalmente considerado incluir uma distância de espaçamento constante 106 dentro do significado e contexto da presente invenção e reivindicações apensas a mesma, e o movimento ao longo da via de fiação 86ainda será literalmente considerado como sendo linear dentro do contexto da presente invenção e reivindicações apensas a mesma.

[041] Como fica evidente a partir do exposto, a via de fiação linear 86 e direção de movimento da corrente contínua 70 é transversa em relação à direção de movimento 30 da folha de meio de coleta 18. Preferencialmente e como mostrado nesta disposição, é preferencialmente perpendicular, embora seja apreciado que outras disposições transversas, incluindo ângulos diferentes de 90° podem ser usados. Assim, no contexto deste documento, transversa inclui, mas não significa perpendicular, mas é mais abrangente no sentido e pretende incluir também um filamento para geração de eletrofiação que se move geralmente em transversal, em uma direção geralmente entre os lados opostos 36 da folha de meio de coleta 18

[042] De acordo com uma forma de realização de modo operacional, durante operação, a folha de coleta de meio filtrante 18 desloca-se ao longo da primeira direção continuamente, bem como a corrente contínua 70 movendo-se sobre a via contínua 80 continuamente. Entretanto, ficará apreciado que operação intermitente de um ou outro pode ser realizada, se desejado, para vários fins.

[043] Durante operação e como mostrado na fig. 7 e 8, a corrente contínua 70 ao longo da via de fiação linear 86 inclui locais de fiação múltiplos 106 que são alinhados linearmente em um agrupamento de pelo menos uma carreira e, como mostrado, duas carreiras. Os locais de fiação são espaçados por folgas 74, que no caso da presente forma de realização são folgas igualmente espaçadas 74, de tal modo que os locais de fiação 108 são igualmente espaçados ao longo da via de fiação linear 86. A razão é que configuração das bolas esféricas 78 gera tipicamente dois locais de fiação 108 para a formação de fibras finas 110. Como mostrado, os locais de fiação 108 estão em lados opostos da bola esférica 78 e distanciados ao longo de um eixo lateral 112 que é perpendicular em relação à via de fiação linear 86 em virtude de repulsão elétrica (por exemplo, os filamentos de fiação carregados tendem a repelir-se entre si). Assim, a natureza curvada dos segmentos individuais 72 é benéfica em produzir o espaçamento desejado entre locais de fiação e provendo múltiplos locais de fiação por cada segmento individual, desse modo, produzindo mais fibra fina e controlando a produção de fibra fina para fins de uniformidade. Entretanto, seria apreciado que outras configurações poderiam ser feitas, tais como provendo uma borda aguda para a produção de um local de fiação ou um filamento não segmentado.

[044] No caso de polímeros solúveis em água, em que é usada água como o solvente, o aparelho pode ser usado em um estado não descoberto. Entretanto, a forma de realização divulgada tem uma característica opcional e preferida que provê vantagens significativas sobre sistemas de mergulho tradicionais para prover uma cobertura central 116 que é disposta para cobrir substancialmente a extremidade de outro modo aberta 118 da bacia de mergulho. Com esta disposição, pode ser visto que o eletrodo de corrente contínuo é conduzido em torno da cobertura para incluir uma primeira porção que é contida dentro da bacia de mergulho e substancialmente encapsulada na mesma pela cobertura, e uma segunda porção que é exposta e capaz de gerar fibras finas. A cobertura 116 pode ser interposta entre diferentes partes do eletrodo mola, como mostrado, e pode incluir substancialmente mergulho do eletrodo. A cobertura 116 estende-se substancialmente entre as rodas-guia distanciadas 82 e na presente forma de realização pode incluir fendas de roda-guia 120 recebendo as rodas-guia através das mesmas e provendo uma abertura através da qual a corrente contínua 70 pode passar. No caso da presente forma de realização, incluindo duas correntes contínuas 70 por célula 50 com somente duas rodas-guia 82 providas para cada corrente contínuo 70, um total de quatro fendas 120 podem ser providas. Fendas adicionais podem ser providas para rodas-guia adicionais, onde outro aparelho de suporte, conforme possa ser desejado ou necessário. A cobertura 116 é particularmente vantajosa quando a solução polimérica envolve um solvente volátil e/ou um solvente diferente de água. Por exemplo, certos materiais solventes podem evaporar-se mais rapidamente que água e, portanto, torna-se mais difícil manter um polímero desejável na razão de solução. A cobertura 116 minimiza a quantidade de solvente que é exposta externamente a qualquer tempo e, desse modo, minimiza perda de solvente. Isto é talvez mais vantajoso de um ponto de vista de economia de material e ambiental.

