Nanofaser­produktion für diverse Anwendungsge­biete. LINEA-Reihe

Die Nanospider™-Technologie verwendet eine dünne Edelstahl‑Elektrode zum Aufweichen und einen beweglichen Aufsatz, um die Polymerlösung über die gesamte Länge des Strangs aufzutragen. Unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes bilden sich Nanofasern aus einer dünnen Polymerschicht auf der Elektrode. Einer der Vorteile dieser Methode besteht darin, dass nur eine geringe Menge der dauerhaft frischen Polymerlösung zur Befeuchtung während eines Bewegungsablaufs verwendet wird. Dies ist eine Voraussetzung für die Garantie von konstanter Nanofasermorphologie während der Langzeitproduktion.

Die Technologie ermöglicht deshalb nicht nur die Benetzung mit Polymertropfen, die durch eine Düse in das elektrische Feld gelangen, sondern eine kontinuierliche dünne Schichtung der Polymerlösung über die gesamte Länge des Spinnfadens. Dies ist eine wichtige Anforderung für die industrielle Produktion. Während des Betriebs wird die Maschine zu einem geschlossenen System, das durch Schutzvorrichtungen gesichert ist und den Zugang zur Enthärtungskammer verhindert.

Anwendung der LINEA-Reihe

Der Zauber liegt in der Technologie

Die Konfiguration besteht aus einer stationären Drahtelektrode zur Enthärtung. Auf diese wird eine Weichmacher‑Lösung mit Hilfe eines speziellen Aufsatzes mit kalibrierter Düsenöffnung aufgetragen. Eine dünne Schicht der Polymerlösung bedeckt die Oberfläche der Drahtelektrode. Durch das Anlegen einer hohen Spannung wird die Oberflächenspannung der Lösung durch elektrostatische Kraft überwunden und die Polymerlösung wird gezwungen, sich in einen Bereich mit niedrigerem elektrischem Potenzial zu bewegen. Dadurch wird die Bildung der sogenannten Taylor‑Kegel ausgelöst. Während sich der Flüssigkeitsstrom zur Gegenelektrode (Kollektor) bewegt, verdampft das Lösungsmittel, die Fasern werden gestreckt und als Band auf dem Substratmaterial unter der Gegenelektrode abgelagert.

Mehr Elektroden für höhere Produktivität

Alle Anlagen des Portfolios verwenden die gleiche Technologie. Das erleichtert eine Produktionserweiterung durch die Kombination mehrerer Enthärtungsanlagen in einer Produktionslinie. Der Produktionsdurchsatz erhöht sich linear mit zusätzlichen Produktionseinheiten. Durch den Anschluss eines Präzisionsklimagerätes wird eine stabile Luftfeuchtigkeit und Temperatur für die Nanofaserproduktion gewährleistet, unabhängig von den Eingangsschwankungen.

Vorteile der Technologie

Hohe Atmungsaktivität und Homogenität

Beispiel NS 8S1600U: 20 000 000 m² des beschichteten Materials jährlich für PA6, Faserdurchmesser 150 nm, Flächengewicht 0,03 g/m³, 85% Betriebsfähigkeit

Kosteneffektive Produktion

Das Gerät ermöglicht eine Prozessoptimierung für das entsprechende Polymer, Substratmaterial und verschiedene Produktparameter.

Skalierbarkeit der Produktion

Jede Einheit enthält 8 Enthärtungselektroden. Um die Produktivität zu erhöhen, können bis zu 4 Elektrospinneinheiten mit insgesamt 32 Enthärtungselektroden in eine Produktionslinie integriert werden.

