CN107109703B - 静电纺纱用喷丝头 - Google Patents

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Abstract

一种静电纺纱用喷丝头(1)，其包含导电性金属材料的结构体，所述结构体具备长轴方向(X)与短轴方向(Z)及厚度方向(Y)，在所述结构体的一面具备纺纱用的原料流体的流入口(10)，多个突起(5)以沿着长轴方向(X)排列的方式形成在另一面，多个突起(5)的各个以从所述结构体突出的方式延伸，所述突起(5)在其顶部(2)具有喷出原料流体的喷出孔(4)，所述喷出孔(4)的间距超过1mm。本发明的静电纺纱用喷丝头可使用从低粘度至高粘度的粘度范围广的原料流体，制造纤维径的不均小且均质的纳米纤维。

Description

静电纺纱用喷丝头
本申请是基于2014年8月5日申请的日本专利申请、日本专利特愿2014-159715，2015年5月14日申请的日本专利申请、日本专利特愿2015-098719者，并将其内容作为参照而并入至本申请中。
技术领域
本发明涉及一种用于静电纺纱的喷丝头(spinneret)。更详细而言，本发明涉及一种适合于针对粘度范围广的原料流体的连续纺纱的稳定化及纳米纤维的品质的均质化的喷丝头。
背景技术
超极细的纤维“纳米纤维”是近年来受到瞩目的一维纳米材料。在广义的定义中是指直径为100nm以下且纵横比为10以上的纤维，但在实用上多是指直径为1000nm以下的纤维(参照非专利文献1)。
作为制造纳米纤维的方法，已知有利用静电引力的静电纺纱法。
在一般的静电纺纱法中，使作为溶解有聚合物的纺纱溶液的原料流体与金属制的喷射针一同带高电压，并从喷射针的前端向接地的捕集电极表面喷出原料流体。通过由喷射针的前端的电场集中效果所形成的强力的电场，原料流体被朝捕集电极表面的方向吸引，而形成被称为泰勒圆锥(taylor cone)的圆锥状的形状。而且，当因电场而被吸引至捕集电极表面的力超过原料流体的表面张力时，原料流体以喷雾形式从泰勒圆锥的前端飞出，一面伴随溶剂的挥发一面细化，从而使直径为次微米级的纤维在捕集电极表面以无纺布状被捕集。
迄今为止所报告的通过静电纺纱所制造的纳米纤维的纤维径最小为100nm左右。将来需要确立纤维径更细的纳米纤维的高精度且可量产的制造技术。为了使通过静电纺纱法来制造的纳米纤维的纤维径变细，必须使原料流体中的聚合物链难以相互缠绕。因此，有效果的是使原料流体的聚合物浓度下降、或选择低分子量的聚合物等来使原料流体的粘度下降(参照非专利文献2)。
另一方面，作为静电纺纱法中的技术课题之一，可列举：当原料流体的粘度低时由纳米纤维的连续纺纱的不稳定化及纤维径不均所引起的品质的下降。
为了解决本技术课题，可列举在流体供给装置中形成多个流体脱离部位。例如提出有将相邻的所述流体脱离部位的最小间隔集聚成1mm以下的纳米纤维的制造方法(参照专利文献1)。
另外，通过具有以隔着喷出孔的方式从喷丝头前端部延伸设置的两个侧面部，而抑制从喷丝头的外周壁等所产生的离子风，并抑制电场的干涉，且提升纳米纤维的品质的方法也为人所知(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-152479号公报
专利文献2：日本专利特开2013-47410号公报
非专利文献
非专利文献1：H.Matsumoto and A.Tanioka,“薄膜(Membranes)”,1(3),249-264(2011)
非专利文献2：S.Imazumi,H.Matsumoto等人.“聚合物杂志(Polym.J.)”,41,1124-1128(2009)
发明内容
[发明要解决的问题]
但是，在专利文献1的发明中，通过原料流体的表面张力来将流体引导至三角形的顶点，因此在原料流体的粘度为5000cP(厘泊)以上的情况下优选，在纺纱中粘度低于5000cP的原料流体并不优选。除此以外，若缩小相邻的喷射针的间隔，则在喷射喷嘴周边产生的电场彼此发生干涉，从所有喷射针对纳米纤维进行纺纱变得困难，存在纳米纤维的品质下降的担忧。
另外，在专利文献2的发明中，因将喷出孔配置在开口部，故当进行静电纺纱时，形成在喷出孔的附近的包含原料流体的圆锥形状的泰勒圆锥(Taylor cone)一面沿着喷丝头的棱线一面经时地扩大，而担忧相邻的泰勒圆锥彼此接触。若相邻的泰勒圆锥彼此接触而合在一起，则供给至合在一起的泰勒圆锥的原料流体的量比周围的其他泰勒圆锥增加，从所有泰勒圆锥均质地对纳米纤维进行纺纱变得困难。尤其，原料流体的粘性越低，泰勒圆锥越容易朝周围扩大，当为了制造纤维径更细的纳米纤维而使用粘度低的原料流体时，均质的纳米纤维的生产需要进一步的改善。
本发明提供一种可使用从低粘度至高粘度的粘度范围广的原料流体，制造纤维径的不均小且均质的纳米纤维的静电纺纱用喷丝头。
[解决问题的技术手段]
本发明人等人为了解决所述课题而反复努力研究的结果，发现通过使用如下静电纺纱用喷丝头，可解决课题，从而完成了本发明，所述静电纺纱用喷丝头配置有多个具有喷出孔且为特定形状的突起，并具有对原料流体进行分配的流路。
本发明的构成如下所述。
[1]一种静电纺纱用喷丝头，其包括导电性金属材料的结构体，所述结构体具备长轴方向与短轴方向及厚度方向，在所述结构体的一面具备纺纱用的原料流体的流入口，多个突起以沿着所述长轴方向排列的方式形成在另一面，多个突起的各个以从所述结构体突出的方式延伸，所述突起在其顶部具有喷出原料流体的喷出孔，所述喷出孔的间距超过1mm。
[2]根据所述[1]中记载的静电纺纱用喷丝头，其中所述突起的高度为0.1mm以上。
[3]根据所述[1]或[2]中记载的静电纺纱用喷丝头，其中所述结构体包含两个以上的零件，在所述零件的接合面具有将原料流体均匀地分配至各喷出孔的流路。
[4]根据所述[1]至[3]中任一项记载的静电纺纱用喷丝头，其包括设置于所述结构体的本体部的内部的将原料流体均匀地分配至各喷出孔的分配板，所述分配板形成原料流体的流路。
[5]根据所述[1]至[4]中任一项记载的静电纺纱用喷丝头，其中从所述流入口至各个喷出孔为止由大致等距离的流路连接，从所述流入口至各个喷出孔为止的流路的距离的差为10％以内。
[发明的效果]
本发明的静电纺纱用喷丝头具有多个突起，且从在所述多个突起的各个中穿孔的喷出孔喷出原料流体，因此可使用从低粘度至高粘度的粘度范围广的原料流体，生产性良好地制造纤维径的不均小的均质且均匀的纳米纤维。
进而，在内部具有流路的静电纺纱用喷丝头不易受到空气与原料流体的比重的差的影响，可不使空气进入喷丝头内部而将原料流体供给至各个喷出孔，因此可进行稳定的喷出。
另外，在内部具有流路，且将从流入口至各个喷出孔为止的距离设为大致等距离的静电纺纱用喷丝头可将原料流体均等地供给至各个喷出孔，而可获得均匀的纳米纤维。
