CN107429430A

CN107429430A - 喷嘴头及电场纺丝装置

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Publication number: CN107429430A
Application number: CN201680011596.2A
Authority: CN
Inventors: 木下静雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: JP2017166077A; WO2017158882A1; CN107429430B; JP6378229B2

Abstract

本发明的喷嘴头(2)具备：主体部(22)，内部具有收纳原料液的空间；以及多个喷嘴(20)，具有导电性，与上述主体部(22)连接，将上述主体部(22)的内部所收纳的上述原料液排出。上述多个喷嘴(20)中的至少一个在与上述喷嘴(20)的延伸方向正交的方向上的外形尺寸不同。

Description

喷嘴头及电场纺丝装置

技术领域

本发明的实施方式涉及喷嘴头及电场纺丝装置。

背景技术

存在一种电场纺丝装置，通过静电纺丝法(也称为电场纺丝法、电荷引导纺丝法等)使细微的纤维堆积于部件的表面。

在电场纺丝装置中设置有用于排出原料液的喷嘴。在该情况下，只要使喷嘴的数量增加就能够提高生产率。因此，提出有具备多个针状喷嘴的针型喷嘴头。

呈针状的喷嘴在喷嘴的前端容易产生电场集中，因此能够提高电场强度。因此，如果设为针型喷嘴头，则能够降低驱动电压。

然而，若设置多个喷嘴，则由于喷嘴彼此间的电场干涉，而存在喷嘴前端的电场强度不一致这样的问题。若喷嘴前端的电场强度不一致，则纤维的形成变得不稳定。

因此，希望开发能够使喷嘴前端的电场强度一致的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3525382号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明要解决的课题在于，提供能够使喷嘴的前端的电场强度一致的喷嘴头及电场纺丝装置。

用于解决课题的手段

实施方式的喷嘴头具备：主体部，内部具有收纳原料液的空间；以及多个喷嘴，具有导电性，与上述主体部连接，将上述主体部的内部所收纳的上述原料液排出。

上述多个喷嘴中的至少一个在与上述喷嘴的延伸方向正交的方向上的外形尺寸不同。

附图说明

图1是用于示例本实施方式的电场纺丝装置1的示意图。

图2是用于示例多个喷嘴20的前端的电场强度的曲线图。

图3是用于示例喷嘴20的外形尺寸D与喷嘴20的前端的电场强度之间的关系的曲线图。

图4是用于示例使喷嘴20的外形尺寸D变化了的情况下的多个喷嘴20的前端的电场强度的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行示例。此外，各附图中，对于同样的构成要素赋予相同的符号而适当地省略详细的说明。

图1是用于示例本实施方式的电场纺丝装置1的示意图。

如图1所示那样，在电场纺丝装置1中设置有喷嘴头2、原料液供给部3、电源4、收集部5及控制部6。

喷嘴头2具有喷嘴20、连接部21及主体部22。

喷嘴20隔开规定间隔地设置有多个。喷嘴20的数量不特别限定，能够根据收集体51的大小等而适当地变更。

喷嘴20呈针状。在喷嘴20的内部设置有用于排出原料液的孔。用于排出原料液的孔，将喷嘴20的连接部21侧的端部与喷嘴20的原料液排出侧的端部(前端)之间贯通。在喷嘴20的内部设置的孔的原料液排出侧的开口成为排出口20a。

在此，若设置多个喷嘴20，则由于喷嘴20彼此之间的电场干涉，喷嘴20前端的电场强度变得不一致。

图2是用于示例多个喷嘴20的前端的电场强度的曲线图。

喷嘴20的数量为8。将设置在中央的喷嘴20的编号设为“1”，将设置在左侧的喷嘴20的编号设为3、5、7，将设置在右侧的喷嘴20的编号设为2、4、6、8。此外，在图2所示例的情况下，电场强度的分布相对于喷嘴头的中心成为线对称，因此仅表示设置在左侧的喷嘴20(仅奇数编号的喷嘴20)。

此外，喷嘴20的间距尺寸(间隔)为15mm。喷嘴20的外形尺寸D全部为0.9mm。

根据图2可知，若设置多个喷嘴20，则喷嘴20前端的电场强度变得不一致。若喷嘴20前端的电场强度不一致，则纤维100的形成变得不稳定。例如，若以在设置于端部侧的喷嘴20(喷嘴编号为7的喷嘴20)中形成适当的纤维100的方式设定施加电压，则在设置于中央侧的喷嘴20(喷嘴编号为1的喷嘴20)中有可能无法形成纤维100而滴下液滴状的原料液。