Anwendung der LINEA-Technologie in der Praxis

Produkte der LINEA-Reihe

Nanospider™ NS 8S1600U

Skalierbare industrielle Fertigungslinie

Nanospider™ NS 4S1000U

Einfacher Übergang vom Labormaßstab zur industriellen Produktion

Nanospider™ NS 3S500U

Vielseitige Geräte für Forschung und Kleinserienproduktion

Skalierbare industrielle Fertigungs­straße

Nanospider™ NS 8S1600U

Der Nanospider™ NS 8S1600U ist unser Kernmodul für die Produktion von Nanofasern in großen Mengen. Es ist auf Benutzerfreundlichkeit, Skalierbarkeit, Modularität und Flexibilität bei der Herstellung von Nanofasern höchster Qualität ausgelegt. Es handelt sich um eine modulare 1,6 Meter breite Elektrospinneinheit mit Benetzungselektroden. Bis zu vier NS 8S1600U‑Einheiten können zu einer einzigen Produktionslinie kombiniert werden, die jährlich mehrere zehn Millionen Quadratmeter Nanofasermaterial produzieren kann.

Technische Parameter der Fertigungs­straße NS 8S1600U

Anzahl der Elektrospinneinheiten 1
Anzahl der Anwendungsmodule 2
Module können sowohl unabhängig als auch mit diversen Polymeren betrieben werden
Gesamtzahl der Spinnelektroden 8 (4 pro Modul)
Breite der Spinnelektrode (einstellbare Breite 1000–1600 mm) 1600 mm
Spannung beim Elektrospinnen 0–140 kV
Abwicklungsgeschwindigkeit (abhängig von der gewünschten Nanofaserschicht) 0,2–40,0 m/min.
Abstand der Spinnelektrode zum Substrat 150–250 mm
Abstand der aufnehmenden Elektrode zum Substrat 30–130 mm
Stromverbrauch 5 kW
Abmessungen der Maschine
Höhe 2930 mm
Breite 3200 mm
Länge 2600 mm
Gewicht 2500 kg

Temperatur 20–30 °C
Feuchtigkeit 20–40 % RH
Betriebszeit 24/7‑Betrieb möglich
Zeit der Inbetriebsetzung Typisch innerhalb von 20 Minuten
Erforderliche Zeit zum Befüllen des Polymers 15 Minuten
Volumen des Behälters 60 l (2×30 l)
Monatliche Zeiteinteilung für die Wartung Ungefähr 15 Stunden (prozessabhängig)

Servicepersonal 1,5 Person/Schicht
Anforderungen an die Produktionsstätten Ungefähr 200 m² (10×20 m)
Deckenhöhe mindestens 4 m
Raum mit geringer Staubbildung
Weitere spezielle Anforderungen Geeignete Abluftreinugung
Trockene Druckluft
Inertgas
Anforderungen an die Lüftung Üblichlicherweise 2500 m3/h für eine Fertigungsstraße mit einer Elektrospinneinheit exkl. periphere Anbauten

Einfacher Übergang vom Labormaßstab in die Industrieproduktion

Nanospider™ NS 4S1000U

Der Nanospider™ NS 4S1000U ermöglicht eine Rolle-zu-Rolle-Nanofaserproduktion in halbindustriellem Maßstab. Die Anlage ist in der Lage, eine Schichtbreite von 1000 mm zu produzieren und kann mit externen Peripheriegeräten ergänzt werden. Es ist die ideale Lösung um Prozesse von einem Laborkonzept auf eine Großserienproduktion auszuweiten und für die Feinabstimmung des gesamten Produktionsprozesses vor dem Upscaling auf die industrielle Produktion (NS 8S1600U).

