KR101354509B1 - Method of manufacturing nanofiber filament - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노섬유 필라멘트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 원심력만을 이용하여 방사용액이 나노섬유 형태가 아니라 용액방울 상태로 방사되는 드롭발생 현상 없이 높은 생산성으로 안전하고 간소한 공정으로 나노섬유 필라멘트의 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanofiber filament, and more specifically, using a centrifugal force, the nanofibers in a safe and simple process with high productivity without the drop occurrence phenomenon in which the spinning solution is spun in the form of droplets, not in the form of nanofibers. A method for producing a filament.
이하, 본 발명에서는 나노섬유로 구성된 필라멘트를 "나노섬유 필라멘트"라고 통칭한다.
Hereinafter, in the present invention, the filament composed of nanofibers is collectively referred to as "nanofiber filament".
종래 나노섬유는 주로 전기방사방식으로 제조되어 왔다.Conventional nanofibers have been produced primarily by electrospinning.
종래 나노섬유를 제조하는 경우 대한민국 등록특허 제10-0420460호 등에 게재된 바와 같이 방사액을 토출하는 기구로 고정된 노즐(Nozzle)을 주로 채택해 왔었다.In the case of manufacturing conventional nanofibers, as described in Korean Patent No. 10-0420460, nozzles fixed with a mechanism for discharging a spinning solution have been mainly adopted.
그러나, 상기 노즐을 방사액 토출용 기구로 사용하는 종래기술의 경우에는 고정된 노즐을 통해 방사액을 전기방사(토출)하기 때문에 정전기력에만 의존하여 전기방사가 실시되어 단위시간당 노즐 단위홀당 토출량이 0.01g 수준으로 매우 낮아 생산성이 떨어져 결국 양산화가 어려운 문제점과, 노즐 교체 및 청소가 매우 복잡하고 번거로운 문제점 등이 있었다.However, in the case of the prior art in which the nozzle is used as a spinning solution discharging mechanism, since the spinning solution is electrospun (discharged) through the fixed nozzle, electrospinning is performed only depending on the electrostatic force, and the discharge amount per nozzle unit per unit time is 0.01 g, resulting in poor productivity. In addition, there is a problem that nozzle replacement and cleaning are complicated and cumbersome.
일반적으로 전기방사를 통한 나노섬유의 생산량은 시간당 0.1~1 g 수준이고 용액 토출량은 시간당 1.0~5.0 mL 수준으로 매우 낮다[D. H. H. Renecker 등, Nanptechnology 2006, VOl 17, 1123].In general, the production of nanofibers through electrospinning is 0.1 to 1 g per hour, and the solution discharge rate is very low, ranging from 1.0 to 5.0 mL per hour [D. H. H. Renecker et al., Nanptechnology 2006, Vo 17, 1123].
나노섬유를 제조하는 또 다른 종래기술로는 50rpm으로 회전하는 원추형 용기에 고전압들을 걸어주면서 폴리비닐피릴리돈 용액을 공급하여 정전기력과 원심력을 동시에 이용하여 노즐 없이 나노섬유를 전기방사하는 방법이 Nanzhou 대학의 Jinyuan Zhou 등이 2010년 스몰(Small)지에 발표한 논문(Small, 2010 Vol 6, 1612-1616)에 게재되어 있다.Another conventional technique for manufacturing nanofibers is to apply a polyvinylpyrrolidone solution while applying a high voltage to a conical container rotating at 50 rpm and to electrospun nanofibers without using a nozzle by simultaneously using electrostatic force and centrifugal force. Jinyuan Zhou, etc., published in Small in 2010 (Small, 2010 Vol 6, 1612-1616).
그러나, 상기 종래방법은 원심력과 정전기력을 활용하여 노즐이 없는 형태로 단위시간당 생산량을 향상시킬 수 있지만 상기 원추형 용기 내에 방사액을 연속 공급하여 연속 생산이 어려운 문제점과, 상기 원추형 용기 하부에 컬렉터가 위치하여 방사액이 섬유형태가 아니라 용액상태로 떨어지는 현상(이하 "드롭발생 현상"이라고 한다)이 일어나는 문제점이 있었다.However, although the conventional method can improve the production amount per unit time in the form of no nozzle by utilizing the centrifugal force and the electrostatic force, it is difficult to continuously produce the continuous solution by supplying the spinning solution into the conical container, (Hereinafter referred to as "drop generation phenomenon") in which the spinning liquid falls into the solution state instead of the fiber form.
나노섬유를 제조하는 또 다른 종래기술로서 다량의 노즐을 노즐판상에 배열하여 전기방사하는 방법 등도 이미 잘 알려져 있다[H. Y. Kim, WO2005073441, WO2007035011].As another conventional technique for producing nanofibers, a method of electrospunning a large number of nozzles arranged on a nozzle plate is well known [H. Y. Kim, WO2005073441, WO2007035011].
기존의 전기방사 방식으로 나노섬유를 제조하는 방법들의 단점은 전기방사장치에 고전압을 걸어 주어야 하므로 위험하고, 단위 홀당 나노섬유의 생산량이 매우 낮고 또한 노즐을 사용함으로써 노즐의 청소 등이 번거로운 문제점이 있으며, 고분자를 용매에 녹인 고분자 용액은 전기방사가 가능하지만 고분자를 용융시킨 고분자 용융체는 전기방사가 불가능한 문제점이 있었다.Disadvantages of the conventional methods of manufacturing nanofibers by electrospinning are that it is dangerous to apply a high voltage to the electrospinning device, the production amount of nanofibers per unit hole is very low, and there is a problem that cleaning of nozzles is troublesome by using nozzles , The polymer solution in which the polymer is dissolved in a solvent can be electrospun, but the polymer melt in which the polymer is melted has a problem that electrospinning is impossible.
그 이유는 기존의 전기방사방식의 종래 나노섬유 제조방법은 고분자 용융체의 분자량 감소 없이 점도만 낮추기 위해 필요한 고전단력을 전기방사되는 고분자 용융체에 부여할 수 없었기 때문이다.This is because the conventional electrospinning conventional nanofiber manufacturing method can not impart the high shear force necessary for decreasing the viscosity of the polymer melt to the electrospun polymer melt without decreasing the molecular weight of the polymer melt.
그 결과, 고분자 용액은 물론 고분자 용융체를 사용하여 나노섬유를 제조할 수 있는 새로운 나노섬유의 제조방법 개발이 요구되었다.As a result, it has been required to develop a method for producing nanofibers that can produce nanofibers using a polymer melt as well as a polymer solution.
