JP2007532790A - 回転可能なスプレーヘッドを用いたファイバーのエレクトロスピニング - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ポリマー溶液からのファイバーのエレクトロスピニングの分野に関する。
20mmの外側直径の有する回転可能なスプレーヘッド
350kg/molの分子量のポリマー溶液
ジメチルホルムアミドDMFの溶媒
500μmの先端径の押出エレメント
円筒形の収集体スクリーン
〜1.5ml/hrポンプ速度で提供されるポリマー溶液
回転可能なスプレーヘッド周りの環境に、8lpmで排出される、CO2の電気陰性ガス流
2kV/cmの電場強度
1000rpmの回転速度
押出エレメントと収集体との13cmの間隙距離
22 回転可能なスプレーヘッド
23 回転機構
24 容器
25 回転シャフト
26 エレクトロスプレー媒体
28 押出エレメント
30 通路
32 電場
34 収集体(コレクター)
36 内部電極
38 フリット
40、42 リード線
44 内部電極
46 電場透過壁
Claims (54)
- ファイバー製造装置であって、
長軸を有するスプレーヘッドを備え、
前記スプレーヘッドの周壁に配置され、先端部を有する少なくとも一つの押出エレメントを有し、
前記押出エレメントは、ファイバーを構成する物質を前記押出エレメントの先端部に提供するための、通路を備え、
前記押出エレメントは、長軸からの方向に延在して、前記押出エレメントの先端部から物質を電場によって抽出して前記ファイバーをエレクトロスピニングするように構成される、ファイバー製造装置。 - 前記スプレーヘッドから前記ファイバーを受け取るように構成された収集体をさらに備える、請求項1に記載のファイバー製造装置。
- 前記スプレーヘッド及び前記収集体の少なくとも1つを前記長軸中心に回転するように構成された回転機構をさらに備える、請求項2に記載のファイバー製造装置。
- 前記回転機構は、前記スプレーヘッド及び前記収集体を異なる角速度で回転するように構成されている、請求項3に記載のファイバー製造装置。
- 前記回転機構は、前記スプレーヘッド及び前記収集体を反対の角度方向で回転するように構成されている、請求項3に記載のファイバー製造装置。
- 前記スプレーヘッドは、前記長軸中心に回転するように構成されている回転可能なスプレーヘッドを備える、請求項3に記載のファイバー製造装置。
- 前記回転可能なスプレーヘッドは、円筒形構造又は多角形構造の少なくとも1つを備える、請求項6に記載のファイバー製造装置。
- 前記回転可能なスプレーヘッドは、1,000rpm−10,000rpmの角速度で回転するように構成される、請求項6に記載のファイバー製造装置。
- 前記収集体は、前記長軸中心に回転するように構成された回転可能な収集体を備える、請求項3に記載のファイバー製造装置。
- 前記回転可能な収集体は、1,000rpm−10,000rpmの角速度で回転するように構成される、請求項9に記載のファイバー製造装置。
- 前記少なくとも1つの押出エレメントは、前記周壁に沿って等距離に配置された複数の押出エレメントを備える、請求項6に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数の押出エレメントは、50μm−250μmの範囲の内側寸法を有する周壁を介して開口部を画定する、請求項10に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数の押出エレメントは、複数のチューブを備える、請求項10に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数のチューブの1つは、1900μm2−50,000μm2の内側断面積を有する、請求項13に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数のチューブの1つは、400μm未満の外側寸法を有する、請求項13に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数の押出エレメントは、キャピラリ、フリット、ニードル、及び、発泡体の少なくとも1つを備える、請求項10に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数の押出エレメントの少なくとも1つは、前記回転可能なスプレーヘッドの前記周壁を超えて延在している、請求項10に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数の押出エレメントの少なくとも1つは、金属製の部材を備える、請求項10に記載のファイバー製造装置。
- 前記複数の押出エレメントの少なくとも1つは、絶縁性の部材を備える、請求項10に記載のファイバー製造装置。
- 前記スプレーヘッドは、
前記ファイバーを構成する物質を保持するように構成された保持部を有する、請求項1に記載のファイバー製造装置。 - 前記スプレーヘッドは、
前記ファイバーを構成する物質を保持するように構成された保持部を有する、電気的透過性のある容器、及び、
前記容器中に位置する内部電極、を備える、請求項1に記載のファイバー製造装置。 - 前記電気的透過性のある容器は、絶縁体を備える、請求項21に記載のファイバー製造装置。
- 前記電気的透過性のある物質は、ゴム及びプラスチック物質の少なくとも1つを備える、請求項21に記載のファイバー製造装置。
- 前記収集体は、前記スプレーヘッドの周りに円周状に配置されている、請求項2に記載のファイバー製造装置。
- 前記収集体は、接地電位である、請求項2に記載のファイバー製造装置。
- 前記スプレーヘッド及び前記収集体は、反対の電位である、請求項2に記載のファイバー製造装置。
- 前記収集体は、プレート及びスクリーンの少なくとも1つを備える、請求項2に記載のファイバー製造装置。