Technische Parameter der Fertigungsstraße NS 4S1000U

Anzahl der Elektrospinneinheiten 1
Anzahl der Anwendungsmodule 2
Module können sowohl unabhängig als auch mit unterschiedlichen Polymeren betrieben werden
Gesamtzahl der Spinnelektroden 4 (2 pro Modul)
Breite der Spinnelektrode (einstellbare Breite 300–1000 mm) 1000 mm
Spannung beim Elektrospinnen 0–140 kV
Abwicklungsgeschwindigkeit (abhängig von der gewünschten Nanofaserschicht) 0,2–12,0 m/min.
Abstand der Elektrode zum Substrat 150–250 mm
Stromverbrauch 6 kW
Abmessungen der Maschinen Höhe 2450 mm
Breite 2300 mm
Länge 2100 mm
Gewicht 1500 kg

Temperatur 20–30 °C
Feuchtigkeit 20–40 % rF
Betriebszeit Betrieb 24/7
Zeit der Inbetriebnahme Typischerweise innerhalb von 20 Minuten
Erforderliche Zeit zum Abfüllen der Polymere 10 Minuten
Volumen des Behälters 20 l
Monatlicher Zeitaufwand für die Wartung Ungefähr 15 Stunden (prozessabhängig)

Servicepersonal 1 Person/Schicht
Anforderungen an die Produktionsstätten Ungefähr 100 m² (10×10 m) 
Deckenhöhe mindestens 4 m 
Raum mit geringer Staubbildung erforderlich
Weitere besondere Anforderungen Geeignete Abluftverarbeitung
Trockene Druckluft
Inertgas
Anforderungen an die Lüftung Üblichlicherweise 2500 m³/h für eine Fertigungsstraße mit einer Elektrospinneinheit exkl. periphere Anbauten

Umgebungsan­forderungen für Fertigungsstraßen NS 8S1600U und NS 4S1000U

Präzise Klimatisierung

Die Gasatmosphäre in der Enthärtungskammer ist einer der wichtigsten Faktoren, der die Fasermorphologie und die Prozessleistung beeinflusst. Für die meisten Polymerlösungsformulierungen liegt die angestrebte relative Luftfeuchtigkeit im Bereich von 20‑50 % und die notwendige Temperatur im Bereich von 18‑30 °C. Das Klimatisierungsgerät ist so konzipiert, dass es eine präzise Steuerung der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit in der Enthärtungsanlage ermöglicht. MEHR ZU KLIMAANLAGEN

Polymer-Mischstationen

Hier werden die Polymerlösungen für die Verwendung in der Spinnanlage vorbereitet. Dabei handelt es sich um einen Doppelwandbehälter, in dem die zubereitete Lösung gemischt wird und der während der Zubereitung zu verschiedenen Zeitpunkten erhitzt oder gekühlt werden kann. Der Prozess des Befüllens und Entleerens von Chemikalien in die Behälter ist so konzipiert, dass bedienendes Personal möglichst wenig eingreifen muss.

Abwickeln und Aufwickeln

Sowohl der Abwickler als auch der Aufwickler bestehen aus Stahlrahmen mit Motoren, die die mechanischen Wellen für die Bewegung antreiben. Die Vorrichtung ermöglicht ein bidirektionales Aufwickeln des Substratmaterials. Das Auswechseln und Einlegen der Rollen des Trägermaterials erfolgt manuell. Die Abwickel- und Aufwickelmaschine ist mit einem Sicherheitszaun ausgestattet.

Modul Adhäsion

Das Adhäsionsmodul sorgt dafür, dass die auf das Trägermaterial aufgebrachte Nanofaserschicht einwandfrei und ohne Delaminationsstörungen anhaftet. Das Modul dient zum Auftragen von flüssigen Dispersionsklebstoffen oder ähnlichen Flüssigkeiten auf die Oberfläche von verschiedenen Trägermaterialien mit glatter oder leicht strukturierter Oberfläche. Zum Beispiel:

  • Papier (flach und gewellt)
  • Kunststofffolie
  • Vliesstoff oder gewebte Textilien

Heißlufttrockner

Der Zweck des Trockners ist die Beseitigung von Restfeuchte der Klebelösung. Die Schichten müssen vor dem Aufwickeln ordnungsgemäß getrocknet werden, um ein unkontrolliertes Verkleben zu vermeiden. Das Modul wird immer in Kombination mit einem Adhäsionsmodul installiert. Da die Abluft geringe Mengen an Lösungsmitteldämpfen enthält muss sie einer Abluftreinigung zugeführt werden.

