Zvlákňovací elektroda s integrovaným systémem dodávky polymerního roztoku při elektrickém zvlákňování

Ing. Martin Jíra

Master's thesis

The spinning electrode with integrated supply of the polymer solution during electrospinning

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá konstrukčním návrhem nového způsobu dopravy polymerního roztoku při zvlákňování ve střídavém elektrickém poli (AC zvlákňování). Byla provedena rešerše známých způsobů dopravy polymerních roztoků při výrobě nanovláken účinkem elektrického proudu a také způsobu vhodného pohonu pump pracujících v podmínkách vysokého napětí a agresivních rozpouštědel. Na základě výsledků rešerše se pozornost zaměřila na využití systému šnekového čerpadla s magnetickou hřídelovou spojkou, integrovaného přímo do tělesa zvlákňovací elektrody. Další část práce se proto zabývá analýzou magnetického pole magnetické spojky. Z výsledků této analýzy byla navržena vlastní magnetická spojka, která zajistí přenos výkonu mezi hnací a hnanou částí. Hlavní část práce je zaměřena na konstrukci elektrody s integrovaným systémem dopravy polymerního roztoku při AC zvlákňování. K dopravě polymerního roztoku bylo použito šnekového dopravníku. Přenos krouticího momentu od motoru k šnekovému čerpadlu byl realizován pomocí magnetické spojky, která nepotřebuje fyzického kontaktu mezi náboji spojky. Použitím šnekového dopravníku a magnetické spojky vznikla unikátní zvlákňovací elektroda, která má oproti stávajícím elektrodám, využívajících pro dopravu polymeru lineárních nebo peristaltických pump, výhodu rychlé přípravy a údržby při použití v procesu AC zvlákňování Navržená konstrukce pohonné jednotky společně se zvlákňovací elektrodou s integrovanou pumpou byla vyrobena a testována při procesu výroby nanovláken metodu střídavého zvlákňování. Dále byla provedena měření k ověření funkčnosti jednotlivých komponent. Význam této práce spočívá především v konstrukčním návrhu unikátní elektrody s integrovanou pumpou, která byla vyrobena v řadě modifikací a úspěšně testována v provozních podmínkách. O toto řešení projevil zájem průmyslový partner z oblasti nanotechnologií, což dává pozitivní předpoklady pro ještě vyšší uplatnění navrženého řešení v praxi.

Abstract:

This diploma thesis deals with the design of a new method of transport of polymer solution during spinning in an alternating electric field (AC spinning). A search has been made of known methods of transporting polymer solutions in the production of nanofibres by the effect of electric current and also by a method of suitable drive transmission of pumps operating under conditions of high voltage and aggressive solvents. Based on the results of the research, attention was focused on the use of a screw pump system with a magnetic shaft coupling integrated directly into the spinning electrode body. The next part of the thesis therefore deals with magnetic field analysis. From the results of this analysis, a proprietary magnetic coupling was designed to ensure the transmission of power between the drive and the driven part. The main part of the thesis focuses on the construction of an electrode with an integrated polymer solution for AC spinning. A screw pump was used to transport the polymer solution. Torque transfer from the motor to the screw pump was realized by means of a magnetic coupling which does not require physical contact between the coupling parts. By using a screw pump driven by means of a magnetic coupling, a unique spinning electrode has been created which has the advantage of fast preparation and maintenance when used in the AC spinning process, compared to existing electrodes used to deliver polymer by means of linear or peristaltic pumps. The proposed drive unit design, together with a spinning electrode with an integrated pump, was manufactured and tested in the process of nanofibre production. Furthermore, measurements were performed to verify the functionality of the key components. The importance of this work lies in the design of a unique electrode with an integrated pump, which was manufactured in a number of modifications and successfully tested under operating conditions. An industrial partner in the field of nanotechnologies has shown interest in this solution, which gives positive assumptions for an even greater application of the proposed solution in practice.

Keywords

Zvlákňovací elektroda, polymerní roztok, šnekové čerpadlo, magnetická spojka

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 13. 6. 2018
• Supervisor: Ing. Jan Valtera, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Master programme / field:
Mechanical Engineering / Machines and Equipment Design