ES2752882A1

ES2752882A1 - Device for obtaining nanometer or micrometer diameter fibers

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Publication number: ES2752882A1
Application number: ES201830965A
Authority: ES
Inventors: Herrera José Ernesto Dominguez; Diaz Jorge Teno; Benito Francisco Javier Gonzalez
Original assignee: Universidad Carlos III de Madrid
Current assignee: Universidad Carlos III de Madrid
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-04-06
Anticipated expiration: 2038-10-05
Also published as: ES2752882B2

Abstract

La invención describe un dispositivo (1) para la obtención de fibras de diámetro nanométrico o micrométrico que comprende fundamentalmente un conector (2) de corteza, un tubo (3) de inyección de material de corteza que se introduce a presión en el conector (2) de corteza, y un soporte principal (4) al que se acopla el tubo (3) de inyección de material de corteza, de modo que mediante la inyección simultánea de un material de corteza a través de un orificio transversal pasante (22) del conector (2) de corteza y de un gas a presión a través de un conducto (42) de alimentación de gas del soporte principal (4) se generan fibras monocomponente de tamaño micrométrico o nanométrico. En una realización particularmente preferida, el dispositivo (1) comprende además un conector (5) y un tubo (6) adicionales que permiten la generación de fibras multi-componente según diferentes estructuras.The invention describes a device (1) for obtaining nanometric or micrometric diameter fibers that fundamentally comprises a bark connector (2), a bark material injection tube (3) that is pressed into the connector (2 ) of bark, and a main support (4) to which the tube (3) for injection of bark material is coupled, so that by simultaneously injecting a bark material through a transverse through hole (22) of the connector (2) of bark and of a pressurized gas through a gas supply conduit (42) of the main support (4), monocomponent fibers of micrometric or nanometric size are generated. In a particularly preferred embodiment, the device (1) further comprises an additional connector (5) and a tube (6) that allow the generation of multi-component fibers according to different structures.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo para la obtención de fibras de diámetro nanométrico o micrométricoDevice for obtaining nanometer or micrometer diameter fibers

OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION

El objeto de la presente invención es un nuevo dispositivo diseñado para la fabricación de fibras de escala micrométrica o nanométrica. Además, una realización particularmente preferida de la invención permite elegir entre fibras mono o multi-componente con diversa estructuración.The object of the present invention is a new device designed for the manufacture of fibers of micrometric or nanometric scale. Furthermore, a particularly preferred embodiment of the invention allows choosing between single or multi-component fibers with different structuring.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Una fibra es un elemento natural o artificial que es significativamente más largo que ancho. Las fibras han existido desde siempre en la naturaleza, por ejemplo, en la textura en algunos minerales, raíces pequeñas en plantas, alimentos de naturaleza fibrosa, pelo en animales, madera fibrosa, etc. Las fibras tienen funciones específicas en cada situación otorgadas por sus propiedades intrínsecas, su morfología y dimensiones.A fiber is a natural or artificial element that is significantly longer than it is wide. Fibers have always existed in nature, for example, in the texture in some minerals, small roots in plants, foods of a fibrous nature, hair in animals, fibrous wood, etc. Fibers have specific functions in each situation given by their intrinsic properties, their morphology and dimensions.

Actualmente existen diversos equipos y métodos para la obtención de fibras no tejidas. Entre ellos cabe destacar los denominados "melt spinning” (descrito en la patente estadounidense US8277711B2), "air blowing” (descrito en la patente estadounidense US3319354A), "forcespinning” (descrito en la solicitud de patente estadounidense US20160168756A1) y "electrospinning” (descrito en la patente estadounidense US6641773B2). En particular, el "electrospinning” se ha estudiado mucho, realizándose muchas modificaciones con objeto de obtener cada vez mejores o incluso diferentes resultados. Sin embargo, aunque la homogeneidad en términos morfológicos de las fibras empeladas es alta, la utilización de altos voltajes para la producción de los materiales así como la obtención de poco material por unidad de tiempo implica que el electrospinning tenga alto consumo de energía siendo difícil implementar el proceso a escala industrial, limitando por tanto su uso a estudios con objetivos fundamentalmente científicos que se realicen en centros de investigación que cuenten con los recursos necesarios para tales fines. Es necesario destacar que los estudios realizados en el caso del electrospinning han permitido grandes avances en términos de preparación de las mezclas iniciales precursoras del material final, es decir, composición y condiciones de preparación de disoluciones. Currently there are various equipment and methods for obtaining non-woven fibers. These include the so-called "melt spinning" (described in US patent US8277711B2), "air blowing" (described in US patent US3319354A), "forcespinning" (described in US patent application US20160168756A1) and "electrospinning" ( described in US patent US6641773B2). In particular, "electrospinning" has been studied extensively, many modifications being made in order to obtain better or even different results. However, although the homogeneity in morphological terms of the fibers used is high, the use of high voltages for the Production of materials as well as obtaining little material per unit of time implies that electrospinning has high energy consumption, making it difficult to implement the process on an industrial scale, therefore limiting its use to studies with fundamentally scientific objectives carried out in centers of research that has the necessary resources for such purposes It is necessary to highlight that the studies carried out in the case of electrospinning have allowed great advances in terms of preparation of the initial mixtures precursors of the final material, that is, composition and conditions of preparation of solutions .

No obstante, las limitaciones indicadas anteriormente provocaron la aparición de otros métodos como el conocido con el nombre de “solution blow spinning”. En el método de preparación de fibras denominado ”solution blow spinning” (SBS, Solution Blow Spinning), se utiliza un inyector consistente en una jeringa que suministra la disolución polimérica a una boquilla con una entrada para la disolución y otra para un gas presurizado controlado por una válvula de presión. La boquilla es concéntrica y consta de dos líneas, una central, por la que fluye la disolución polimérica y otra concéntrica a la anterior por donde se hace pasar el gas presurizado. El empuje ejercido por el gas a presión dispersa la disolución de tal manera que, durante su tiempo de vuelo, a través de un mecanismo complejo en el que el proceso de evaporación del disolvente juega un papel principal, se forman filamentos de base polimérica. Desde que sale de la boquilla hasta que se recoge en un colector giratorio, el material viaja una longitud que se denomina distancia de trabajo. Este método se describe en la publicación de L.H.C.M. E.S. Medeiros, G.M. Glenn, A.P. Klamczynski, W.J. Orts, “ Solution blow spinning: a new method to produce micro- and nanofibers from polymer Solutions”, J. Appl. Sci. 113 (2009) 2322-2330. doi:10.1002/app.30275; o la patente de E.S. Medeiros, G.M. Glenn, A.P. Klamczynski, W.J. Orts, L.H.C. Mattoso, “ Solution Blow Spinning", US 8,641,960 B1, 2014.However, the limitations indicated above led to the appearance of other methods such as the one known as “solution blow spinning”. In the fiber preparation method called "solution blow spinning" (SBS, Solution Blow Spinning), an injector consisting of a syringe is used to supply the polymer solution to a nozzle with an inlet for the solution and another for a controlled pressurized gas by a pressure valve. The nozzle is concentric and consists of two lines, one central, through which the polymeric solution flows and another concentric to the previous one through which the pressurized gas is passed. The thrust exerted by the pressurized gas disperses the solution in such a way that, during its flight time, through a complex mechanism in which the solvent evaporation process plays a main role, polymer-based filaments are formed. From the time it leaves the nozzle until it is collected in a rotating collector, the material travels a length called the working distance. This method is described in LHCMES Medeiros, GM Glenn, AP Klamczynski, WJ Orts, “ Solution blow spinning: a new method to produce micro- and nanofibers from polymer Solutions ”, J. Appl. Sci. 113 (2009) 2322-2330. doi: 10.1002 / app.30275; or ES Medeiros patent, GM Glenn, AP Klamczynski, WJ Orts, LHC Mattoso, " Solution Blow Spinning ", US 8,641,960 B1, 2014.

