KR101415303B1

KR101415303B1 - 나노섬유웹 제조장치 및 방법

Info

Publication number: KR101415303B1
Application number: KR1020120100931A
Authority: KR
Inventors: 성영빈
Original assignee: (주)엠엔에스21
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-07-04
Also published as: KR20140034514A

Abstract

본 발명은 나노섬유웹 제조장치에 관한 것으로, 회전축(10)과, 상기 회전축(10)을 축회전시키는 회전 유니트와, 상기 회전축(10)을 가로지르는 방향으로 폴리머 용융액을 토출시키는 방사노즐(30), 상기 방사노즐(30)과의 사이 공간에 전기장이 형성되게 하는 집적부재(40), 상기 방사노즐(30)로부터 전기장 내로 토출되어 형성되는 나노섬유를 상기 회전축의 축방향을 따라 인출하여 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 인출 유니트, 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 인출되는 나노섬유웹의 일측을 눌러 두 겹으로 포개어지게 하는 폴딩부재(60), 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 상기 폴딩부재에 인접할수록 그 내경이 좁아지도록 안내하는 가이드부재(70), 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 부풀어지도록 그 나노섬유웹의 내부로 공기를 공급하는 블로잉 유니트, 및 상기 방사노즐(30)로부터 토출되는 폴리머 용융액에 고전압을 인가하는 고전압 발생장치(80)를 포함하여, 나노섬유웹의 인장력을 높여 물성을 향상시킬 수 있고, 적은 갯수의 노즐로 광폭의 나노섬유웹을 제조할 수 있게 된다.

Description

나노섬유웹 제조장치 및 방법{ Device for manufacturing a nano-fiber web and Method thereof}

본 발명은 나노섬유웹 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리머 용융액을 전기장 내로 토출시켜 나노섬유를 생성하고 포집하여 나노섬유웹을 제조하는 나노섬유웹 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기방사를 이용한 나노섬유웹 제조장치는 나노섬유의 원료인 폴리머 용융액을 전기장 내로 토출시켜 나노섬유웹을 제조하는 장치로, 이러한 나노섬유웹 제조장치의 일예가 한국 등록특허 제10-0549140호(선행문헌)에 개시되어 있다.

종래 선행문헌에 개시된 나노섬유웹 제조장치는, 열가소성 폴리머를 용융압출기(1)로 가열용융시켜 방사 용융액을 압출하고, 이 용융압출기(1)에서 압출되는 방사 용융액을 방사노즐부(4)의 선단 노즐(5)을 통하여 고전압이 인가된 전기방사영역으로 토출하여, 그 토출된 방사용융액은 전기방사영역의 전기장의 전기력에 의해 극세 섬유로 방사되어 하부의 집적부재(10)에 집적되게 되어 있다.

종래에는 노즐(5)이 고정된 상태에서 방사가 이루어지는데, 이 경우 나노섬유웹의 인장력이 낮아 쉽게 끊어지고, 나노섬유웹을 권취하기 위해서는 나노섬유를 포집하는 포집시트를 반드시 사용해야 하며, 나노섬유웹을 추가로 가공하고자 하는 경우에도 작업이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

또한, 종래의 집적부재(10)은 평판형으로 형성되어 폭넓은 나노섬유웹을 제조하기 위해서는 폭방향을 따라 일정간격을 두고 다수개의 방사노즐부(4)를 구비해야 하는데 폭이 수 미터에 이르게 되면 방사노즐부(4)를 수십개 구비해야 할 뿐만 아니라 수십개의 방사노즐부(4)에 균일한 압력의 용융액을 동시에 공급하기가 어려워 폭방향으로 균일한 두께를 갖는 나노섬유웹을 제조하는데 한계가 있었다.

한편, 폴리머 용융액을 용해시키는 용제(solvent)가 유해한 경우 나노섬유웹으로부터 용제를 휘발시키는 공정을 별도로 수행해야 하는 번거로움이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 나노섬유웹 제조장치 및 방법이 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 나노섬유웹의 인장력을 높여 물성을 향상시킬 수 있고 적은 갯수의 노즐로 광폭의 나노섬유웹을 제조할 수 있는 나노섬유웹 제조장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 나노섬유웹 제조장치는, 폴리머 용융액을 전기장 내로 토출시켜 나노섬유를 생성하고 포집하여 나노섬유웹을 제조하는 나노섬유웹 제조장치로서, 회전축과, 상기 회전축을 축회전시키는 회전 유니트, 상기 회전축을 중심으로 원운동가능하게 구비되고 폴리머 용융액을 수용하는 토출유로를 구비하며 상기 회전축을 가로지르는 방향으로 폴리머 용융액을 토출시키는 방사노즐과, 상기 방사노즐로부터 전기장 내로 토출되어 형성되는 나노섬유를 상기 회전축의 축방향을 따라 인출하여 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 인출 유니트, 및 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 인출되는 나노섬유웹의 일측을 눌러 두 겹으로 포개어지게 하는 폴딩부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 인출 유니트는 상기 회전축의 축방향을 따라 이동하면서 상기 방사노즐로부터 토출되는 나노섬유를 포집하는 포집부재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 포집부재는 무한궤도식으로 이동가능하게 구비될 수 있다.

또한, 상기 포집부재는 선형으로 형성될 수 있고, 특히 상기 포집부재는 와이어, 벨트, 실 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

한편, 상기 포집부재는 상기 회전축의 원주방향을 따라 소정간격을 두고 복수개가 구비될 수도 있다.

