Zařízení na výrobu vícedruhových vláken pomocí metody forcespinning

Bc. Ondřej Ďuračka

Diplomová práce

Anotace:

Tato diplomová práce se zabývá návrhem zařízení pro výrobu vícedruhových nanovláken metodou odstředivého zvlákňování. Jedná se o zařízení, jehož základní tvar je inspirován již používaným zařízením. Navržené zařízení obsahuje konstrukční řešení kapalinových cest, jelikož je do rotační části nutné přivádět dva různé polymerní roztoky. Jsou popsána možná řešení a zvolení nejvhodnějšího provedení vzhledem k funkčnosti a finanční náročnosti zařízení. Také je popsáno provedení samotných zvlákňovacích hlav a jejich uchycení na hřídeli. Pro správnou tvorbu vláken v axiálním směru je nutné vytvořit vhodné rychlostní pole vzduchu, proto je v práci uveden návrh dvou typů usměrňovačů vzduchu. K návrhu jsou i přiloženy výsledky CFD simulace pro vizualizaci rychlostního pole od usměrňovačů. Koncept zařízení uvažuje i možné provedení snímání pracovních parametrů zařízení. Další částí práce je zhodnocení návrhu z hlediska montáže a celkové mechanické konstrukce. Následuje testovací provoz zařízení, kde je ověřena jeho hlavní funkčnost, což je schopnost zvlákňování z jednoho nebo z obou roztoků. Ze vzorků odebraných při testovacím provozu byly vytvořeny na rastrovacím elektronovém mikroskopu snímky pro porovnání vzniklých vláken. Výsledky testovacího provozu přinesly nové poznatky pro budoucí konstrukční úpravy zařízení.

Abstract:

This master's thesis deals with the design of a device for producing multi-component nanofibers using the centrifugal spinning method. It is a device whose basic shape is inspired by an already used device. The proposed device includes design solutions for fluid paths, as it is necessary to supply two different polymer solutions to the rotating part. Possible solutions are described, and the most suitable design is chosen based on functionality and financial requirements of the device. The design of the spinning heads themselves and their attachment to the shaft is also described. To achieve proper fiber formation in the axial direction, it is necessary to create a suitable air velocity field. Therefore, the thesis presents the design of two types of air deflectors. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation results are provided to visualize the velocity field generated by the deflectors. The concept of the device also considers the possible implementation of monitoring the operational parameters. Another part of the thesis evaluates the design in terms of assembly and overall mechanical construction. This is followed by the testing operation of the device, where its main functionality is verified, which is the ability to spin fibers from one or both solutions. Samples taken during the testing operation are examined using a scanning electron microscope to compare the resulting fibers. The results of the testing operation have provided new insights for future design modifications of the device.

Klíčová slova

nanovlákna, odstředivé zvlákňování, proudění vzduchu

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 5. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Josef Skřivánek, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta strojní

Magisterský studijní program / obor:
Konstrukce strojů a zařízení / Konstrukce strojů a zařízení