根据本发明人所得到的见解，通过与喷嘴20的延伸方向正交的方向上的喷嘴20的外形尺寸D(在喷嘴20为圆筒状的情况下为外径尺寸)，能够控制喷嘴20前端的电场强度。

图3是用于示例喷嘴20的外形尺寸D与喷嘴20前端的电场强度之间的关系的曲线图。

图3表示一个喷嘴20中的电场强度。

根据图3可知，如果使喷嘴20的外形尺寸D变化，则能够使喷嘴20前端的电场强度变化。

例如，如果使喷嘴20的外形尺寸D变长，则能够使喷嘴20前端的电场强度降低。

因此，如果根据图2所示例那样的电场强度的分布使喷嘴20的外形尺寸D变化，则能够使喷嘴20的前端的电场强度一致。

此外，喷嘴20的配置等与图2的情况相同。

与图2的情况同样，使喷嘴编号为1、3的喷嘴20的外形尺寸D为0.9mm。

然后，使喷嘴编号为5的喷嘴20的外形尺寸D为1.0mm，使喷嘴编号为7的喷嘴20的外形尺寸D为1.2mm。

即，在主体部22的端部侧设置的喷嘴20的外形尺寸D，长于在主体部22的中央侧设置的喷嘴20的外形尺寸。

此外，多个喷嘴20的外形尺寸D随着靠近主体部22的端部侧而变长。此外，在图4所示例的情况下，设置有外形尺寸D相同的喷嘴20，但也可以如后述那样使外形尺寸D全部不同。

根据图4可知，如果根据图2所示例那样的喷嘴20前端的电场强度的分布来使喷嘴20的外形尺寸D变化，则能够使喷嘴20的前端的电场强度一致。如果能够使喷嘴20前端的电场强度一致，则能够使纤维100的形成稳定化。

此外，在图4所示例的情况下，随着靠近端部侧而使喷嘴20的外形尺寸D变长，但不限定于此。只要使喷嘴20的外形尺寸D变化而使得喷嘴20前端的电场强度一致即可。

在一般情况下，成为图2所示例那样的喷嘴20前端的电场强度的分布。图2是由于喷嘴20彼此之间的电场干涉而导致喷嘴20前端的电场强度产生了变动的情况。

然而，例如，也有时由于来自外部的电场干涉而不成为图2所示例那样的电场强度的分布。

因此，只要能够使喷嘴20的前端的电场强度一致即可，外形尺寸D不同的喷嘴20的配置没有特别限定。

即，只要多个喷嘴20中的至少一个在与喷嘴20的延伸方向正交的方向上的外形尺寸D不同即可。

在该情况下，喷嘴20的外形尺寸D、外形尺寸D不同的喷嘴20的配置能够通过进行实验或模拟等来决定。

喷嘴20的原料液排出侧的开口尺寸、即排出口20a的尺寸(在喷嘴20为圆筒状的情况下为内径尺寸)不特别限定。排出口20a的尺寸能够根据想要形成的纤维100的截面尺寸来适当地变更。排出口20a的尺寸例如能够设为200μm以上。

在该情况下，排出口20a的尺寸可以根据喷嘴20的外形尺寸D变化、也可以为一定。

此外，排出口20a的尺寸一定，不仅是指排出口20a的尺寸完全一致的情况，而且是指例如包含喷嘴20的制造误差范围的情况。

喷嘴20由导电性材料形成。喷嘴20的材料优选具有导电性并相对于原料液具有耐抗性。喷嘴20例如能够由不锈钢等形成。

连接部21设置在喷嘴20与主体部22之间。连接部21不是必需的，喷嘴20也可以直接设置于主体部22。即，多个喷嘴20与主体部22连接即可。在连接部21的内部，设置有用于从主体部22向喷嘴20供给原料液的孔。在连接部21的内部设置的孔与在喷嘴20的内部设置的孔及在主体部22的内部设置的空间相连。

连接部21由导电性材料形成。连接部21的材料优选具有导电性并相对于原料液具有耐抗性。连接部21例如能够由不锈钢等形成。

主体部22呈板状。在主体部22的内部设置有收纳原料液的空间。在主体部22的一方的端部，经由连接部21设置有多个喷嘴20。多个喷嘴20隔开规定间隔而排列设置。此外，多个喷嘴20的配设方式不限于所示例的方式。例如，多个喷嘴20能够以一列来排列设置，也能够在圆周上或者同心圆上地排列设置，还能够以矩阵状排列设置。