Durchlaufende Aufnahmeelektrode

Die aufnehmende Elektrode mit durchlaufendem Transportband (endless belt‑Konstruktion - EB) ermöglicht das Elektrospinnen auf Substratmaterialien mit einem höheren Oberflächenwiderstand (1010 - 1016 Ohm), für die keine Standard-Drahtauffangelelektrode verwendet werden kann. Mit der EB‑Technologie kann auch die Einheitlichkeit der Nanofaser‑Beschichtung in Querrichtung verbessert werden, indem die Auswirkungen der Ungleichmäßigkeiten im Basissubstrat reduziert werden. Das Substrat reagiert in der Nanospider™-Kammer elektrostatisch anhaftend mit dem Bandmaterial und durch die laufende mechanische Bewegung wird dieser Prozess erheblich unterstützt. Ein elektrisches Motorsystem bewegt das Transportband mit derselben Geschwindigkeit wie das Substrat.

Digitale Messung der Luftdurchlässigkeit mit Textest

Die Qualität von nanofaserbeschichtetem Material ist kontinuierlich überwacht und das Gerät dient zur Messung der Luftdurchlässigkeit oder von einem Druckabfall. Die genutzten Messinstrumente von externen Herstellern entsprechen einem sehr hohen Industriestandard zur Qualitätssicherung.

Stützaufbau mit Laufrollen

Die Zelte enthalten ein System von Rollen, die das Trägermaterial stützen und seine Verformung verhindern. Der Aufbau dient als Führung beim Ab- oder Aufwickeln von Material und verhindert Verformungen. Außerdem wird mit dieser Konstruktion die Durchmischung der Atmosphäre in der Spinnkammer mit der Luft außerhalb der Anlage minimiert.

Datenspeicherung und Fernzugriff

Das System speichert regelmäßig prozessspezifische Daten und Einstellungen. Diese werden anschließend als Produktionsprotokoll verwendet. Sie sind über ein http‑Protokoll im lokalen Netz zugänglich. Natürlich ermöglicht das Gerät den Fernzugriff über ein eigenes und sicheres Netwerk (VPN). Auf diese Weise können wir Serviceanfragen bei Bedarf auch aus der Ferne lösen.

Abluftreinigung

Die Produktionsanlage und angeschlossene Geräte erzeugen Emissionen von organischen Säuren und Lösungsmitteln. Eigenschaften und Konzentration der Emissionen hängen von der Einrichtung der Maschine ab und sind für jedes Produkt spezifisch. Wir entsorgen die Abluft nach hohem Umweltstandard und vermeiden, dass die Umgebung durch den Ausstoß dieser Stoffe verschmutzt wird.

NS 3S500U - Einrichtung für Forschung und Kleinvolumen­produktion

Die elektrostatische Elektrospinnmaschine NS 3S500U ist ein vielseitiges Werkzeug für die Forschung und Entwicklung von Nanofaserprodukten, sowie für die Kleinserienproduktion. Es kombiniert die Eigenschaften eines High‑End-Laborgeräts mit den Möglichkeiten der industriellen Produktion.

Flexibilität der verwendeten Polymere und Materialkombination

Das NS 3S500U kann ein breites Spektrum von Polymeren zum Elektrospinnen erweichen, einschließlich hochviskoser Polymerlösungen. Diese können dann mit vielen Arten von Trägermaterialien versponnen werden werden, darunter Zellulose, synthetische Materialien oder Glasfasern.

Die nadelfreie Nanospider™-Technologie ermöglicht eine einfache Prozessoptimierung. Die meisten Prozessparameter können über einen Touchscreen eingestellt werden.