나노섬유를 제조하는 또 다른 종래방법으로 3,000rpm 이상으로 고속회전하는 원통을 이용하여 상기 원통 내에 투입된 방사액(클로로벤젠에 용해된 폴리메틸메타아크릴레이트 용액)을 원심력만을 이용하여 나노섬유를 방사하는 방법이 K. Kern 등이 나노레터(Nano Letters)에 발표한 논문(Nano Letters, 2008, Vol 8, No.4, 1187-1191)에 게재되어 있다.Another conventional method of producing nanofibers is to spin-spin nanofibers using a centrifugal force only in a spinning solution (a polymethylmethacrylate solution dissolved in chlorobenzene) charged into the cylinder by using a cylinder rotating at a high speed of 3,000 rpm or more Method is described in a paper published by K. Kern et al. In Nano Letters (Nano Letters, 2008, Vol 8, No.4, 1187-1191).
그러나, 상기 종래의 나노섬유 제조방법은 원통 내에서 고분자 용액과 용매의 분리가 어려워 나노섬유 형성능이 떨어지고, 원통 내에 방사액을 연속적으로 공급하기 어려워 연속생산이 곤란한 문제점이 있었다.However, in the conventional nanofiber manufacturing method, it is difficult to separate the polymer solution and the solvent from each other in the cylinder, so that the nanofiber forming ability is poor, and it is difficult to continuously supply the spinning solution into the cylinder.
또한, 상기 종래의 나노섬유 제조방법은 원심력이 원통의 원주 방향으로 작용하기 때문에 원통에서 방사된 나노섬유는 원통의 원주방향으로 날아가게 된다.In addition, since the centrifugal force acts in the circumferential direction of the cylinder, the nanofibers emitted from the cylinder fly in the circumferential direction of the cylinder.
그로 인해 상기 종래방법에서는 나노섬유를 집적하는 컬렉터를 원통 상부에 설치하여 방사된 나노섬유를 집적하는 상향식 전기방사방법은 채택할 수 없게 되며, 불가피하게 나노섬유를 집적하는 컬렉터를 원통하부에 설치하여 방사된 나노섬유를 집적하는 하향식 전기방사방식을 채택할 수밖에 없었고, 그 결과 나노섬유 제조시 드롭발생 현상을 효과적으로 방지할 수 없었다.Therefore, in the above-described conventional method, a collector for integrating nanofibers is installed on the top of the cylinder, so that a bottom-up electrospinning method for integrating the nanofibers cannot be adopted. The top-down electrospinning method of integrating the spun nanofibers was inevitably adopted, and as a result, the drop occurrence phenomenon could not be effectively prevented in the nanofiber manufacturing.
한편, 방적 공정을 별도로 거치지 않고 전기방사장치에서 전기방사되는 나노섬유를 바로 일방향, 다시 말해 섬유축 방향으로 배열하여 나노섬유 필라멘트를 제조하는 방법도 시도되어 왔다.On the other hand, a method of manufacturing nanofiber filaments by arranging nanofibers electrospun in an electrospinning apparatus in one direction, that is, in the direction of the fiber axis, without undergoing a spinning process has been attempted.
상기와 같은 방법으로 나노섬유 필라멘트를 제조하는 종래기술로서 Dan Li등은 비전도성 재료들 사이에 전도성 재료를 일축 방향으로 배열시킨 컬렉터 상에 나노섬유를 전기방사하여 전기방사된 나노섬유를 컬렉터 상의 전도성 재료를 따라 일축 방향으로 배열시켜 나노섬유 필라멘트를 제조하는 방법을 제안하였다. (Advanced Materials 2004,Vol 16, No. 4, 361~366).As a conventional technique for manufacturing nanofiber filaments in the same manner as described above, Dan Li et al. Electrospun nanofibers on a collector in which conductive materials are uniaxially arranged between non-conductive materials to conduct electrospun nanofibers on the collector. A method of producing nanofiber filaments by uniaxially arranging materials is proposed. (Advanced Materials 2004, Vol 16, No. 4, 361-366).
Lisa S. Carnell 등은 보조 전극을 회전하는 주 컬렉터 상부에 위치시켜서 주 컬렉터가 회전하는 방향으로 전기방사한 섬유가 배열되도록 유도하여 섬유 축 방향으로 배열하는 방법을 제안하였다. 또한 이들은 한쪽 방향으로 배열된 전기방사한 매트를 제조하고 이를 90도 회전하여 여기에 섬유를 적층하여 상호 직교가 되는 매트의 제조를 제안하였다(macromolecules Vol 41, No 14, 5345-5349, 2008).Lisa S. Carnell et al. Proposed a method of arranging the auxiliary electrode in the direction of the fiber axis by inducing the electrospun fibers to be arranged in the direction in which the main collector rotates by placing the auxiliary electrode on the rotating main collector. They also proposed the manufacture of mats that were electrospun mats arranged in one direction, rotated 90 degrees, and laminated with fibers to be orthogonal to each other (macromolecules Vol 41, No 14, 5345-5349, 2008).
Daoheng Sun 등은 3mm 이하의 전기방사거리(노즐과 컬렉터 사이의 거리)에서 노즐로 25마이크론 텅스텐 팁을 사용하였고 가한 전압의 세기는 107V/m로 가하였고 용액공급은 노즐로 사용한 텅스텐 팁을 고분자 용액에 담가서 꺼내서 전기방사를 행하였다. 컬렉터로는 SiO2가 코팅된 실리콘 컬렉터를 이용하여 원하는 방향으로 300nm 정도의 나노섬유의 배열 방법을 제시하였다(Nano Letters, Vol. 6, N0.4, 839-842, 2006).Daoheng Sun et al. Used a 25 micron tungsten tip as the nozzle at an electrospinning distance of 3 mm or less (the distance between the nozzle and the collector) and applied a strength of 10 7 V / m to the solution supply. It was immersed in a polymer solution, taken out, and electrospinning was performed. As a collector, a method of arranging nanofibers of about 300 nm in a desired direction using a silicon collector coated with SiO 2 was proposed (Nano Letters, Vol. 6, N0.4, 839-842, 2006).
P. Katta 등은 구리 와이어로 구성된 약 13 cm 정도는 드럼을 이용하여 1 rpm 정도의 낮은 속도로 하여 회전방향으로 나노섬유의 배열 방법을 제시하였다( Nano Letters, Vol. 4, No. 11, 2215-2218, 2004).P. Katta et al. Proposed a method of arranging nanofibers in the direction of rotation at a low speed of about 1 cm using a copper wire about 13 cm (Nano Letters, Vol. 4, No. 11, 2215). -2218, 2004).