La boquilla es uno de los elementos más importantes del método SBS. Se basa en el principio del cono de Taylor para crear un menisco esférico en el extremo del tubo interno, del cual se emite un filamento líquido que se acelera por acción del gas presurizado. Inmediatamente a la salida de la boquilla el disolvente se evapora a lo largo del tiempo de vuelo del material o la distancia de trabajo impactando el material sobre el colector donde finalmente se almacena o recoge. Esto se describe en la publicación de A. L. Yarin, S. Koombhongse, y D. H. Reneker, “ Taylor cone and jetting from liquid droplets in electrospinning of nanofibers,” J. Appl. Phys., vol. 90, no. 9, pp. 4836-4846, 2001; o en la publicación de J. E. Oliveira, L. H. C. Mattoso, W. J. Orts, y E. S. Medeiros, “ Structural and morphological characterization of micro and nanofibers produced by electrospinning and solution blow spinning: A comparative study” Adv. Mater. Sci. Eng., vol. 2013, Article ID 409572.The mouthpiece is one of the most important elements of the SBS method. It is based on the principle of the Taylor cone to create a spherical meniscus at the end of the inner tube, from which a liquid filament is emitted which is accelerated by the pressurized gas. Immediately after the nozzle exits, the solvent evaporates throughout the material's flight time or working distance, impacting the material on the collector where it is finally stored or collected. This is described in the publication by AL Yarin, S. Koombhongse, and DH Reneker, " Taylor cone and jetting from liquid droplets in electrospinning of nanofibers ," J. Appl. Phys., Vol. 90, no. 9, pp. 4836-4846, 2001; or in the publication by JE Oliveira, LHC Mattoso, WJ Orts, and ES Medeiros, “ Structural and morphological characterization of micro and nanofibers produced by electrospinning and solution blow spinning: A comparative study ” Adv. Mater. Sci. Eng., Vol. 2013, Article ID 409572.

El SBS se ha utilizado ampliamente abarcando la preparación de diversos polímeros utilizando diferentes disolventes. Hasta el momento, la mayoría de los estudios se han centrado en el cambio de las condiciones de proceso y preparación de la disolución. Por ejemplo, se ha intentado controlar la morfología final de los materiales preparados según la concentración de la disolución, viscosidad y masa molecular del polímero a disolver, parámetros que están íntimamente relacionados entre sí. En relación a las condiciones de proceso se han considerado entre otras, la distancia de trabajo, la velocidad de inyección, la presión del gas propelente y la distancia de trabajo. Sin embargo, los parámetros de sistema como el diámetro de la boquilla, su geometría y la geometría del colector son factores que no se han tenido muy en cuenta hasta la fecha pues, generalmente, variar estos parámetros implicaría modificar el propio equipo dificultando los estudios entre otras cosas por el incremento de tiempo de trabajo y coste asociado.SBS has been widely used encompassing the preparation of various polymers using different solvents. So far, most studies have focused on changing process conditions and solution preparation. For example, an attempt has been made to control the final morphology of the prepared materials according to the concentration of the solution, viscosity and molecular mass of the polymer to be dissolved, parameters that are closely related to each other. Regarding the process conditions, the working distance, the injection speed, the propellant gas pressure and the working distance have been considered, among others. However, the system parameters such as the diameter of the nozzle, its geometry and the geometry of the collector are factors that have not been taken into account to date, since generally, varying these parameters would imply modifying the equipment itself, making studies between other things for the increase in work time and associated cost.

La producción de fibras no sólo se ha realizado de manera simple con un determinado polímero. También se han realizado estudios para producir materiales compuestos y en forma de fibras del tipo corteza-núcleo intentando mejorar las propiedades intrínsecas de las propias fibras buscando además otro tipo de funciones. En su mayoría este tipo de fibras se han producido por electrospinning utilizando una boquilla coaxial. En estudios muy contados algo se ha intentado mediante solution blow spinning, sin embargo, a pesar de haber obtenido fibras con diferentes estructuraciones, por ejemplo del tipo “core-shell”, “side and side” o “islands in the sea” en todos los casos los parámetros asociados al sistema o las condiciones de procesado son extremadamente difíciles de controlar.The production of fibers has not only been carried out in a simple way with a certain polymer. Studies have also been carried out to produce composite and fiber-like materials of the cortex-nucleus type, trying to improve the intrinsic properties of the fibers themselves, also looking for other types of functions. Most of these fibers have been produced by electrospinning using a coaxial nozzle. In very few studies, something has been attempted through solution blow spinning, however, despite having obtained fibers with different structures, for example of the “core-shell”, “side and side” or “islands in the sea” type in all cases the parameters associated with the system or the processing conditions are extremely difficult to control.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención está dirigida a un dispositivo basado en el método de “solution blow spinning” que mejora los equipos actuales capaces de producir fibras de diámetros que van desde pocos micrómetros hasta decenas de nanómetros. Este dispositivo no sólo sería capaz de producir fibras convencionales de polímeros sino también de nanocompuestos a partir de suspensiones con diferentes tipos de nanopartículas, pudiendo estar o no estructuradas en forma de sistemas concéntricos en el que la parte interna estaría formada por un polímero o mezcla y la parte externa por otro u otra mezcla de polímeros; en todos los casos pudiéndose añadir además diferentes tipos de partículas. El nuevo sistema permite controlar de manera sencilla los parámetros y condiciones de procesado u obtención de fibras.The present invention is directed to a device based on the "solution blow spinning" method that improves current equipment capable of producing fibers with diameters ranging from a few micrometers to tens of nanometers. This device would not only be able to produce conventional polymer fibers but also nanocomposites from suspensions with different types of nanoparticles, and may or may not be structured in the form of concentric systems in which the internal part would be formed by a polymer or mixture and the external part by another or another mixture of polymers; In all cases, different types of particles can also be added. The new system allows to easily control the parameters and conditions for processing or obtaining fibers.

A lo largo de este documento, los términos “delantero”, “trasero” y similares están referidos a la dirección principal de inyección del material de corteza o de núcleo a lo largo del dispositivo. Así, la porción delantera de un elemento será aquella porción más cercana al extremo de dichos conductos por el que se descargan los respectivos materiales de corteza o núcleo, mientras que la porción trasera del elemento será aquella porción más cercana al extremo de los conductos por el que se introducen los respectivos materiales de corteza o núcleo.Throughout this document, the terms "front", "rear" and the like refer to the main direction of injection of the shell or core material throughout the device. Thus, the front portion of an element will be that portion closest to the end of said conduits through which the respective bark or core materials are discharged, while the rear portion of the element will be that portion closest to the end of the conduits through which the respective shell or core materials are introduced.

Por otra parte, el tamaño de los diferentes elementos que constituyen el dispositivo de la invención, como por ejemplo la longitud o el diámetro de los diferentes tubos y conductos, es similar al utilizado habitualmente en dispositivos convencionales de formación de fibras micrométricas o nanométricas. Puede encontrarse información acerca de dichos tamaños en varios de los documentos de la técnica anterior mencionados en este documento.On the other hand, the size of the different elements that make up the device of the invention, such as the length or diameter of the different tubes and conduits, is similar to that usually used in conventional devices for forming micrometric or nanometric fibers. Information about such sizes can be found in several of the prior art documents mentioned in this document.

La presente invención está dirigida a un dispositivo para la obtención de fibras de diámetro nanométrico o micrométrico que, en su versión más sencilla, comprende fundamentalmente un conector de corteza, un tubo de inyección de material de corteza, y un soporte principal. A continuación, se describe cada uno de estos elementos con mayor detalle.The present invention is directed to a device for obtaining fibers of nanometric or micrometric diameter, which, in its simplest version, basically comprises a bark connector, a bark material injection tube, and a main support. Each of these elements is described in more detail below.

a) Conector de cortezaa) Bark connector

El conector de corteza es una pieza que comprende un orificio longitudinal pasante y un orificio transversal pasante que comunica el orificio longitudinal pasante con el exterior de dicho conector de corteza para la alimentación de un material de corteza.The bark connector is a part comprising a longitudinal through hole and a transverse through hole that communicates the longitudinal through hole with the exterior of said bark connector for feeding a bark material.

