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WO2012077866A1 - 나노섬유 제조장치 - Google Patents

나노섬유 제조장치 Download PDF

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Publication number
WO2012077866A1
WO2012077866A1 PCT/KR2011/003057 KR2011003057W WO2012077866A1 WO 2012077866 A1 WO2012077866 A1 WO 2012077866A1 KR 2011003057 W KR2011003057 W KR 2011003057W WO 2012077866 A1 WO2012077866 A1 WO 2012077866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reciprocating
nozzle
nozzle block
long sheet
manufacturing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2011/003057
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이재환
김익수
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinshu University NUC
Toptec Co Ltd
Original Assignee
Shinshu University NUC
Toptec Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinshu University NUC, Toptec Co Ltd filed Critical Shinshu University NUC
Publication of WO2012077866A1 publication Critical patent/WO2012077866A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D13/00—Complete machines for producing artificial threads
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the present invention relates to a nanofiber production apparatus.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-314266
  • FIG. 8 is a view for explaining a conventional nanofiber manufacturing apparatus 900.
  • 8 (a) is a side view of the nanofiber manufacturing apparatus 900
  • FIG. 8 (b) is a view when the nanofiber manufacturing apparatus 900 is viewed along the arrow A3 direction of FIG. 8 (a)
  • FIG. 8 (c) is a top view of the nanofiber manufacturing apparatus 900.
  • the conveying apparatus which conveys a long sheet along a predetermined conveyance direction (a), and the some electric field arranged in series along the conveyance direction (a)
  • a device (not shown) is provided. And in the conventional nanofiber manufacturing apparatus 900, as shown to FIG. 8 (b), electric field spinning is carried out reciprocating the nozzle block 930a, 930b along the width direction b of the elongate sheet W. As shown to FIG. Nanofibers are prepared by carrying out
  • the conventional nanofiber manufacturing apparatus 900 since the nanofibers are produced by performing field spinning while reciprocating the nozzle blocks 930a and 930b along the width direction b of the long sheet W, the long sheet The deposition amount of the polymer fiber along the width direction (b) of (W) can be made uniform.
  • an object of the present invention is to provide a nanofiber manufacturing apparatus which is made to solve the above problems and is capable of uniformizing the deposition amount of polymer fibers along the width direction b of the long sheet W at all times. do.
  • the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention comprises a conveying apparatus for conveying a long sheet along a predetermined conveying direction, and a plurality of field radiating devices arranged in series along the conveying direction, each of the plurality of electric field radiating apparatuses.
  • the nozzle block is located at a position facing the collector and the collector, and a plurality of nozzles for discharging the polymer solution are two-dimensionally arranged at a predetermined arrangement pitch, and a high voltage is applied between the collector and the nozzle block.
  • a nanofiber manufacturing apparatus having a reciprocating drive unit for reciprocating a nozzle block in a predetermined reciprocating cycle along a width direction of a long sheet, wherein the reciprocating cycle of the reciprocating drive unit is independent for each electric field radiating apparatus. It is characterized by further comprising a reciprocating motion control device capable of controlling.
  • the nozzle arrangement pitch is different between at least two field radiating devices among the plurality of field radiating devices.
  • the nozzle arrangement pitch is the same among all the field radiating devices among the plurality of field radiating devices.
  • the reciprocating motion control device is the above-described method for each field radiating device based on the nozzle arrangement pitch in each field radiating device and the feeding speed of the long sheet. It is preferable to control the reciprocating cycle of the reciprocating drive unit.
  • the reciprocating motion control device can independently control the reciprocating distance of the reciprocating motion of the reciprocating motion drive unit for each electric field radiating device.
  • a nozzle block height control device capable of independently controlling the height position of the nozzle block in the direction along the collector from the nozzle block for each of the electric field radiating devices.
  • the reciprocating motion control unit capable of controlling the reciprocating cycle of the reciprocating drive unit independently for each field radiating device is used, all field radiating devices are used for "nozzle arrangement pitch and long sheet. It is possible to make the feed rate and the reciprocating cycle of the nozzle block not satisfy any specific relationship ”(see FIG. 6 (b) described later). As a result, the amount of polymer fibers deposited along the width direction of the long sheet is determined. It becomes possible to make uniform at all times.
  • the nozzle block is compared with the case where the nozzle arrangement pitches are the same for all the field radiators.
  • the nozzle arrangement pitch, the feed rate of the long sheet, and the reciprocating cycle of the nozzle block satisfy a certain relationship, and furthermore, the amount of deposition of polymer fibers along the width direction b of the long sheet W.
  • the material of the deposited nanofibers is different between the two field radiating devices (for example, PU and PAN) and the case where the diameter of the nanofibers to be deposited is made different (for example, 300 nm and 500 nm).
  • the nozzle arrangement pitch is the same among all the field radiators among the plurality of field radiators
  • the nozzle arrangement pitch is the same among all the field radiators among the plurality of field radiators. Even in this case, it is of course possible to always uniformize the deposition amount of the polymer fiber along the width direction of the long sheet.
  • the reciprocating motion control device is the above-described method for each field radiating device based on the nozzle arrangement pitch in each field radiating device and the feeding speed of the long sheet.
  • the feeding speed of the long sheet may vary during long-term field spinning.
  • the "arrangement pitch of the nozzle in the nozzle block, the feeding speed of the long sheet, and the reciprocating cycle of the nozzle block did not satisfy any specific relationship.
  • the nozzle arrangement pitch in a nozzle block, the conveyance speed of a long sheet, and the reciprocation period of a nozzle block satisfy any specific relationship.
  • the reciprocating cycle of the reciprocating drive section in each field radiating device is controlled while always considering the feed rate of the long sheet, the nozzle arrangement pitch in the nozzle block, the feed rate of the long sheet and the The occurrence of a reciprocating cycle satisfies a certain relationship ”can be reliably prevented in any field radiator, and furthermore, the ffm polymer fiber is formed along the width direction b of the long sheet W. The occurrence of a situation in which the deposition amount is not uniform can be prevented reliably.
  • the reciprocating motion control device is capable of independently controlling the reciprocating distance of the reciprocating motion of the reciprocating motion drive unit for each of the electric field radiating devices so that the nanofibers having different materials (for example, PU and PAN) or two or more field emission pitches having different nozzle array pitches may be used to stack nanofibers having different diameters (for example, 300 nm and 500 nm). It is always possible to reciprocate each nozzle block with an optimum reciprocating distance.
  • the nanofibers having different materials for example, PU and PAN
  • two or more field emission pitches having different nozzle array pitches may be used to stack nanofibers having different diameters (for example, 300 nm and 500 nm). It is always possible to reciprocate each nozzle block with an optimum reciprocating distance.
  • nanofiber manufacturing apparatus of the present invention further comprising a nozzle block height control device that can independently control the height position of the nozzle block in the direction along the collector from the nozzle block for each electric field radiating device, Field emission can be performed under optimum conditions for each field emission device.
  • the nozzle block is always in the grounded state, so the control of the reciprocating motion of the nozzle block and the height of the nozzle block are performed. Position control can be easily performed.
  • Nanofibers that can be used for a wide variety of medical materials such as carriers, electromechanical materials such as various sensor materials, regenerative medical materials, biomedical materials, medical MEMS materials, and biosensor materials.
  • FIG. 1 is a view for explaining a nanofiber manufacturing apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the field emission device.
  • 3 is a view for explaining the operation of the main controller.
  • FIG. 4 is a view showing a state when the height of the nozzle block is being adjusted.