[045] Por exemplo, uma comparação de uma forma de realização de corrente em contas contínuas cobertas de acordo com a divulgação das figs. 1-8 com uma máquina disponível comercialmente que tem uma configuração descoberta, nomeadamente, uma máquina El-Marco NANOSPIDER modelo NS-8A 1450, vendida por El-Marco, s.r.o., Liberec, República Tcheca, tem mostrado economia de solvente considerável por um período de teste de 16 horas. Em particular, para fiar fibras finas de polímero de uma solução polimérica de 12% (polímero a razão de solução), tal como nylon 6 usando um ácido fórmico a 1/3 e solvente de ácido cético a 2/3, reabastecimento da solução polimérica local na bacia de mergulho descoberta da máquina El-Marco exigiu reabastecimento da bacia de mergulho com uma solução de polímero muito diluída (e, consequentemente, mais solvente) para manter a solução a 12% na bacia de mergulho devido à perda de solvente evaporado. Especificamente, a máquina El-Marco uma solução de reabastecimento rica em solvente de uma solução de 2%. Enquanto que, uma forma de realização foi capaz de atingir manutenção de uma solução de polímero de 12% com uma solução rica de mais polímero de uma solução de reabastecimento de 7%, devido a menos evaporação de solvente. Ao fazer esta comparação, fica compreendido que nem todos os parâmetros das máquinas são iguais (por exemplo, entre outras coisas: os eletrodos são configurados diferentemente e conduzidos diferentemente, a taxa de escoamento do meio de coleta pode ser diferente, o tamanho da bacia de mergulho pode ser menor em uma forma de realização da invenção, considerando que ela pode ser mais fina na direção de movimento do meio de coleta, já que ela não precisa acomodar rota-ção de um eletrodo tipo tambor).

[046] Não obstante, considerando que evaporação refere-se em grande parte a área de superfície disponível (e coisas como agitação de superfície e escoamento de ar - por exemplo, em torno das regiões de entrada e saída da porção de mergulho do eletrodo), economia de solvente ocorre principalmente devido à técnica de recobrimento de bacia e eletrodo divulgada neste documento. Por exemplo, as formas de realização nas figs. 108 substancialmente cobrir a superfície de solução polimérica e também os locais de entrada e saída de mergulho de eletrodo (áreas de agitação). Como tal, outros parâmetros não são vistos para impactar perda de evaporação de uma maneira significativa. Em máquinas comparativas, foi calculado que a economia de evaporação de solvente pode chegar até 60% ou mais. Muito desta vantagem é considerada devido ao recobrimento do eletrodo durante mergulho e substancialmente envolvendo a solução polimérica. Como tal, preferencialmente suficiente recobrimento é provido para reduzir perda de solvente em pelo menos 25% e mais preferencialmente em pelo menos 50%.

[047] Ao reproduzir uma forma de realização, a cobertura 116 pode ser presa fixamente às paredes da bacia de mergulho 54 por meio de parafusos ou de outro modo. A configuração e afixação da cobertura pode depender da configuração do eletrodo. Outras disposições ou outros tipos de sistemas de fiação de eletrodo são possíveis. Preferencialmente, a cobertura reduz evaporação de solvente da solução polimérica em pelo menos 25%, se comparado a um aparelho de fiação de eletrodo descoberto, e mesmo mais preferencialmente em pelo menos 50%. Por exemplo, uma economia de aproximadamente dois terços de solvente é demonstrada pelo exemplo acima.