Qualität und Sicherheit

  • Hergestellt aus FDA-zertifizierten Materialien
  • Erfüllt alle Anforderungen der CE-Norm
  • Sicherheitsschlösser an Türen
  • Sicherheitsschalter
  • Integriertes Umwickeln des Unterlegwerkstoffes

Funktion und empfohlene Ausnutzung von NS 3S500U

Das Gerät ist mit einer Peristaltikpumpe für die Möglichkeit der kontinuierlichen Befüllung mit ständiger Durchmischung der Lösung ausgestattet. Dies gewährleistet eine automatisierte Betriebsweise und macht die Anlage auch für die Kleinserienproduktion von nanofaserigen Materialien geeignet.

  • Die schnellste Umstellung auf  industrielle Produktion
  • Das hergestellte Material hat eine hohe Leistung/Ausbeute und Gleichmäßigkeit im Vergleich zu Nadeltechnologien
  • 500 mm breite Nanofaserschicht
  • Ermöglicht die Kontrolle aller Prozessparameter (Spannung, Substratgeschwindigkeit, Größe der Matrize, Geschwindigkeit des Beschichtungskopfes, Abstand des Fadens vom Substrat usw.)
  • Dauerbetrieb bis zu 8 Stunden (je nach Polymerlösung und Geräteeinstellung)

Erweiterte Forschungs- und Produktionskapazitäten dank zusätzlicher Arten von Elektroden

Zusätzlich zur standardmäßigen Drahtelektrode ist jede NS 3S500U-Maschine mit zwei zusätzlichen Arten von Sammelelektroden ausgestattet - einer rotierenden Elektrode und einem endlosen Band. Diese können je nach Bedarf variabel gewechselt werden und erweitern signifikant die Arbeitsmöglichkeiten an der NS 3S500U-Maschine.

Rotationselektrode

Die Rotationselektrode ermöglicht die Erweiterung der Nutzung der Maschine NS 3S500U. Die Kollektordrahtelektrode wird durch eine zylindrische Elektrode ersetzt. Dank des eingebauten Antriebs können die einzelnen Kollektoren bis zu einer Geschwindigkeit von 2000 U/min gedreht werden, wodurch je nach Durchmesser des Busses eine Umfangsgeschwindigkeit von bis zu 10 m/s erreicht wird. Diese Art von Kollektorelektrode empfiehlt sich für die Präparation von Proben mit orientierten Fasern oder Materialien, die aus sich überlagernden Nanofaserschichten bestehen.

Endlosband

Das Endlosband als Kollektorelelektrode ermöglicht die Einweichung von Trägermaterialien mit einem höheren Volumenwiderstand (1010 – 1016 Ohm), die mit einer normalen Kollektordrahtelektrode nicht verwendet werden können. Die Trägermaterialschicht ist elektrostatisch mit dem Band verbunden, was die mechanische Unterstützung des Untergrundmaterials erheblich verbessert. Dank des Elektromotors bewegt sich das Band mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Trägermaterial, und es werden keine unerwünschten Belastungen darauf ausgeübt. Darüber hinaus kann das Standardband durch eine PTFE-Version ersetzt werden, die ohne Trägermaterial betrieben und dank des Antriebs für die Direktbeschichtung verwendet werden kann.

Technische Parameter NS 3S500U

Stationäres Elektrodensystem
Anzahl der Spinnelektroden 3
Breite der Spinnelektrode 500 mm
Integriertes Abwickeln/Aufrollen des Trägermaterials in eine Richtung
Spannung beim Elektrospinnen 0‑100 kV
Abwicklungsgeschwindigkeit 5‑5000 mm/min.
Abstand der Elektrode zur Unterlage 120‑240 mm
Effektive Breite der Nanofaserschicht 300‑500 mm
Ununterbrochenes Pumpen der Lösung (hängt von der Polymer-/Lösungsmittellösung ab)  bis zu 8 Stunden
Betriebszeit im Chargenbetrieb (abhängig von Polymer/Lösungsmittel-Lösung) bis zu 60 Minuten
Stromverbrauch
Leistungsaufnahme (im Falle des Anschlusses einer externen Aufwicklung bis 5,4 kW) bis 1,4 kW
Abmessungen
Höhe 2250 mm
Breite der Spinnelektrode 1640 mm
Länge 1470 mm
Gewicht 510 kg