El orificio longitudinal pasante está diseñado para permitir la introducción a presión del tubo de inyección de material de corteza, por lo que tiene al menos una porción delantera cilíndrica cuyo diámetro es esencialmente igual al diámetro del tubo de inyección de material de corteza. Esto se describe con mayor detalle más adelante en este documento.The longitudinal through hole is designed to allow the pressurized introduction of the crust material injection tube, whereby it has at least one cylindrical front portion whose diameter is essentially equal to the diameter of the crust material injection tube. This is described in more detail later in this document.

La superficie exterior del conector de corteza puede en principio tener cualquier forma, aunque preferentemente adopta una configuración esencialmente cónica. En cuanto al material del que está fabricado, el conector de corteza puede estar hecho de cualquier material metálico o plástico siempre que tenga una resistencia mecánica suficiente y que soporte el contacto con los disolventes normalmente empleados en el proceso.The outer surface of the shell connector may in principle be of any shape, although it preferably takes an essentially conical configuration. As for the material from which it is made, the shell connector can be made of any metallic or plastic material as long as it has sufficient mechanical resistance and that it withstands contact with the solvents normally used in the process.

b) Tubo de inyección de material de cortezab) Bark material injection tube

El tubo de inyección de material de corteza está configurado para ser introducido a presión a través de la mencionada porción delantera cilindrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza. Para ello, el diámetro exterior del tubo de inyección de material de corteza y el diámetro interior de la porción delantera cilíndrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza son esencialmente iguales. De ese modo, una porción delantera de dicho tubo de inyección de material de corteza sobresale por un extremo delantero de dicho conector de corteza.The bark material injection tube is configured to be inserted into pressure through the aforementioned cylindrical front portion of the longitudinal through hole of the bark connector. For this, the outside diameter of the shell material injection tube and the inside diameter of the cylindrical front portion of the through longitudinal hole of the shell connector are essentially the same. Thus, a front portion of said shell material injection tube protrudes through a front end of said shell connector.

Esta configuración en la que el tubo de inyección de material de corteza se introduce a presión a través de la porción delantera cilíndrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza es ventajosa porque permite desplazar longitudinalmente hacia adelante o atrás el tubo de inyección de material de corteza, de modo que es posible seleccionar la longitud que dicho tubo de inyección de material de corteza sobresale del extremo delantero del conector de corteza. Esto tiene su importancia a la hora de configurar el dispositivo de inyección de fibras en su conjunto, donde la longitud que sobresale el tubo de inyección de corteza con relación a los conductos de inyección de gas o de otro material de núcleo tiene un impacto en el modo en que se forman las fibras. Por tanto, poder desplazar longitudinalmente el tubo de inyección de corteza hacia adelante o hacia atrás dota al dispositivo de la invención de una mayor versatilidad en cuanto a las características de las fibras creadas.This configuration in which the shell material injection tube is press-fit through the cylindrical front portion of the longitudinal through hole of the shell connector is advantageous in that it allows the shell material injection tube to be moved longitudinally forward or backward , so that it is possible to select the length that said bark material injection tube protrudes from the front end of the bark connector. This is of importance in configuring the fiber injection device as a whole, where the length of the bark injection tube protruding relative to the gas injection or other core material ducts has an impact on the how fibers are formed. Therefore, being able to move the bark injection tube longitudinally forward or backward gives the device of the invention greater versatility regarding the characteristics of the fibers created.

Por otra parte nótese que, aunque en este documento el tubo de inyección de material de corteza se describe generalmente como un elemento separado del conector de corteza, sería posible concebir un conector de corteza dotado de un tubo de inyección de material de corteza de manera que ambos formen una única pieza. El funcionamiento del dispositivo sería el mismo, con la salvedad de que se perdería la versatilidad en cuanto a la longitud que sobresale el tubo de inyección de corteza más allá del extremo delantero del conector de corteza.On the other hand, note that, although in this document the bark material injection tube is generally described as a separate element from the bark connector, it would be possible to conceive of a bark connector provided with a bark material injection tube so that both form a single piece. The operation of the device would be the same, with the exception that the versatility in terms of the length that the bark injection tube protrudes beyond the front end of the bark connector would be lost.

c) Soporte principalc) Main support

El soporte principal comprende un orificio pasante que tiene una porción delantera cilíndrica y una porción trasera cilíndrica coaxial con la porción delantera cilíndrica, siendo el diámetro de la porción delantera cilíndrica mayor que el diámetro de la porción trasera cilíndrica. Además, la porción trasera cilíndrica del orificio pasante está configurada para recibir a presión la porción delantera del tubo de inyección de material de corteza que sobresale por el extremo delantero del conector de corteza. The main support comprises a through hole having a cylindrical front portion and a cylindrical rear portion coaxial with the cylindrical front portion, the diameter of the cylindrical front portion being greater than the diameter of the cylindrical rear portion. Furthermore, the cylindrical rear portion of the through hole is configured to press-fit the front portion of the shell material injection tube protruding from the front end of the shell connector.

Es decir, el diámetro interior de la porción trasera cilindrica del orificio pasante del soporte principal y el diámetro exterior del tubo de corteza son esencialmente iguales, de modo que el tubo de corteza puede introducirse a presión a lo largo de dicho orificio pasante del soporte principal una distancia deseada y queda fijado en esa posición.That is, the inside diameter of the cylindrical rear portion of the through hole of the main support and the outside diameter of the bark tube are essentially the same, so that the bark tube can be pressed through the said through hole of the main support a desired distance and is fixed in that position.

El soporte principal comprende también un conducto de alimentación de gas en comunicación con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante. Normalmente, el conducto de alimentación de gas está orientado verticalmente a lo largo del soporte vertical y conecta con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante. De ese modo, cuando se inyecta un gas a presión, como por ejemplo aire, helio, neón, o similar, por una boca de entrada del conducto de alimentación de gas, dicho gas atraviesa el conducto de alimentación de gas, pasa a la porción delantera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal, y sale a través del extremo delantero de dicho orificio pasante.The main support also comprises a gas supply conduit in communication with the cylindrical front portion of the through hole. Typically, the gas supply line is vertically oriented along the vertical support and connects to the cylindrical front portion of the through hole. Thus, when a gas under pressure, such as air, helium, neon, or the like, is injected through an inlet of the gas supply line, said gas passes through the gas supply line, it passes to the portion cylindrical front of the through hole of the main support, and exits through the front end of said through hole.

Normalmente, el conducto de alimentación de gas comprende una boca de acoplamiento configurada para la fijación de una manguera de alimentación de gas.Typically, the gas supply line comprises a coupling mouth configured for attachment of a gas supply hose.

De este modo, cuando el conector de corteza está fijado al soporte principal mediante la introducción a presión de la porción del tubo de inyección de material de corteza que sobresale del conector de corteza en la porción trasera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal, el extremo delantero del tubo de inyección de material de corteza es coaxial con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal. Esta configuración permite la obtención de fibras micrométricas o nanométricas a través de la inyección simultánea del material de corteza a través del orificio transversal pasante del conector de corteza y de un gas a presión a través del conducto de alimentación de gas del soporte principal.Thus, when the shell connector is attached to the main support by press-fitting the portion of the shell material injection tube protruding from the shell connector into the cylindrical rear portion of the through hole of the main support, the end The front of the bark material injection tube is coaxial with the cylindrical front portion of the through hole of the main bracket. This configuration allows micron or nanometric fibers to be obtained through the simultaneous injection of the bark material through the transverse through hole of the bark connector and a gas under pressure through the gas supply line of the main support.

El dispositivo de la invención puede además incluir un conector de núcleo y un tubo de inyección de material de núcleo. La adición de estos elementos permite al dispositivo la formación de fibras formadas por un material de núcleo rodeado exteriormente por un material de corteza. A continuación, se describe cada uno de dichos elementos con mayor detalle.The device of the invention may further include a core connector and a core material injection tube. The addition of these elements allows the device to form fibers formed by a core material externally surrounded by a shell material. Each of these elements is described in more detail below.

d) Conector de núcleo d) Core connector

El conector de núcleo es una pieza que comprende un orificio cilindrico longitudinal pasante y que además está configurado para su fijación a una porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza.The core connector is a part that comprises a through longitudinal cylindrical hole and is further configured for attachment to a rear portion of the through longitudinal hole of the shell connector.

