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Pourquoi l'électrofilage à chaud permet-il de créer de nouveaux matériaux dans un environnement non toxique ? Quelle est la science derrière cela ?
Avec la prise de conscience croissante de la protection de l'environnement, de nombreux secteurs de fabrication s'engagent à trouver des procédés de traitement des matériaux non toxiques. La technologie d'électrofilage par fusion est l'un des leaders. Cette technologie peut non seulement produire efficacement des structures fibreuses, mais également le faire sans utiliser de solvants volatils, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités à l'industrie.
Contexte historique de la technologie d'électrofilage par fusion
La technologie d'électrofilage par fusion a été brevetée pour la première fois par Charles Norton en 1936. Cependant, ce n'est qu'en 1981 que Larondo et Manley ont décrit la technologie en détail dans trois articles de recherche. Avec l'approfondissement de la recherche scientifique, cette technologie a de nouveau attiré l'attention en 2001 et un certain nombre d'études d'application ont été réalisées. En 2011, la combinaison de la technologie d’électrofilage par fusion et de collecteurs mobiles a été officiellement proposée comme nouvelle méthode d’impression 3D.
Principes de base de la technologie d'électrofilage par fusion
Les principes physiques de base de l'électrofilage à l'état fondu sont les mêmes que ceux du tréfilage électrostatique, mais il utilise un polymère fondu plutôt qu'une solution. Les polymères fondus sont généralement plus visqueux que les solutions, ce qui permet aux jets électriquement polarisés de suivre des trajectoires prévisibles. Les jets fondus nécessitent un refroidissement pour se solidifier, contrairement à l'électrofilage en solution, qui repose sur l'évaporation.
Paramètres clés de l'électrofilage par fusion
Température
Pour garantir une fusion complète du polymère, une température minimale appropriée doit être maintenue. La longueur du rotateur est plus courte que celle de l’électrofilage en solution, ce qui est également un facteur qui ne peut être ignoré.
Trafic
Le paramètre le plus important contrôlant le diamètre de la fibre est le débit de polymère à travers la centrifugeuse. De manière générale, plus le débit est élevé, plus le diamètre des fibres est grand.
Poids moléculaire
Le poids moléculaire du polymère détermine également s'il peut être électrofilé à l'état fondu. Les polymères linéaires homogènes inférieurs à 30 000 g/mol entraîneront une mauvaise qualité des fibres, tandis que les poids moléculaires élevés supérieurs à 100 000 g/mol auront des difficultés à s'écouler à travers la centrifugeuse.
Tension
Le réglage de la tension a peu d'effet sur le diamètre de la fibre, mais il est nécessaire de garantir une tension optimisée pour produire des fibres de haute qualité.
Équipement d'électrofilage par fusion
Une variété de conceptions sont disponibles lors de la fabrication de machines d'électrofilage par fusion, avec des équipements montés verticalement ou horizontalement et une variété d'options de sources de chaleur, notamment des radiateurs électriques, des gaz chauds et des radiateurs à circulation.
Matériaux polymères impliqués
La technologie d'électrofilage par fusion est principalement utilisée pour les polymères ayant des points de fusion ou des températures de transition vitreuse. Les polymères électrofilés fusibles courants comprennent :
Polycaprolactone, acide polylactique, poly(acide lactique-acide glycolique), polyméthacrylate, polyéthylène, polypropylène, etc.
Application de l'électrofilage en fusion
Ingénierie tissulaire
Dans la production de matériaux biomédicaux, l'électrofilage par fusion est largement utilisé dans la recherche en ingénierie tissulaire car il ne nécessite pas l'utilisation de solvants. Les fibres fabriquées à l’aide de la technologie d’électrofilage par fusion peuvent former un bon échafaudage pour les cellules, favorisant ainsi la croissance cellulaire et la formation d’une matrice externe.
Livraison de médicaments
La technologie d'électrofilage par fusion peut également préparer des fibres chargées de médicaments. Cette nouvelle technologie de formulation peut jouer un rôle important dans le contrôle de la solubilité des médicaments et combine les avantages de l’extrusion de solvant et de l’électrofilage.
Écriture par électrofilage par fusion (MEW)
L'électrofilage par fusion est une méthode d'impression 3D qui permet un dépôt précis de fibres pour produire des structures complexes en contrôlant la vitesse de déplacement du collecteur.
Perspectives futures
Le développement continu de la technologie d'électrofilage à l'état fondu offre des possibilités illimitées pour la création de nouveaux matériaux, qui non seulement changeront le visage de la science des matériaux, mais pourraient également avoir un impact profond sur l'optimisation environnementale. Cependant, tout en faisant progresser les nouvelles technologies, nous devons également réfléchir aux questions suivantes : la future technologie des matériaux peut-elle véritablement s'intégrer au développement durable et bénéficier à l'humanité ?