  • FIG. 5 is a view showing a state when the nozzle block is reciprocating.
  • FIG. 6 is a view showing a principle that can evenly deposit the amount of polymer fibers along the width direction of a long sheet.
  • FIG. 8 is a view for explaining a conventional nanofiber manufacturing apparatus.
  • FIG. 1 is a figure for demonstrating the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on an Example.
  • 1 (a) is a front view of the nanofiber manufacturing apparatus 1
  • Figure 1 (b) is a plan view of the nanofiber manufacturing apparatus (1). 1, illustration of the polymer solution supply part and the polymer solution recovery part is omitted.
  • FIG.1 (a) some member is shown by sectional drawing.
  • 2 is a cross-sectional view of the field emission device 20.
  • 3 is a view for explaining the operation of the main controller 60.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 which concerns on an Example carries out the conveying apparatus 10 and the conveying direction a which convey the elongate sheet
  • the electric field radiating apparatus As the electric field radiating apparatus, four electric field radiating apparatuses 20 arranged in series along a predetermined conveying direction a in which the long sheet W is conveyed are used. Equipped.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 is disposed between the electric field radiating apparatus 20 and the air permeability measuring apparatus 40, and the heating apparatus 30 for heating the long sheet W in which the nanofibers are deposited. And a VOC processing apparatus 70 for burning and removing volatile components generated when the nanofibers are deposited on the long sheet W, and an electric field radiating apparatus which receives a signal from the main controller 60 and detects an abnormality.
  • An inert gas supply device 190 (not shown) is further provided to supply an inert gas to the electric field radiation chamber in 20.
  • the conveying apparatus 10 has the input roller 11 which injects the long sheet W, the winding roller 12 which winds up the long sheet W, the input roller 11, and the winding roller.
  • the auxiliary rollers 13 and 18 and the driving rollers 14, 15, 16 and 17 which are located between 12 are provided.
  • the feed roller 11, the winding roller 12, and the drive rollers 14, 15, 16, and 17 are comprised by the structure which is rotationally driven by the drive motor not shown.
  • the electric field radiator 20 faces the collector 100 having conductivity, the collector 150 attached to the case 100 through the insulating member 152, and the collector 150.
  • a high voltage (for example, 10 kV to 80 kV) is applied between the nozzle block 110 having a plurality of nozzles 112 to discharge the polymer solution, and the collector 150 and the nozzle block 110.
  • the positive electrode of the power supply device 160 is connected to the collector 150, and the negative electrode of the power supply device 160 is connected to the nozzle block 110 and the case 100.
  • the nozzle block 110 includes a plurality of upward nozzles 112 that discharge the polymer solution upward from the discharge port as a plurality of nozzles.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 1 discharges a predetermined polymer solution from the discharge holes of the plurality of upward nozzles 112 while electroforming the nanofibers by overflowing the polymer solution from the discharge holes of the plurality of upward nozzles 112.
  • it is comprised so that the polymer solution which overflowed from the discharge port of several upward nozzle 112 may be collect
  • the some upward nozzle 112 is arrange
  • the number of the plurality of upward nozzles 112 is, for example, 36 (6 * 6 when arranged in the same number) and 21904 (148 * 148 when arranged in the same number). .
  • all the nozzle blocks 110 are directly grounded or grounded through the case 100.
  • the nozzle block having various sizes and various shapes can be used for the field radiating device of the present invention, the nozzle block 110 has a rectangular shape (including a square) of 0.5m to 3m, for example, when viewed from an upper surface. It has a visible size and shape.
  • the reciprocating drive unit 201 reciprocates the nozzle block 110 along the width direction b of the long sheet W.
  • the reciprocating drive unit 201 includes a reciprocating motor 204 in which an eccentric pin is mounted and rotates forward and backward.
  • the eccentric pin of the reciprocating motor 204 is engaged with the long hole formed in the lower surface of the nozzle block 110.
  • the nozzle block 110 reciprocates as the reciprocating motor 204 rotates forward and backward.
  • the reciprocating distance of the reciprocating motion of the nozzle block 110 may be the same for each field radiating device 20 or may be different for each field preventing device 20.
  • the reciprocating motion control device 200 can control the reciprocating motion cycle of the reciprocating motion drive unit 201 for each electric field emission device. As shown in FIG. 3, the reciprocating motion control apparatus 200 controls the reciprocating motor 204 in the reciprocating drive unit 201. The reciprocating motion period controlled by the reciprocating motion control device 200 may be the same as that of each electric field radiating device 20 or may be different from each electric field preventing device 20.
  • the reciprocating motion control device 200 is a reciprocating motion drive unit 201 in each field radiating device 20 based on the nozzle arrangement pitch in each field radiating device 20 and the feeding speed of the long sheet. Control the reciprocating cycle of
  • the nozzle block height variable part 221 is provided on the base stand, the nozzle block height variable motor 222 provided with the male screw in the rotating shaft, and the height variable stand which is installed in the lower surface of the reciprocating drive part 201, and the female thread was formed. It is provided.
  • the male screw formed on the rotating shaft of the nozzle block height variable motor 222 is screwed to the female screw formed on the height variable support. For this reason, as the nozzle block height variable motor 222 rotates forward and backward, the height variable support moves up and down along the height direction c, and the nozzle block 110 also moves up and down along the height direction c. Move.
  • the nozzle block height variable portion 221 is disposed near the flat edge of the nozzle block 110.
  • the nozzle block height control device 220 can independently control the height position of the nozzle block 110 in the direction along the collector 150 from the nozzle block 110 for each electric field emission device.
  • the nozzle block height control apparatus 220 drives control of the nozzle block height variable motor 222 in the nozzle block height variable part 221, as shown in FIG.
  • the power supply device 160 applies a high voltage between the collector 150 and the plurality of nozzles 112, measures the amount of current supplied from the power supply device 160, and measures the measured value as the main controller 60. Send to When the current supply stop signal is received from the main controller 60, the power supply is stopped.
  • the auxiliary belt device 170 includes an auxiliary belt 172 that rotates in synchronization with the feeding speed of the long sheet W, and five auxiliary belt rollers that assist the rotation of the auxiliary belt 172.
  • One or two or more auxiliary belt rollers 174 of the five auxiliary belt rollers 174 are driving rollers, and the remaining auxiliary belt rollers 174 are driven rollers. Since the auxiliary belt 172 is disposed between the collector 150 and the long sheet W, the long sheet W is smoothly conveyed without being pulled by the collector 150 to which the positive high voltage is applied. do.
  • the electric field radiator 20 is installed in a room adjusted to an atmosphere having a temperature of 20 ° C to 40 ° C and a humidity of 20% to 60%.
  • the heating device 30 is disposed between the electric field radiator 20 and the air permeability measuring device 40, and heats the long sheet W on which the nanofibers are deposited.
  • heating temperature changes with kinds of long sheet W and the nanofiber,
  • long sheet W can be heated at the temperature of 50 degreeC-300 degreeC.
  • the air permeability measuring device 40 reciprocates the air permeability measuring unit for measuring the air permeability of the long sheet W deposited on the nanofiber, and the air permeable measuring unit at a predetermined cycle along the width direction of the long sheet W. And a control unit for controlling the operation of the driving unit and the ventilation unit and the measuring unit, and receiving and processing the measurement results from the measuring unit.
  • the drive part and the control part are arranged in the main body part.
  • the inert gas supply device 190 includes an inert gas cylinder for supplying the inert gas, an inert gas supply line for supplying the inert gas to each electric field radiation chamber, and a signal of the inert gas in accordance with a signal from the main controller.