此外，在主体部22设置有供给口22a。从原料液供给部3供给的原料液经由供给口22a向主体部22的内部导入。供给口22a的配设位置及数量不特别限定。供给口22a例如能够设置在主体部22的与喷嘴20的设置侧相反的一侧。

原料液供给部3具有收纳部31、供给部32、控制部33及配管34。

收纳部31收纳原料液。收纳部31由相对于原料液具有耐抗性的材料形成。收纳部31例如能够由不锈钢等形成。

原料液是将高分子物质溶解于溶剂而得到的。

高分子物质不特别限定，能够根据想要形成的纤维100的材质而适当地变更。高分子物质例如能够为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、尼龙、芳族聚酰胺等。

溶剂只要能够使高分子物质溶解即可。溶剂能够根据溶解的高分子物质而适当地变更。溶剂例如能够为水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、苯、甲苯等。

此外，高分子物质及溶剂不限定于示例的情况。

如后述那样，原料液通过表面张力而停留在排出口20a的附近。因此，原料液的粘度能够根据排出口20a的尺寸等而适当地变更。原料液的粘度能够通过进行实验或模拟来求出。此外，原料液的粘度能够根据溶剂与高分子物质的混合比例来进行控制。

供给部32将收纳部31所收纳的原料液向主体部22供给。供给部32例如为相对于原料液具有耐抗性的泵等。此外，供给部32例如还能够设为向收纳部31供给气体、对收纳部31所收纳的原料液进行压送。

控制部33对向主体部22供给的原料液的流量、压力等进行控制，使得在新的原料液被供给至主体部22的内部时处于主体部22的内部的原料液不会被从排出口20a挤出。此外，对于控制部33的控制量，能够根据排出口20a的尺寸、原料液的粘度等而适当地变更。对于控制部33的控制量，能够通过进行实验或模拟来求出。

此外，控制部33还能够设为对原料液的供给的开始及供给的停止进行切换。

此外，供给部32及控制部33不是必需的。例如，只要将收纳部31设置到比主体部22的位置更高的位置，则能够利用重力将原料液向主体部22供给。然后，通过适当地设定收纳部31的高度位置，由此能够使得在新的原料液被供给至主体部22的内部时处于主体部22的内部的原料液不会被从排出口20a挤出。在该情况下，收纳部31的高度位置能够根据排出口20a的尺寸、原料液的粘度等而适当地变更。收纳部31的高度位置能够通过进行实验或模拟来求出。

配管34设置在收纳部31与供给部32之间、供给部32与控制部33之间、以及控制部33与主体部22之间。配管34成为原料液的流路。配管34由相对于原料液具有耐抗性的材料形成。

电源4经由主体部22及连接部21对喷嘴20施加电压。此外，也可以设置与多个喷嘴20电连接的未图示的端子。在该情况下，电源4经由未图示的端子对喷嘴20施加电压。即，只要能够从电源4对多个喷嘴20施加电压即可。

对喷嘴20施加的电压的极性能够设为正、也能够设为负。此外，图1中所示例的电源4对喷嘴20施加正的电压。

对喷嘴20施加的电压能够根据原料液所含有的高分子物质的种类、喷嘴20与收集部5之间的距离等而适当地变更。例如，电源4能够设为以使喷嘴20与收集体51之间的电位差成为10kV以上的方式对喷嘴20施加电压。

电源4例如能够成为直流高压电源。电源4例如能够输出10kV以上、100kV以下的直流电压。

收集部5具有收集体51、堆积调整部52及电源53。

收集体51设置在多个喷嘴20的原料液排出侧。收集体51被接地。也可以对收集体51施加与对喷嘴20施加的电压为相反极性的电压。收集体51能够由导电性材料形成。收集体51的材料优选具有导电性并相对于原料液具有耐抗性。收集体51的材料例如能够为不锈钢等。

收集体51例如能够呈板状或薄片状。在薄片状的收集体51的情况下，也可以使纤维100堆积于卷绕于辊等的收集体51。

此外，收集体51也可以进行移动。例如，也可以设置一对旋转鼓、以及使旋转鼓旋转的驱动部，并使薄片状的收集体51如传送带那样在一对旋转鼓之间进行移动。如此，能够使供纤维100堆积的区域移动，因此能够进行连续的堆积作业。因此，能够提高由纤维100构成的堆积体110的生产效率。

