CN109996909B - 电场纺丝装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的电场纺丝装置(100)具备液体排出装置(11)以及气体排出装置(12)。液体排出装置(11)具有与基材(S1)对置配置且朝向上述基材(S1)排出液体的液体喷嘴(23b)。气体排出装置(12)具有喷射头(52)，在将上述基材(S1)与上述液体喷嘴(23b)之间设为液体排出区域(A1)时，该喷射头(52)从上述液体排出区域(A1)的外侧朝向与上述液体喷嘴(23b)的液体的排出方向交叉的方向喷射气体。

Description

电场纺丝装置及方法

技术领域

本发明的实施方式涉及电场纺丝装置、清洁装置以及电场纺丝方法。

背景技术

已知有一种电场纺丝装置，通过静电纺丝法(电场纺丝法、电荷感应纺丝法)，例如将直径为纳米级的细纤维形成于作为集电极的基材的表面。例如，电场纺丝装置具备收纳原料液的罐、经由配管与罐连接的喷嘴头、送液用泵、与喷嘴头对置配置的基材、以及对喷嘴头施加电压的电源。在这样的电场纺丝装置中，当长时间持续进行纤维形成处理时，纤维有时会缠绕而滞留于喷嘴前端的附近。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-159510号公报

发明内容

发明要解决的课题

实施方式的目的在于提供能够除去滞留纤维的电场纺丝装置、清洁装置以及电场纺丝方法。

实施方式所涉及的电场纺丝装置具备液体排出装置以及气体排出装置。液体排出装置具有与基材对置配置且朝向上述基材排出液体的液体喷嘴。气体排出装置具有喷射头，在将上述基材与上述液体喷嘴之间设为液体排出区域时，该喷射头从上述液体排出区域的外侧朝向与上述液体喷嘴的液体的排出方向交叉的方向喷射气体。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的电场纺丝装置的构成的说明图。

图2是表示该电场纺丝装置的气体喷射装置的构成的说明图。

图3是表示该电场纺丝装置的控制系统的构成的框图。

具体实施方式

以下，参照图1至图3对第1实施方式所涉及的电场纺丝装置100进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的电场纺丝装置100的构成的说明图，图2是表示气体喷射装置12的构成的说明图。图3是表示电场纺丝装置100的控制构成的框图。图中箭头X、Y、Z分别表示相互正交的三个方向即第1方向、第2方向以及第3方向。

如图1至图3所示，电场纺丝装置100具备液体排出装置11、作为气体排出装置的气体喷射装置12、沿着规定的输送路径输送基材S1的输送装置13、以及对各部分的动作进行控制的控制装置14。

电场纺丝装置100是从喷嘴头23排出原料液Q1而在基材S1的表面上形成细丝的装置。在本实施方式中，一边沿着输送路径输送带状的基材 S1，一边从与基材S1的一个面对置配置的喷嘴头23排出原料液Q1，使纤维堆积于基材S1的一个面。

原料液Q1例如是将高分子物质溶解于溶剂而得到的。例如，根据要形成的纤维的材质来选择高分子物质。高分子物质例如能够通过从作为热塑性树脂的聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚甲醛、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚苯硫醚、改性聚苯醚、间规聚苯乙烯、液晶聚合物、作为热硬化性树脂的尿素树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、包括这些的共聚物等中选择的一种或两种以上的聚合物的混纺而形成。

溶剂能够溶解高分子物质，例如能够根据要溶解的高分子物质来适当选择。作为溶剂，例如能够使用异丙醇、乙二醇、环己酮、二甲基甲酰胺、丙酮、乙酸乙酯、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、己烷、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、二乙基酮、乙酸丁酯、四氢呋喃、二恶烷、吡啶等挥发性的有机溶剂、水。此外、作为溶剂，可以是从上述溶剂中选择出的一种，也可以混合多种。另外，能够应用于本实施方式的溶剂并不限定于上述溶剂。上述溶剂仅为例示。