  • An on-off valve for supply control is provided.
  • the main control device 60 includes a transfer device 10, an electric field radiating device 20, a heating device 30, an air permeability measuring device 40, a VOC processing device 70, and an inert gas control.
  • the apparatus 190, the reciprocating drive unit 201, the nozzle block height variable portion 221, the polymer supply device and the polymer recovery device is controlled.
  • the VOC processing apparatus 70 burns out and removes volatile components generated when the nanofibers are deposited on the long sheet.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state when the height of the nozzle block 110 is adjusted.
  • 4A is a view when the nozzle block 110 is in the standard height position
  • FIG. 4B is a view when the nozzle block 110 is in the highest height position
  • FIG. It is a figure when the nozzle block 110 is in the lowest height position.
  • 5 is a view showing a state when the nozzle block 110 is reciprocating.
  • 5 (a) is a view when the nozzle block 110 is in the standard position
  • Figure 5 (b) is a view when the nozzle block 110 is in the right end position
  • Figure 5 (c) is a nozzle block It is a figure when 110 is in a right end position.
  • the long sheet W is set in the conveying apparatus 10, after which the long sheet W is conveyed from the feeding roller 11 toward the take-up roller 12 at a predetermined conveying speed V, In each field radiator 20, a predetermined polymer solution is discharged from the nozzle 112 toward the collector 150 to sequentially deposit nanofibers on the long sheet W.
  • the long sheet W having the nanofibers deposited thereon is heated by the heating device 30.
  • the nanofiber nonwoven fabric which consists of an elongate sheet in which the nanofibers were deposited is manufactured.
  • the nozzle block height control device radiates the height position of the nozzle block 110 in the direction along the collector 150 from the nozzle block 110 before starting the field radiation, as shown in FIG. 4. Independent control for each device. Thereby, the height position of the nozzle block 110 can be determined in consideration of the spinning conditions of each field radiating device 20, the type of the polymer solution, the average diameter of the nanofibers, the thickness of the nanofiber nonwoven fabric, the air permeability, and the like. . Thereby, electric field emission can be performed in the state in which the distance between the nozzle block 110 and the collector 150 is set optimally.
  • the reciprocation motion control apparatus 200 controls the reciprocation cycle of the reciprocation motion drive part 202 independently for every electric field emission apparatus, after starting electric field emission, as shown in FIG.
  • the reciprocating cycle of the reciprocating drive unit 202 can be controlled based on the nozzle arrangement pitch in each field radiating device and the feeding speed of the long sheet. Thereby, it becomes possible to equalize the deposition amount of the polymer fiber along the width direction c of the elongate sheet W.
  • FIG. 6 is a figure which shows the principle which can make the deposit amount of the polymer fiber along the width direction c of the elongate sheet W uniform.
  • FIG. 6 (a) shows a case in which the nozzle arrangement pitch in the nozzle block 110, the feed speed of the long sheet W, and the reciprocating cycle of the nozzle block 110 satisfy any specific relationship. It is a figure which shows the trajectory of the nozzle.
  • FIG. 6 (b) shows a case in which the nozzle arrangement pitch in the nozzle block 110, the feed rate of the long sheet W, and the reciprocating cycle of the nozzle block 110 do not satisfy any specific relationship. It is a figure which shows the trajectory of the nozzle in this.
  • the nozzle arrangement pitch in the nozzle block 110, the feeding speed of the long sheet W, and the reciprocating cycle of the nozzle block 110 satisfy any specific relationship, as shown in FIG. 6A.
  • the trajectories of the nozzles 112 adjacent to each other along the conveying direction a overlap. For this reason, the deposit amount of the polymer fiber along the width direction b of the elongate sheet W cannot be made uniform.
  • a nonwoven fabric, a woven fabric, a knitted fabric, a film, or the like made of various materials can be used.
  • the thickness of a long sheet the thing of 5 micrometers-500 micrometers can be used, for example.
  • the length of a long sheet the thing of 10 m-10 km can be used, for example.
  • polylactic acid polypropylene
  • PVAc polyvinyl acetate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphtha Rate
  • PA Polyamide
  • PUR Polyurethane
  • PVA Polyvinyl Alcohol
  • PAN Poly Acrylonitrile
  • PAN Polyethylimide
  • PCL Polycaprolactone
  • PLGA Polylactic Acid Glycol Acids
  • silk cellulose, chitosan and the like
  • a solvent used for a polymer solution dichloromethane, dimethyl formamide, dimethyl sulfoxide, methyl ethyl ketone, chloroform, acetone, water, formic acid, acetic acid, cyclohexane, THF, etc. can be used, for example. You may mix and use multiple types of solvent.
  • the polymer solution may contain additives such as conductivity improvers.
  • Air permeability (P) of the nanofiber nonwoven fabric produced for example, can be set to 0.15cm 3 / cm 2 / s ⁇ 200cm 3 / cm 2 / s.
  • the feed speed can be set to, for example, 0.2 m / min to 100 m / min.
  • the voltage applied to the nozzle, the collector 150, and the nozzle block 110 may be set to 10 kV to 80 kV. Preferably, it is around 50 kV.
  • the temperature of the spinning zone can be set to 25 ° C, for example.
  • the humidity of the radiation zone can be set to 30%, for example.
  • the reciprocating motion control device 200 is provided. With all the field radiators 20, it is possible to "make the feed rate of the nozzle arrangement pitch and the long sheet W and the reciprocating cycle of the nozzle block 110 not satisfy any specific relationship." The deposition amount of the polymer fibers along the width direction b of the sheet W can be made uniform at all times.
  • the pitches of the nozzles 112 are different between at least two field radiating apparatuses 20 of the plurality of field radiating apparatuses 20, all of the field radiating apparatuses are used.
  • the nozzle arrangement pitches are the same with the apparatus, the situation in which "the nozzle arrangement pitch in the nozzle block, the feed rate of the long sheet and the reciprocating cycle of the nozzle block satisfies a certain relationship", and further, " Since the deposition rate of the polymer fiber along the width direction b of the elongate sheet W is not uniform, "the possibility of a situation arises is high, and the effect of this invention is especially large.
  • the reciprocating motion control device 200 is based on the nozzle arrangement pitch in each field radiating device 20 and the feeding speed of the long sheet W.
  • the reciprocating motion control device 200 can control the reciprocating distance of the reciprocating motion of the reciprocating motion drive unit 201 independently for each electric field radiating device, different materials are used. Even when two or more field emission devices with different nozzle arrangement pitches are used to stack nanofibers (PU and PAN) or nanofibers of different diameters (300 nm and 500 nm), the optimum reciprocating distance according to the nozzle arrangement pitch is always It becomes possible to reciprocate the nozzle block.
  • the height position of the nozzle block 110 in the direction along the collector 150 from the nozzle block 110 is independently controlled for each electric field radiator 20. Since the nozzle block height control apparatus 220 which can be provided is provided, it becomes possible to perform electric field emission on the optimum conditions for every electric field emission apparatus 20. FIG.
  • the nozzle blocks 110 in the plurality of electric field radiating apparatuses 20 are all grounded, the reciprocating motion of the nozzle block 110 and the nozzle block are controlled. It becomes possible to easily control the height position of 110.
  • the nanofiber production apparatus of the present invention has been described with the example of the nanofiber production apparatus having four field emission values as the field emission apparatus, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention can also be applied to a nanofiber production apparatus having two, three, or five or more field emission values.