En principio, la fijación del conector de núcleo en el conector de corteza puede realizarse de cualquier modo conocido en la técnica siempre que la fijación sea suficientemente firme y además permita centrar el conector de núcleo de modo que el eje longitudinal de su orificio cilíndrico longitudinal pasante coincida esencialmente con el eje longitudinal del orificio longitudinal pasante del conector de corteza. Por ejemplo, pueden utilizarse uniones a través de rosca, adhesivos, medios de fijación adicionales tales como tornillos, etc.In principle, the fastening of the core connector to the shell connector can be carried out in any way known in the art as long as the fastening is sufficiently firm and further allows the core connector to be centered so that the longitudinal axis of its through longitudinal cylindrical bore essentially coincides with the longitudinal axis of the longitudinal through hole of the bark connector. For example, threaded joints, adhesives, additional fixing means such as screws, etc. can be used.

Más concretamente, en una realización particularmente preferida de la invención, el conector de núcleo y la porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza tienen forma cónica, de modo que una porción delantera del conector de núcleo encaja en dicha porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza.More specifically, in a particularly preferred embodiment of the invention, the core connector and the rear portion of the longitudinal through hole of the shell connector are tapered, such that a front portion of the core connector fits into said rear portion of the longitudinal hole bark connector thru.

e) Tubo de inyección de material de núcleoe) Injection tube of core material

El tubo de inyección de material de núcleo tiene un diámetro menor que el diámetro del tubo de inyección de material de corteza, y está configurado para ser introducido a presión a través del orificio longitudinal pasante del conector de núcleo. Para ello, el diámetro exterior del tubo de inyección de material de corteza y el diámetro interior de la porción delantera cilíndrica del orificio longitudinal pasante del conector de corteza son esencialmente iguales. De ese modo, una porción delantera de dicho tubo de inyección de material de núcleo sobresale por un extremo delantero de dicho conector de núcleo.The core material injection tube has a diameter less than the diameter of the shell material injection tube, and is configured to press-fit through the longitudinal through hole of the core connector. For this, the outside diameter of the shell material injection tube and the inside diameter of the cylindrical front portion of the through longitudinal hole of the shell connector are essentially the same. Thus, a front portion of said core material injection tube protrudes through a front end of said core connector.

Esta configuración en la que el tubo de inyección de material de núcleo se introduce a presión a través del orificio cilíndrico longitudinal pasante del conector de núcleo es ventajosa porque permite desplazar longitudinalmente hacia adelante o atrás el tubo de inyección de material de núcleo, de modo que es posible seleccionar la longitud que dicho tubo de inyección de material de núcleo sobresale del extremo delantero del conector de núcleo. Esto tiene su importancia a la hora de configurar el dispositivo de inyección de fibras en su conjunto, donde la longitud que sobresale el tubo de inyección de núcleo con relación a los conductos de inyección de gas o de otro material de corteza tiene un impacto en el modo en que se forman las fibras. Por tanto, poder desplazar longitudinalmente el tubo de inyección de núcleo hacia adelante o hacia atrás dota al dispositivo de la invención de una mayor versatilidad en cuanto a las características de las fibras creadas.This configuration in which the core material injection tube is pressed through the through longitudinal cylindrical bore of the core connector is advantageous in that it allows the core material injection tube to be moved longitudinally forward or backward, so that it is possible to select the length that said core material injection tube protrudes from the front end of the core connector. This is important when configuring the fiber injection device as a whole, where the protruding length of the core injection tube relative to the injection pipes for gas or other shell material has an impact on how the fibers are formed. Therefore, being able to move the core injection tube longitudinally forward or backward gives the device of the invention greater versatility regarding the characteristics of the fibers created.

Por otra parte nótese que, aunque en este documento el tubo de inyección de material de núcleo se describe generalmente como un elemento separado del conector de núcleo, sería posible concebir un conector de núcleo dotado de un tubo de inyección de material núcleo de manera que ambos formen una única pieza. El funcionamiento del dispositivo sería el mismo, con la salvedad de que se perdería la versatilidad en cuanto a la longitud que sobresale el tubo de inyección de material de núcleo más allá del extremo delantero del conector de núcleo.On the other hand, note that, although in this document the core material injection tube is generally described as a separate element from the core connector, it would be possible to conceive of a core connector provided with a core material injection tube so that both form a single piece. The operation of the device would be the same, except that the versatility regarding the length that the core material injection tube protrudes beyond the front end of the core connector would be lost.

De ese modo, cuando el conector de núcleo está fijado a la porción trasera del orificio longitudinal pasante del conector de corteza, el tubo de inyección de material de núcleo es coaxial con el tubo de inyección material de corteza y, cuando además el conector de corteza está fijado al soporte principal mediante la introducción a presión de la porción del tubo de inyección de material de corteza que sobresale del conector de corteza en la porción trasera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal, el tubo de inyección de material de núcleo es coaxial también con la porción delantera cilíndrica del orificio pasante del soporte principal. Gracias a esta configuración, se obtienen fibras coaxiales multi-componente a través de la inyección simultánea del material de corteza a través del orificio transversal pasante del conector de corteza, del material de núcleo a través de un extremo trasero del tubo de inyección de material de núcleo, y de un gas a presión a través del conducto de alimentación de gas del soporte principal.Thus, when the core connector is attached to the rear portion of the longitudinal through hole of the shell connector, the core material injection tube is coaxial with the shell material injection tube, and when in addition the shell connector is fixed to the main support by pressing in the portion of the shell material injection tube protruding from the shell connector into the cylindrical rear portion of the through hole of the main support, the core material injection tube is also coaxial with the cylindrical front portion of the through hole of the main bracket. Thanks to this configuration, multi-component coaxial fibers are obtained through the simultaneous injection of the bark material through the transverse hole through the bark connector, of the core material through a rear end of the material injection tube. core, and a gas under pressure through the gas supply line of the main support.

Naturalmente, un sistema completo para la creación de fibras micrométricas o nanométricas incluye una serie de elementos adicionales al dispositivo descrito, aunque éstos no forman parte de la presente invención. Concretamente, el sistema completo comprende un compresor dotado de manómetro para proporcionar el gas comprimido mediante una manguera que se conecta a través de un elemento de conexión adecuado, a la boca del conducto de alimentación de gas. El sistema comprende además uno o dos inyectores de el/los material/es que conformará/n las fibras, según sean éstas simples o compuestas, que se conectan a uno o ambos extremos traseros de los tubos de inyección de corteza y núcleo. El sistema incluye también un colector situado frente a los orificios delanteros de los tubos y del orificio pasante del soporte principal que recibe las fibras proyectadas por el dispositivo de la presente invención.Naturally, a complete system for the creation of micrometric or nanometric fibers includes a series of additional elements to the described device, although these do not form part of the present invention. Specifically, the complete system comprises a compressor equipped with a manometer to supply the compressed gas by means of a hose that is connected through a suitable connection element to the mouth of the gas supply line. The system also includes one or two injectors of the material (s) that will form the fibers, depending on whether they are simple or composite, that are connected to one or both rear ends of the bark injection tubes and core. The system also includes a collector located in front of the front holes of the tubes and the through hole of the main support that receives the fibers projected by the device of the present invention.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

La Fig. 1 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de conector de corteza de acuerdo con la presente invención.Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of an example of a shell connector according to the present invention.

La Fig. 2 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de tubo de inyección de material de corteza de acuerdo con la presente invención.Fig. 2 shows a longitudinal sectional view of an example of a bark material injection tube according to the present invention.

Las Figs. 3a y 3b muestran el tubo de inyección de material de corteza fijado al conector de corteza en dos posiciones diferentes.Figs. 3a and 3b show the shell material injection tube attached to the shell connector in two different positions.