液体排出装置11具备作为送液部的送液泵21、收纳原料液的收纳部 22、具有作为液体排出部的液体喷嘴23b的喷嘴头23、电源24、架台25、具有第1配管31以及第2配管32的配管单元30。第1配管31从收纳部 22到达送液泵21，多个第2配管32从送液泵21到达各喷嘴头23。

送液泵21为计量泵，例如为齿轮泵。送液泵21具备与控制装置14连接的马达21a、以及具有与马达21a的输出轴连接而构成为能够旋转的齿轮的泵部21b。泵部21b的一次侧经由第1配管31与收纳部22连接，泵部 21b的二次侧经由第2配管32与喷嘴头23连接。送液泵21为，当通过控制装置14而马达21a被驱动时，齿轮旋转，由此将液体朝二次侧压送。

收纳部22是保存原料液Q1的罐。收纳部22例如由对于原料液Q1具有耐受性的材料构成。

喷嘴头23具备头基座23a、多个液体喷嘴23b、以及头臂23d。

液体喷嘴23b例如是针型的喷嘴，构成为筒状。液体喷嘴23b在前端具有排出原料液Q1的排出口23c。例如，液体喷嘴23b的排出方向被设定为将排出口23c与基材S1连结、且与基材S1的表面垂直的方向，在本实施方式中，例如沿着沿X轴的第1方向。

在本实施方式中，沿着与液体喷嘴23b的排出方向即第1方向以及基材S1的进给方向即第2方向(Y轴方向)正交的第3方向(Z轴方向)，并排有两个液体喷嘴23b。

头臂23d是将喷嘴头23固定于架台25的安装部件。头臂23d的一端紧固于架台25，另一端固定于头基座23a。

喷嘴头23由导电性材料且是对于原料液Q1具有耐受性的材料构成。喷嘴头23与电源24连接。喷嘴头23为，通过控制装置14的控制而在规定的定时被从电源24施加电压，由此使在内部带电后的原料液Q1从液体喷嘴23b的排出口23c排出，在对置配置的基材S1的表面上形成纤维。

电源24在喷嘴头23与基材S1之间的空间(后述的液体排出区域)形成电位梯度。电源24例如为直流电源，例如构成为能够输出10kV以上100kV 以下的直流电压。电源24例如具备与控制装置14连接的开关机构，并构成为能够进行开启/关闭的切换、电压的调整。例如，通过电源24施加于喷嘴头23的电压，可以是正、也可以是负，但优选设为正的极性，并将与基材S1之间的电位差设为10kV以上。作为形成电位梯度的构成，例如可以将基材S1接地，也可以隔着基材S1而在液体喷嘴23b的相反侧设置对电极。

架台25具备支承于设置面的支承框架25a。喷嘴头23的头臂23d以及气体喷射装置12的安装臂55通过紧固部件而固定、支承于支承框架25a。

如图1至图3所示，气体喷射装置12具备具有气流喷嘴51的作为气体排出头的喷射头52、开闭阀54、以及将喷射头52固定于架台25的安装臂55。安装臂55由具有电绝缘性的材料例如树脂构成。气体喷射装置12 向液体排出区域喷出气体。在该情况下，通过配置成使所喷射的气体的一部分与液体喷嘴23b接触，由此能够进行液体喷嘴23b的清洗，气体喷射装置12成为对液体喷嘴23b进行清洗的清洁装置。

喷射头52具备气流喷嘴51，该气流喷嘴51具有向液体喷嘴23b与基材S1之间的区域即液体排出区域A1排出气体的喷射口51a。即，喷射头 52具有喷嘴形状。喷射头52通过安装臂55支承于支承框架25a。喷射头 52例如配置于向包括从各液体喷嘴23b排出的原料液Q1通过的排出路径 Af在内的液体排出区域A1的侧方分离的位置。在本实施方式中，喷射头52配置于液体喷嘴23b的侧方、下方以及上方中的任一方，且是从液体排出区域A1沿着第2方向以及第3方向朝外方偏离了的位置。