[048] Adicionalmente, a forma de realização ilustrada inclui coberturas de extremidade 122 em extremidades opostas da célula 50 que são montadas a extensões de parede 124 que se estendem acima da cobertura 116, de tal modo que as coberturas de extremidade 122 são posicionadas sobre as extremidades opostas da corrente contínua 70 e são dispostas sobre as rodas-guia 82. As coberturas de extremidade 122 também servem para reduzir evaporação de solvente, mas também servem como proteções para limitar o alcance da produção de fibra fina. Como mostrado, o alcance de cobertura de extremidade 126 entre as bordas internas de coberturas de extremidade opostas é quase o mesmo e preferencialmente apenas ligeiramente maior que a largura da folha de meio correspondente 18 definida entre lados opostos 36. A cobertura de extremidade 122 pode ser ajustável e/ou intercambi- ável com outras coberturas de extremidade mais longas, de tal modo que o alcance 126 pode ser ajustável para acomodar diferentes larguras de folhas de meio de coleta 18 que podem correr através da máquina de produção de fibra fina 10.

[049] Passando para a fig. 9, uma forma de realização alternativa da presente invenção é ilustrada como uma máquina de produção de fibra fina 140 que é similar em muitos aspectos à primeira forma de realização. Por exemplo, esta forma de realização emprega similarmente um filamento que é umedecida com solução polimérica e que pode manter um espaçamento constante de locais de fiação em relação ao meio de coleta. Adicionalmente, esta forma de realização também inclui um filamento contínuo que é conduzida sobre uma via contínua para prover um eletrodo de fiação. Como tal, detalhes serão dirigidos para algumas das diferenças mais salientes.

[050] Nesta forma de realização, a máquina de produção de fibra fina inclui uma correia em serpentina contínua 142 que é conduzida em uma via contínua em torno de múltiplas rodas-guia 144. A correia em serpentina 142 é feita preferencialmente de um material condutivo e pode assumir a forma de uma banda de metal contínuo contínua, como mostrado, para prover um eletrodo de fiação. A correia em serpentina 142 inclui diversos segmentos lineares 146 entre rodas-guia adjacentes 144 que cada uma provê para múltiplos locais de fiação. Geralmente, a borda 148 que ficaria disposta mais próxima do eletrodo de coleta provê os locais de fiação. Esta borda 148 pode ser dentada para prover múltiplas bordas agudas descontínuas e igualmente espaçadas (não mostradas) e/ou pode ser configurada com cavidades e similar para prover reservatórios de fluido de solução polimérica local ao longo da borda 148. Preferencialmente, as rodas-guia incluem dentes ou outra estrutura de posicionamento que engata os furos 152 e outra estrutura de posicionamento similar na correia 142, de tal modo que a borda pode ser mantida em um espaçamento constante e, desse modo, mantém uma distância de espaçamento constante 106, se este tipo de espaçamento constante for desejado.

[051] A correia em serpentina 142 está sujeita a uma fonte de tensão para gerar o campo eletrostático e, desse modo, servindo como um eletrodo de fiação. Para prover solução polimérica ao longo da correia 142, esta forma de realização inclui um sistema de alimentação de umidificadora que inclui uma ou mais agulhas 154 tendo orifícios de controle 155 espaçados adjacentes à borda 148 da correia em serpentina 142. Adicionalmente, as agulhas são conectadas ao longo de linhas de fluido a uma fonte de solução polimérica pressurizada propiciada por uma bomba 156 que libera solução polimérica a partir de um reservatório 158. Assim, a geração de filamento não precisa necessariamente ser mergulhada, mas pode ser alternativamente umidificada em outros meios de acordo com esta forma de realização. Adicionalmente, esta forma de realização também propicia a capacidade de mergulhar o eletrodo em uma bacia de mergulho. Por exemplo, porções da correia em serpentina podem ser dispostas para correr verticalmente, em oposição a horizontalmente, devido à natureza flexível de uma correia em serpentina. Alternativamente, a porção à direita pode ser mergulhada em um vaso de mergulho contendo solução polimérica com o meio de coleta disposto para correr na vertical, em oposição a horizontalmente.