另外，当将突起的高度设为0.1mm以上，优选设为1mm以上时，可使纺纱更稳定化。
附图说明
图1是具有方光体突起的静电纺纱用喷丝头的立体图。
图2是配置有在相邻的突起彼此间喷丝头相对于突起5的顶部2的高度不同的方光体突起的静电纺纱用喷丝头的立体图。
图3是静电纺纱用喷丝头所具有的方光体突起的剖面图。
图4是在内部具有用以存储原料流体的内部空间的静电纺纱用喷丝头及其构成零件的剖面图。
图5是使在内部具有用以存储原料流体的内部空间的静电纺纱用喷丝头的内部空间可视化的立体图。
图6是在内部仅包含原料流体的流路的静电纺纱用喷丝头及其构成零件的剖面图。
图7是用以在静电纺纱用喷丝头的内部形成原料流体的流路的分配板的立体图。
图8是对应于具有流路的顶板，配置有在相邻的突起彼此间喷丝头相对于突起5的顶部2的高度不同的方光体突起的静电纺纱用喷丝头的立体图。
图9是具有四角锥突起的静电纺纱用喷丝头的立体图。
图10是具有四角柱突起的静电纺纱用喷丝头的立体图。
图11是不具有突起的静电纺纱用喷丝头的立体图。
[符号的说明]
1：静电纺纱用喷丝头
2：顶部(突起顶部)
3：侧面部
4：喷出孔
5：突起
6：谷部
7：泰勒圆锥
8：纳米纤维
9：内部空间
10：流入口
11：流路
12：分配板一
13、13a、13b：分配板的槽
14、14a、14b、14c、14d：分配板的孔
15：分配板二
16：导孔
20：本体部
21：第二面(另一面)
22：第一面(一面)
30：顶板
31：具有流路的顶板
40、51、52：喷嘴
A：内部空间的相对于喷丝头的长轴方向垂直的方向的剖面面积
B：内部空间的喷丝头的长轴方向的长度
D：相对于原料流体流动的方向垂直的方向的分配板的槽的剖面面积
H：突起的高度
P：间距
X：结构体的长边方向、或沿着宽度方向的长轴方向
Y：沿着结构体的厚度的方向的厚度方向
Z：结构体的短边方向、或沿着高度方向的短轴方向
a：喷出孔的剖面面积
b：喷出孔的长度(贯穿从内部空间至喷出孔的出口为止的喷嘴的长度)
d：贯穿分配板的槽的孔的面积
具体实施方式
以下，一面对本发明的静电纺纱用喷丝头的多个实施方式进行图示一面详细地进行说明，但本发明的静电纺纱用喷丝头的具体的构成并不限定于此处所图示者。
图1是具有方光体突起5的静电纺纱用喷丝头的立体图。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1是包含导电性金属材料的结构体。所述结构体包含由X方向(也称为长轴方向)、Y方向(也称为厚度方向)、及Z方向(也称为短轴方向)形成的本体部20。
在所述结构体中，构成其厚度方向(Y方向)的所述金属材料的一部分以沿着短轴方向(Z方向)形成突起5的方式延伸。换言之，在与结构体的本体部20的第一面(一面)22对向的相反侧的第二面(另一面)21(构成本体部20的一侧面)，多个突起5以沿着短轴方向(Z方向)延伸的方式形成。此处，本体部20是指从构成静电纺纱用喷丝头1的结构体去除突起5后的部分。
所述突起5具有顶部(突起顶部)2与侧面部3，在各顶部2中各设置有1个喷出原料流体的喷出孔4。通过使静电纺纱用喷丝头1带高电压，在喷出孔4附近形成包含原料流体的泰勒圆锥7，并从泰勒圆锥7的前端纺出纳米纤维8。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1因具有设置有喷出孔4的突起5，故电荷集中在带高电压的静电纺纱用喷丝头1的突起5，并在突起5的周边产生强力的电场。通过所述强力的电场，赋予至泰勒圆锥7的朝向捕集电极表面的力增大，而抑制泰勒圆锥7的扩大及相邻的泰勒圆锥彼此的接触。另外，静电纺纱用喷丝头1因具有突起5与谷部6沿着长轴方向(X方向)交替地配置的构成，故泰勒圆锥7不易沿着侧面部3与谷部6扩大至相邻的突起5，相邻的泰勒圆锥7彼此的接触得到抑制。
静电纺纱用喷丝头1只要包含导电性的金属材料即可，也可以是铁、铝、不锈钢、黄铜等任意的导电性的金属材料。另外，也可以包含所述多个金属材料的组合或合金。
静电纺纱用喷丝头1的长轴方向、厚度方向、及短轴方向的各长度可任意地选择。例如可列举：喷丝头的长轴方向为1500mm以下，喷丝头的厚度方向为100mm以下，喷丝头的短轴方向为150mm以下的范围。通过将静电纺纱用喷丝头1的尺寸设为所述长度的范围内，可容易地进行喷丝头朝静电纺纱装置的装卸作业或纺纱后的喷丝头的维护作业。
在本说明书中，如所述般分别称为长轴方向、短轴方向，但喷丝头的宽度方向与高度方向的长度彼此相同者也并不从本发明中排除在外。另外，在本说明书中说明了“将Z方向称为“短轴方向”，表示喷丝头的高度方向”，仅图示有突起5在喷丝头的下表面突出的结构者，但这些喷丝头只要突起5从结构体的一侧面朝向捕集电极表面即可，可在朝向地面突出的方向上使用突起5，也能够以相对于地面变成水平方向或向上的方式使用突起5。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1所具有的突起5的数量并无特别限定，但优选1000个以下。通过将突起5的数量设为1000个以下，泰勒圆锥7或被纺出并带电的纳米纤维8彼此间的静电排斥不易产生，纳米纤维8的纺出变得均匀。
图2是在相邻的突起彼此间突起5的顶部2的高度不同的静电纺纱用喷丝头1的立体图。本实施方式的静电纺纱用喷丝头1是通过将顶板30与喷嘴51这两个零件接合来获得。导孔16为了将原料流体引导至喷出孔而与喷出孔成对设置，通常因喷丝头制作上、功能上的理由而具有大孔径。
图3是本静电纺纱用喷丝头所具有的方光体突起5的剖面图。图3特别表示将图1的静电纺纱用喷丝头的突起5扩大者，具有左右为线对称的形状。图2的静电纺纱用喷丝头的突起5除左右并非线对称这一点以外，具有与图3中所示者相同的构成。
在本发明中，静电纺纱用喷丝头1所具有的突起5中的突起5的高度H(H方向的长度)并无特别限定，但优选0.1mm以上。由于电荷容易集中在尖的部位上，因此电荷容易集中在突起5的前端。其结果，即便是相同的施加电压，与无突起5的喷丝头相比，突起5周边所产生的电场变成更强力的电场，泰勒圆锥7的行为稳定。通过将突起5的高度设为0.1mm以上，可使突起5的周边产生强力的电场，并增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥7的力。突起5的高度更优选1mm以上。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1所具有的突起5的配置方法并无特别限定，根据静电纺纱用喷丝头1的形状或大小，可一维地配置，也能够以相对于捕集电极表面变成平行的方式二维地配置。当一维地配置突起5时，可如图1中所例示般以相邻的突起5彼此的高度变成相同的方式配置，也可以如图2中所例示般以相邻的突起5彼此的高度不同的方式配置。如所述例示般，以从喷嘴51的长轴方向的中心起设为左右对称，越是远离喷嘴51的长轴方向的中心而配置的突起5，突起5的顶部2的高度(从第一面22至顶部2为止的距离)变得越低的方式配置，由此可使各个突起5中产生均匀的电场，而获得均质的纳米纤维8，故优选。再者，也可以包含相邻的突起彼此的顶部的高度相同的情况。