  • the nanofiber production apparatus of the present invention has been described using a bottom-up field spinning device having an upward nozzle, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention may be applied to a top-down field radiator having a downward nozzle or a nanofiber production apparatus having a side field emission device having a side nozzle.
  • the nanofiber production apparatus of the present invention was described using an electric field shunt in which the positive electrode of the power supply was connected to the collector and the negative electrode of the power supply was connected to the nozzle block and the case. Is not limited to this.
  • the present invention is applied to a nanofiber manufacturing apparatus having an electric field shunt connected to a negative electrode of a power supply device connected to the collector 150 and a positive electrode of the power supply device connected to the nozzle block 110 and the case 100. You may.
  • the nozzle block is reciprocated by the eccentric pin fixed to the reciprocating drive motor and the nozzle block, but the present invention is not limited to this.
  • a stepping motor that can rotate left and right as a reciprocating drive motor may be used, and the nozzle block may be directly reciprocated by the stepping motor.
  • the present invention has been described using a nanofiber production apparatus in which one nozzle block is disposed in one field radiating device, but the present invention is not limited thereto.
  • 7 is a cross-sectional view of the field emission device 20a.
  • the present invention may be applied to a nanofiber production apparatus in which two nozzle blocks 110a1 and 110a2 are disposed in one field radiator 20a, and two or more nozzle blocks.
  • the present invention can also be applied to this excreted nanofiber manufacturing apparatus.
  • all nozzle blocks may be reciprocated at the same period, or each nozzle block may be reciprocated at different periods.
  • all nozzle blocks may have the same nozzle arrangement pitch, and each nozzle block may have a different nozzle arrangement pitch.
  • the reciprocating distance of the reciprocating motion may be the same with all the nozzle blocks, or the reciprocating distance of the reciprocating motion may be different with each nozzle block.
  • the height position of the nozzle block may be the same for all the nozzle blocks, or the height position of the nozzle block may be different for each nozzle block.

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Abstract

장척시트의 폭방향을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 항상 균일화하는 것이 가능한 나노섬유 제조장치를 제공한다. 장척시트(W)의 이송 방향(a)을 따라서 직렬로 배열된 복수의 전계방사장치(20)를 구비하고, 복수의 전계방사장치(20)의 각각이, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따라서 노즐블록(110)을 소정의 왕복 운동 주기로 왕복 운동시키는 왕복 운동 구동부(201)를 가지는 나노섬유 제조장치(1)로서, 왕복 운동 구동부(201)의 왕복 운동 주기를 전계방사장치(20)마다 독립하여 제어하는 것이 가능한 왕복 운동 제어장치(200)를 추가로 구비한다.

Description

나노섬유 제조장치
본 발명은, 나노섬유 제조장치에 관한 것이다.
종래, 장척시트의 이송 방향을 따라서 직렬로 배열된 복수의 전계방사장치를 구비하고, 전계방사장치의 노즐블록을 왕복 운동시키면서 전계 방사를 실시함으로써 나노 섬유를 제조하는 나노섬유 제조장치가 알려져 있다.(일본국 특허공개 제2010-31426호 공보 이하 "특허 문헌 1" 이라 함.)　
도 8은, 종래의 나노섬유 제조장치(900)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8(a)는 나노섬유 제조장치(900)의 측면도이고, 도 8(b)는 나노섬유 제조장치(900)를 도 8(a)의 화살표 A3방향을 따라서 보았을 때의 도면이며, 도 8(c)는 나노섬유 제조장치(900)의 상면도이다.　
종래의 나노섬유 제조장치(900)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 장척시트를 소정의 이송 방향(a)을 따라서 이송하는 이송 장치와, 이송 방향(a)을 따라서 직렬로 배열된 복수의 전계방사장치(920a, 920b)를 구비하고, 복수의 전계방사장치의 각각이, 컬렉터(940a, 940b)와, 컬렉터(940a, 940b)와 마주하는 위치에 위치하고, 폴리머 용액을 토출하는 복수의 노즐(932a, 932b)이 소정의 배열 피치(pitch)로 2차원적으로 배치된 노즐블록(930a, 930b), 컬렉터(940a, 940b)와 노즐블록(930a, 930b)과의 사이에 고전압을 인가하는 전원 장치(도시하지 않음)를 구비한다. 그리고, 종래의 나노섬유 제조장치(900)에 있어서는, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따라서 노즐블록(930a, 930b)을 왕복 운동시키면서 전계 방사를 실시함으로써 나노 섬유를 제조한다.　
종래의 나노섬유 제조장치(900)에 의하면, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따라서 노즐블록(930a, 930b)을 왕복 운동시키면서 전계 방사를 실시함으로써 나노 섬유를 제조하기 때문에, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 균일화할 수 있다.
그러나, 본 발명의 발명자의 연구의 결과, 노즐블록에 있어서의 노즐 배열 피치와, 장척시트의 이송 속도와, 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정의 관계를 만족시키는 경우에는, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따라서 노즐블록을 왕복 운동시키면서 전계 방사를 실시했다고 해도, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량이 그렇게 균일화되지 않는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 이러한 경우로서는, 장척시트에 그리는 노즐의 투영 궤적이, 이송 방향으로 늘어서는 복수의 노즐 사이에서 우연히 겹쳐 버리는 경우가 있다(후술하는 도 6(a) 참조).　
그러므로, 본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 항상 균일화하는 것이 가능한 나노섬유 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 나노섬유 제조장치는, 장척시트를 소정의 이송 방향을 따라서 이송하는 이송 장치와, 상기 이송 방향을 따라서 직렬로 배열된 복수의 전계방사장치를 구비하고, 상기 복수의 전계방사장치의 각각이, 컬렉터와 상기 컬렉터에 마주하는 위치에 위치하고, 폴리머 용액을 토출하는 복수의 노즐이 소정의 배열 피치로 2차원적으로 배치된 노즐블록, 상기 컬렉터와 상기 노즐블록과의 사이에 고전압을 인가하는 전원 장치 및 상기 장척시트의 폭방향을 따라서 상기 노즐블록을 소정의 왕복 운동 주기로 왕복 운동시키는 왕복 운동 구동부를 가지는 나노섬유 제조장치로서, 상기 왕복 운동 구동부의 왕복 운동 주기를 상기 전계방사장치마다 독립하여 제어하는 것이 가능한 왕복 운동 제어장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 복수의 전계방사장치 중 적어도 2개의 전계방사장치 사이에서 노즐 배열 피치가 다른 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 복수의 전계방사장치 중 모든 전계방사장치의 사이에서 노즐 배열피치가 동일한 것도 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 왕복 운동 제어장치는, 각 전계방사장치에 있어서의 상기 노즐 배열 피치와, 상기 장척시트의 이송 속도와를 기초로 하여, 각 전계방사장치에 있어서의 상기 왕복 운동 구동부의 왕복 운동 주기를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 왕복 운동 제어장치는, 상기 왕복 운동 구동부의 왕복 운동의 왕복거리를 상기 전계방사장치마다 독립하여 제어가능한 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 노즐블록으로부터 상기 컬렉터를 따른 방향에 있어서의 상기 노즐블록의 높이위치를 상기 전계방사장치마다 독립하여 제어가능한 노즐블록 높이 제어장치를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 복수의 전계방사장치에 있어서의 상기 노즐블록은 모두 접지되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 의하면, 왕복 운동 구동부의 왕복 운동 주기를 전계방사장치마다 독립하여 제어하는 것이 가능한 왕복 운동 제어장치를 구비하기 때문에, 모든 전계방사장치로 「노즐 배열 피치와 장척시트의 이송 속도와 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시키지 않게 하는 것」이 가능해지고(후술 하는 도 6(b) 참조), 그 결과, 장척시트의 폭방향에 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 항상 균일화하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 복수의 전계방사장치 중 적어도 2개의 전계방사장치 사이에서 노즐 배열 피치가 다름에 따라, 모든 전계방사장치로 노즐 배열 피치가 동일한 경우와 비교하여, 노즐블록에 있어서의 노즐 배열 피치와 장척시트의 이송 속도와 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시켜 버린다고 하는 사태, 나아가서는 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량이 균일화되지 않는다고 하는 사태가 발생할 확률이 높기 때문에, 본 발명의 효과가 특히 크다.