[052] Mais uma terceira forma de realização da presente invenção é mostrada na fig. 10 como uma máquina de produção de fibra fina 160 muito parecida com a forma de realização anterior da fig. 9. Como tal, discussão sobre o assunto será limitada. Esta forma de realização pode empregar similarmente um sistema de alimentação polimérica compreendendo um orifício de controle, bomba e reservatório de solução polimérica. Esta forma de realização também emprega um filamento contínuo que nesta forma de realização assume a forma de uma banda de metal mais simplificada 162 conduzida em torno de duas polias 164. A geração de fibra pode ser obtida a partir da borda 166 que se destina a ser disposta mais próxima ao meio de coleta (não mostrado). Esta forma de realização também é muito parecida à primeira forma de realização, exceto que ambos os segmentos lineares 68 da banda 162 são dispostos para produção de fibra e podem não ser mergulhados em solução de polímero. É importante que seja observado que não é necessário que cada um dos segmentos 168 seja mantido a uma distância constante. Por exemplo, pode ser benéfico gerar diferentes fibras de diferentes características para ter diferentes pernas de fio de eletrodo de fiação de geração de fibra dispostas a diferentes distâncias em relação ao meio de coleta. Nesta forma de realização, as polias 164 podem assumir a forma de roldanas ou outra estrutura de posicionamento para manter o posicionamento da borda 166 em relação ao meio de coleta.

[053] Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patente e patentes citadas neste documento são, neste ato, incorporados, por referência da mesma forma como se cada referência fosse individualmente e especificamente indicada a ser incorporada por referência e fosse expressa em sua totalidade neste documento.

[054] O uso dos termos "um" e "uma" e "o/a" e referentes similares no con texto de descrição da invenção (especialmente no contexto das seguintes reivindica-ções) devem ser entendidos como abrangendo tanto o singular como o plural, a me-nos que do contrário indicado neste documento ou claramente contradito pelo con-texto. Os termos "compreendendo," "tendo," "incluindo," e "contendo" devem ser en-tendidos como termos abertos (ou seja, significando "incluindo, mas não limitado a,") a menos que do contrário observado. A menção de faixas de valores neste docu-mento destinam-se meramente a servir como um método abreviado de referir-se in-dividualmente a cada valor separado presente dentro da faixa, a menos que do con-trário indicado neste documento, e cada valor separado é incorporado no relatório como se ele fosse individualmente recitado neste documento. Todos os métodos descritos neste documento podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que do contrário indicado neste documento ou do contrário claramente con-tradito pelo contexto. O uso de qualquer e todos os exemplo, ou linguagem de exemplo, (por exemplo, "tal como") providos neste documento, destinam-se mera-mente a mais bem esclarecer a invenção, e não pose uma limitação ao escopo da invenção, a menos que do contrário reivindicado. Nenhuma linguagem no relatório deve ser entendida como indicativa de qualquer elemento não reivindicado como essencial para a reprodução da invenção.

[055] Formas de realização preferidas desta invenção são descritas neste documento, incluindo o melhor modo conhecido aos inventores para realizar a invenção. Variações destas formas de realização preferidas podem se tornar aparentes para aqueles que são versados na arte, ao ler a descrição precedente. Os inventores esperam que técnicos no assunto empreguem estas variações conforme apropriado, e os inventores pretendem que a invenção seja reproduzida diferente de como especificamente descrito neste documento. Portanto, esta Invenção inclui todas as modificações e equivalentes da matéria recitada nas reivindicações apensas a este documento conforme permitidas por lei aplicável. Ademais, qualquer combinação dos elementos acima descritos em todas as variações possíveis dos mesmos é englobada pela invenção, a menos que do contrário indicado neste documento ou do contrário claramente contradito pelo contexto.