成为本静电纺纱用喷丝头所具有的突起5的顶部2的面其面方向并无特别限定，但优选所有成为突起5的顶部2的面朝向相同的面方向。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1的突起5的形状并无特别限定，但若考虑泰勒圆锥7的稳定性、或喷丝头的加工的容易性或加工费等，则优选方光体的形状。另外，突起5并不限定于方光体的形状来进行解释，可在不脱离其主旨的范围内，应用多面体、半球、锥体、多角柱、半圆柱体形等各种实施方式。多个突起5优选具有大致相同的形状。
当使用本发明的静电纺纱用喷丝头进行静电纺纱时，不仅能够以使突起相对于捕集面变成垂直方向的方式设置喷丝头，在垂直方向上纺出原料流体，并捕集纳米纤维，而且能够以使突起相对于捕集面变成水平方向的方式设置喷丝头，在水平方向上纺出原料流体，并捕集纳米纤维。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1所具有的喷出孔4的形状并无特别限定，可选择圆形、多边形、星型、Y型、C型等任一种，但若考虑喷丝头的加工的容易性，则更优选圆形。另外，多个喷出孔4优选具有大致相同的形状。
另外，作为图1、图2中所示的各喷出孔4的相邻的喷出孔间的距离的间距P是以超过1mm的方式设定，为了确保此种间距P，多个突起5是以沿着结构体的长轴方向(X方向)排列的方式形成。通过确保超过1mm的间距P，从相邻的喷出孔4中喷出的原料流体的泰勒圆锥7的接触得到抑制。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1所具有的突起5中的顶部2的面积(包含喷出孔的面积)并无特别限定，但优选0.1mm2～100mm2的范围。通过将顶部2的面积设为0.1mm2以上，可确实地保持泰勒圆锥7，并抑制泰勒圆锥7朝周围的扩大及相邻的泰勒圆锥7彼此的接触。通过将顶部2的面积设为100mm2以下，可减小间距P，并可维持纳米纤维8的充分的生产性。更优选的顶部2的面积为1mm2～50mm2的范围。
本实施方式的喷出孔4的孔径并无特别限定，但优选设为0.1mm～1.0mm。通过将喷出孔4的孔径设为0.1mm以上，静电纺纱用喷丝头的清洗性提升，故优选。另外，通过将喷出孔4的孔径设为1.0mm以下，在低粘度的原料流体或低喷出量的情况下，泰勒圆锥7显示出稳定的行为，纳米纤维8的纺出变得均匀，故优选。
配置在本实施方式的静电纺纱用喷丝头1所具有的顶部2的喷出孔4的位置并无特别限定，只要配置在顶部2即可，可例示顶部2的面的中心或外周等，但优选配置在顶部2的中心。由于将喷出孔4作为中心，并沿着顶部2的面形成泰勒圆锥7，因此泰勒圆锥7显示出稳定的行为，可获得均匀的纳米纤维8。
图4是在内部具有用以存储原料流体的内部空间的静电纺纱用喷丝头的剖面图。如图4所示，本实施方式的静电纺纱用喷丝头1是通过将顶板30与喷嘴40这两个零件接合来获得。但是，构成静电纺纱用喷丝头1的零件并不限定于此种形态。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1从设置于第一面22的流入口10供给纺纱用的原料流体。从流入口10供给的原料流体被存储在喷丝头内部的内部空间9，并从在内部空间9的底面穿孔并且贯穿突起5内的喷出孔4中喷出。当使用高粘度的原料流体时，内部空间9作为缓冲区发挥功能，因此从各个喷出孔均匀地喷出原料流体。另外，由于喷丝头结构简单，因此可容易地进行纺纱后的清洗步骤或维护。
对本实施方式的静电纺纱用喷丝头1供给原料流体的方法并无特别限定，可例示：齿轮泵、注射泵、利用对于溶液的加压的供给等。齿轮泵虽然分解清洗需要时间等而在维护性方面有困难，但具有可连续地供给原料流体的优点。另外，注射泵为批次式，可一次性供给原料流体的量有限，但可供给粘度范围比齿轮泵更广的原料流体。可对应于所使用的原料流体或生产量、维护性而适宜选择。
图5是使在内部具有用以存储原料流体的内部空间的静电纺纱用喷丝头的内部空间可视化的立体图。
当将内部空间9的相对于喷丝头的长轴方向垂直的方向的剖面面积设为A，将内部空间9的喷丝头的长轴方向的长度设为B，将喷出孔4的剖面面积设为a，将喷出孔4的长度(贯穿从内部空间9至喷出孔的出口为止的喷嘴的长度)设为b，将在1个内部空间9的底面穿孔的喷出孔4的数量设为n时，本实施方式的静电纺纱用喷丝头1中所具有的内部空间9的体积与喷出孔4的面积及长度优选满足下述的式(1)的关系。通过设为满足所述式(1)的范围，当将原料流体供给至各个喷出孔4时，朝喷出孔4的长度方向的原料流体的流动性超过朝内部空间9的长轴方向的原料流体的流动性，静电纺纱用喷丝头1内部的背压上升，容易将原料流体均匀地供给至各个喷出孔4，纳米纤维8的纺出容易变得均匀。
Figure GDA0002920263920000101
图6是在内部具有原料流体的流路的静电纺纱用喷丝头及其构成零件的剖面图的一例。
本实施方式的静电纺纱用喷丝头1可从流入口10朝多个喷出孔4供给原料流体。为了从流入口10朝各个喷出孔4进行分配，可在内部具有内部空间9，但为了对流体进行分配，优选具有经分支的多个流路11。若使粘度极低的原料流体流入具有内部空间9的喷丝头中，则在向内部空间9中填充原料流体的过程中，原料流体的比重大于空气，因此在内部空间9内一面进入空气一面进行填充，而难以将原料流体均匀地供给至各个喷出孔4。另外，即便不使空气进入内部空间9内而填充原料流体，从流入口10至各个喷出孔为止的距离也不同，而难以朝各个喷出孔4均匀地供给原料流体。
通过在静电纺纱用喷丝头1的内部形成流路11，可不易受到空气与原料流体的比重的差的影响。由此，可不使空气进入喷丝头内部而将原料流体填充至内部空间9内，进而从流入口至各个喷出孔为止的距离为大致等距离，因此可将原料流体均匀地供给至各个喷出孔4，而可获得均匀的纳米纤维8。
就可将原料流体均匀地供给至各个喷出孔4这一点而言，本实施方式的从流入口10至各个喷出孔4为止的距离的差，即各流路11的距离的差优选10％以内。通过将从流入口10至各个喷出孔4为止的距离的差设为10％以内，各个喷出孔4所承受的背压的差小，可抑制来自各个喷出孔4的原料流体的喷出量的差对纳米纤维8造成的影响。
