JP5178927B1 - ナノ・ファイバ製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】紡糸口2aとコレクタ7間に高電圧を印加し、紡糸口2aから、荷電されたファイバ原料と溶剤の溶液を紡糸ジェット3としてコレクタに向かって噴射、吸引することによりコレクタ上にナノ・ファイバを集積させるエレクトロスピニング法を用いたナノ・ファイバ製造装置において、コレクタを導電性の無端ベルト4からなるコンベア式コレクタ7とし、このコレクタ7の紡糸口2a側表面に中途部が密着する長尺の帯状ナノ・ファイバ集積基材8をコレクタ7の走行速度と同期して供給および巻き取る基材駆動装置11を設けたナノ・ファイバ製造装置。
【選択図】 図1
Description
このエレクトロスピニング法の概要を図3に示す。図3に示すように、エレクトロスピニング装置の基本構成としては、紡糸口40aを有し、繊維の素材となるポリマーと揮発性の溶媒との溶液を噴射するノズル40と、平板状のコレクタ41と、ノズル40とコレクタ41との間に高電圧を印加する高圧電源42とを備える。高電圧が印加されていない状態では、ポリマー溶液は、ノズル40の先端の紡糸口40aの先端部において、表面張力で留まっている。紡糸口40aとコレクタ41との間に、数kV〜100kVの電圧を印加すると、紡糸口40a先端のポリマー溶液の液滴は+(または−)に帯電し、異極に帯電(アース)しているコレクタ41に向かう電気力線に沿って作用する静電力(クーロン力)により吸引される。静電力が表面張力よりも越えると、ポリマー溶液の紡糸ジェット43がコレクタ41に向かって連続的に噴射される。このとき、ポリマー溶液中の溶媒は揮発し、コレクタ41に到達する際には、ほぼポリマーの繊維のみとなり、ナノレベルの細さのナノ・ファイバとなる。なお、ナノ・ファイバの原料としては、有機物のポリマーのみならず、金属酸化物、セラミック等の無機物をゾル−ゲル法によって、ナノ・ファイバ形状に紡糸することも可能である。
前記コレクタを導電性の無端ベルトからなるコンベア式コレクタとし、この無端ベルトの前記紡糸口側表面に中途部が密着する長尺の帯状ナノ・ファイバ集積基材を前記コレクタの走行速度と同期して供給および巻き取る基材駆動装置を設けたことを特徴とする。
本発明の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造装置は、図1および図2に示すように、繊維の素材となる原料と揮発性の溶媒との溶液を入れた溶液供給源1と、溶液供給源1から圧送された溶液を紡糸ジェット3として空気中に吐出する紡糸口2aを有するノズル2と、ステンレススチール製の無端ベルト4および無端ベルト4を駆動するアイドルプーリ5とドライブプーリ6とからなるコンベア式コレクタ7と、コンベア式コレクタ7の上部側表面に中途部が密着する長尺の帯状ナノ・ファイバ集積基材(以下、単に「基材」と称することがある。)8をコンベア式コレクタ7の走行速度と同期して供給する供給ドラム9および基材8を巻き取る巻取ドラム10とからなる基材駆動装置11と、ノズル2とコンベア式コレクタ7の無端ベルト4との間に高電圧を印加する高圧電源12とを有している。高圧電源12の一方の電極端子(本例では負極端子)とステンレススチール製の無端ベルト4とは、ブラシ13で接触させ、無端ベルト4に電位(GND電位の場合もある。)を印加している。
なお、本例では、ノズル2はコンベア式コレクタ7の走行方向に沿って複数個設置して生産効率を上げるようにしている。
ノズル2とコンベア式コレクタ7との間に高電圧が印加されていない状態では、原料溶液は、ノズル2の先端の紡糸口2aの先端部において、表面張力で留まっている。紡糸口2aとコンベア式コレクタ7との間に、例えば数kV〜80kVの高電圧を印加すると、紡糸口2a先端のポリマー溶液の液滴は+に帯電し、異極(またはアース電位)に帯電しているコンベア式コレクタ7の無端ベルト4に向かう静電力により吸引される。静電力が表面張力よりも越えると、原料溶液の紡糸ジェット3が無端ベルト4に向かって連続的に噴射される。無端ベルト4上には基材8が設けられている(図1においては基材8と無端ベルト4との間にギャップがあるように描いているが、実際は密着している。)ので、紡糸ジェット3は基材8上に集積し、所定の厚みまで積層される。コンベア式コレクタ7の無端ベルト4は、所定速度で連続的に走行するか、紡糸中は静止しておいて、所定厚さに集積された時点で所定長さ移動する間欠運転で駆動され、その際、基材駆動装置11も無端ベルト4の移動と同期するように基材8を駆動する。
2 ノズル
2a 紡糸口
3 紡糸ジェット
4 無端ベルト
5 アイドルプーリ
6 ドライブプーリ
7 コンベア式コレクタ
8 帯状ナノ・ファイバ集積基材(基材)
9 供給ドラム
10 巻取ドラム
11 基材駆動装置
12 高圧電源
13 ブラシ
20,21 軸受
22 取付フレーム
23 張力調整機構
24 架台
25 プーリ駆動用モータ
26,27 ギヤ
28 ドラム駆動用モータ
29,30 ギヤ
31,32 軸受
33,34 基台
Claims (2)
- 紡糸口とコレクタ間に、前記紡糸口とコレクタの一方が正電位、他方が負電位である高電圧を印加し、前記紡糸口から、荷電されたファイバ原料と溶剤の溶液を前記コレクタに向かって噴射、吸引することにより前記コレクタ上にナノ・ファイバを集積させるエレクトロスピニング法を用いたナノ・ファイバ製造装置であって、
前記コレクタを導電性のステンレススチール製の無端ベルトからなるコンベア式コレクタとし、この無端ベルトの前記紡糸口側表面に中途部が密着する長尺の帯状ナノ・ファイバ集積基材を前記コレクタの走行速度と同期して供給および巻き取る基材駆動装置を設け、前記コンベア式コレクタの無端ベルトを支持するアイドルプーリとドライブプーリ間に前記無端ベルトの張力を調整する張力調整機構を設け、かつ前記アイドルプーリとドライブプーリを固定する取付フレームを、絶縁材からなる架台により床面から絶縁状態で設置するとともに、前記ドライブプーリを駆動するプーリ駆動用モータの出力軸と前記ドライブプーリの回転軸との間が、絶縁された状態で動力伝達される構成としたことを特徴とするナノ・ファイバ製造装置。 - 前記紡糸口は、前記コンベア式コレクタの走行方向に複数、設置されている請求項1記載のナノ・ファイバ製造装置。
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