그러나, 나노섬유 필라멘트를 제조하는 종래기술들 모두는 정전기력만을 이용하므로 고분자 용융체의 점도를 고분자 분해 없이 낮출 수 없어서 고분자 용융체로 부터는 나노섬유 필라멘트를 높은 생산성으로 제조할 수 없었고, 전기방사되는 나노섬유를 노즐 등의 전기방사기구 상부로 이송, 집속하기 어려워 컬렉터를 전기방사기구보다 높은 위치에 설치하는 상향식 전기방사방식은 채택하기 어려워 결국 컬렉터를 전기방사기구 보다 낮은 위치에 설치하는 하향식 전기방사방식을 채택해야하며 또한 방사용액내 용매를 효율적으로 휘발시키기 어려워서 결과적으로는 방사용액이 나노섬유 형태가 아니라 방울 형태로 떨어지는 드롭발생 현상이 심해지는 문제가 있었다.However, all of the conventional techniques for manufacturing nanofiber filaments use only electrostatic force, so that the viscosity of the polymer melt cannot be lowered without polymer decomposition, so that the nanofiber filaments cannot be produced from the polymer melt with high productivity. Since it is difficult to transfer and focus on the top of electrospinning devices such as nozzles, it is difficult to adopt a bottom-up electrospinning method that installs the collector at a higher position than the electrospinning device. In addition, it is difficult to efficiently volatilize the solvent in the spinning solution, and as a result, there is a problem in which a drop occurrence phenomenon in which the spinning solution falls in the form of droplets rather than nanofibers is increased.
특히 문제점으로는 연속적으로 나노섬유로 구성된 필라멘트의 제조가 어렵다. 그 이유는 연속적으로 제조된 나노섬유를 잡아당겨서 연속된 공정으로 이어지는 공정 자체가 어렵기 때문이다. 다음 단계인 연신공정 등을 통하여 섬유의 기계적 물성 등의 향상이 어렵다.
In particular, it is difficult to manufacture a filament composed of nanofibers continuously. The reason is that it is difficult to pull the nanofibers produced continuously and lead to the continuous process itself. It is difficult to improve the mechanical properties of the fiber through the stretching process, which is the next step.
본 발명의 과제는 이와 같은 종래의 문제점들을 해결할 수 있도록 섬유형성능이 우수하여 고분자 용액은 물론 고분자 용융체까지도 고전압 인가 없이 원심력만으로 방사, 제조할 수 있고 단위시간당 단위 원통상 방사 튜브당 토출량이 높아져 생산성이 크게 향상되고, 노즐 교체 및 청소의 번거로움을 해소할 수 있고, 드롭 발생현상도 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라 연속적으로 일축 방향으로 배열된 나노섬유로 구성된 필라멘트의 제조가 가능하며 연속적으로 이어서 연신 공정을 도입하여 기계적 물성이 우수한 나노섬유 필라멘트의 제조방법을 제공하는 것이다.
The problem of the present invention is that the fiber formation ability to solve such a conventional problem can be spun, produced not only the polymer solution but also the polymer melt with a centrifugal force without applying a high voltage, and the discharge amount per unit cylindrical spinning tube per unit time increases the productivity Significantly improved, eliminating the need for nozzle replacement and cleaning, effectively preventing drop occurrence, and producing filaments composed of nanofibers arranged in a single axial direction in a continuous manner, followed by a continuous drawing process. It is to provide a method for producing a nanofiber filament excellent mechanical properties by introducing.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서 본 발명에서는 (ⅰ) 원통상 형태 및 원추형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하고 내부 표면에 홈 및 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물이 형성되어 있는 방사튜브내로 고분자 용액 및 고분자 용융체 중에서 선택된 1종으로 이루어진 방사용액을 공급하는 공정; (ⅱ) 상기 방사튜브를 3,000rpm 이상으로 회전시켜 원심력으로 상기 방사용액을 나노섬유 형태로 방사하는 공정; (ⅲ) 상기 나노섬유 방사공정과 동시에 상기 방사튜브 외부에 설치된 기체분사용 튜브를 통해 기체를 방사튜브 보다 높은 상부 위치에 설치된 나노섬유 유도관 및 나노섬유 집속장치 방향으로 분사하여 방사된 나노섬유를 상기 나노섬유 유도관을 통해 나노섬유 집속장치에 집속하는 공정; 및 (ⅳ) 나노섬유 집속장치에 집속된 나노섬유를 연신로울러로 연신하여 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조한 후 권취하는 공정;을 거쳐서 나노섬유 필라멘트를 제조한다.
In order to achieve the above object, in the present invention, (i) a polymer solution into a spinning tube having one type selected from a cylindrical shape and a conical shape and one shape selected from grooves and protrusions formed on an inner surface thereof; Supplying a spinning solution consisting of one selected from polymer melts; (Ii) spinning the spinning tube at 3,000 rpm or more to spin the spinning solution in the form of nanofibers by centrifugal force; (Iii) At the same time as the nanofiber spinning process, the nanofibers are spun by spraying the gas toward the nanofiber induction tube and the nanofiber concentrator installed at a higher position than the spinning tube through a gas injection tube installed outside the spinning tube. Focusing the nanofiber focusing device through the nanofiber guide tube; And (iii) stretching the nanofibers focused on the nanofiber focusing apparatus with a draw roller to prepare a filament made of nanofibers, and then winding the nanofibers.
본 발명은 정전기력 없이 순수한 원심력만을 이용하여 높은 전단력으로 고분자 용융체의 점도를 고분자의 분해 없이도 낮출 수 있기 때문에 고분자 용액은 물론 고분자 용융체로부터도 나노섬유를 높은 생산성(토출량)으로 제조할 수 있다.Since the viscosity of the polymer melt can be lowered without decomposition of the polymer with high shear force using only pure centrifugal force without electrostatic force, the nanofiber can be produced with high productivity (discharge amount) from the polymer melt as well as the polymer melt.
또한 본 발명은 종래의 방사 노즐을 사용하지 않기 때문에 노즐교체나 노즐청소 등의 번거러운 작업을 생략할 수 있고, 컬렉터 등에 고전압을 인가하지 않아도 되기 때문에 작업 위험성도 피할 수 있고, 드롭발생 현상도 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 본 발명은 나노섬유를 일축 방향으로 배열시켜 기계적 물성이 우수한 나노섬유 필라멘트 제조가 가능하다.