本实施方式的流路11的形状并无特别限定，但对流路11的形状与原料流体的流动的关系进行分析的结果，就可高效地将原料流体均匀地供给至各个喷出孔4这一点而言，优选如图6中所例示般的分支图的形状。另外，如图6的下半部分所示，本实施方式的静电纺纱用喷丝头1通过将顶板30、喷嘴40，以及两片分配板一12、分配板二15合计四个零件接合来获得。在各零件的内部及接合面形成有流路11，可容易地形成流路11。
图7是用以在静电纺纱用喷丝头1的内部具有原料流体的流路的分配板一12、分配板二15的立体图。
在本实施方式的静电纺纱用喷丝头1中，为了在内部形成流路11，而设置如图6、图7中所例示般的可拆卸的分配板一12、分配板二15。分配板一12具有对表面(接合面)进行挖掘而形成的槽13、及在所述槽中贯穿分配板一12的厚度方向的孔14，用于使制作与喷丝头清洗变得容易。可通过分配板一12的设置来形成流路11，在纺纱后分解成喷嘴40与分配板一12、分配板二15，由此可简便且有效地进行喷丝头的清洗步骤。另外，通过预先制作多个分配板一12的槽及孔的形状不同的分配板(例如分配板二15)，可随时更换成适合于原料流体的粘度的分配板一12，而可对应于粘度范围更广的原料流体。
关于分配板的槽的体积与贯穿槽的孔的面积及长度，当将相对于原料流体流动的方向垂直的方向的分配板的槽13的剖面面积设为D，将贯穿分配板的槽的孔14的面积设为d时，对流路11的形状与原料流体的流动的关系进行分析的结果，就可高效地将原料流体均匀地供给至各个喷出孔4这一点而言，优选将D设为0.1mm2～5mm2，将d设为0.1mm2～1mm2的范围。若满足所述范围，则当对粘度为10cP～5000cP的原料流体进行分配时，在低粘度的原料流体的情况下不会进入空气，高粘度的原料流体的背压也不会过度上升，容易将原料流体均匀地供给至各个喷出孔4，纳米纤维8的纺出容易变得均匀。
分配板二15具有对表面进行挖掘而形成的两个槽13a、槽13b。在槽13a中设置贯穿分配板二15的厚度方向的孔14a、孔14b，在槽13b中设置孔14c、孔14d。在分配板二15的槽13a、槽13b各者中，就与分配板一12中的D、d相同的所述理由而言，也优选满足所述范围。
图8是使用具有流路的顶板31的静电纺纱用喷丝头1的立体图。本实施方式的静电纺纱用喷丝头1通过将顶板31与喷嘴52这两个零件接合来获得。
为了在本实施方式的静电纺纱用喷丝头1的内部形成流路11，也可以使用如图8中所例示般的具有流路的顶板31。当使用具有流路11的顶板31时，与使用分配板的情况相比，可减少零件数，并可容易地进行纺纱后的清洗步骤或维护。
当使用本实施方式的静电纺纱用喷丝头1进行静电纺纱时，原料流体中所含有的材料并无特别限定，可适宜选择。作为此种材料，除聚酯、尼龙、聚氨基甲酸酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等高分子材料以外，可例示氧化铝或氧化钛等无机材料等。可考虑进行纳米纤维化时所显现的效果而适宜选择。另外，这些聚合物可单独使用，也可以将两种以上的聚合物混合使用。进而，这些聚合物也可以与其他功能性材料进行复合，作为此种功能性材料，除阻燃剂、除臭剂、抗氧化剂、抗静电剂、颜料等功能赋予材料以外，可例示金纳米粒子或二氧化钛纳米粒子、羟基磷灰石纳米粒子、碳纳米管或石墨烯等纳米材料。
当使用本实施方式的静电纺纱用喷丝头1进行静电纺纱时，原料流体中所含有的溶剂并无特别限定，可适宜选择能够在室温或加热下溶解聚合物的溶剂。作为此种溶剂，可例示N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、四甲基脲、磷酸三甲酯、1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇、六氟乙酸、甲基乙基酮、二甲基亚砜、丙酮、乙酸丁酯、环己烷、丁内酯、四乙基脲、异佛尔酮、磷酸三乙酯、卡必醇乙酸酯、碳酸丙烯酯等，可考虑溶剂对于聚合物的溶解性或挥发性、介电常数、粘度、表面张力等而适宜选择。另外，这些溶剂可单独使用，也可以将两种以上的溶剂混合使用。当将两种以上的溶剂混合使用时，通过将挥发性高的溶剂与挥发性低的溶剂混合，可控制电场纺纱过程中的聚合物溶液的挥发性，故更优选。作为此种组合，可例示：N,N-二甲基甲酰胺与丙酮、N,N-二甲基乙酰胺与丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮与丙酮等。将两种以上的溶剂混合使用时的混合比率并无特别限定，可考虑所要求的聚合物溶液的物性，例如浓度或粘度、挥发性、导电性、表面张力等而适宜调整。由此，可容易地控制所获得的纳米纤维8的纤维径或纤维形态，另外，静电纺纱时的溶液喷出量的调整变得容易，例如可增大喷出量来提升纳米纤维8的生产性。
当使用本实施方式的静电纺纱用喷丝头1进行静电纺纱时，为了调整原料流体的特性，可添加添加剂。添加剂的种类并无特别限定，可适宜选择有机或无机的盐等。例如，当添加离子性的界面活性剂时，原料流体的表面张力下降，另外，导电率提升，因此与对未添加离子性的界面活性剂的原料流体进行静电纺纱的情况相比，球状粒子(颗粒)的显现少，可获得平均纤维径小的纳米纤维8，故优选。添加剂的添加量也无特别限定，可对应于要求的原料流体的特性调整效果而适宜选择，作为优选的范围，可例示在原料流体中为0.005质量％～0.5质量％，作为更优选的范围，可例示在原料流体中为0.01质量％～0.3质量％。
当使用本实施方式的静电纺纱用喷丝头1进行静电纺纱时，原料流体的聚合物浓度并无特别限定，可考虑原料流体的粘度、及进行静电纺纱所获得的纳米纤维8的平均纤维径或纤维形态、以及生产性等而适宜调整，作为优选的浓度范围，可例示3质量％～30质量％，作为更优选的范围，可例示4质量％～25质量％。若聚合物的浓度为3质量％以上，则不怎么看得到颗粒结构，能够以可满足的生产性获得平均纤维径足够小的纳米纤维8，故优选；若为4质量％以上，则几乎看不到颗粒结构，能够以充分的生产性获得平均纤维径可满足的纳米纤维8，故更优选。另外，若聚合物的浓度为30质量％以下，则变成适合于静电纺纱的粘度，能够以稳定的纺纱性获得纳米纤维8，故优选；若为25质量％以下，则纺纱性变得更稳定，故更优选。
当使用本实施方式的静电纺纱用喷丝头1进行静电纺纱时，原料流体的粘度并无特别限定，优选10cP～5000cP的范围，更优选30cP～3000cP的范围。通过将原料流体的粘度设为10cP以上，拉丝性良好，颗粒不易显现。通过将原料流体的粘度设为5000cP以下，粘性低，因此容易将原料流体供给至静电纺纱用喷丝头1的各个喷出孔4。本实施方式的静电纺纱用喷丝头1由于是在突起5具有喷出孔4的构成，因此通过突起5周边所产生的强力的电场，泰勒圆锥7显示出稳定的行为，尤其可使用如粘度为10～200cP般的低粘度的原料流体，制造均匀且纤维径细的纳米纤维8。
[实施例]