喷射头52的气流喷嘴51也可以使喷射口51a朝向液体喷嘴23b的排出口23c而配置。从气流喷嘴51排出的气体的排出方向与液体喷嘴23b的液体的排出方向交叉。其角度根据基材的宽度、基材与液体喷嘴之间的距离关系来决定。例如，设定为切断而吹飞的纤维不会朝向基材以及喷嘴头移动的方向。优选为，从气流喷嘴51排出的气体的排出方向相对于液体喷嘴23b的液体的排出方向具有20度～90度的角度、更优选为30度～60度的角度。在喷射头52连接有作为气体供给部的气体供给装置53。气体供给装置53例如能够使用空气泵、配置于工厂的气体供给机构等供给源。

开闭阀54设置于形成从气体供给装置53朝喷射头52供给的气体的流路的配管56，对气体的流路进行开闭。开闭阀54与控制装置14连接，并构成为能够通过控制装置14的控制来切换开闭状态。

输送装置13具备配置于规定的输送路径的多个输送辊13a、以及旋转驱动输送辊13a的马达13b。输送装置13对架设于多个输送辊13a的基材 S1进行支承。输送装置13通过使输送辊13a旋转而将基材S1沿着输送路径朝二次侧输送。输送装置13与控制装置14连接，并构成为能够通过控制装置14的控制而对基材S1的输送动作进行控制。

基材S1例如由具有导电性的材料构成，例如由铝箔构成。基材S1例如构成为带状。基材S1由输送装置13沿着规定的输送路径支承并输送。在本实施方式中，基材S1被向与溶液的排出方向正交的第2方向输送。

如图3所示，控制装置14具备作为控制部的处理器41、以及具有RAM、 ROM的存储器42。处理器41按照预先设定的程序、各种条件，执行规定的程序，由此对电场纺丝装置100的各部的动作进行控制。例如，处理器 41通过对输送用的马达13b、泵用的马达21a的运转动作、或者电源24的开启、关闭动作进行控制，由此进行输送处理、送液处理以及液体排出处理。

此外，处理器41通过在规定的定时驱动气体喷射装置12，由此进行喷出气体流，将附着滞留于液体喷嘴23b的前端的滞留纤维Fd切断并除去的清洁处理即气体喷射处理。

本实施方式所涉及的电场纺丝方法具备：输送基材S1的输送处理；从喷嘴头23排出原料液Q1的排出处理；将原料液Q1朝喷嘴头23供给的供给处理；以及喷出气体流的气体喷射处理(气体排出处理)。

作为输送处理，处理器41驱动马达13b而使输送辊13a以规定的定时以及旋转速度进行旋转，由此将基材S1沿着输送路径朝下游侧输送。

作为排出处理，处理器41使电源24动作，对喷嘴头23施加电压，由此从喷嘴头23排出原料液Q1并使其堆积于基材S1。即，当对喷嘴头23 施加电压时，处于喷嘴的排出口附近的原料液Q1以规定的极性例如正带电，由此在与接地的基材S1之间形成电场。并且，当沿着电力线作用的静电力变得大于喷嘴的表面张力时，排出口23c附近的原料液Q1通过静电力而被朝向基材拉出。所拉出的原料液Q1被拉伸且溶剂挥发，由此形成纤维 F。所形成的纤维F堆积于基材S1的表面，形成堆积体Fa。所形成的堆积体Fa例如用于无纺布、过滤器。

作为供给处理，处理器41驱动泵用的马达21a而使泵部21b运转，由此将收纳部22内的原料液Q1朝向二次侧的喷嘴头23压送。在供给处理中，处理器41对泵部21b的驱动时间、驱动输出进行控制，由此对原料液Q1 的流量、压力、速度等进行控制。

作为气体喷射处理即清洁处理，处理器41在排出处理中的规定定时驱动气体喷射装置12，朝排出口23c喷出气体。例如，处理器41打开开闭阀 54，从气流喷嘴51朝向排出口23c喷射气体，由此通过气流将停滞于排出口23c附近的纤维切断并除去。气体喷射处理的定时例如被设定为每隔预先设定的一定时间，或者根据操作输入指示来决定。