In addition, since the present invention does not use a conventional spinning nozzle, cumbersome work such as nozzle replacement or nozzle cleaning can be omitted, and a work voltage can be avoided because a high voltage is not applied to a collector, and a drop occurrence can be effectively prevented. can do. In addition, the present invention is possible to manufacture nanofiber filament excellent in mechanical properties by arranging the nanofiber in the uniaxial direction.
도 1은 본 발명의 공정 개략도.
도 2 내지 도 5는 본 발명에서 사용하는 방사튜브의 사시개략도.
도 6 내지 도 9는 본 발명에서 사용하는 방사튜브를 길이방향으로 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도.
도 10(a) 내지 도 10(d)은 방사튜브의 내부 표면에 형성된 형상물의 사시개략도.
도 11은 본 발명의 실시예 1로 제조한 나노섬유의 주사형 전자현미경 사진.
도 12는 본 발명의 실시예 2로 제조한 나노섬유의 주사형 전자현미경 사진.1 is a schematic view of the process of the present invention.
Figures 2 to 5 are perspective views of a spinning tube used in the present invention.
6 to 9 is a plan view schematically showing a state in which the radiation tube used in the present invention cut in the longitudinal direction and expanded.
10 (a) to 10 (d) are schematic perspective views of an article formed on the inner surface of the radiation tube.
11 is a scanning electron micrograph of the nanofiber prepared in Example 1 of the present invention.
12 is a scanning electron micrograph of the nanofiber prepared in Example 2 of the present invention.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 나노섬유의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 원통상 형태 및 원추형 형태 중에서 선택된 1종의 형태를 구비하고 내부 표면에 홈 및 돌기 중에서 선택된 1종의 형상물이 형성되어 있는 방사튜브내로 고분자 용액 및 고분자 용융체 중에서 선택된 1종으로 이루어진 방사용액을 공급하는 공정; (ⅱ) 상기 방사튜브를 3,000rpm 이상으로 회전시켜 원심력으로 상기 방사용액을 나노섬유 형태로 방사하는 공정; (ⅲ) 상기 나노섬유 방사공정과 동시에 상기 방사튜브 외부에 설치된 기체분사용 튜브를 통해 기체를 방사튜브 보다 높은 상부 위치에 설치된 나노섬유 유도관 및 나노섬유 집속장치 방향으로 분사하여 방사된 나노섬유를 상기 나노섬유 유도관을 통해 나노섬유 집속장치에 집속하는 공정; 및 (ⅳ) 나노섬유 집속장치에 집속된 나노섬유를 연신로울러로 연신하여 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조한 후 권취하는 공정;을 포함한다.The method for producing nanofibers according to the present invention has one type selected from (i) a cylindrical shape and a conical shape as shown in FIG. 1, and at least one shape selected from grooves and protrusions is formed on an inner surface thereof. Supplying a spinning solution consisting of one selected from a polymer solution and a polymer melt into a spinning tube; (Ii) spinning the spinning tube at 3,000 rpm or more to spin the spinning solution in the form of nanofibers by centrifugal force; (Iii) At the same time as the nanofiber spinning process, the nanofibers are spun by spraying the gas toward the nanofiber induction tube and the nanofiber concentrator installed at a higher position than the spinning tube through a gas injection tube installed outside the spinning tube. Focusing the nanofiber focusing device through the nanofiber guide tube; And (iii) stretching the nanofibers focused on the nanofiber focusing apparatus with a draw roller to produce a filament made of nanofibers, and then winding the nanofibers.
도 1은 본 발명의 공정 개략도이다.1 is a schematic process drawing of the present invention.
구체적으로 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 방사용액 저장탱크(a)에 저장된 방사용액을 정량공급펌프(b)를 통해 모터(c)에 의해 3,000rpm이상 보다 바람직하기로는 5,000rpm 이상으로 회전하는 방사튜브(T)에 공급하여 방사튜브(T)의 원주방향으로 가해지는 원심력으로 나노섬유를 방사, 형성함과 동시에 상기 방사튜브(T) 외부에 설치된 기체분사용튜브(h)를 통해 기체를 상기 방사튜브(T)의 상부에 위치하는 나노섬유 유도관(i) 및 나노섬유 집속장치(ℓ) 방향으로 분사하여 방사/형성된 나노섬유를 나노섬유 집속장치(ℓ) 상에 집적한 후, 나노섬유 집속장치(ℓ)에 집적된 나노섬유를 연신로울러(n,o,p)로 연신하여 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조한 후 권취장치(q)에 권취한다.Specifically, in the present invention, as shown in FIG. 1, the spinning solution stored in the spinning solution storage tank (a) is rotated by more than 3,000 rpm by more preferably 3,000 rpm or more by the motor (c) through the fixed-quantity supply pump (b). It is supplied to the spinning tube (T) to spin and form nanofibers by centrifugal force applied in the circumferential direction of the spinning tube (T) and at the same time the gas through the gas injection tube (h) installed outside the spinning tube (T) After spraying in the direction of the nanofiber induction tube (i) and the nanofiber concentrator (ℓ) located on the upper side of the spinning tube (T) to integrate the nanofibers formed on the nanofiber concentrator (L), The nanofibers concentrated in the nanofiber focusing device (l) are stretched with a draw roller (n, o, p) to produce a filament made of nanofibers, and then wound in a winding device (q).
상기 나노섬유 집속장치(ℓ)는 나팔관 형태인 것이 바람직하다.The nanofiber focusing device (L) is preferably in the form of a fallopian tube.
상기 기체분사용튜브(h)는 방사튜브(T)의 외부에 방사튜브(T)와 동심원을 이루는 형태로 설치되는 것이 바람직하다.The gas injection tube (h) is preferably installed to form a concentric circle with the spinning tube (T) on the outside of the spinning tube (T).
상기 기체분사용튜브(h)에는 기체저장탱크(g)에 보관중인 기체가 유량계(f)를 통해 공급된다.The gas being stored in the gas storage tank (g) is supplied to the gas injection tube (h) through a flow meter (f).
상기 기체는 질소 압축공기, 질소 또는 아르곤등의 가스 등이다.The gas is nitrogen compressed air, a gas such as nitrogen or argon, or the like.
그러나, 본 발명에서는 상기 기체의 종류를 특별하게 한정하는 것은 아니다.However, in the present invention, the kind of the gas is not particularly limited.