以下，通过实施例来对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于下述实施方式来进行解释，可在不脱离其主旨的范围内，应用于各种实施方式。再者，以下表示实施例中所示的纳米纤维的平均纤维径的测定方法。
(原料流体的粘度)
在气温25℃及湿度30％的条件下，使用博勒飞(BROOKFIELD)公司制造的粘度计RVDV-I Prime(初级)、及锥形转子CPE-41，测定后述的原料流体的粘度。
(平均纤维径)
使用日立高新技术(Hitachi High-Technologies)股份有限公司制造的扫描型电子显微镜SU8020，观察纳米纤维，并利用图像分析软件测定纳米纤维50处的直径。将纳米纤维50处的纤维径的平均值设为平均纤维径。
(纺纱稳定性)
开始静电纺纱，将相邻的泰勒圆锥彼此不接触并经过2小时以上，且纳米纤维自泰勒圆锥连续地纺出的情况设为“◎”，将相邻的泰勒圆锥彼此不接触并经过2小时以上，但纳米纤维自泰勒圆锥断续地纺出的情况设为“○”，将至相邻的泰勒圆锥彼此接触为止所需的时间为10分钟～2小时的范围，且纳米纤维自泰勒圆锥连续或断续地纺出的情况设为“△”，将至相邻的泰勒圆锥彼此接触为止所需的时间为10分钟以下，纳米纤维自泰勒圆锥连续或断续地纺出的情况设为“×”，而对纺纱稳定性进行评价。
＜实施例1＞
使索尔维(Solvay)制造的作为聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(Polyvinylidenedifluoride-Hexafluoropropene，PVDF-HFP)树脂的索乐夫(Solef)21216以8质量％的浓度溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，并以变成0.1质量％的方式添加月桂基硫酸钠作为添加剂，而制备原料流体。所述原料流体的粘度为461cP。继而，将设置于捕集电极上的铝片作为基材，在其上使用图1中所记载的具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。再者，喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，突起的高度为1.5mm，突起的形状为方光体，突起是一维地配置，喷出孔出口的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，顶部的面积(包含喷出孔出口的面积)为1mm2，对1个突起配置1个喷出孔，喷丝头具有4个突起，相邻的喷出孔间的距离为8mm，流入口的孔径为2mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本实施例的静电纺纱用喷丝头在其内部形成有如图4中所例示般的内部空间。内部空间的长度为80mm，内部空间的厚度为10mm，内部空间的高度为35mm，喷出孔的长度为5mm。本实施例的纺纱条件是对1个喷出孔(单孔)供给的原料流体的供给量为1.0mL/hr，施加电压为45kV，纺纱距离为150mm，纺纱空间为气温25℃及湿度30％。在本实施例中，由于原料流体的粘度高，因此相邻的泰勒圆锥彼此不接触而可历时2小时以上进行稳定的纺纱，故作业性充分。另外，纳米纤维自泰勒圆锥连续地纺出，因此可获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为78±15nm。
＜实施例2＞
使索尔维制造的作为PVDF-HFP树脂的索乐夫(Solef)21216以6质量％的浓度溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，并以变成0.1质量％的方式添加月桂基硫酸钠作为添加剂，而制备原料流体。所述原料流体的粘度为162cP。继而，将铝片作为基材，在其上使用与实施例1相同的静电纺纱用喷丝头，以与实施例1相同的纺纱条件对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维件。在本实施例中，虽然原料流体的粘度低，但可使方光体的突起的周边产生强力的电场，而增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此相邻的泰勒圆锥彼此不接触而可历时2小时以上进行稳定的纺纱，作业性充分。但是，由于在喷丝头的内部不具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥断续地纺出，因此无法获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为62±25nm。
＜实施例3＞
原料流体是以与实施例2相同的条件来制备。继而，将设置于捕集电极上的铝片作为基材，在其上使用图1中所记载的具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，突起的高度为1.5mm，突起的形状为方光体，突起是一维地配置，喷出孔出口的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，顶部的面积(包含喷出孔出口的面积)为1mm2，对1个突起配置1个喷出孔，喷丝头具有4个突起，相邻的喷出孔间的距离为8mm，流入口的孔径为2mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本实施例的静电纺纱用喷丝头使用如图7的立体图中所例示般的分配板，在其内部形成如图6中所例示般的传统循环(tournament)形状的流路。相对于原料流体流动的方向垂直的方向的分配板的槽的剖面面积为2mm2，原料流体流动的方向的槽的长度为35mm，贯穿分配板的槽的孔的面积为0.5mm2，贯穿分配板的槽的孔的长度为3mm。本实施例的纺纱条件为与实施例1相同的纺纱条件。在本实施例中，虽然原料流体的粘度低，但可使方光体的突起的周边产生强力的电场，而增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此相邻的泰勒圆锥彼此不接触而可历时2小时以上进行稳定的纺纱，作业性充分。另外，由于在喷丝头的内部具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥连续地纺出，因此可获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为64±13nm。
＜实施例4＞