Las Figs. 4a y 4b muestran sendas vistas de un ejemplo de soporte principal de acuerdo con la presente invención.Figs. 4a and 4b show respective views of an example of main support according to the present invention.

La Fig. 5 muestra un ejemplo de dispositivo según la presente invención montado según una primera configuración para la creación de fibras simples.Fig. 5 shows an example of a device according to the present invention assembled according to a first configuration for creating simple fibers.

La Fig. 6 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de tubo de inyección de material de núcleo de acuerdo con la presente invención.Fig. 6 shows a longitudinal sectional view of an example of a core material injection tube according to the present invention.

La Fig. 7 muestra una vista en sección longitudinal de un ejemplo de tubo de inyección de material de núcleo de acuerdo con la presente invención.Fig. 7 shows a longitudinal sectional view of an example of a core material injection tube according to the present invention.

Las Figs. 8a y 8b muestran el tubo de inyección de material de corteza fijado al conector de corteza en dos posiciones diferentes.Figs. 8a and 8b show the shell material injection tube attached to the shell connector at two different positions.

La Fig. 9. muestra un ejemplo de dispositivo según la presente invención montado según una segunda configuración para la creación de fibras compuestas formadas por núcleo y corteza.Fig. 9. shows an example of a device according to the present invention assembled according to a second configuration for the creation of composite fibers formed by core and shell.

La Fig. 10 muestra un detalle en sección transversal del extremo de descarga de la segunda configuración de dispositivo de la presente invención. Fig. 10 shows a cross-sectional detail of the discharge end of the second device configuration of the present invention.

La Fig. 11muestra un detalle en sección longitudinal en perspectiva del orificio del soporte principal y los tubos de inyección de núcleo y corteza.Fig. 11 shows a perspective longitudinal section detail of the hole of the main support and the core and shell injection tubes.

La Fig. 12 muestra una vista general de un sistema de generación de fibras nanométricas o micrométricas que incluye un dispositivo de acuerdo con la presente invención.Fig. 12 shows an overview of a nanometric or micrometer fiber generation system including a device according to the present invention.

Las Figs. 13a-13c muestran imágenes ópticas ampliadas de ejemplos de fibras compuestas por núcleo y corteza formadas con la segunda configuración del dispositivo de la invención.Figs. 13a-13c show enlarged optical images of examples of fibers composed of core and shell formed with the second configuration of the device of the invention.

Las Figs. 14a-14c muestran imágenes ópticas ampliadas que permiten apreciar la estructura de corteza y núcleo de fibras creadas con la segunda configuración del dispositivo de la invención.Figs. 14a-14c show enlarged optical images that make it possible to appreciate the structure of the fiber shell and core created with the second configuration of the device of the invention.

La Fig. 15 muestra una imagen mediante microscopio STEM de otro ejemplo de fibra creada mediante la segunda configuración del dispositivo de la invención formada por corteza y núcleo.Fig. 15 shows a STEM microscope image of another example of fiber created by the second configuration of the device of the invention formed by the shell and core.

Las Figs. 16a-16c muestran sendas vistas macroscópicas de fibras creadas mediante la segunda configuración del dispositivo de la invención utilizando diferentes presiones de gas.Figs. 16a-16c show macroscopic views of fibers created by the second configuration of the device of the invention using different gas pressures.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Se describe a continuación la presente invención haciendo referencia a las figuras adjuntas. Las configuraciones descritas en las figuras constituyen únicamente ejemplos, de modo sería posible implementar el dispositivo de la invención utilizando elementos equivalentes a los aquí descritos.The present invention is described below with reference to the attached figures. The configurations described in the figures are only examples, so it would be possible to implement the device of the invention using elements equivalent to those described here.

La Fig. 1 muestra una sección longitudinal del conector (2) de corteza. En este ejemplo, el conector (2) de corteza tiene una forma exterior cónica y está dotado de un orificio longitudinal pasante (21) que tiene dos porciones coaxiales claramente diferenciadas: una porción trasera (21a) que tiene forma cónica; y una porción delantera (21b) que tiene forma cilíndrica. Como se describirá con detalle más adelante, la forma cónica de la porción trasera (21a) del orificio longitudinal pasante (21) está diseñada para el acoplamiento a presión del conector (5) de núcleo, mientras que la forma cilíndrica de la porción delantera (21b) del orificio longitudinal pasante (21) está diseñada para el acoplamiento a presión del tubo (3) de inyección de material de corteza. El conector (2) de corteza dispone también de un orificio transversal pasante (22) que atraviesa el tabique que separa el interior del orificio longitudinal pasante (21) del exterior.Fig. 1 shows a longitudinal section of the bark connector (2). In this example, the shell connector (2) has a conical outer shape and is provided with a longitudinal through hole (21) that has two clearly differentiated coaxial portions: a rear portion (21a) that is conical in shape; and a front portion (21b) having a cylindrical shape. As will be described in detail later, the conical shape of the rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) is designed to press-fit the core connector (5), while the cylindrical shape of the front portion ( 21b) of the longitudinal through hole (21) is designed for pressure coupling of the bark material injection tube (3). The bark connector (2) also has a transverse through hole (22) that goes through the partition that separates the inside of the longitudinal through hole (21) from the outside.

La Fig. 2 muestra el tubo (3) de inyección de material de corteza. Se trata de un tubo cilíndrico recto que tiene un determinado diámetro evidentemente dentro de un rango micrométrico o nanométrico habitual en el campo de la inyección de fibras. Por ejemplo, el diámetro del tubo (3) de inyección de corteza puede estar dentro de un rango aproximado de 0,04 mm hasta 1,5 mm.Fig. 2 shows the bark material injection tube (3). It is a straight cylindrical tube that has a certain diameter, obviously within a micrometric or nanometric range that is usual in the field of fiber injection. For example, the diameter of the bark injection tube (3) may be within the range of about 0.04mm to 1.5mm.

Las Figs. 3a y 3b muestran sendos ejemplos donde estos dos elementos, conector (2) de corteza y tubo (3) de inyección de corteza, están ya acoplados entre sí. Para ello, únicamente es necesario insertar el tubo (3) de inyección de material de corteza en la porción delantera cilíndrica (21b) del orificio longitudinal pasante (21) del conector (2) de corteza. Para ello, el diámetro de dicha porción delantera cilíndrica (21b) coincide esencialmente con el diámetro del tubo (3) de inyección de corteza. De ese modo, aplicando una fuerza en sentido longitudinal sobre el tubo (3) de inyección de corteza, éste desliza hacia el interior de dicha porción delantera cilíndrica (21) del orificio longitudinal pasante (21). El tubo (3) de inyección de corteza queda así firmemente fijado al conector (2) de corteza.Figs. 3a and 3b show respective examples where these two elements, bark connector (2) and bark injection tube (3), are already coupled together. For this, it is only necessary to insert the bark material injection tube (3) in the cylindrical front portion (21b) of the longitudinal through hole (21) of the bark connector (2). For this, the diameter of said cylindrical front portion (21b) essentially coincides with the diameter of the bark injection tube (3). Thus, by applying a force in the longitudinal direction on the bark injection tube (3), it slides into said cylindrical front portion (21) of the longitudinal through hole (21). The bark injection tube (3) is thus firmly fixed to the bark connector (2).

Gracias a esta configuración, el usuario puede modificar la longitud según la cual el tubo (3) de inyección sobresale más allá del extremo delantero del conector (2) de corteza. Como se verá más adelante, esto es importante para modificar las características de las fibras creadas. A este respecto, nótese que la longitud de desplazamiento longitudinal del tubo (3) de inyección de corteza con relación al conector (2) de corteza está limitada por debido a que el extremo trasero del tubo (3) de inyección de corteza no debe sobresalir por el extremo trasero del conector (2) de corteza, o más preferentemente no debe llegar hasta un punto que esté mucho más atrasado que el orificio transversal pasante (22), ya que ello podría dificultar el flujo del material de corteza durante el uso del dispositivo (1).Thanks to this configuration, the user can modify the length according to which the injection tube (3) protrudes beyond the front end of the bark connector (2). As will be seen later, this is important to modify the characteristics of the fibers created. In this regard, note that the longitudinal displacement length of the bark injection tube (3) relative to the bark connector (2) is limited by because the rear end of the bark injection tube (3) must not protrude through the rear end of the bark connector (2), or more preferably should not reach a point that is much more backward than the transverse through hole (22), since this could hinder the flow of the bark material during the use of the device (1).