상기 방사튜브(T)의 회전으로 발생되는 원심력은 주로 방사튜브(T)의 원주방향으로 발생되기 때문에 원심력만으로는 형성된 나노섬유를 방사튜브(T) 상단에 위치하는 나노섬유 집속장치(ℓ) 상에 효과적으로 집적하기 매우 어렵다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 기체분사용튜브(h)를 통해 기체를 나노섬유 집속장치(ℓ) 방향으로 분사해 줌으로서 형성된 나노섬유(e)를 방사튜브(T) 상단에 위치하는 나노섬유 집속장치(ℓ) 방향으로 효과적으로 이송시키고, 또한 형성된 나노섬유(e)내에 잔존하는 용매가 잘 휘발되도록 하여 드롭발생 효과도 효과적으로 방지한다.Since the centrifugal force generated by the rotation of the spinning tube (T) is mainly generated in the circumferential direction of the spinning tube (T), the nanofibers formed only by the centrifugal force on the nanofiber focusing device (ℓ) positioned on the top of the spinning tube (T). Very difficult to integrate effectively. In order to solve such a problem, the present invention is a nanofiber (e) formed by spraying the gas toward the nanofiber focusing device (ℓ) through the gas injection tube (h) is located on the top of the spinning tube (T) It effectively transports in the direction of the nanofiber concentrator (L), and also allows the solvent remaining in the formed nanofibers (e) to be volatilized, thereby effectively preventing the drop generation effect.
한편, 본 발명은 상기 나노섬유 유도관(i) 상부에 셕션블로우(Suction blower : k)를 설치하여 방사된 나노섬유(e)를 나노섬유 유도관(i) 및 나노섬유 집속장치(ℓ) 방향으로 포집하는 공정을 추가로 더 포함할 수도 있다.On the other hand, the present invention by installing a suction blower (k) on the upper portion of the nanofiber induction pipe (i) and directed the nanofibers (e) to the nanofiber induction pipe (i) and nanofiber focusing device (ℓ) direction The method may further include a collecting step.
상기 방사튜브(T)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 원통상 형태 또는 원추형 형태이며, 상기 방사튜브(T)의 내부 표면에는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 홈 또는 돌기와 같은 형상물이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The radiation tube T has a cylindrical shape or a conical shape as shown in FIGS. 2 to 5, and the inner surface of the radiation tube T is provided with a groove or a projection- Is formed.
구체적으로, 상기 방사튜브(T)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 형상물이 방사튜브(T)의 내부 표면을 따라 연속되는 다수개의 나선상 곡선을 이루도록 형성된 구조일 수도 있고, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 형상물이 서로 분리된 상태로 방사튜브의 내부 표면에 분산되게 형성된 구조일 수도 있으나, 방사시 형성되는 나노섬유와 방사용액내 용매를 효율적으로 분리하여 형성된 나노섬유를 상부에 위치하는 컬렉터 상에 효율적으로 집적하기 위해서는 상기 형상물이 방사튜브의 내부 표면을 따라 연속되는 다수개의 나선상 곡선을 이루도록 형성된 구조인 것이 보다 바람직하다.2 to 3, the shape of the radiation tube T may be a structure formed so as to form a plurality of helical curved lines continuous along the inner surface of the radiation tube T, 5, the shape of the nanofibers may be dispersed on the inner surface of the radiation tube in a state where the nanofibers are separated from each other, It is more preferable that the shape is formed so as to form a plurality of spiral curves continuous along the inner surface of the radiation tube.
도 10(a) 내지 도 10(d)에 도시된 바와 같이 방사튜브(T)의 내부 표면에 형성되어 있는 상기 형상물은 다각형돌기, 반원형돌기, 다각형홈 또는 반원형 돌기 등이다.As shown in Figs. 10 (a) to 10 (d), the shape formed on the inner surface of the radiation tube T is a polygonal projection, a semicircular projection, a polygonal groove or a semicircular projection.
다각형 돌기의 일예로는 삼각형 돌기 또는 사각형 돌기 등이 사용될 수 있고, 다각형 홈의 일예로는 삼각형 홈 또는 사각형 홈 등이 사용될 수 있다.As an example of the polygonal projection, a triangular projection, a square projection, or the like may be used. As the example of the polygonal groove, a triangular groove, a square groove, or the like may be used.
상기 방사튜브(T)의 상부 단면에는 방사용액 토출구들이 천공되어 있는 방사튜브 뚜껑이 덮여져 있을 수도 있다.An upper end surface of the spinning tube T may be covered with a spinning tube cap in which spinning solution discharge holes are perforated.
방사튜브(T)의 내부 표면에 형성된 상기 홈 또는 돌기들은 고분자 용액으로 나노섬유를 제조시 방사튜브(T) 내에서 고분자 용액과 방사용액 내의 용매 분리를 용이하게 하여 (ⅰ) 고분자 쇄의 결합을 유도함으로써 나노섬유의 형성능을 향상시켜 줌과 동시에 (ⅱ) 형성된 나노섬유의 방향성 제어를 용이하게 하여, 다시 말해 형성된 나노섬유를 수평방향이 아니라 상부방향으로 진행되게 하여, 형성된 나노섬유를 방사튜브 상단부에 위치하는 컬렉터 상에 효과적으로 집적시켜주는 역할을 한다.The grooves or protrusions formed on the inner surface of the radiation tube T facilitate the separation of the solvent in the spinning solution and the polymer solution in the spinning tube T during the production of the nanofibers with the polymer solution, (i) (Ii) facilitates directional control of the formed nanofibers, that is, the formed nanofibers are advanced not in the horizontal direction but in the upward direction, and the formed nanofibers are guided to the upper end of the radiation tube And collectively on the collectors located in the < / RTI >
이하, 도면 등을 통하여 본 발명에서 사용하는 나노섬유 제조용 방사튜브(T)의 구체적인 구현 예를 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the radial tube (T) for manufacturing nanofibers used in the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명의 제1구현 예에 따른 방사튜브(T)는 도 2에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 10(a)에 도시된 바와 같은 사각형 홈(형상물)이 도 2와 같이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다. 상기 제1구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면개략도는 도 6과 같다.The radial tube T according to the first embodiment of the present invention has a cylindrical shape as shown in Fig. 2, and the inner surface Ti of the radial tube has a square groove < RTI ID = 0.0 > (Shape) is formed so as to form a plurality of helical curved lines S continuing in the same direction along the inner surface Ti of the radiation tube as shown in Fig. 6 is a schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the first embodiment is cut open.