原料流体是以与实施例2相同的条件来制备。所述原料流体的粘度为162cP。继而，将设置于捕集电极上的铝片作为基材，在其上使用图9中所记载的具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。再者，喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，突起的高度为1.5mm，突起的形状为四角锥，突起是一维地配置，喷出孔出口的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，顶部的面积(包含喷出孔出口的面积)为1mm2，对1个突起配置1个喷出孔，喷丝头具有4个突起，相邻的喷出孔间的距离为8mm，流入口的孔径为2mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本实施例的静电纺纱用喷丝头在其内部形成如图4中所例示般的内部空间。内部空间的长度为80mm，内部空间的厚度为10mm，内部空间的高度为35mm，喷出孔的长度为5mm。本实施例的纺纱条件为与实施例1相同的纺纱条件。在本实施例中，虽然原料流体的粘度低，但可使四角锥的突起的周边产生强力的电场，而增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此相邻的泰勒圆锥彼此不接触而可历时2小时以上进行稳定的纺纱，作业性充分。但是，由于在喷丝头的内部不具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥断续地纺出，因此无法获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为58±26nm。
＜实施例5＞
原料流体是以与实施例2相同的条件来制备。所述原料流体的粘度为162cP。继而，将铝片作为基材，在其上使用图9中所记载的具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。再者，喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，突起的高度为1.5mm，突起的形状为四角锥，突起是一维地配置，喷出孔出口的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，对1个突起配置1个喷出孔，喷丝头具有4个突起，相邻的喷出孔间的距离为8mm，流入口的孔径为2mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本实施例的静电纺纱用喷丝头使用如图7的立体图中所例示般的分配板，在其内部形成如图6中所例示般的传统循环形状的流路。相对于原料流体流动的方向垂直的方向的分配板的槽的剖面面积为2mm2，原料流体流动的方向的槽的长度为35mm，贯穿分配板的槽的孔的面积为0.5mm2，贯穿分配板的槽的孔的长度为3mm。本实施例的纺纱条件为与实施例1相同的纺纱条件。在本实施例中，虽然原料流体的粘度低，但可使四角锥的突起的周边产生强力的电场，而增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此相邻的泰勒圆锥彼此不接触而可历时2小时以上进行稳定的纺纱，作业性充分。另外，由于在喷丝头的内部具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥连续地纺出，因此可获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为56±17nm。
＜实施例6＞
原料流体是以与实施例2相同的条件来制备。所述原料流体的粘度为162cP。继而，将铝片作为基材，在其上使用图10中所记载的具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。再者，喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，突起的高度为1.5mm，突起的形状为四角柱，突起是一维地配置，喷出孔出口的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，对1个突起配置1个喷出孔，喷丝头具有4个突起，相邻的喷出孔间的距离为8mm，流入口的孔径为2mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本实施例的静电纺纱用喷丝头在其内部形成如图4中所例示般的内部空间。内部空间的长度为80mm，内部空间的厚度为10mm，内部空间的高度为35mm，喷出孔的长度为5mm。本实施例的纺纱条件为与实施例1相同的纺纱条件。在本实施例中，虽然原料流体的粘度低，但可使四角柱的突起的周边产生强力的电场，而增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此相邻的泰勒圆锥彼此不接触而可历时2小时以上进行稳定的纺纱，作业性充分。但是，由于在喷丝头的内部不具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥断续地纺出，因此无法获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为65±28nm。
＜实施例7＞
原料流体是以与实施例2相同的条件来制备。所述原料流体的粘度为162cP。继而，将铝片作为基材，在其上使用图10中所记载的具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。再者，喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，突起的高度为1.5mm，突起的形状为四角柱，突起是一维地配置，喷出孔出口的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，对1个突起配置1个喷出孔，喷丝头具有4个突起，顶部的面积(包含喷出孔出口的面积)为1mm2，相邻的喷出孔间的距离为8mm，流入口的孔径为2mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本实施例的静电纺纱用喷丝头使用如图7的立体图中所例示般的分配板，在其内部形成如图6中所例示般的传统循环形状的流路。相对于原料流体流动的方向垂直的方向的分配板的槽的剖面面积为2mm2，原料流体流动的方向的槽的长度为35mm，贯穿分配板的槽的孔的面积为0.5mm2，贯穿分配板的槽的孔的长度为3mm。本实施例的纺纱条件为与实施例1相同的纺纱条件。在本实施例中，虽然原料流体的粘度低，但可使四角柱的突起的周边产生强力的电场，而增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此相邻的泰勒圆锥彼此不接触而可历时2小时以上进行稳定的纺纱，作业性充分。另外，由于在喷丝头的内部具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥连续地纺出，因此可获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为62±19nm。
