Tým prof. Jaroslava Berana z katedry textilních a jednoúčelových strojů Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci (TUL) zkonstruoval prototyp unikátního stroje pro výrobu lineárního kompozitního materiálu s obsahem nanovláken zvlákňováním z roztoku polymeru účinkem střídavého elektrického proudu. Na vývoji se významně podílel také tým prof. Davida Lukáše z katedry netkaných textilií Fakulty textilní TUL.
Konstrukce stroje navazuje na novou technologii zvlákňování polymerních roztoků účinkem střídavého elektrického pole, která byla vyvinuta a patentována na liberecké univerzitě. Autorem myšlenky této technologie je prof. David Lukáš společně s docentem Pavlem Pokorným. Linka na zvlákňování polymerních roztoků technologií AC elektrospinningu získala v roce 2017 zlatou medaili na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně v kategorii Inovační zpracovatelská technologie a v roce 2019 vzbudila velký ohlas na ITMA, světově největší výstavě textilních strojů a příslušenství, v Barceloně. „Oslovovali nás vědci i zástupci firem. Zaujalo je, že proces je produktivnější než při zvlákňování polymerních roztoků účinkem stejnosměrného elektrického pole,“ uvedl člen vývojového týmu Jan Valtera z liberecké fakulty strojní. Na základě patentované technologie pak bylo vyvinuto laboratorní zařízení a v současné době jsou již v klastru Nanoprogress úspěšně testovány první dva prototypy výrobního stroje.
TECHNOLOGII CHRÁNÍ PATENTY
Liberečtí vědci pro nový způsob zvlákňování použili bezjehlovou elektrodu namísto jehly nebo kapiláry. „Při procesu zvlákňování vznikne takzvaná nanovlákenná vlečka, připomínající vodu ze sprchy nebo kouř z ohně, unášená ‚elektrickým větrem‘,“ přiblížil postup prof. David Lukáš. Jádrová příze se odvíjí z cívky a prochází zvlákňovací komorou, kde dochází k ovíjení nanovlákenné vlečky kolem jádra. Poté se v sušicí a fixační zóně odpaří zbytková rozpouštědla a dochází k tepelné fixaci nanovláken a ke zvýšení adheze nanovlákenné vrstvy na jádrové přízi pomocí zákrutového ústrojí.
Nová technologie je chráněna několika patenty v ČR a v zahraničí. Týkají se: transportního zařízení roztoků polymerů, způsobu výroby lineárního materiálu s obsahem nanovláken a zařízení k jeho výrobě a zvlákňovací elektrody pro výrobu nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru.
Základnímu patentu zvlákňování účinkem střídavého proudu byl již udělen evropský patent a patent v USA, Číně, Rusku a Japonsku. Na základě této patentované technologie vyvinul vědecký tým fakulty strojní ve spolupráci s vědeckými týmy fakulty textilní a katedry chemie laboratorní zařízení. Zařízení je schopné vyrobit materiál, který podle testů v Ústavu chemických procesů Akademie věd ČR dokáže zachytit až více než 90 % virů.
Na průběh vývoje, výhody technologie a jejich perspektivy jsme se zeptali vedoucího vědeckého týmu prof. Jaroslava Berana z katedry textilních a jednoúčelových strojů Fakulty strojní TUL:
Dalším stupněm po vývoji linky prezentované v Brně bylo laboratorní zařízení?
Ano. Laboratorní zařízení jsme vyvíjeli na fakultě strojní ve spolupráci s katedrou netkaných textilií, katedrou chemie a fakultou mechatroniky, informatiky a mezioborových studií. Chtěli jsme ověřit další možnosti technologie zvlákňování roztoků polymerů účinkem střídavého elektrického proudu, kterou týmy fakulty textilní a strojní již dříve patentovaly a použily pro konstrukci stroje na výrobu jádrové příze s nanovlákenným obalem.
Nové zařízení převádí tuto technologii do produkce plošného materiálu. Prvotní myšlenku jsme zhmotnili vlastní konstrukcí dřevěného modelu v listopadu 2018. Když jsme zjistili, že to funguje, rozhodli jsme se podat projekt na vývoj této technologie a prototypu stroje do programu agentury TA ČR.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)