Las Figs. 4a y 4b muestran un ejemplo de soporte (4) principal que tiene forma esencialmente de paralelepípedo atravesado por un orificio pasante (41) que, a su vez, presenta una porción delantera cilíndrica (41a) y una porción trasera cilíndrica (41b) coaxial con aquella. Además, la porción delantera cilíndrica (41a) tiene un diámetro mayor que la porción trasera cilíndrica (41b). Adicionalmente, al igual que la porción delantera cilíndrica (21 b) del conector (2) de corteza, la porción trasera cilindrica (41b) del orificio (41) pasante tiene un diámetro esencialmente igual que el diámetro del tubo (3) de inyección de material de corteza. Ello permite acoplar a presión dicho tubo (3) de inyección de material de corteza al soporte (4) principal simplemente mediante la introducción de su extremo delantero en la porción trasera cilíndrica (41b) de dicho orificio pasante al aplicar una fuerza longitudinal sobre el mismo. El tubo (3) de inyección de material de corteza queda así fijado firmemente al soporte (4) principal.Figs. 4a and 4b show an example of a main support (4) that is essentially parallelepiped shaped crossed by a through hole (41) which, in turn, has a cylindrical front portion (41a) and a cylindrical rear portion (41b) coaxial with that. Furthermore, the cylindrical front portion (41a) has a larger diameter than the cylindrical rear portion (41b). Additionally, like the cylindrical front portion (21 b) of the bark connector (2), the cylindrical rear portion (41b) of the through hole (41) has a diameter essentially the same as the diameter of the bark material injection tube (3). This makes it possible to press-fit said bark material injection tube (3) to the main support (4) simply by inserting its front end into the cylindrical rear portion (41b) of said through hole by applying a longitudinal force on it . The bark material injection tube (3) is thus firmly fixed to the main support (4).

El soporte (4) principal tiene además un conducto (42) de alimentación de gas que tiene forma cilíndrica cuya dirección es esencialmente perpendicular a la dirección del orificio pasante (41). Debido a ello, ambos se cortan en un punto intermedio del soporte (4) principal y el conducto (42) de alimentación de gas se comunica así con la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante. Esto permite que cualquier gas a presión suministrado a través del conducto (42) de alimentación de gas llegue a la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante y sea expulsado a través de su extremo delantero.The main support (4) also has a gas supply duct (42) that has a cylindrical shape whose direction is essentially perpendicular to the direction of the through hole (41). Because of this, both intersect at an intermediate point of the main support (4) and the gas supply conduit (42) thus communicates with the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41). This allows any pressurized gas supplied through the gas supply line (42) to reach the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41) and be expelled through its front end.

La Fig. 5 muestra una sección transversal del dispositivo (1) de la invención según una primera configuración diseñada para la formación de fibras simples.Fig. 5 shows a cross section of the device (1) of the invention according to a first configuration designed for the formation of single fibers.

El dispositivo (1) se forma mediante el acoplamiento del conector (2) de corteza, el tubo (3) de inyección de material de corteza, y el soporte (4) principal. Para ello, basta con insertar una porción delantera del tubo (3) de inyección de corteza a través de la porción trasera cilíndrica (41b) del orificio (41) pasante del soporte (4) principal. En este ejemplo, el tubo (3) se dispone en una posición en la que su extremo delantero está a ras con el extremo delantero de salida de la porción delantera cilíndrica (41a) de dicho orificio (41). Sin embargo, en función de las necesidades de cada aplicación, sería posible modificar esta distancia de modo que dicho extremo delantero del tubo (3) de inyección esté situado algo más hacia dentro o hacia fuera con relación a dicho extremo delantero de salida de la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41). Nótese que, en cualquier caso, el tubo (3) de inyección de material de corteza es coaxial con la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41).The device (1) is formed by coupling the shell connector (2), the shell material injection tube (3), and the main support (4). To do this, it is enough to insert a front portion of the bark injection tube (3) through the cylindrical rear portion (41b) of the through hole (41) of the main support (4). In this example, the tube (3) is arranged in a position in which its front end is flush with the front outlet end of the cylindrical front portion (41a) of said hole (41). However, depending on the needs of each application, it would be possible to modify this distance so that said front end of the injection tube (3) is located slightly more inward or outward in relation to said forward end of the portion cylindrical front (41a) of the hole (41). Note that, in any case, the bark material injection tube (3) is coaxial with the cylindrical front portion (41a) of the hole (41).

Del mismo modo, la porción trasera del tubo (3) de inyección de corteza se introduce en la porción delantera cilíndrica (21b) del conector (2) de corteza, teniendo cuidado de que el extremo trasero del tubo (3) de inyección de corteza no quede fuera del orificio longitudinal pasante (21) de dicho conector (2) de corteza. Además, y aunque no se muestra de manera explícita en este documento, en esta primera configuración del dispositivo (1) se entiende que sería necesario tapar el extremo trasero de la porción trasera cónica (21a) mediante algún tipo de obturador con el propósito de evitar pérdidas del material de corteza alimentado a través del orificio transversal pasante (22).Similarly, the rear portion of the bark injection tube (3) is inserted into the cylindrical front portion (21b) of the bark connector (2), taking care that the rear end of the bark injection tube (3) do not remain outside the longitudinal through hole (21) of said bark connector (2). In addition, and although it is not shown explicit in this document, in this first configuration of the device (1) it is understood that it would be necessary to cover the rear end of the conical rear portion (21a) by means of some type of shutter in order to avoid losses of the bark material fed through the transverse through hole (22).

El funcionamiento de esta primera configuración del dispositivo (1) de la invención sería fundamentalmente el siguiente. A través de una línea de alimentación (500) que proviene de un primer inyector (300a), se introduce un material (M) de corteza a través del orificio transversal pasante (22). El material (M) de corteza entra en la porción trasera cónica (21a) del conector (2) de corteza, entra por el extremo trasero del tubo (3) de inyección de material de corteza y finalmente es expulsado a través del extremo delantero del tubo (3) de inyección de corteza. Al mismo tiempo, se aplica un gas a presión, normalmente aire, proveniente de un compresor (100) dotado de manómetro (200) al conducto (42) de alimentación por medio de una manguera conectada a la boca de dicho conducto (42). El aire (A) a presión atraviesa el conducto (42) de alimentación, entra en la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante del soporte (4) principal, y finalmente sale a presión a través de la porción con forma de anillo de dicha porción delantera cilíndrica (41a) que rodea al tubo (3) de inyección de material de corteza. Como es conocido, el aire (A) a presión encapsula el material (M) de corteza y facilita la formación de las fibras nanométricas o micrométricas. Tras un determinado tiempo de vuelo, las fibras son recogidas por un colector (400).The operation of this first configuration of the device (1) of the invention would be essentially the following. Through a supply line (500) that comes from a first injector (300a), a material (M) of bark is introduced through the transverse through hole (22). The bark material (M) enters the tapered rear portion (21a) of the bark connector (2), enters through the rear end of the bark material injection tube (3) and is finally expelled through the front end of the bark injection tube (3). At the same time, a pressurized gas, usually air, from a compressor (100) fitted with a manometer (200) is applied to the supply duct (42) by means of a hose connected to the mouth of said duct (42). The pressurized air (A) passes through the supply duct (42), enters the front cylindrical portion (41a) of the through hole (41) through the main support (4), and finally exits under pressure through the shaped portion ring of said cylindrical front portion (41a) surrounding the tube (3) for injection of bark material. As is known, air (A) under pressure encapsulates the material (M) of the shell and facilitates the formation of nanometric or micrometric fibers. After a certain flight time, the fibers are collected by a collector (400).