＜比较例1＞
原料流体是以与实施例2相同的条件来制备。所述原料流体的粘度为162cP。继而，准备铝片作为基材，在其上使用图11中所记载的不具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。再者，喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，喷出孔是一维地配置，喷出孔的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，喷丝头具有4个喷出孔，相邻的喷出孔间的距离为8mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本比较例的静电纺纱用喷丝头在其内部形成如图4中所例示般的内部空间。内部空间的长度为80mm，内部空间的厚度为10mm，内部空间的高度为35mm，喷出孔的长度为5mm。本比较例的纺纱条件为与实施例1相同的纺纱条件。在本比较例中，原料流体的粘度低，使用不具有突起的喷丝头，无法充分地增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此在开始静电纺纱起10分钟后相邻的泰勒圆锥彼此接触，无法满足充分的作业性。另外，由于在喷丝头的内部不具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥断续地纺出，因此无法获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为65±33nm。
＜比较例2＞
原料流体是以与实施例2相同的条件来制备。所述原料流体的粘度为162cP。继而，准备铝片作为基材，在其上使用图11中所记载的不具有突起的静电纺纱用喷丝头对所述原料流体进行静电纺纱，而制作PVDF-HFP纳米纤维。再者，喷丝头的长度为100mm，喷丝头的厚度为20mm，喷丝头的高度为40mm，喷出孔是一维地配置，喷出孔的形状为圆形，喷出孔的出口的孔径为0.3mm，喷丝头具有4个喷出孔，相邻的喷出孔间的距离为8mm。为了从流入口朝各个喷出孔分配原料流体，本实施例的静电纺纱用喷丝头使用如图7的立体图中所例示般的分配板，在其内部形成如图6中所例示般的传统循环形状的流路。相对于原料流体流动的方向垂直的方向的分配板的槽的剖面面积为2mm2，原料流体流动的方向的槽的长度为35mm，贯穿分配板的槽的孔的面积为0.5mm2，贯穿分配板的槽的孔的长度为3mm。本比较例的纺纱条件为与实施例1相同的纺纱条件。在本比较例中，原料流体的粘度低，使用不具有突起的喷丝头，无法充分地增强朝捕集电极表面吸引泰勒圆锥的力，因此在开始静电纺纱起10分钟后相邻的泰勒圆锥彼此接触，无法满足充分的作业性。但是，由于在喷丝头的内部具有对原料流体进行分配的流路，纳米纤维自泰勒圆锥连续地纺出，因此可获得品质充分的PVDF-HFP纳米纤维。所获得的PVDF-HFP纳米纤维的平均纤维径为63±21nm。
将以上的实验的结果汇总并示于表1中。
[表1]
PVDF-HFP浓度 突起的形状 流路 平均纤维径 纺纱稳定性
实施例1 8质量％ 方光体 无 78±15nm ◎
实施例2 6质量％ 方光体 无 62±25nm ○
实施例3 6质量％ 方光体 有 64±13nm ◎
实施例4 6质量％ 四角锥 无 58±26nm ○
实施例5 6质量％ 四角锥 有 56±17nm ◎
实施例6 6质量％ 四角柱 无 65±28nm ○
实施例7 6质量％ 四角柱 有 62±19nm ◎
比较例1 6质量％ 无突起 无 65±33nm ×
比较例2 6质量％ 无突起 有 63±21nm ×

Claims (4)

1.一种静电纺纱用喷丝头，其包括导电性金属材料的结构体，
所述结构体具备长轴方向与短轴方向及厚度方向，
在所述结构体的一面具备纺纱用的原料流体的流入口，多个突起以沿着所述长轴方向排列的方式形成在另一面，多个突起的各个以从所述结构体突出的方式延伸，所述突起在其顶部具有喷出原料流体的喷出孔，所述喷出孔的间距超过1mm，
所述静电纺纱用喷丝头包括设置于所述结构体的本体部的内部的将原料流体均匀地分配至各喷出孔的分配板，所述分配板形成原料流体的流路，
所述分配板在接合面具有槽且具有贯穿分配板的厚度方向的孔，所述槽在与原料流体流动方向垂直的方向上的剖面面积为0.1mm2～5mm2，所述贯穿分配板的厚度方向的孔的面积为0.1mm2～1mm2，
所述突起的形状为方光体，
所述顶部包含所述喷出孔的面积为0.1mm2～100mm2。
2.根据权利要求1所述的静电纺纱用喷丝头，其中所述突起的高度为0.1mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的静电纺纱用喷丝头，其中所述结构体包含两个以上的零件，在所述零件的接合面具有将原料流体均匀地分配至各喷出孔的流路。
4.根据权利要求1或2所述的静电纺纱用喷丝头，其中从所述流入口至各个喷出孔为止由大致等距离的流路连接，从所述流入口至各个喷出孔为止的流路的距离的差为10％以内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102019224B1 (ko) * 2018-12-28 2019-09-06 (주) 엠에이케이 전기 방사 장치
CN110747522B (zh) * 2019-10-31 2020-08-25 东华大学 一种均匀供液的静电纺丝装置
CN110725018B (zh) * 2019-11-07 2020-05-19 吉林大学 一种用于静电纺丝的仿生防堵塞喷丝头
CN113564735A (zh) * 2021-08-20 2021-10-29 北京化工大学 一种气流辅助的离心静电纺丝装置
CN115976661A (zh) * 2023-02-27 2023-04-18 青岛大学 一种静电纺丝装置
CN116716668B (zh) * 2023-08-09 2023-12-22 江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司 一种熔融静电纺丝装置及采用其制备纳米纤维长丝的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3034526A (en) * 1959-11-13 1962-05-15 Du Pont Laminar fluid flow process
