Výprava za tajemstvím výroby nanovláken

Výprava za tajemstvím výroby nanovláken

Nanovlákna, pojem skloňovaný v posledních dvou dekádách v mnoha pádech. Nejprve v souvislosti s mimořádným úspěchem vědců Technické univerzity v Liberci (byla o něm řeč v první epizodě našeho podcastu Region, který mění svět), později velmi intenzivně v souvislosti s vývojem a výrobou pomůcek pro ochranu dýchacích cest, roušek a respirátorů. Filtrace plynů a kapalin je ostatně jednou z významných oblastí užití nanovláken. Roušky jsou pak malou výsečí, které se dostává pozornosti dnes díky pandemické krizi. Do budoucna jsou však před nanomateriály ještě větší výzvy. Především čištění vod může být přímo strategickou devizou ve světě klimatických změn.

První nanovlákna vědci dokázali vyrobit již v první polovině minulého století. Vědecký svět o nich ví dokonce ještě o něco déle. Kouzlo objevu týmu Technické univerzity v Liberci okolo profesora Oldřicha Jirsáka spočívá v rozluštění hádanky, jak úspěšně aplikovat jejich výrobu v průmyslovém měřítku. Mnohokrát jsme o tom psali, tentokrát se ale podíváme zblízka hledáčkem fotoaparátu. Vydali jsme se do libereckého Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace (CxI), konkrétně do laboratoře klastrové organizace Nanoprogress doslova napěchované moderními přístroji na výrobu nanovláken.

Příprava výroby: Z čeho se vyrábějí nanovlákna?

Nanovlákna se vyrábějí z přírodních nebo syntetických polymerů. Různé druhy suroviny dávají nanovláknům různé, unikátní vlastnosti. Pro výrobu technologií zvlákňování je potřeba nejprve připravit zvlákňovací polymerní roztok (v našem případě se roztok připravuje z granulátu polymeru PLA – kyseliny polymléčné).

Výrobní fáze: Jak na to?

Proces výroby se nazývá AC electrospinning, česky střídavé elektrické zvlákňování. AC je zkratka pro střídavý proud (altering current). Ústředním prvkem výrobního zařízení je tyčová zvlákňovací elektroda, která vytváří kouři podobný útvar složený z propletených nanovláken. Nazýváme ho nanovlákenná vlečka.

Během iniciační fáze výroby nanovláken pokryje technik zvlákňovací elektrodu výrobního zařízení polymerním roztokem. Na ovládacím panelu nastaví parametry procesu a můžeme začít.

Nanovlákenná vlečka se zpracovává různými způsoby. Lze ji například navést na sběrnou elektrodu v podobě rotačního válce která poslouží pro sběr vyrobených nanovláken.

Rotační válec se používá pro přípravu plošných nanovlákenných struktur (vlevo). Příprava lineárních nanovlákenných struktur (vpravo) oproti tomu probíhá tak, že nanovlákennou vlečku ukládáme na nosnou přízi. Nosná příze není tvořena nanovlákny a slouží pouze jako jádro výsledného produktu. Nanomateriál je pláštěm, tedy vrchní vrstvou.

Lze ověřit, jakou má nanovlákenná struktura charakteristiku? 

Ano, například pomocí přidání směsi na bázi železa (modrá kapalina v pipetě) do polymerního roztoku. Pro ověření specifické nanovlákenné struktury například u bi-komponentního (dvousložkového) nanovlákna, lze polymer pro výrobu jedné složky obarvit a následně zkoumat strukturu finálního výrobku. 

Jak vypadá finální výrobek? 

Plošná nanovlákenná struktura (vlevo) je využitelná například pro filtraci vzduchu. Pro ochranné dýchací pomůcky se používá kombinace s netkanou textilií, která funguje jako nosič nanovlákenné vrstvy (známé roušky s nápisem NANO z Liberce). Lineární nanovlákenná struktura (vpravo) může mít podobu nanovlákenné příze s jádrem z klasické příze obaleným nanovlákenným pláštěm.

Doporučené články

Liberecká „továrna na sny“ slaví 70 let
Liberecká „továrna na sny“ slaví 70 let
Liberecký VÚTS letos slaví 70. výročí od svého založení. Za sedm dekád z něj vzešly stovky unikátních technologických řešení, které následně putovaly do celého světa. Výzkumný ústav později přidal do svého názvu označení Centrum rozvoje strojírenského výzkumu. Dnes totiž vyvíjí technologie a výrobní stroje pro vícero odvětví. Patří mezi ně automobilový, textilní, letecký nebo sklářský průmysl. Výsledky jsou na trhu vidět. Například ve sportu – nafukovací padlleboardy drží svůj tvar díky speciálním 3D distančním tkaninám. U závodních lyží Lusti se zase liberečtí vývojáři postarali o to, aby zůstaly extrémně lehké, přesto však velmi pevné.
Petr Nový: Tradici je potřeba rozvíjet, nelze se na ni jen slepě odkazovat
Petr Nový: Tradici je potřeba rozvíjet, nelze se na ni jen slepě odkazovat
Desátý díl podcastu Region, který mění svět představí hned několik osobností zapojených do vynalézání v kraji pod Ještědem. Hosta jsme však přivítali jen jednoho. Byl jím Petr Nový, hlavní kurátor Muzea skla a bižuterie v Jablonci nad Nisou a jeho ředitel pro odbornou činnost. Řeč byla o inovátorech v oblastech skla a bižuterie počínaje Danielem Swarovski, „notorickým vynalézačem bez peněz”, a konče moderní dobou vyčnívající zde především designem exkluzivních svítidel.
Vložením e-mailu souhlasíte s podmínkami zpracování osobních údajů.