El material (M) de corteza puede ser cualquier material polimérico habitualmente utilizado en este campo, aunque también es posible utilizar otros tipos de materiales. Igualmente, el gas a presión puede incluir no sólo aire, sino también nitrógeno, helio, u otros.The bark material (M) can be any polymeric material commonly used in this field, although it is also possible to use other types of materials. Likewise, the gas under pressure can include not only air, but also nitrogen, helium, or others.

En cuanto a materiales, tanto el conector (2) de corteza como el tubo (3) y el soporte (4) principal pueden estar hechos de un material metálico, plástico, u otros, siempre que dicho material soporte los disolventes normalmente utilizados en este tipo de procesos.As for materials, both the bark connector (2) and the tube (3) and the main support (4) can be made of a metallic, plastic, or other material, provided that said material supports the solvents normally used in this type of processes.

La Fig. 6 muestra un ejemplo de conector (5) de núcleo según la presente invención. Este conector tiene una forma exteriormente cónica que está diseñada para acoplarse a presión dentro de la porción trasera cónica (21a) del orificio longitudinal pasante (21) del conector (2) de corteza. De ese modo, no solo se realiza la conexión entre el conector (5) de núcleo y el conector (6) de corteza, sino que además dicha conexión se realiza de modo que ambos son coaxiales. El conector (5) de núcleo presenta además un orificio longitudinal cilíndrico pasante (51) que lo atraviesa completamente, y que como se verá a continuación está diseñado para el acoplamiento del tubo (6) de inyección de material de núcleo.Fig. 6 shows an example of core connector (5) according to the present invention. This connector has an externally conical shape that is designed to snap into the tapered rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) of the bark connector (2). In this way, not only is the connection between the core connector (5) and the shell connector (6) made, but also said connection is made so that both are coaxial. The core connector (5) also has a cylindrical longitudinal hole completely passing through (51), and as will be seen below is designed for coupling the core material injection tube (6).

La Fig. 6 muestra un ejemplo de tubo (6) de inyección de material de núcleo. El tubo (6) de inyección de material de núcleo tiene una forma cilíndrica con un diámetro menor que el diámetro del tubo (3) de inyección de material de corteza. Además, dicho diámetro coincide esencialmente con el diámetro interior del orificio longitudinal cilíndrico pasante (51) del conector (5) de núcleo, de modo que el tubo (6) de inyección de material de núcleo puede insertarse longitudinalmente a presión dentro de dicho orificio longitudinal cilíndrico pasante (51) del conector (5) de núcleo.Fig. 6 shows an example of a core material injection tube (6). The core material injection tube (6) has a cylindrical shape with a diameter smaller than the diameter of the shell material injection tube (3). Furthermore, said diameter essentially coincides with the internal diameter of the through-cylindrical longitudinal hole (51) of the core connector (5), so that the core material injection tube (6) can be inserted longitudinally under pressure inside said longitudinal hole cylindrical through (51) of the core connector (5).

Las Figs. 8a y 8b muestran dos ejemplos de conjunto formado por ambos elementos interconectados de este modo. Como se puede apreciar, aplicando una fuerza suficiente es posible colocar el tubo (6) de inyección de material de núcleo en la posición más adecuada para cada caso en lo que respecta a la distancia que el tubo (6) sobresale por el extremo delantero del conector (5) de núcleo.Figs. 8a and 8b show two examples of an assembly formed by both elements interconnected in this way. As can be seen, applying sufficient force, it is possible to place the core material injection tube (6) in the most suitable position for each case with regard to the distance that the tube (6) protrudes through the front end of the core connector (5).

La Fig. 9 muestra el dispositivo (1) de la invención montado según una segunda configuración diseñada para la formación de fibras formadas por núcleo y corteza.Fig. 9 shows the device (1) of the invention assembled according to a second configuration designed for the formation of fibers formed by core and shell.

Partiendo de la configuración mostrada en la Fig. 5, únicamente es necesario acoplar el conjunto formado por el conector (5) de núcleo y el tubo (6) de inyección de material de núcleo mostrados en las Figs. 8a y 8b con el conector (2) de corteza. Para ello, se inserta una porción delantera de dicho conector (5) de núcleo en la porción trasera cónica (21a) del orificio longitudinal pasante (21) del conector (2) de corteza. Las formas cónicas del conector (5) de núcleo y de dicha porción trasera (21a) del orificio (21) están diseñadas para que, mediante la aplicación de una presión longitudinal suficiente, ambas queden fijadas entre sí. Además, esta unión también asegura la coaxialidad de ambos elementos. Evidentemente, la unión está diseñada además de modo que el conector (5) de núcleo no entra en el conector (2) de corteza una distancia tal que pueda obturar orificio transversal pasante (22) de dicho conector (2) de corteza.Starting from the configuration shown in Fig. 5, it is only necessary to couple the assembly formed by the core connector (5) and the core material injection tube (6) shown in Figs. 8a and 8b with the bark connector (2). For this, a front portion of said core connector (5) is inserted into the conical rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) of the shell connector (2). The conical shapes of the core connector (5) and of said rear portion (21a) of the hole (21) are designed so that, by applying sufficient longitudinal pressure, both are fixed to each other. Furthermore, this union also ensures the coaxiality of both elements. Obviously, the connection is further designed so that the core connector (5) does not enter the shell connector (2) at such a distance that it can close the transverse through hole (22) of said shell connector (2).

Al realizar el acoplamiento anterior, el tubo (6) de inyección de núcleo entra coaxialmente dentro del tubo (3) de inyección de corteza. Seleccionando adecuadamente la posición del tubo (6) de inyección de núcleo con relación al conector (5) de núcleo, el extremo delantero de dicho tubo (6) de inyección de núcleo quedará a ras con el extremo delantero de salida de la porción delantera cilindrica (41a) de dicho orificio (41), o bien algo adelantado o retrasado con relación a éste.By performing the above coupling, the core injection tube (6) coaxially enters the shell injection tube (3). By appropriately selecting the position of the core injection tube (6) relative to the core connector (5), the front end of said core injection tube (6) will be flush with the leading outlet end of the front cylindrical portion (41a) of said hole (41), or something ahead of or behind it.

Las Figs. 10 y 11 muestran el extremo delantero de la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41), del tubo (3) de inyección de corteza y del tubo (6) de inyección de núcleo, que en este ejemplo están todos a ras. Concretamente, la Fig. 10 muestra las dimensiones de un ejemplo particular de esta estructura, donde el tubo (5) de inyección de núcleo tiene un diámetro interior de 0,6000 mm, el tubo (3) de inyección de material de corteza tiene un diámetro interior de 1,4000 mm, y la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) tiene un diámetro interior de 2,5000 mm. Dado que el espesor de ambos tubos (3, 5) es de 0,2000 mm, resulta que la anchura del canal anular por el que se inyecta el material (Mc) de corteza es de 0,4000 mm y la anchura del canal anular por el que se inyecta el aire (A) es de 1,1000 mm.Figs. 10 and 11 show the front end of the cylindrical front portion (41a) of the hole (41), the shell injection tube (3) and the core injection tube (6), which in this example are all flush. Specifically, Fig. 10 shows the dimensions of a particular example of this structure, where the core injection tube (5) has an internal diameter of 0.6000 mm, the shell material injection tube (3) has a internal diameter of 1.4000 mm, and the cylindrical front portion (41a) of the hole (41) has an internal diameter of 2.5000 mm. Since the thickness of both tubes (3, 5) is 0.2000 mm, it turns out that the width of the annular channel through which the bark material (Mc) is injected is 0.4000 mm and the width of the annular channel through which the air (A) is injected is 1,1000 mm.