「노즐블록에 있어서의 노즐 배열 피치」가 2개의 전계방사장치의 사이에서 다른 경우로서는, 2개의 전계방사장치의 사이에서, 퇴적시킨 나노섬유의 재질을 다르게 하도록 하는 경우(예를 들면, PU 및 PAN)나 퇴적시키는 나노섬유의 직경을 다르게 하도록 하는 경우(예를 들면, 300nm 및 500nm) 등이 있다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 복수의 전계방사장치 중 모든 전계방사장치의 사이에서 노즐 배열피치가 동일할 때, 복수의 전계방사장치 중 모든 전계방사장치의 사이에서 노즐 배열피치가 동일한 경우에도, 장척시트의 폭방향을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 항상 균일화하는 것은 물론 가능하다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 왕복 운동 제어장치는, 각 전계방사장치에 있어서의 상기 노즐 배열 피치와, 상기 장척시트의 이송 속도와를 기초로 하여, 각 전계방사장치에 있어서의 상기 왕복 운동 구동부의 왕복 운동 주기를 제어함에 따라, 「노즐블록에 있어서의 노즐 배열 피치와 장척시트의 이송 속도와 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시켜 버린다」는 사태의 발생을, 어느 전계방사장치에 있어서도 확실히 방지할 수 있다.
그런데, 나노 섬유 부직포의 두께나 통기도를 소정의 범위에 두기 위해서 장척시트의 이송 속도를 제어하는 경우 등에 있어서는, 장시간 전계 방사를 실시하는 중에 장척시트의 이송 속도가 변동하는 일이 있다. 그 결과, 전계방사의 초기에는 「노즐블록에 있어서의 노즐 배열피치와 장척시트의 이송속도와 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정관계를 만족시키지 않는」상태였음에도 불구하고, 전계방상의 시간이 경과하는 중에, 「노즐블록에 있어서의 노즐 배열피치와 장척시트의 이송속도와 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정관계를 만족시켜버리는」상태가 되어 버리는 우려도 있다.
그러나, 장척시트의 이송속도를 항상 고려하면서 각 전계방사장치에 있어서의 왕복 운동 구동부의 왕복 운동 주기를 제어하는 것으로 하면, 「노즐블록에 있어서의 노즐 배열피치와 장척시트의 이송속도와 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시켜버린다」라고 하는 사태의 발생을 어느 전계방사장치에 있어서도 확실하기 방지할 수 있고, 나아가서는 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따fms 폴리머 섬유의 퇴적량이 균일화되지 않는다는 사태의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 왕복 운동 제어장치는, 상기 왕복 운동 구동부의 왕복 운동의 왕복거리를 상기 전계방사장치마다 독립하여 제어가능함에 따라, 재질이 다른 나노섬유(예를 들면, PU 및 PAN)나 직경이 다른 나노섬유(예를 들면 300nm 및 500nm)를 적층시키기 위하여, 노즐 배열피치가 다른 2개 이상의 전계방사장치를 이용하는 경우가 있지만, 이와 같은 경우라도, 노즐 배열피치에 따른 항상 최적의 왕복거리로서 각 노즐블록을 왕복구동하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 노즐블록으로부터 상기 컬렉터를 따른 방향에 있어서의 상기 노즐블록의 높이위치를 상기 전계방사장치마다 독립하여 제어가능한 노즐블록 높이 제어장치를 추가로 구비함에 따라, 전계방사장치마다 최적의 조건으로 전계방사를 실시하는 것이 가능해진다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 있어서는, 상기 복수의 전계방사장치에 있어서의 상기 노즐블록은 모두 접지됨에 따라, 노즐블록이 항상 접지 상태에 있기 때문에, 노즐블록의 왕복 운동의 제어나 노즐블록의 높이 위치의 제어를 용이하게 실시할 수 있다.
본 발명의 나노섬유 제조장치에 의하면, 고기능.고감성 텍스타일 등의 의료품, 헬스케어, 스킨케어 등 미용 관련 용품, 와이핑 크로스, 필터 등 산업 자재, 2차 전지의 세퍼레이터, 콘덴서의 세퍼레이터, 각종 촉매의 담체, 각종 센서 재료 등의 전자ㅇ기계 재료, 재생 의료재료, 바이오 메디칼 재료, 의료용 MEMS 재료, 바이오센서 재료 등의 의료재료 그 밖의 폭넓은 용도에 사용 가능한 나노섬유를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예에 관한 나노섬유 제조장치을 설명하기 위한 도면이다.　　
도 2는 전계방사장치의 단면도이다.　　
도 3은 주제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.　　　　
도 4는 노즐블록의 높이 조정을 하고 있을 때의 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 노즐블록이 왕복 운동하고 있을 때의 모습을 나타내는 도면이다.　　
도 6은 장척시트의 폭방향을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 균일화할 수 있는 원리를 나타내는 도면이다.
도 7은 전계방사장치의 단면도이다.　　
도 8은 종래의 나노섬유 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 나노섬유 제조장치에 대해서, 도면에 나타내는 실시예를 기초로 하여 설명한다.　
［실시예］
1.실시예에 관한 나노섬유 제조장치
도 1은, 실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1(a)는 나노섬유 제조장치(1)의 정면도이고, 도 1(b)는 나노섬유 제조장치(1)의 평면도이다. 그리고, 도 1에 있어서는, 폴리머 용액 공급부 및 폴리머 용액 회수부의 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 1(a)에 있어서는, 일부 부재는 단면도로 나타내고 있다. 도 2는, 전계방사장치(20)의 단면도이다. 도 3은 주제어장치(60)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 장척시트(W)를 소정의 이송 방향(a)을 따라서 이송하는 이송 장치(10)와, 이송 방향(a)을 따라서 직렬로 배치된 복수의 전계방사장치(20)와, 통기도 계측장치(40)와, 「이송 장치(10), 전계방사장치(20), 후술하는 가열 장치(30), 통기도 계측장치(40), 후술하는 VOC 처리장치(70), 후술하는 활성가스 공급장치(190), 폴리머 공급장치 및 폴리머 회수장치」를 제어하는 주제어장치(60)를 구비한다. 주제어장치(60)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 왕복 운동 구동부(201)의 왕복 운동 주기를 제어하는 왕복 운동 제어장치(200)와, 노즐블록 높이 가변부(221)를 제어하는 노즐블록 높이 제어장치를 가진다.　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 있어서는, 전계방사장치로서, 장척시트(W)가 이송되어 가는 소정의 이송 방향(a)을 따라서 직렬로 배치된 4대의 전계방사장치(20)를 구비한다.　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)는, 전계방사장치(20)와 통기도 계측장치(40)와의 사이에 배치되고, 나노 섬유를 퇴적시킨 장척시트(W)를 가열하는 가열 장치(30)와, 장척시트(W)에 나노 섬유를 퇴적시킬 때에 발생하는 휘발성 성분을 연소하여 제거하는 VOC 처리장치(70)와, 주제어장치(60)로부터의 신호를 수신하고, 이상이 검출된 전계방사장치(20)에 있어서의 전계 방사실에 불활성 가스를 공급하는 불활성가스 공급장치(190)(도시하지 않음)를 추가로 구비한다.　