본 발명의 제2구현 예에 따른 나노섬유 제조용 방사튜브(T)는 도 2에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 10(b)에 도시된 바와 같은 반원형 홈(형상물)이 도 2와 같이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향만으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T for manufacturing nanofibers according to the second embodiment of the present invention has a cylindrical shape as shown in Fig. 2, and the inner surface Ti of the radial tube is provided with The same semicircular grooves are formed so as to form a plurality of helical curved lines S continuing in the same direction along the inner surface Ti of the radiation tube as shown in Fig.
상기 제2구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 6과 같다.6 is a schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the second embodiment is cut open.
본 발명의 제3구현 예에 따른 나노섬유 제조용 방사튜브(T)는 도 2에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 10(c)에 도시된 바와 같은 반원형 돌기(형상물)가 도 2와 같이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향만으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T for manufacturing nanofibers according to the third embodiment of the present invention has a cylindrical shape as shown in Fig. 2, and the inner surface Ti of the radial tube is provided with The same semicircular protrusions are formed so as to form a plurality of helical curves S continuing in the same direction along the inner surface Ti of the radiation tube as shown in Fig.
상기 제3구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 6과 같다.6 is a schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the third embodiment is cut open.
본 발명의 제4구현 예에 따른 나노섬유 제조용 방사튜브(T)는 도 2에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 10(d)에 도시된 바와 같은 삼각형 돌기(형상물)가 도 2와 같이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 동일 방향만으로 연속되는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T for manufacturing nanofibers according to the fourth embodiment of the present invention has a cylindrical shape as shown in Fig. 2, and the inner surface Ti of the radial tube is provided with The same triangular protrusions are formed so as to form a plurality of helical curves S continuing in the same direction along the inner surface Ti of the radiation tube as shown in Fig.
상기 제4구현예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 6과 같다.6 is a schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the fourth embodiment is cut open.
본 발명의 제5구현 예에 따른 나노섬유 제조용 방사튜브(T)는 도 3에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 10(a)에 도시된 바와 같은 사각형 홈(형상물)이 도 3과 같이 방사튜브의 내부 표면(Ti)을 따라 양쪽 방향으로 연속되어 서로 교차하는 다수개의 나선상 곡선(S)을 이루도록 형성되어 있다.The radial tube T for manufacturing nanofibers according to the fifth embodiment of the present invention has a cylindrical shape as shown in Fig. 3, and the inner surface Ti of the radial tube has a shape shown in Fig. 10 (a) The same square groove is formed so as to form a plurality of helical curved lines S which are continuous in both directions and cross each other along the inner surface Ti of the radiation tube as shown in Fig.
상기 제5구현 예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 7과 같다.7 is a schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the fifth embodiment is cut open.
본 발명의 제6구현 예에 따른 나노섬유 제조용 방사튜브(T)는 도 4에 도시된 바와 같이 원통상 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 10(c)에 도시된 바와 같은 반원형 돌기(형상물)가 도 4와 같이 방사튜브의 내부 표면(Ti)에 서로 분리된 상태로 형성되어 있다.The radial tube T for manufacturing nanofibers according to the sixth embodiment of the present invention has a cylindrical shape as shown in Fig. 4, and the inner surface Ti of the radial tube is provided with a rod- The same semicircular protrusions are formed on the inner surface Ti of the radiation tube as shown in Fig.
상기 제6구현 예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 8과 같다.8 is a schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the sixth embodiment is cut open.
본 발명의 제7구현 예에 따른 나노섬유 제조용 방사튜브(T)는 도 5에 도시된 바와 같이 원추형 형태를 구비하고, 방사튜브의 내부 표면(Ti)에는 도 10(b)에 도시된 바와 같은 반원형 홈(형상물)이 도 5와 같은 방사튜브의 내부 표면(Ti)에 서로 분리된 상태로 분산되게 형성되어 있다.The radial tube T for manufacturing nanofibers according to the seventh embodiment of the present invention has a conical shape as shown in Fig. 5, and the inner surface Ti of the radial tube has a shape shown in Fig. 10 (b) Semicircular grooves (shapes) are formed on the inner surface Ti of the radiation tube as shown in Fig. 5 so as to be separated from each other.
상기 제7구현 예의 방사튜브(T)를 절개하여 펼친 상태를 나타내는 평면 개략도는 도 9와 같다.A schematic plan view showing a state in which the radiation tube T of the seventh embodiment is cut open is shown in Fig.
본 발명은 방사튜브의 내부 표면에 형성된 홈 또는 돌기들이 방사튜브 내에서 용매와 고분자를 효과적으로 분리하기 때문에 섬유 형성능이 우수하고, 기체분사용튜브에서 분사되는 기체에 의해 형성된 나노섬유를 방사튜브 상부에 위치하는 나노섬유 집속장치(ℓ) 방향으로 진행되게 하여 나노섬유의 포집성이 개선된다. The present invention has excellent fiber forming ability because grooves or protrusions formed on the inner surface of the spinning tube effectively separate the solvent and the polymer in the spinning tube, and the nanofibers formed by the gas injected from the gas injection tube are disposed on the spinning tube. The collection of nanofibers is improved by allowing the nanofiber focusing device (L) to be positioned.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples.
그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 보호범위가 한정되는 것은 아니다.However, the scope of protection of the present invention is not limited by the following examples.
실시예Example 1 One
중량평균분자량(Mw)이 150,000인 폴리아크릴니트릴(Aldrich 회사 제품)을 용매인 디메틸포름아미드에 용해하여 고형분이 9중량%이고 점도가 477센티포아스인 방사용액을 제조하였다.Polyacrylonitrile (product of Aldrich) having a weight average molecular weight (Mw) of 150,000 was dissolved in dimethylformamide as a solvent to prepare a spinning solution having a solid content of 9 wt% and a viscosity of 477 centipoise.