Así, con referencia a las Figs. 2 y 12, el funcionamiento de esta segunda configuración del dispositivo (1) de la invención es el siguiente. Se introduce el material (Mn) de núcleo proveniente de un segundo inyector (300b) a través del extremo trasero del tubo (6) de inyección de material de núcleo. Este material (Mn) de núcleo atraviesa dicho tubo (6) y es expulsado por su extremo delantero. Al mismo tiempo, se introduce el material (Mc) de corteza a través del orificio transversal pasante (22) proveniente de un primer inyector (300a). Este material (Mc) de corteza entra en el tubo (3) de inyección de material de corteza y lo atraviesa hasta ser expulsado por su extremo delantero. Y al mismo tiempo, se aplica un gas a presión, normalmente aire, proveniente de un compresor (100) dotado de manómetro (200) al conducto (42) de alimentación por medio de una manguera conectada a la boca de dicho conducto (42). El aire (A) a presión atraviesa el conducto (42) de alimentación, entra en la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) pasante del soporte (4) principal, y finalmente sale a presión a través de la porción con forma de anillo de dicha porción delantera cilíndrica (41a) que rodea al tubo (3) de inyección de material de corteza y, también, al tubo (6) de inyección de material de núcleo coaxial con aquel. De ese modo, el material (Mn) de núcleo expulsado por el extremo del tubo (3) de inyección de material de núcleo queda en el centro, el material (Mc) de corteza expulsado por el extremo del tubo (6) de inyección de material de corteza rodea anularmente a dicho material (Mn) de núcleo, y el aire (A) expulsado por la porción delantera cilíndrica (41a) del orificio (41) rodea a dicho material (Mc) de corteza. Esta estructura permite la creación de fibras formadas por núcleo y corteza que, tras un determinado tiempo de vuelo, son recogidas por un colector (400). Thus, with reference to Figs. 2 and 12, the operation of this second configuration of the device (1) of the invention is as follows. The core material (Mn) from a second injector (300b) is introduced through the rear end of the core material injection tube (6). This core material (Mn) passes through said tube (6) and is ejected at its front end. At the same time, the bark material (Mc) is introduced through the transverse through hole (22) from a first injector (300a). This bark material (Mc) enters the bark material injection tube (3) and passes through it until it is expelled at its front end. And at the same time, a pressurized gas, usually air, from a compressor (100) equipped with a manometer (200) is applied to the supply duct (42) by means of a hose connected to the mouth of said duct (42) . The pressurized air (A) passes through the supply duct (42), enters the front cylindrical portion (41a) of the through hole (41) through the main support (4), and finally exits under pressure through the shaped portion ring of said cylindrical front portion (41a) surrounding the shell material injection tube (3) and also the core material injection tube (6) coaxial therewith. Thus, the core material (Mn) ejected from the end of the core material injection tube (3) remains in the center, the bark material (Mc) expelled from the end of the core injection tube (6). Crust material annularly surrounds said core material (Mn), and air (A) expelled by the cylindrical front portion (41a) from hole (41) surrounds said crust material (Mc). This structure allows the creation of fibers formed by core and bark that, after a certain flight time, are collected by a collector (400).

Las Figs. 13a-13c son imágenes ópticas fibras de poli(fluoruro de vinilideno), PVDF, con un 1% en peso de nanotubos de carbono de pared múltiple, MWCNT. Se utilizó un dispositivo (1) con la configuración simple de un solo tubo cuyo diámetro fue de: (A) 0,6 mm, (B) 0,8 mm y (C) 1,2 mm.Figs. 13a-13c are optical images of polyvinylidene fluoride (PVDF) fibers with 1% by weight of multi-walled carbon nanotubes, MWCNT. A device (1) with the simple configuration of a single tube was used whose diameter was: (A) 0.6 mm, (B) 0.8 mm and (C) 1.2 mm.

Las Figs. 14a y 14b muestran imágenes ópticas a suficientes aumentos como para observar la estructura corteza-núcleo de las fibras multicomponentes formadas por un dispositivo (1) según la invención utilizando polióxido de etileno como material (Mn) de núcleo y polisulfona como material (Mc) de corteza.Figs. 14a and 14b show optical images at sufficient magnifications to observe the core-core structure of the multicomponent fibers formed by a device (1) according to the invention using ethylene oxide as core material (Mn) and polysulfone as material (Mc) of Cortex.

La Fig. 15 muestra una imagen de microscopía electrónica de trasmisión por barrido, STEM, donde se ve con claridad la estructura de una de las fibras coaxiales de polióxido de etileno recubierto por polisulfona mostradas en las Figs. 14a y 14b.Fig. 15 shows a STEM scanning transmission electron microscopy image, where the structure of one of the polysulfone-coated ethylene oxide coaxial fibers shown in Figs. 14a and 14b.

Por último, las Figs. 16a-16c muestran una vista macroscópica de la formación de fibras no tejidas utilizando el dispositivo (1) de la invención cuando se aplican una presión de aire de a) 0,5 bar, b) 1 bar, y c) 2 bar. Finally, Figs. 16a-16c show a macroscopic view of the formation of non-woven fibers using the device (1) of the invention when an air pressure of a) 0.5 bar, b) 1 bar, and c) 2 bar are applied.

Claims

1. Device (1) for obtaining fibers of nanometric or micrometric diameter, characterized in that it comprises:

- a bark connector (2) comprising a longitudinal through hole (21) and a transverse through hole (22), where the transverse through hole (22) communicates the longitudinal through hole (21) with the exterior of said connector (2 ) bark for feeding a bark material;

- a bark material injection tube (3) configured to be pressed through a cylindrical front portion (21b) of the longitudinal through hole (21) of the bark connector (2) such that a front portion of said bark material injection tube (3) protrudes through a front end of said bark connector (2); and

- a main support (4) comprising a through hole (41) having a cylindrical front portion (41a) and a cylindrical rear portion (41b) coaxial with the cylindrical front portion (41a), where the diameter of the front portion ( 41a) cylindrical is greater than the diameter of the cylindrical rear portion (41b), where the main support (4) further comprises a gas supply conduit (42) in communication with the cylindrical front portion (41a) of the hole (41) through, where the cylindrical rear portion (41b) of the through hole (41) is configured to press-fit the front portion of the shell material injection tube (3) protruding through the front end of the shell connector (2),

so that, when the bark connector (2) is fixed to the main support (4) by pressing in the portion of the bark material injection tube (3) protruding from the bark connector (2) in the cylindrical rear portion (41b) of the through hole (41) through the main support (4), the front end of the bark material injection tube (3) is coaxial with the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41) of the main support (4), allowing fibers to be obtained through the simultaneous injection of the bark material through the transverse through hole (22) of the bark connector (2) and a gas under pressure through the conduit (42) gas supply line of the main support (4).

2. Device (1) according to claim 1, further comprising:

- a core connector (5) comprising a through longitudinal cylindrical hole (51), said core connector (5) being configured for fixing to a rear portion (21a) of the through longitudinal hole (21) of the connector (2) bark; and

- a core material injection tube (6) having a diameter less than the diameter of the shell material injection tube (3), the core material injection tube (6) being configured to be inserted under pressure through the longitudinal through hole (51) of the core connector (5) such that a front portion of said core material injection tube (6) protrudes through a front end of said core connector (5);

so that when the core connector (5) is fixed to the rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) of the shell connector (2), the core material injection tube (6) is coaxial with the bark material injection tube (3) and, when in addition the bark connector (2) is fixed to the main support (4) by pressing in the protruding bark material injection tube (3) portion. of the bark connector (2) in the cylindrical rear portion (41b) of the through hole (41) through the main support (4), the core material injection tube (6) is also coaxial with the cylindrical front portion (41a) of the through hole (41) of the main support (4), allowing obtaining multi-component coaxial fibers through the simultaneous injection of the bark material through the transverse through hole (22) of the bark connector (2), of the core material through an extr rear emo of the tube (6) for injection of core material, and of a gas pressurized through the gas supply line (42) of the main support (4).

Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the core connector (5) and the rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) of the shell connector (2) are conical in shape, so that a front portion of the core connector (5) fits into said rear portion (21a) of the longitudinal through hole (21) of the shell connector (2).

Device (1) according to any of the preceding claims, wherein the gas supply conduit (42) comprises a coupling mouth configured for fixing a gas supply hose.