US4550681A (en) * 1982-10-07 1985-11-05 Johannes Zimmer Applicator for uniformly distributing a flowable material over a receiving surface
US20090224437A1 (en) * 2005-12-12 2009-09-10 Mitsuhiro Fukuoka Electrostatic spray apparatus and method of electrostatic spray
CN102181946A (zh) * 2011-05-13 2011-09-14 杨恩龙 装有圆锥形辅助电极的多喷头静电纺丝装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2323025A (en) * 1939-05-13 1943-06-29 Formhals Anton Production of artificial fibers from fiber forming liquids
IT941066B (it) * 1971-06-19 1973-03-01 Jenne S R L Cella modulare per la filatura di fibre sintetiche
JPS6375107A (ja) * 1986-09-19 1988-04-05 Toray Ind Inc 多成分繊維紡糸用口金装置
US20020094352A1 (en) * 2000-11-14 2002-07-18 Ying Guo Bicomponent filament spin pack used in spunbond production
KR100458946B1 (ko) * 2002-08-16 2004-12-03 (주)삼신크리에이션 나노섬유 제조를 위한 전기방사장치 및 이를 위한방사노즐팩
US7014442B2 (en) * 2002-12-31 2006-03-21 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Melt spinning extrusion head system
US7175407B2 (en) 2003-07-23 2007-02-13 Aktiengesellschaft Adolph Saurer Linear flow equalizer for uniform polymer distribution in a spin pack of a meltspinning apparatus
US7762801B2 (en) * 2004-04-08 2010-07-27 Research Triangle Institute Electrospray/electrospinning apparatus and method
JP2006152479A (ja) 2004-11-29 2006-06-15 Toray Ind Inc 極細繊維の製造装置およびそれを用いた製造方法
DE102005053248B4 (de) 2005-11-08 2016-12-01 Axel Nickel Schmelzblaskopf mit veränderbarer Spinnbreite
JP2007303031A (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Kato Tech Kk エレクトロスピニグ用ノズル及びそれを用いた微細熱可塑性樹脂繊維の製造方法
JP4867672B2 (ja) * 2007-01-18 2012-02-01 パナソニック株式会社 高分子ファイバ生成方法と装置、これらを用いた高分子ウエブ製造方法と装置
US8186987B2 (en) * 2007-02-21 2012-05-29 Panasonic Corporation Nano-fiber manufacturing apparatus
JP4833238B2 (ja) * 2007-03-27 2011-12-07 ジョン−チョル パック ナノファイバーの大量生産のための電気紡糸装置
CN101215762A (zh) 2008-01-03 2008-07-09 东华大学 高效连续式静电纺纳米纤维毡的制备装置和方法
JP5646346B2 (ja) * 2008-12-25 2014-12-24 株式会社クラレ フィルター用濾材及びフィルターカートリッジ
JP4763845B2 (ja) 2009-09-09 2011-08-31 パナソニック株式会社 ナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法
EP2570524B1 (en) * 2010-05-10 2018-07-04 National Institute for Materials Science Production method for chitosan fiber
CN101871130B (zh) 2010-07-06 2011-08-10 北京化工大学 一种一字架静电纺丝喷头
JP5821714B2 (ja) * 2012-03-09 2015-11-24 東レ株式会社 複合口金および複合繊維の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3034526A (en) * 1959-11-13 1962-05-15 Du Pont Laminar fluid flow process
US4550681A (en) * 1982-10-07 1985-11-05 Johannes Zimmer Applicator for uniformly distributing a flowable material over a receiving surface
US20090224437A1 (en) * 2005-12-12 2009-09-10 Mitsuhiro Fukuoka Electrostatic spray apparatus and method of electrostatic spray
CN102181946A (zh) * 2011-05-13 2011-09-14 杨恩龙 装有圆锥形辅助电极的多喷头静电纺丝装置

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