다음으로는 제조된 방사용액을(ⅰ) 도 2와 같은 원통형 형태를 구비하고, (ⅱ) 내부 표면에 도 10(c)와 같은 반원형 돌기가 내부 표면을 따라 연속되는 4개의 나선상 곡선을 이루도록 형성되어 있고 (ⅲ) 상단부에는 방사도프 토출용 구멍이 천공되어 있는 뚜껑이 덮여져 있는 것을 사용하였고 방사튜브의 하단부로 공급한 다음, 상기 방사튜브를 12,000rpm으로 회전시키면서 상기 방사튜브의 상단부를 통해 방사도프를 원심력으로 방사함과 동시에 상기 방사튜브 외부에 설치된 기체분사용 튜브를 통해 기체를 방사튜브 보다 높은 상부 위치에 설치된 컬렉터 방향으로 분사하여, 방사된 나노섬유를 상기 나노섬유를 형성한 후 방사튜브 상단부에 위치하는 컬렉터 상에 형성된 나노섬유를 집적하였다. 이때 기체로는 공기를 사용하였고 분사속도는 30m/초로 하였다. 이때, 원통형 방사튜브의 내부직경은 18㎜로 하였고, 원통형 방사튜브의 길이는 21㎜로 하였고, 상기 나선상 곡선간의 피치간격은 5㎜로 하였고, 상기 반원형 돌기의 반경(R)은 3㎜로 하였다.Next, the manufactured spinning solution is formed into a cylindrical shape as shown in FIG. 2, (ii) a semi-circular projection as shown in FIG. 10 (c) is formed on the inner surface so as to form four continuous spiral curves along the inner surface (Iii) a cap having a perforated hole for discharging the radial dope is used at the upper end thereof, and is supplied to the lower end of the radiant tube, and then irradiated through the upper end of the radiant tube while rotating the radiant tube at 12,000 rpm The dope is radiated by a centrifugal force and the gas is injected in the direction of the collector provided at an upper position higher than the radiation tube through the gas distribution tube installed outside the radiation tube to form the radiated nanofiber into the nanofiber, The nanofibers formed on the collector located at the upper end were integrated. At this time, air was used as the gas and the spraying speed was 30 m / sec. At this time, the inner diameter of the cylindrical radiation tube was 18 mm, the length of the cylindrical radiation tube was 21 mm, the pitch interval between the helical curves was 5 mm, and the radius R of the semicircular projection was 3 mm .
상기 나노섬유 방사공정과 동시에 상기 방사튜브 외부에 설치된 기체분사용 튜브를 통해 기체를 방사튜브 보다 높은 상부 위치에 설치된 나노섬유 유도관 및 나노섬유 집속장치 방향으로 분사하여 방사된 나노섬유를 상기 나노섬유 유도관을 통해 나노섬유 집속장치에 집속한 다음, 나노섬유 집속장치에 집속된 나노섬유를 연신로울러로 연신하여 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조한 후 권취하여 나노섬유 필라멘트를 제조하였다. 상기 기체로는 공기를 사용하였고 기체의 분사속도는 30m/초로 하였다.Simultaneously with the nanofiber spinning process, the nanofibers are sprayed into the nanofiber induction tube and the nanofiber concentrator installed at a higher position than the spinning tube through a gas injection tube installed outside the spinning tube. After converging to the nanofiber focusing apparatus through an induction tube, the nanofibers focused on the nanofiber focusing apparatus were stretched with a draw roller to prepare a filament made of nanofibers, and then wound to prepare a nanofiber filament. Air was used as the gas and the injection speed of the gas was 30 m / sec.
이때 나노섬유를 나노섬유 집속장치에 보다 효과적으로 집속하기 위해서 나노섬유 유도관 상부에 셕션블로우를 설치하여 공기 및 방사된 나노섬유를 나노섬유 집속장치 방향으로 이송하였다.이때, 원통형 방사튜브의 내부직경은 18㎜로 하였고, 원통형 방사튜브의 길이는 21㎜로 하였고, 상기 나선상 곡선간의 피치간격은 5㎜로 하였고, 상기 반원형 돌기의 반경(R)은 3㎜로 하였다.At this time, in order to focus the nanofibers more effectively on the nanofiber concentrator, a cushion blower was installed on the upper part of the nanofiber induction tube, and the air and the radiated nanofibers were transferred to the nanofiber concentrator. 18 mm, the length of the cylindrical spinning tube was 21 mm, the pitch interval between the spiral curves was 5 mm, and the radius R of the semi-circular protrusion was 3 mm.
상기 나노섬유 방사공정과 동시에 상기 방사튜브 외부에 설치된 기체분사용 튜브를 통해 기체를 방사튜브 보다 높은 상부 위치에 설치된 나노섬유 유도관 및 나노섬유 집속장치 방향으로 분사하여 방사된 나노섬유를 상기 나노섬유 유도관을 통해 나노섬유 집속장치에 집속한 다음, 나노섬유 집속장치에 집속된 나노섬유를 연신로울러로 연신하여 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조한 후 권취하여 나노섬유 필라멘트를 제조하였다. Simultaneously with the nanofiber spinning process, the nanofibers are sprayed into the nanofiber induction tube and the nanofiber concentrator installed at a higher position than the spinning tube through a gas injection tube installed outside the spinning tube. After converging to the nanofiber focusing apparatus through an induction tube, the nanofibers focused on the nanofiber focusing apparatus were stretched with a draw roller to prepare a filament made of nanofibers, and then wound to prepare a nanofiber filament.
이때 나노섬유를 나노섬유 집속장치에 보다 효과적으로 집속하기 위해서 나노섬유 유도관 상부에 셕션블로우를 설치하여 공기 및 방사된 나노섬유를 나노섬유 집속장치 방향으로 이송하였다.At this time, in order to focus the nanofibers more effectively on the nanofiber concentrator, a cushion blower was installed on the upper part of the nanofiber induction tube, and the air and the radiated nanofibers were transferred to the nanofiber concentrator.
나노섬유 필라멘트를 구성하는 나노섬유의 평균직경은 350㎚이였다. 나노섬유 필라멘트에서 나노섬유가 섬유 축방향으로 잘 배열된 형태를 보인 도가 도 11이다.The average diameter of the nanofibers constituting the nanofiber filaments was 350 nm. FIG. 11 is a diagram showing the arrangement of nanofibers in the fiber axial direction in the nanofiber filament.
이와 같이 제조된 나노섬유로 구성된 필라멘트를 230℃에서 1시간 동안 열안정 공정을 질서 가스 하에서 처리하고 1200℃에서 2시간 동안 열처리를 행하여 탄소 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조하였다. 탄소나노섬유의 직경은 180nm이었고 필라멘트의 굵기는 5.1tex 이었다. 필라멘트의 강도는 0.45 N/tex이었고 탄성률은 10N/tex 신도는 5.8%이었다. 이 나노섬유로 구성된 필라멘트를 아세톤 처리를 통하여 고밀도화를 행하였다. 그 결과 물성이 강도는 1.1N/tex이었고 탄성률은 45N/tex이었으면 신도는 3.5%이었다.
The filament composed of the nanofibers thus prepared was treated under an ordered gas under a thermal stabilization process at 230 ° C. for 1 hour and heat-treated at 1200 ° C. for 2 hours to prepare a filament composed of carbon nanofibers. The diameter of the carbon nanofibers was 180 nm and the thickness of the filament was 5.1 tex. The filament had a strength of 0.45 N / tex and an elastic modulus of 10 N / tex elongation of 5.8%. The filament made of this nanofiber was densified through acetone treatment. As a result, the physical property was 1.1N / tex and the elasticity was 45N / tex, and the elongation was 3.5%.