이송 장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 장척시트(W)를 투입하는 투입 롤러(11) 및 장척시트(W)를 권취하는 권취 롤러(12) 및 투입 롤러(11)와 권취 롤러(12)와의 사이에 위치하는 보조 롤러(13, 18) 및 구동 롤러(14, 15, 16, 17)를 구비한다. 투입 롤러(11), 권취 롤러(12) 및 구동 롤러(14, 15, 16, 17)는, 도시하지 않는 구동 모터에 의해 회전 구동되는 구조로 이루어져 있다.　
전계방사장치(20)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 도전성을 가지는 케이스(100)와, 케이스(100)에 절연부재(152)를 통하여 취부된 컬렉터(150)와, 컬렉터(150)에 마주하는 위치에 위치하고, 폴리머 용액을 토출하는 복수의 노즐(112)을 가지는 노즐블록(110)과, 컬렉터(150)와 노즐블록(110)과의 사이에 고전압(예를 들면 10kV~80kV)을 인가하는 전원 장치(160)와, 장척시트(W)가 이송되는 것을 보조하는 보조 벨트 장치(170)를 구비한다. 전원 장치(160)의 정극은, 컬렉터(150)에 접속되고, 전원 장치(160)의 부극은, 노즐블록(110)및 케이스(100)에 접속되어 있다.
노즐블록(110)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 노즐로서, 폴리머 용액을 토출구로부터 상향으로 토출하는 복수의 상향 노즐(112)을 가진다. 그리고, 나노섬유 제조장치(1)는, 복수의 상향 노즐(112)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 복수의 상향 노즐(112)의 토출구로부터 소정의 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계 방사 하는 동시에, 복수의 상향 노즐(112)의 토출구로부터 오버플로우한 폴리머 용액을 회수하여 나노 섬유의 원료로서 재이용하는 것이 가능해지도록 구성되어 있다. 복수의 상향노즐(112)은, 예를 들면, 1.5cm~6.0cm의 피치로 배치되어 있다. 복수의 상향노즐(112)의 수는 예를 들면, 36개(가로세로 같은 수로 배열한 경우 6개*6개)~21904개(가로세로로 같은 수로 배열한 경우, 148개*148개)이다. 또한, 모든 노즐블록(110)은 직접 접지되어 있거나, 케이스(100)를 통하여 접지되어 있다. 본 발명의 전계방사장치에는 다양한 크기 및 다양한 형상을 갖는 노즐블록을 이용할 수 있지만, 노즐블록(110)은, 예를 들면 상면으로부터 보았을 때 일변이 0.5m~3m의 장방형(정방형을 포함한다)으로 보이는 크기 및 형상을 갖는다.　
왕복 운동 구동부(201)는, 노즐블록(110)을 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따라서 왕복 운동시킨다. 왕복 운동 구동부(201)는, 편심핀이 취부되고, 정역회전하는 왕복운동 모터(204)를 구비한다. 그리고, 왕복운동 모터(204)의 편심핀이, 노즐블록(110)의 하면에 형성된 장공에 계합된다. 이것에 의해 왕복운동용 모터(204)가 정역회전하는 것에 따라서, 노즐블록(110)이 왕복운동한다. 노즐블록(110)의 왕복운동의 왕복거리는, 각 전계방사장치(20)로 같아도, 각 전계방지장치(20)로 달라도 좋다.
왕복 운동 제어장치(200)는, 왕복 운동 구동부(201)의 왕복 운동 주기를 전계방사장치마다 제어가능하다. 왕복 운동 제어장치(200)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 왕복 운동 구동부(201)에 있어서의 왕복 운동 모터(204)를 구동제어한다. 왕복 운동 제어장치(200)가 제어하는 왕복 운동 주기는, 각 전계방사장치(20)와 동일하더라도, 각 전계방지장치(20)로 달라도 좋다. 왕복 운동 제어장치(200)는, 각 전계방사장치(20)에 있어서의 노즐 배열피치와, 장척시트의 이송 속도를 기초로 하여, 각 전계방사장치(20)에 있어서의 왕복 운동 구동부(201)의 왕복 운동 주기를 제어한다.
노즐블록 높이 가변부(221)는, 기본대에 설치되고, 회전축에 숫나사가 형성된 노즐블록 높이 가변용 모터(222)와, 왕복 운동 구동부(201)의 하면에 설치되고, 암나사가 형성된 높이 가변받침대를 구비한다. 그리고, 노즐블록 높이 가변용 모터(222)의 회전축에 형성된 숫나사는, 높이 가변받침대에 형성된 암나사에 나사결합되어 있다. 이로 인하여, 노즐블록 높이 가변용 모터(222)가 정역회전하는 것에 따라서, 높이 가변받침대가 높이 방향(c)을 따라서 상하로 이동하고, 노즐블록(110)도 높이 방향(c)을 따라서 상하로 이동한다. 노즐블록 높이 가변부(221)는, 노즐블록(110)의 평면 모서리 부근에 배치되어 있다.
노즐블록 높이 제어장치(220)는, 노즐블록(110)으로부터 컬렉터(150)를 따른 방향에 있어서의 노즐블록(110)의 높이 위치를 전계방사장치마다 독립하여 제어하는 것이 가능하다. 노즐블록 높이 제어장치(220)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 노즐블록 높이 가변부(221)에 있어서의 노즐블록 높이 가변모터(222)를 구동제어한다.
전원 장치(160)는, 컬렉터(150)와 복수의 노즐(112)과의 사이에 고전압을 인가하는 것과 동시에, 전원 장치(160)로부터 공급되는 전류량을 계측하고, 계측값을 주제어장치(60)에 송신한다. 또한, 주제어장치(60)로부터 전류공급 정지신호를 수신했을 때에는 전력 공급을 정지한다.　
보조 벨트 장치(170)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 장척시트(W)의 이송 속도에 동기하여 회전하는 보조 벨트(172)와, 보조 벨트(172)의 회전을 돕는 5개의 보조 벨트용 롤러(174)를 갖는다. 5개의 보조 벨트용 롤러(174) 중 하나 또는 2개 이상의 보조 벨트용 롤러(174)가 구동 롤러이며, 나머지 보조 벨트용 롤러(174)가 종동롤러이다. 컬렉터(150)와 장척시트(W)와의 사이에 보조 벨트(172)가 배설되어 있기 때문에, 장척시트(W)는, 정의 고전압의 인가되고 있는 컬렉터(150)에 끌어 당겨지는 일 없이 부드럽게 이송되게 된다.　
전계방사장치(20)는, 온도 20℃~40℃, 습도 20%~60%의 분위기로 조정된 방에 설치되어 있다.　
가열 장치(30)는, 전계방사장치(20)와 통기도 계측장치(40)와의 사이에 배치되고, 나노 섬유를 퇴적시킨 장척시트(W)를 가열한다. 가열 온도는, 장척시트(W)나 나노 섬유의 종류에 따라서 다르지만, 예를 들면, 장척시트(W)를 50℃~300℃의 온도로 가열할 수 있다.