根据本实施方式所涉及的电场纺丝装置100以及电场纺丝方法，通过将附着而滞留于液体喷嘴23b的纤维除去，能够使液体的排出处理稳定。即，例如，当持续进行排出原料液Q1而形成纤维的排出处理时，由于纤维 F与液体喷嘴23b接触、或者不同的纤维F彼此或连续的纤维F的不同部位彼此接触而缠绕等，有时会形成附着而滞留于排出口23c的滞留纤维Fd。当该滞留纤维Fd停留在液体喷嘴23b的排出口23c附近时，纤维缠绕而变成块，且块逐渐变大，对原料液Q1的排出量、所形成的纤维F的形状造成影响。

根据本实施方式所涉及的电场纺丝装置100以及电场纺丝方法，通过在规定的定时进行气体喷射处理，由此能够通过气体流将停滞于排出口23c 的纤维块切断、吹飞、除去。此时，由于成为通过形成电场来排出原料液 Q1的构成，因此基于气体喷射的气流对原料液Q1的排出性能的影响较小。此外，根据本实施方式所涉及的电场纺丝装置100以及电场纺丝方法，从包括原料液Q1、纤维F通过的排出路径Af在内的液体排出区域A1的外侧，朝向液体喷嘴23b的排出口23c喷出气体，因此能够在排出处理中进行气体喷射处理。因而，由于无需停止排出处理，因此能够不降低生产率而有效地去除所附着的滞留纤维Fd。因此，能够使原料液Q1的排出量稳定，能够使在基材S1的表面上形成的纤维形状稳定，能够实现材料的功能性提高、生产管理的有效化。

另外，构成等并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，表示了沿着规定的路径输送带状的基材S1的例子，但并不限定于此。例如，也可以成为一边使集电极旋转一边连续地生成纤维等的构成等其他构成。

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而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他的各种方式加以实施，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中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。

Claims (7)

1.一种电场纺丝装置，具备：

输送装置，沿着输送路径输送基材；

液体排出装置，具有朝向上述输送路径排出液体的液体喷嘴；

气体排出装置，具有喷射头，在将上述输送路径与上述液体喷嘴之间设为液体排出区域时，该喷射头从上述液体排出区域的外侧朝向与上述液体喷嘴的液体的排出方向交叉的方向喷射气体；以及

控制装置，控制上述输送装置、上述液体排出装置及上述气体排出装置，

上述喷射头在上述液体喷嘴的附近朝向上述液体喷嘴的前端配置，由此利用气流，对上述液体喷嘴的前端进行清洗，

上述控制装置，在通过上述输送装置而沿着上述输送路径输送的上述基材与上述液体喷嘴对置配置的状态下，执行从上述液体排出装置的上述液体喷嘴排出液体的处理，

上述控制装置，在上述液体排出装置向与上述液体喷嘴对置配置的上述基材排出液体的上述处理中，以规定的定时驱动上述气体排出装置，使上述气体排出装置向上述液体喷嘴的前端吹附气体。

2.如权利要求1所述的电场纺丝装置，其中，

上述气体排出装置的上述喷射头从上述液体排出区域的侧方喷射气体。

3.如权利要求1或2所述的电场纺丝装置，其中，

上述气体排出装置具备：

气体供给部，与上述喷射头连接；以及

开闭阀，对上述气体供给部与上述喷射头之间的气体的流路进行开闭。

4.如权利要求1所述的电场纺丝装置，其中，

上述喷射头的朝向相对于上述液体喷嘴的朝向具有20度～90度的范围的角度。

5.如权利要求1或2所述的电场纺丝装置，其中，

上述液体喷嘴为导电性，

上述基材由导电性材料构成，

该电场纺丝装置具备对上述液体喷嘴施加电压的电源。

6.如权利要求1或2所述的电场纺丝装置，其中，

上述喷射头具有喷嘴形状。

7.一种电场纺丝方法，包括如下步骤：

沿着输送路径输送基材；

在沿着上述输送路径被输送的上述基材与液体喷嘴对置配置的状态下，从上述液体喷嘴朝向上述输送路径排出液体；以及

在上述液体喷嘴向与上述液体喷嘴对置配置的上述基材排出液体的处理中，以规定的定时在上述基材与上述液体喷嘴之间的液体排出区域中朝向上述液体喷嘴的前端排出气体。

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