실시예Example 2 2
실시예 1과 동일한 규격의 폴리아크릴니트릴를 사용하였고 동일한 조건으로 용액을 제조하였다. 실시예 1과 동일한 조건으로 방사를 행하였고 단지 방사된 나노섬유가 형성한 후 방사튜브 상단부에 위치하는 컬렉터 상에 형성된 나노섬유를 집적할 경우에 기체로 사용한 공기가스의 분사 속도를 15m/초로 하였다.Polyacrylonitrile of the same specifications as in Example 1 was used and a solution was prepared under the same conditions. Spinning was carried out under the same conditions as in Example 1, and when the nanofibers formed only after the spun nanofibers were formed, the injection speed of the air gas used as the gas was 15 m / sec when the nanofibers formed on the collector located at the upper end of the spinning tube were accumulated. .
제조한 나노섬유 필라멘트의 주사형 전자현미경 사진은 도 12와 같았고, 나노섬유 필라멘트를 구성하는 나노섬유의 평균직경은 380㎚이였다. 나노섬유 필라멘트에서 나노섬유가 섬유 축방향으로 잘 배열된 형태를 보인 도가 도 12이다.Scanning electron micrographs of the prepared nanofiber filament were as shown in Figure 12, the average diameter of the nanofibers constituting the nanofiber filament was 380nm. 12 is a diagram showing the arrangement of the nanofibers in the nanofiber filament in the fiber axial direction well.
이와 같이 제조된 나노섬유로 구성된 필라멘트를 230℃에서 1시간 동안 열안정 공정을 질서 가스 하에서 처리하고 1200℃에서 2시간 동안 열처리를 행하여 탄소 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조하였다. 탄소나노섬유의 직경은 160nm이었고 필라멘트의 굵기는 5.3tex 이었다. 필라멘트의 강도는 0.42 N/tex이었고 탄성률은 8N/tex 신도는 6.5%이었다. 이 나노섬유로 구성된 필라멘트를 아세톤 처리를 통하여 고밀도화를 행하였다. 그 결과 물성이 강도는 0.95N/tex이었고 탄성률은 40N/tex이었으면 신도는 4.0%이었다.
The filament composed of the nanofibers thus prepared was treated under an ordered gas under a thermal stabilization process at 230 ° C. for 1 hour and heat-treated at 1200 ° C. for 2 hours to prepare a filament composed of carbon nanofibers. The diameter of the carbon nanofibers was 160 nm and the thickness of the filament was 5.3 tex. The filament had a strength of 0.42 N / tex and an elastic modulus of 6.5% at 8 N / tex. The filament made of this nanofiber was densified through acetone treatment. As a result, the physical property was 0.95 N / tex and the elastic modulus was 40 N / tex, and the elongation was 4.0%.
a : 방사용액 저장탱크 b : 정량공급폄프
c : 모터 e : 나노섬유 f : 유량계
g : 기체저장 h : 기체분사용 튜브
i : 나노섬유 유도관 k : 셕션 블로우(Suction blower)
ℓ: 나노섬유 집속장치 m : 나노섬유 필라멘트
n : 제1연신로울러 o : 제2연신로울러
p : 제3연신로울러 q : 권취 장치
T : 방사튜브 S : 나선상 곡선
Ti : 방사튜브의 내부 표면 H : 4각형 홈 형태인 형상물의 홈 깊이
A : 나선상 곡선을 이루는 형상물의 일부분
W : 4각형 홈 형태인 형상물의 홈 넓이
P : 돌기 G : 홈
R : 반원홈 형태인 형상물의 홈 깊이
R' : 반원돌기 형태인 형상물의 돌기 높이a: spinning solution storage tank b: fixed-quantity supply pump
c: motor e: nanofiber f: flow meter
g: Gas storage h: Gas injection tube
i: Nano fiber induction pipe k: Suction blower
ℓ: nanofiber focusing device m: nanofiber filament
n: 1st drawing roller o: 2nd drawing roller
p: Third drawing roller q: Winding device
T: Radiation tube S: Spiral curve
Ti: inner surface of the radiating tube H: groove depth of the shape in the shape of a quadrangular groove
A: A part of the shape of the spiral curve
W: groove width of a shape in the form of a quadrangular groove
P: Projection G: Home
R: groove depth of a semi-circular groove shaped object
R ': height of projection of semi-circular projection
Claims (5)
(ⅱ) 상기 방사튜브를 3,000rpm 이상으로 회전시켜 원심력으로 상기 방사용액을 나노섬유 형태로 방사하는 공정;
(ⅲ) 상기 나노섬유 방사공정과 동시에 상기 방사튜브 외부에 설치된 기체분사용 튜브를 통해 기체를 방사튜브 보다 높은 상부 위치에 설치된 나노섬유 유도관 및 나노섬유 집속장치 방향으로 분사하여 방사된 나노섬유를 상기 나노섬유 유도관을 통해 나노섬유 집속장치에 집속하는 공정; 및
(ⅳ) 나노섬유 집속장치에 집속된 나노섬유를 연신로울러로 연신하여 나노섬유로 구성된 필라멘트를 제조한 후 권취하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 필라멘트의 제조방법.(Iii) A spinning solution comprising one type selected from a polymer solution and a polymer melt in a spinning tube having one type selected from cylindrical and conical shapes and having one shape selected from grooves and protrusions formed on an inner surface thereof. Supplying step;
(Ii) spinning the spinning tube at 3,000 rpm or more to spin the spinning solution in the form of nanofibers by centrifugal force;
(Iii) At the same time as the nanofiber spinning process, the nanofibers are spun by spraying the gas toward the nanofiber induction tube and the nanofiber concentrator installed at a higher position than the spinning tube through a gas injection tube installed outside the spinning tube. Focusing the nanofiber focusing device through the nanofiber guide tube; And
(Iii) stretching the nanofibers focused on the nanofiber focusing apparatus with a draw roller to produce a filament made of nanofibers, and then winding the nanofibers;
The method of claim 1, wherein the shapes are formed to be dispersed on the inner surface of the spinning tube in a state separated from each other.
The method of claim 1, wherein the shape formed on the inner surface of the spinning tube is a method of manufacturing a nanofiber filament, characterized in that one type selected from polygonal projections, semi-circular projections, polygonal grooves and semi-circular grooves.
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