Angeführte Abmessungen sind ohne Aufbauten im Umfeld, aber einschl. Alu-Zusatzrahmen

Zubehör
Behälter für Lösung
Produktionsbetriebsart Behältertyp Volumen
Kontinuierliches Abpumpen Peristaltisch 1 000 ml
Chargenproduktion Standard 50 ml x 2
Chargenproduktion Klein 10 ml x 3
Optionale Niederschlagselektrode
Rotierende Elektrode Endlosband
U/min: bis zu 2000 Geschwindigkeit: 5-5000 mm/min
Zylindrische Kollektoren Kollektoren: PU, PTFE
Umfangsgeschwindigkeit: bis zu 10 m/s  
Zusätzlicher Aluminiumrahmen für eine einfache Probenentnahme
Integriertes Feuerlöschsystem
Optionale Aufbauten
Klimatisierungsgerät (NS AC 150)
Externes Abwickeln und Aufwickeln des Trägermaterials

Durchlässigkeit Hängt vom Polymer, Substrat, Prozess und Faserdurchmesser ab.
Effektive Breite der Nanofaserschicht 300‑500 mm
Arbeitstemperatur 20‑30 ºC
Arbeitsfeuchte 20‑40 % rF
Luftstrom 30‑250 m3/Stunde

Servicepersonal 1 Person
Produktionsbereiche (beim Anschluss der externen Aufwicklung 4×6 m) 4×4 m
Erforderlicher Anschluss der Absauglüftung
Stromversorgung (für Netze aller Länder angepasst) 230 V
Stromversorgung (durch externe Wicklung) 3×400 V
Entlüftung der Abluft 250 m³/Stunde
Druckluft (nur für externe Aufwicklung) 5 bar
Geeignete Abluftreinigung erforderlich
Zuluftanschluss für optionales AC-Gerät
Anschluss des Feuerlöschsystems
Äußere Erdung

Technische Grundstruktur
Max. Rollenbreite der Trägerrolle 550 mm
Max. Rollendurchmesser (mit äußerer Wicklung 500 mm) 400 mm
Mögliche Trägermaterialien Zellulose, Synthetik, Glaslaminat, Folie
Polymere
Vielseitige Ausrüstung für lösliche Polymere
Parameter der Fasern
Einstellbare Faserdurchmesser ca. 80‑700 nm
Abweichung des Faserdurchmessers typisch +/- 30 %
Homogenität des Querprofils und der Wicklungsrichtung typisch +/- 5 %
Alle Faserparameter hängen vom Polymer, der Unterlage und dem Prozess ab.

Optionale Peripheriegeräte für NS 3S500U

NS AC150 Klimagerät

Klimatisierungsgerät für Nanospider™-Laborgeräte und die Kleinserienproduktion

Das NS AC150 bietet eine variable Leistung für experimentelle Arbeiten im Labormaßstab. Er kann daher nicht nur für die elektrostatischen Laborbefeuchter NS LAB und NS 3S500U verwendet werden, sondern auch für andere kleine Laborgeräte, bei denen die Feuchtigkeit und die Temperatur innerhalb eines sehr engen Bereichs gehalten werden müssen.

MEHR ZU KLIMAANLAGEN

Externes Wicklungssystem

Die Aufwickelvorrichtung sorgt für einen reibungslosen, unidirektionalen Transport von Textil-, Papier- oder synthetischen Trägermaterialien durch den Technologiebereich der Anlage. Die maximale Rollenbreite des Substrats beträgt 550 mm mit einem maximalen Durchmesser von 400 mm.

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