在收集体51上形成的堆积体110被从收集体51取下。堆积体110例如被用于无纺布、过滤器等。此外，堆积体110的用途不限定于示例的情况。

此外，收集体51也能够省略。例如，还能够在具有导电性的部件的表面上直接形成由纤维100构成的堆积体110。在这样的情况下，只要将具有导电性的部件接地、或者对具有导电性的部件施加与对喷嘴20施加的电压为相反极性的电压即可。

堆积调整部52设置在收集体51的与喷嘴20的设置侧相反的一侧。

堆积调整部52由导电性材料形成。堆积调整部52例如能够由不锈钢等金属形成。

堆积调整部52的收集体51侧的端部变尖。如果堆积调整部52的收集体51侧的端部变尖，则容易产生电场集中。因此，容易在喷嘴20与堆积调整部52之间形成电场。

电源53对堆积调整部52施加电压。电源53对堆积调整部52施加与对喷嘴20施加的电压为相反极性的电压。电源53例如能够为直流高压电源。电源53例如能够输出10kV以上100kV以下的直流电压。

若对堆积调整部52施加与对喷嘴20施加的电压为相反极性的电压，则在喷嘴20与堆积调整部52之间也形成电场。在喷嘴20与收集体51之间形成的电场受到在喷嘴20与堆积调整部52之间形成的电场的影响而变化。

如后述那样，处于喷嘴20的排出口20a附近的原料液由于沿着电力线作用的静电力而被抽出。因此，如果使在喷嘴20与收集体51之间形成的电场变化，则能够使供纤维100堆积的区域变化。

即，堆积调整部52使在喷嘴20与收集体51之间形成的电场变化，而使供纤维100堆积的区域变化。

如果设置堆积调整部52及电源53，则容易使纤维100堆积到想要堆积的区域。

此外，如果设置堆积调整部52及电源53，则能够实现堆积体110的厚度的均匀化、纤维100的局部的堆积、以及在堆积体110形成的针孔等开口部分的修补等。

此外，通过控制对堆积调整部52施加的电压，由此能够控制在喷嘴20与堆积调整部52之间形成的电场、进而能够控制在喷嘴20与收集体51之间形成的电场。

此外，能够设置使堆积调整部52在图1中的X方向(多个喷嘴20排列的方向)上移动的未图示的驱动装置。如果使堆积调整部52移动，则更容易进行电场的控制。

此外，堆积调整部52也可以设置有多个。

控制部6对供给部32、控制部33、电源4及电源53的动作进行控制。

控制部6例如能够设为具备CPU(Central Processing Unit)、存储器等的计算机。

接下来，对电场纺丝装置1的作用进行说明。

原料液通过表面张力而停留在喷嘴20的排出口20a附近。

电源4对喷嘴20施加电压。于是，处于排出口20a附近的原料液以规定的极性带电。在图1所示例的情况下，处于排出口20a附近的原料液带正电。

收集体51被接地，因此在喷嘴20与收集体51之间形成电场。然后，若沿着电力线作用的静电力变得大于表面张力，则处于排出口20a附近的原料液由于静电力而被朝向收集部5抽出。所抽出的原料液被拉伸，原料液所含有的溶剂挥发，由此形成纤维100。所形成的纤维100堆积在收集部5上，由此形成堆积体110。

在本实施方式的电场纺丝装置1中，使多个喷嘴20中的至少一个喷嘴20的外形尺寸D不同，由此能够使喷嘴20前端的电场强度一致。因此，能够使纤维100的形成稳定化，进而能够使堆积体110的品质及生产效率等提高。

此外，通过控制对堆积调整部52施加的电压及堆积调整部52的位置的至少任一方，由此能够使供纤维100堆积的区域变化。

以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书记载的发明及其等同的范围。此外，上述各实施方式能够相互组合而实施。

Claims

1.一种喷嘴头，具备：

主体部，内部具有收纳原料液的空间；以及

多个喷嘴，具有导电性，与上述主体部连接，将上述主体部的内部所收纳的上述原料液排出，

2.如权利要求1所述的喷嘴头，其中，

在上述主体部的端部侧设置的上述喷嘴的外形尺寸长于在上述主体部的中央侧设置的上述喷嘴的外形尺寸。

3.如权利要求1或2所述的喷嘴头，其中，

上述多个喷嘴的外形尺寸随着靠近上述主体部的端部侧而变长。

4.如权利要求1～3中任一项所述的喷嘴头，其中，

上述多个喷嘴的上述原料液排出侧的开口尺寸为一定。

5.一种电场纺丝装置，具备：

权利要求1～4中任一项所述的喷嘴头；

原料液供给部，向上述喷嘴头供给原料液；以及

电源，对上述喷嘴头施加规定极性的电压。