통기도 계측장치(40)는, 도시하고 있지 않지만, 나노 섬유의 퇴적한 장척시트(W)의 통기도를 계측하는 통기도 계측부와, 통기도 계측부를 장척시트(W)의 폭방향을 따라서 소정의 주기로 왕복 이동시키는 구동부와, 구동부 및 통기도 계측부의 동작을 제어하는 동시에, 통기도 계측부로부터의 계측 결과를 받아 처리하는 제어부를 구비한다. 구동부 및 제어부는, 본체부에 배설되고 있다.　
불활성가스 공급장치(190)는, 도시하고 있지 않지만, 불활성가스를 공급하는 불활성 가스 봄베와, 불활성 가스를 각 전계 방사실에 공급하는 불활성 가스 공급 라인과, 주제어장치로부터의 신호에 따라서 불활성 가스의 공급 제어를 실시하는 개폐 밸브를 구비한다.　
주제어장치(60)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 이송 장치(10), 전계방사장치(20), 가열 장치(30), 통기도 계측장치(40), VOC처리장치(70), 불활성 가스 제어장치(190), 왕복 운동 구동부(201), 노즐블록 높이 가변부(221), 폴리머 공급장치 및 폴리머 회수장치를 제어한다.　
VOC 처리장치(70)는, 장척시트에 나노 섬유를 퇴적시킬 때에 발생하는 휘발성 성분을 연소하여 제거한다.　
2. 실시예에 관한 나노섬유 제조장치를 이용한 나노섬유 제조방법
이하, 상기와 같이 구성된 실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)을 이용하여 나노섬유 부직포를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.　
도 4는, 노즐블록(110)의 높이 조정을 하고 있을 때의 모습을 나타내는 도이다. 도 4(a)는 노즐블록(110)이 표준 높이 위치에 있을 때의 도면이고, 도 4(b)는 노즐블록(110)이 최고 높이 위치에 있을 때의 도면이며, 도 4(c)는 노즐블록(110)이 최저 높이 위치에 있을 때의 도면이다.　
도 5는, 노즐블록(110)이 왕복 운동하고 있을 때의 모습을 나타내는 도면이다. 도 5(a)은 노즐블록(110)이 표준 위치에 있을 때의 도면이며, 도 5(b)는 노즐블록(110)이 우단 위치에 있을 때의 도면이며, 도 5(c)는 노즐블록(110)이 우단 위치에 있을 때의 도면이다.　
우선, 장척시트(W)를 이송 장치(10)에 세트하고, 그 후, 장척시트(W)를 투입 롤러(11)로부터 권취 롤러(12)를 향해서 소정의 이송 속도(V)로 이송시키면서, 각 전계방사장치(20)에 있어서 노즐(112)로부터 소정 폴리머 용액을 컬렉터(150)를 향하여 토출시켜 장척시트(W)에 나노 섬유를 순차 퇴적시킨다. 그 후, 가열 장치(30)에 의해, 나노 섬유를 퇴적시킨 장척시트(W)를 가열한다. 이것에 의해, 나노 섬유가 퇴적한 장척시트로 이루어지는 나노 섬유 부직포가 제조된다.　
이때, 노즐블록 높이 제어장치는, 전계방사를 개시하기 전에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 노즐블록(110)으로부터 컬렉터(150)를 따른 방향에 있어서의 노즐블록(110)의 높이 위치를 전계방사장치마다 독립하여 제어한다. 이것에 의해, 노즐블록(110)의 높이 위치는, 각 전계방사장치(20)의 방사 조건, 폴리머 용액의 종류, 나노 섬유의 평균 직경, 나노 섬유 부직포의 두께, 통기도 등을 고려해서 결정할 수 있다. 이것에 의해, 노즐블록(110)과 컬렉터(150)와의 거리가 최적으로 설정된 상태 하에서 전계 방사를 실시할 수 있다.　
또한, 왕복 운동 제어장치(200)는, 전계방사를 개시한 후, 도 5에 나타내는 바와 같이, 왕복 운동 구동부(202)의 왕복 운동 주기를 전계방사장치마다 독립하여 제어한다. 왕복 운동 구동부(202)의 왕복 운동 주기는, 각 전계방사장치에 있어서의 노즐 배열피치와, 장척시트의 이송 속도를 기초로 하여 제어할 수 있다. 이것에 의해, 장척시트(W)의 폭방향(c)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 균일화하는 것이 가능해진다.　
도 6은, 장척시트(W)의 폭방향(c)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 균일화할 수 있는 원리를 나타내는 도면이다. 도 6(a)는 「노즐블록(110)에 있어서의 노즐 배열피치와, 장척시트(W)의 이송 속도와, 노즐블록(110)의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시키는 경우」에 있어서의 노즐의 궤적을 나타내는 도면이다. 도 6(b)은 「노즐블록(110)에 있어서의 노즐 배열피치와, 장척시트(W)의 이송 속도와, 노즐블록(110)의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시키지 않는 경우」에 있어서의 노즐의 궤적을 나타내는 도면이다.
노즐블록(110)에 있어서의 노즐 배열피치와, 장척시트(W)의 이송속도와, 노즐블록(110)의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시키는 경우에는, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 이송 방향(a)을 따라서 인접하는 노즐(112)의 궤적이 겹쳐 버린다. 이 때문에, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 균일화할 수 없다.　
이것에 대해서, 노즐블록(110)에 있어서의 노즐 배열피치와, 장척시트(W)의 이송 속도와, 노즐블록(110)의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시키지 않는 경우에는, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 이송 방향(a)을 따라서 인접하는 노즐(112)의 궤적이 겹치는 일이 없어진다. 이 때문에, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 균일화할 수 있다.　
이하에, 실시예에 관한 나노섬유 제조방법에 있어서의 방사 조건을 예시적으로 나타낸다.　
장척시트로서는, 각종 재료로 이루어지는 부직포, 직물, 편물, 필름 등을 이용할 수 있다. 장척시트의 두께는, 예를 들면 5μm~500μm의 것을 이용할 수 있다. 장척시트의 길이는, 예를 들면 10m~10km의 것을 이용할 수 있다.　
나노 섬유의 원료가 되는 폴리머로서는, 예를 들면, 폴리 유산(PLA), 폴리프로필렌(PP), 폴리 초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 나프타 레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PUR), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리 아크릴로니트릴(PAN), 폴리에틸이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리 유산 글리콜산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등을 이용할 수 있다.　
폴리머 용액에 이용하는 용매로서는, 예를 들면, 디클로로 메탄, 디메틸 폼 아미드, 디메틸 설폭시츠, 메틸 에틸 케톤, 클로로포름, 아세톤, 물, 포름산, 초산, 시클로 헥산, THF 등을 이용할 수 있다. 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용해도 좋다. 폴리머 용액에는, 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유시켜도 좋다.　
제조하는 나노섬유 부직포의 통기도(P)는, 예를 들면, 0.15cm3/cm2/s∼200cm3/cm2/s로 설정할 수 있다. 이송속도는, 예를 들면, 0.2m/분~100m/분으로 설정할 수 있다. 노즐과 컬렉터(150)와 노즐블록(110)에 인가하는 전압은, 10kV~80kV로 설정할 수 있다. 바람직하게는, 50kV 부근이다.　
방사 구역의 온도는, 예를 들면 25℃로 설정할 수 있다. 방사 구역의 습도는, 예를 들면 30%로 설정할 수 있다.　
