Na TUL vznikla první linka na výrobu nanovlákenné příze. Umožní výrobu nové generace textilních materiálů

Vedoucí výzkumných týmů (zleva): David Lukáš z Katedry chemie Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické TUL a Jaroslav Beran z Katedry textilních a jednoúčelových strojů Fakulty strojní TUL. Foto: Adam Pluhař, TUL

Multifakultní tým TUL vyvinul první poloprovozní linku pro výrobu čisté nanovlákenné příze na světě. Linka je unikátní tím, že dokáže nanovlákennou přízi vyrábět čtyřikrát rychleji, než bylo dosud možné a umožní výrobu nové generace textilních materiálů. Aplikace najdou uplatnění v medicíně či filtraci. Světovou premiéru měla linka na Mezinárodním veletrhu textilních strojů ITMA v Miláně.

„Jedná se o jediné doposud popsané zařízení, které vyrábí pomocí střídavého elektrického proudu stoprocentně nanovlákennou přízi na poloprovozní úrovni. Oprávněně se také domníváme, že naše metoda je velmi robustní pro tvorbu takové příze ze širokého spektra různých polymerních materiálů,“ říká David Lukáš z Katedry chemie Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické TUL, jenž vedl jeden mezifakultní tým. Vedoucím týmu vývojářů byl Jaroslav Beran z Katedry textilních a jednoúčelových strojů Fakulty strojní.

Nová linka vznikla za podpory klastrové organizace NANOPROGRESS , z.s., s níž TUL řadu let spolupracuje právě na výzkumu a vývoji světově unikátních technologických celků.

Čisté nanovlákenné příze se po světě vyrábí v různých výzkumných týmech řadu let – první Formhalsův patent je ze 30. let 20. století – ale většinou jen v rychlostech několik centimetrů za minutu. „Námi vyvinuté zařízení a způsob výroby umožňuje produkci příze/niti o rychlosti 15m/min. Řada v literatuře popisovaných zařízení pak vůbec nevyrábí kontinuálně, takže vznikají pouze několikacentimetrové úseky přízí, kdežto my jsme nyní na Mezinárodním veletrhu textilních strojů ITMA předváděli výrobu několik stovek metrů dlouhých vzorků,“ zdůrazňuje Jaroslav Beran.

Umožní výrobu nové generace textilních materiálů

Díky kontinuální produkci přízí složených z vláken o submikronových průměrech bude možná výroba nové generace textilních materiálů. Kontinuální výrobě nanovlákenných přízí přispívá především princip technologie AC elektrického zvlákňování neboli aplikace střídavého elektrického pole na polymerní roztok. Při této metodě se nepoužívá elektricky aktivní kolektor. Navíc, díky vzájemnému provázání nanovlákenných úseků, což je výjimečný znak AC elektrospinningu, vzniká mechanicky souvislá nanovlákenná vlečka. Tato technologie je tak výrobě lineárních nanovlákenných útvarů předurčená svojí podstatou.

Jak upozorňuje profesor Lukáš, tvorbu přízí z nanovláken pomocí dříve známých stejnosměrných metod znesnadňovaly dva znaky této technologie. Nanovlákna jsou v tomto případě nabita souhlasným nábojem, a proto se vzájemně ve zvlákňovacím prostoru odpuzují. Krom toho se nanovlákna ve formě nanovlákenné vlečky mezimolekulárními silami lepí k jakémukoliv nástroji, který se je snaží přeskupit do niťového útvaru. „Trik naší technologie spočívá v tom, že první uvedenou překážku odstraňuje přirozeně AC metoda. Druhou překážku jsme obelstili způsobem počátečního zakrucování nanovlákenné hmoty bez dotyku nástroje,“ vysvětluje profesor Beran.

Linka měla premiéru na Mezinárodním veletrhu textilních strojů ITMA v Miláně, což je světově největší výstava textilních strojů a příslušenství. Foto: archiv FS a FP TUL

Součástí linky na výrobu stoprocentní nanovlákenné nitě je zvlákňovací elektroda ve formě disku. Foto: archiv FS a FP TUL

Tým FS a FP na Mezinárodním veletrhu textilních strojů ITMA v Miláně. Foto: archiv FS a FP TUL

více fotek (5)

Aplikace nanovlákenných přízí/nití se stále hledají, neboť se jedná o nový a dosud detailně neprostudovaný materiál. Nicméně hlavní aplikace vidí autoři linky v medicíně či filtraci. „Nanovlákenné příze vyrobené metodou AC elektrospinningu mají na kolmém řezu tisíce vláken o poloměrech zhruba 600 nm. Příze má velký specifický povrch s jemnou otevřenou strukturou pórů a vytváří tak materiál s pomalým difúzním průnikem plynů a kapalin a vysokou filtrační efektivitou. Může také intenzivně uvolňovat inkorporované léčivo nebo adsorbovat molekuly na svém povrchu,“ říká David Lukáš a dodává, že čisté nanovlákenné příze je možné dále zpracovávat do vyšších struktur – nití například splétáním, a tím zvyšovat jejich mechanickou odolnost. „Takže aplikace budou souviset s dalším vývojem a postupným vylepšováním vlastností takových nití.“

Linka na veletrhu zaujala

Zmíněný Mezinárodní veletrh textilních strojů ITMA v Miláně, kde měla linka premiéru, je světově největší výstavou textilních strojů a příslušenství. Letos se veletrh konal ve dnech 8.–14. června a přivítal přes 1 600 vystavovatelů ze 44 zemí, přičemž branami prošlo na 100 000 odborných návštěvníků z celého světa.

O libereckou linku i o další představené vzorky materiálů zejména pro medicínské aplikace či pro hygienu byl na veletrhu velký zájem. „Obraceli se na nás zástupci velkých firem zejména sportovního oblečení jako Adidas, Nike, Decathlon nebo The North Face, kteří věděli, že se na TUL vyvíjí zajímavé unikátní technologie v oblasti nanovláken. Upoutaly je naše materiály pro výrobky kombinující sportovní oblečení a hojení ran, například pro ultramaratonce nebo se zajímali o možnosti zefektivnění výroby membrán pro sportovní oblečení. Zájem projevily i firmy, které se věnují tvorbě speciálních vlákenných materiálů jako například DuPont,“ shodují se v hodnocení veletrhu jeho další účastníci Josef Skřivánek a Petr Žabka, oba z Katedry textilních a jednoúčelových strojů Fakulty strojní TUL, a Eva Kuželová Košťáková z Katedry chemie Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické TUL. Řada akademiků a studentů z celého světa projevila zájem o stáž či spolupráci při vývoji nanovlákenných materiálů ze svých polymerů či aktivních látek. „Podpořit nás přišli i zástupci českých firem, kteří nabízeli spolupráci. Potěšením bylo i setkání s mnoha absolventy TUL působících nyní po celém světě,“ dodává docentka Košťáková.

Adam Pluhař