Claims (10)

1. Aparelho para a produção de fibras finas (110) em um meio de coleta (18), CARACTERIZADO por compreender: - um primeiro eletrodo (42); - um segundo eletrodo (40) espaçado do primeiro eletrodo (42), o segundo eletrodo (40) incluindo um filamento aprisionado em pelo menos duas guias (82); - uma região de entrada (32) e uma região de saída (34) espaçada ao longo de uma primeira via (80), em que o meio de coleta (18) é adaptado para ser conduzido ao longo da primeira via (80) da região de entrada (32) para a região de saída (34) em relação espaçada com o segundo eletrodo (40); - uma unidade de comando adaptada para conduzir o filamento ao longo das duas guias (82) para movimento ao longo de uma segunda via (86) que é transversal à primeira via (80); - uma fonte de tensão disposta para gerar um diferencial de tensão entre os primeiro e segundo eletrodos (40, 42) para gerar a fiação das fibras finas (110); e em que o filamento contínuo é uma corrente contínua (70) de uma pluralidade de segmentos descontínuos (72) separados por folgas (74), em que cada segmento (72) tipicamente provê pelo menos um local de fiação descontínua (108) em que fibras finas (110) de polímero são eletrofiadas durante operação.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o filamento é um filamento contínuo conduzido sobre uma via contínua (80), em que a segunda via (86) é uma parte da via contínua (80), a via contínua (80) incluindo ainda uma via de retorno (88) espaçada da segunda via (86), o filamento contínuo estando mais afastado do primeiro eletrodo (42) ao longo da via de retorno (88) que a segunda via (86).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO por inclui ainda uma bacia de mergulho (54) adaptada para conter uma solução de polímero, o filamento contínuo ao longo da via de retorno (88) correndo através da bacia de mergulho (54) para mergulhar na solução de polímero e, dessa maneira, revestir o filamento contínuo com a solução de polímero.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada um dos segmentos (72) é uma bola geralmente esférica (78).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que as guias (82) compreendem um par de rodas distanciadas (82) giratórias sobre eixos que são geralmente paralelos à primeira via (80).

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o filamento é uma correia em serpentina contínua (142) aprisionada em três ou mais guias (82) para movimento ao longo de uma via contínua (80), a correia em serpentina contínua (142) incluindo múltiplos vãos lineares transversalmente em relação à primeira via (80).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por com-preender ainda uma unidade de dosagem (64) conectada a um suprimento para a solução de polímero e pelo menos uma agulha dispensadora (154) tendo uma saída disposta para umidificar uma borda da correia em serpentina (142).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO por com-preender ainda uma máquina de desbobinar (16) e uma máquina de rebobinar (20) dispostas próximas da região de entrada (32) e da região de saída (34) respectivamente, e rolos de meio de filtração na máquina de desbobinar (16) e na máquina de rebobinar (20), os rolos estando conectados pelo meio de coleta (18), através do qual, durante operação, o meio filtrante é desbobinado da máquina de desbobinar (16), corre ao longo da primeira via (80) da região de entrada (32) para a região de saída (34) e é rebobinado na máquina de rebobinar (20).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por com-preender ainda um rolo de material substrato alimentando uma folha (18) de material substrato ao longo de uma primeira via (80) através de uma região de entrada (32) para uma região de saída (34) de uma máquina de geração de fibra fina, a folha (18) tendo bordas laterais opostas geralmente paralelas à primeira via (80), a máquina de geração de fibra fina incluindo pelo menos um filamento e uma unidade de comando conduzindo o filamento ao longo de uma segunda via (86) de uma primeira guia para uma segunda guia que é transversal em relação à primeira via (80), o filamento sendo umedecido com uma solução de polímero e sujeito a um diferencial de tensão para gerar fibras finas (110) que são depositadas no material substrato; em que o filamento contínuo é conduzido sobre uma via contínua (80), em que a segunda via (86) é uma parte da via contínua (80), a via contínua (80) incluindo ainda uma via de retorno (88) espaçada da segunda via (86), o filamento contínuo estando mais afastada do primeiro eletrodo (42) ao longo da via de retorno (88) que a segunda via (86).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO por incluir ainda uma bacia de mergulho (54) adaptada para conter a solução de polímero, o filamento contínuo ao longo da via de retorno (88) correndo através da bacia de mergulho (54) para mergulhar na solução de polímero e, dessa maneira, revestir o filamento contínuo com solução de polímero.

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