- 前記収集体は、前記スプレーヘッドから5cm−50cm離れている、請求項2に記載のファイバー製造装置。
- 前記スプレーヘッド及び前記収集体の間に電場を発生させるために、前記スプレーヘッド及び前記収集体の間に電気的に接続された電源をさらに備える、請求項2に記載のファイバー製造装置。
- 前記電源は、前記スプレーヘッド及び前記収集体の間に、2,000V/m−400,000V/mの電場強度を発生させるように構成されている、請求項29に記載のファイバー製造装置。
- ファイバー製造用システムであって、
長軸を有するスプレーヘッドを備え、
前記スプレーヘッドの周壁に配置され、先端部を有する少なくとも一つの押出エレメントを有し、
前記押出エレメントは、ファイバーを構成する物質を前記押出エレメントの先端部に提供するための、通路を備え、
前記押出エレメントは、長軸からの方向に延在して、前記押出エレメントの先端部から物質を電場によって抽出して前記ファイバーをエレクトロスピニングするように構成され、
前記ファイバーを収集するための収集体、及び、
前記スプレーヘッド及び前記収集体の少なくとも1つを回転させるように構成された回転機構、を備える、ファイバー製造用システム。 - 前記回転機構は、前記スプレーヘッド及び前記収集体を異なる角速度で回転するように構成されている、請求項31に記載のファイバー製造用システム。
- 前記回転機構は、前記スプレーヘッド及び前記収集体を反対の角度方向で回転するように構成されている、請求項31に記載のファイバー製造用システム。
- 前記少なくとも1つの押出エレメントは、50μm−250μmの範囲の内側寸法を有する周壁を介して開口部を画定する、請求項31に記載のファイバー製造用システム。
- 前記スプレーヘッド及び前記収集体の間に電場を形成するように構成された電源をさらに備える、請求項31に記載のファイバー製造用システム。
- 前記電源は、2,000V/m−400,000V/mの電場強度を有する前記電場を発生させるように構成されている、請求項35に記載のファイバー製造用システム。
- ファイバー製造方法であって、
長軸を有するスプレーヘッドの周壁での押出エレメントの先端部にファイバーを構成する物質を供給すること、
前記ファイバーを受け入れるように構成された、前記スプレーヘッド及び収集体の少なくとも1つを長軸中心に回転すること、
前記ファイバーを形成するために前記押出エレメントの先端部から電場によって物質を抽出してエレクトロスピニングするために、スプレーヘッドの長軸から前記押出エレメントの先端部への電場を印加すること、
前記収集体にファイバーを集めること、の段階を含む、ファイバー製造方法。 - 前記回転することには、前記スプレーヘッド及び前記収集体を異なる角速度で回転することを含む、請求項37に記載のファイバー製造装置。
- 前記回転することには、前記スプレーヘッド及び前記収集体を反対の角度方向で回転することを含む、請求項37に記載のファイバー製造方法。
- 前記印加することには、前記物質からナノファイバーを形成することを含む、請求項37に記載のファイバー製造方法。
- 前記印加することには、2,000V/m−400,000V/mの電場強度で前記物質をエレクトロスピニングすることを含む、請求項37に記載のファイバー製造方法。
- 前記印加することには、ポリマーファイバーをエレクトロスピニングすることを含む、請求項37に記載のファイバー製造方法。
- カーボンファイバーを形成するために前記ポリマーファイバーをアニーリングすることをさらに含む、請求項42に記載のファイバー製造方法。
- 前記印加することには、ポリマーナノファイバーをエレクトロスピニングすることを含む、請求項37に記載のファイバー製造方法。
- カーボンナノファイバーを形成するために前記ポリマーナノファイバーをアニーリングすることをさらに含む、請求項44に記載のファイバー製造方法。
- ファイバー集合体であって、
互いに対して堆積された複数のナノファイバーを備え、
前記ナノファイバーが、前記ファイバー集合体の長軸に沿って好適に配向されている、ファイバー集合体。 - 前記ナノファイバーは、前記長軸に沿った平均にある大部分の前記ファイバーの主軸で配向している、請求項46に記載のファイバー集合体。
- 前記ナノファイバーは、前記長軸の30°以内にある大部分のファイバーの主軸で配向している、請求項46に記載のファイバー集合体。
- 前記ナノファイバーは、前記長軸の10°以内にある大部分のファイバーの主軸で配向している、請求項46に記載のファイバー集合体。
- 前記ナノファイバーは、
長軸を有するスプレーヘッドの周壁での押出エレメントの先端部にナノファイバーを構成する物質を供給すること、
前記ナノファイバーを受け入れるように構成された、前記スプレーヘッド及び収集体の少なくとも1つを長軸中心に回転すること、
前記ナノファイバーを形成するために前記押出エレメントの先端部から電場によって物質を抽出してエレクトロスピニングするために、スプレーヘッドの長軸から前記押出エレメントの先端部への電場を印加すること、
前記収集体にナノファイバーを集めること、の段階を含む、製造方法で製造される、請求項46に記載のファイバー集合体。 - 前記ナノファイバーは、前記スプレーヘッドを1,000rpm−10,000rpmの角速度で回転する段階によって、製造される、請求項50に記載のファイバー集合体。
- 前記ナノファイバーは、前記収集体を1,000rpm−10,000rpmの角速度で回転する段階によって、製造される、請求項50に記載のファイバー集合体。
- 前記ナノファイバーは、前記スプレーヘッド及び前記収集体を異なる角速度で回転する段階によって、製造される、請求項50に記載のファイバー集合体。
- 前記ナノファイバーは、前記スプレーヘッド及び前記収集体を反対の角度方向で回転する段階によって、製造される、請求項50に記載のファイバー集合体。
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