3.실시예에 관한 전계방사장치 및 나노섬유 제조장치의 효과
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 왕복 운동 구동부(201)의 왕복 운동 주기를 전계방사장치(20) 마다 독립하여 제어하는 것이 가능한 왕복 운동 제어장치(200)를 구비하기 때문에, 모든 전계방사장치(20)로 「노즐 배열피치와 장척시트(W)의 이송 속도와 노즐블록(110)의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시키지 않게 하는 것」이 가능해지고, 그 결과, 장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량을 항상 균일화하는 것이 가능해진다.　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 있어서는, 복수의 전계방사장치(20) 중 적어도 2개의 전계방사장치(20)의 사이에서 노즐(112)의 배열피치가 다른 경우에는, 모든 전계방사장치로 노즐 배열피치가 동일한 경우와 비교하여, 「노즐블록에 있어서의 노즐 배열피치와 장척시트의 이송 속도와 노즐블록의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시켜 버린다」고 하는 사태, 나아가서는 「장척시트(W)의 폭방향(b)을 따른 폴리머 섬유의 퇴적량이 균일화되지 않는다」는 사태가 발생할 확률이 높기 때문에, 본 발명의 효과가 특히 크다.　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 왕복 운동 제어장치(200)는, 각 전계방사장치(20)에 있어서의 노즐 배열피치와, 장척시트(W)의 이송 속도를 기초로 하여, 각 전계방사장치(20)에 있어서의 왕복 운동 구동부(201)의 왕복 운동 주기를 제어하기 때문에, 노즐블록(110)에 있어서의 노즐 배열피치와 장척시트(W)의 이송 속도와 노즐블록(110)의 왕복 운동 주기가 어느 특정 관계를 만족시켜 버린다는 사태의 발생을, 어느 전계방사장치(20)에 있어서도 확실히 방지하는 것이 가능해진다.　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 왕복 운동 제어장치(200)는, 왕복 운동 구동부(201)의 왕복운동의 왕복거리를 전계방사장치마다 독립하여 제어가능하기 때문에, 재질이 다른 나노섬유(PU 및 PAN)나 직경이 다른 나노 섬유(300nm 및 500nm)를 적층시키기 위하여 노즐 배열피치가 다른 2개 이상의 전계방사장치를 이용한 경우라도, 노즐 배열피치에 따른 항상 최적의 왕복거리로서 각 노즐블록을 왕복운동하는 것이 가능해진다.
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 노즐블록(110)으로부터 컬렉터(150)를 따른 방향에 있어서의 노즐블록(110)의 높이 위치를 전계방사장치(20) 마다 독립하여 제어하는 것이 가능한 노즐블록 높이 제어장치(220)를 구비하기 때문에, 전계방사장치(20) 마다 최적의 조건으로 전계 방사를 실시하는 것이 가능해진다.　
실시예에 관한 나노섬유 제조장치(1)에 의하면, 복수의 전계방사장치(20)에 있어서의 노즐블록(110)은 모두 접지되어 있기 때문에, 노즐블록(110)의 왕복 운동의 제어나 노즐블록(110)의 높이 위치의 제어를 용이하게 실시하는 것이 가능해진다.　
이상, 본 발명을 상기의 실시예를 기초로 하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면, 다음과 같은 변형도 가능하다.　
(1) 상기 실시예에 있어서는, 전계방사장치로서 4대의 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치를 예로써 본 발명의 나노섬유 제조장치를 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 2대 혹은 3대 또는 5대 이상의 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.　
(2) 상기 실시예에 있어서는, 상향 노즐을 가지는 상향식 전계방사장치를 이용하여 본 발명의 나노섬유 제조장치를 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하향 노즐을 가지는 하향식 전계방사장치나 측면 노즐을 가지는 측면식 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.　
(3) 상기 실시예에 있어서는, 전원 장치의 정극이 컬렉터에 접속되고, 전원 장치의 부극이 노즐블록 및 케이스에 접속된 전계방사장치를 이용하여 본 발명의 나노섬유 제조장치를 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전원 장치의 부극이 컬렉터(150)에 접속되고, 전원 장치의 정극이 노즐블록(110) 및 케이스(100)에 접속된 전계방사장치를 구비하는 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.　
(4) 상기 실시예에 있어서는, 왕복 구동 모터에 고정된 편심 핀과 노즐블록의 장공에 의해 노즐블록을 왕복 운동시키고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 왕복 구동 모터로서 좌우 회전 가능한 스테핑 모터를 이용하는 것과 동시에, 해당 스테핑 모터에 의해 노즐블록을 직접 왕복 운동시켜도 좋다.
(5) 상기 실시예에 있어서는, 하나의 전계방사장치에 하나의 노즐블록이 배설된 나노섬유 제조장치를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 7은, 전계방사장치(20a)의 단면도이다. 예를 들면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 하나의 전계방사장치(20a)에 2개의 노즐블록(110a1, 110a2)이 배설된 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있고, 2개 이상의 노즐블록이 배설된 나노섬유 제조장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
이 경우, 모든 노즐블록을 동일 주기로 왕복운동시킬 수도 있고, 각 노즐블록을 다른 주기로 왕복운동 시킬 수도 있다. 또한, 모든 노즐블록으로 노즐 배열피치를 동일하게 할 수 있고, 각 노즐블록으로 노즐 배열피치를 다르게 할 수도 있다. 또한, 모든 노즐블록으로 왕복운동의 왕복거리를 동일하게 할 수도 있고, 각 노즐블록으로 왕복운동의 왕복거리를 다르게 할 수도 있다. 또한, 모든 노즐블록으로 노즐블록의 높이위치를 동일하게 할 수도 있고, 각 노즐블록으로 노즐블록의 높이위치를 다르게 할 수도 있다.

Claims (7)

  1. 장척시트를 소정의 이송 방향을 따라서 이송하는 이송 장치와,
    상기 이송 방향을 따라서 직렬로 배열된 복수의 전계방사장치를 구비하고,
    상기 복수의 전계방사장치의 각각이, 컬렉터와, 상기 컬렉터에 마주하는 위치에 위치하고, 폴리머 용액을 토출하는 복수의 노즐이 소정의 배열피치로 2차원적으로 배치된 노즐블록, 상기 컬렉터와 상기 노즐블록과의 사이에 고전압을 인가하는 전원 장치 및 상기 장척시트의 폭방향을 따라서 상기 노즐블록을 소정의 왕복 운동 주기로 왕복 운동시키는 왕복 운동 구동부를 가지는 나노섬유 제조장치로서,
    상기 왕복 운동 구동부의 왕복 운동 주기를 상기 전계방사장치마다 독립하여 제어 가능한 왕복 운동 제어장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전계방사장치 중 적어도 2개의 전계방사장치 사이에서 노즐 배열피치가 다른 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전계방사장치 중 모든 전계방사장치의 사이에서 노즐 배열피치가 동일한 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  4. 제 1 내지 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 왕복 운동 제어장치는, 각 전계방사장치에 있어서의 상기 노즐 배열피치와, 상기 장척시트의 이송속도를 기초로 하여, 각 전계방사장치에 있어서의 상기 왕복 운동 구동부의 왕복 운동 주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  5. 제 1 내지 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 왕복 운동 제어장치는, 상기 왕복 운동 구동부의 왕복운동의 왕복거리를 상기 전계방사장치마다 제어 가능한 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  6. 제 1 내지 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 노즐블록으로부터 상기 컬렉터를 따른 방향에 있어서의 상기 노즐블록의 높이위치를 상기 전계방사장치마다 독립하여 제어 가능한 노즐블록 높이 제어장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
  7. 제 1 내지 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 복수의 전계방사장치에 있어서의 상기 노즐블록은 모두 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조장치.
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