바람직하게는, 상기 인출 유니트는 상기 방사노즐로부터 토출되어 환형으로 포집되는 나노섬유웹을 상기 회전축의 축방향을 따라 잡아 당겨 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 풀링 부재를 더 포함한다.

더욱 바람직하게는, 본 발명은 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 부풀어지도록 그 나노섬유웹의 내부로 공기를 공급하는 블로잉 유니트를 더 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 상기 폴딩부재에 인접할수록 그 내경이 좁아지도록 안내하는 가이드부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 나노섬유웹 제조방법은, 폴리머 용융액을 전기장 내로 토출시켜 나노섬유를 생성하고 포집하여 나노섬유웹을 제조하는 나노섬유웹 제조방법으로서, 전기장 내에서 회전축을 중심으로 원운동하는 방사노즐로부터 폴리머 용융액을 토출시켜 나노섬유를 환형으로 포집하는 포집단계와, 상기 포집단계에서 환형으로 형성되는 나노섬유웹을 회전축의 축방향으로 이송시켜 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 인출단계, 및 상기 인출단계에서 관형상으로 형성되는 나노섬유웹을 두 겹으로 포개어지게 하는 폴딩단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명은 상기 폴딩단계에서 포개어진 나노섬유웹의 일측을 절단하여 한 겹의 나노섬유웹을 제조하는 커팅단계를 더 포함한다.

더욱 바람직하게는, 상기 인출단계에서 관형상으로 형성되는 나노섬유웹의 내부로 공기를 주입하여 그 나노섬유웹을 부풀리는 블로잉단계를 더 포함한다.

본 발명에 의한 나노섬유웹 구조체는, 폴리머 용융액이 전기방사되어 형성되는 나노섬유를 포집하는 포집부재가 서로 소정간격을 두고 복수개가 구비되고, 상기 복수개의 포집부재의 일측에 나노섬유웹이 전기방사되어 고정결합된 것을 특징으로 한다.

상기 포집부재는 선형으로 형성될 수 있고, 또한 상기 포집부재는 와이어, 벨트, 실 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 나노섬유웹은 관형상으로 형성되고, 상기 포집부재는 관형상의 나노섬유웹의 원주방향을 따라 소정간격을 두고 복수개가 구비되되, 각 포집부재는 나노섬유웹의 축방향을 따라 선형으로 구비된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 나노섬유웹 제조장치 및 방법에 의하면, 나노섬유웹의 인장력을 높여 물성을 향상시킬 수 있고, 적은 갯수의 노즐로 광폭의 나노섬유웹을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 관형상의 나노섬유웹의 내부에 고온의 공기를 주입하여 풍선과 같이 부풀림으로써 솔벤트를 나노섬유웹으로부터 용이하게 제거할 수 있으며, 나노섬유웹을 용이하게 건조시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유웹 제조장치를 나타낸 개념도,
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 절개한 개략적 횡단면도,
도 3은 도 1의 B부분 확대도,
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 나노섬유웹 제조장치를 나타낸 개념도,
도 5는 도 4의 C-C선을 따라 절개한 개략적 횡단면도,
도 6은 도 5의 D에서 바라본 개략적 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 인출유니트의 다른 일실시예를 나타낸 개념도,
도 8은 도 7의 E-E선을 따라 바라본 개략적 횡단면도,
도 9는 본 발명에 따른 인출유니트의 또 다른 일실시예를 나타낸 개념도,
도 10은 도 9에 도시된 나노섬유웹 제조장치를 나타낸 개략적 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나노섬유웹 제조장치는, 회전축(10)과, 상기 회전축(10)을 축회전시키는 회전 유니트와, 상기 회전축(10)을 가로지르는 방향으로 폴리머 용융액을 토출시키는 방사노즐(30), 상기 방사노즐(30)과의 사이 공간에 전기장이 형성되게 하는 집적부재(40), 상기 방사노즐(30)로부터 전기장 내로 토출되어 형성되는 나노섬유를 상기 회전축의 축방향을 따라 인출하여 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 인출 유니트, 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 인출되는 나노섬유웹의 일측을 눌러 두 겹으로 포개어지게 하는 폴딩부재(60), 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 상기 폴딩부재에 인접할수록 그 내경이 좁아지도록 안내하는 가이드부재(70), 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 부풀어지도록 그 나노섬유웹의 내부로 공기를 공급하는 블로잉 유니트, 및 상기 방사노즐(30)로부터 토출되는 폴리머 용융액에 고전압을 인가하는 고전압 발생장치(80)를 포함한다.

상기 회전축(10)은 집적부재(40)의 내부에 회전 유니트에 의해 축회전가능하게 구비된다.

상기 회전 유니트는 구동모터(26)를 구비하고 벨트(27)와 풀리(28)로 구동모터(26)의 동력을 회전축(10)에 전달한다. 상기 회전축(10)에는 상기 고전압 발생장치(80)로부터 고전압이 인가되므로 벨트(27)와 풀리(28)로 동력을 전달하여 구동모터(26)에 고전압이 인가되지 않도록 차단하게 된다. 상기 회전축(10)에 인가되는 고전압은 회전축(10)의 외주면에 결합되는 방사노즐(30)로 전달되어 방사노즐(30) 내의 폴리머 용융액에 전기를 인가하여 전기방사를 구현시키게 된다.

상기 방사노즐(30)은 상기 회전축(10)을 중심으로 원운동가능하게 구비된다. 즉, 상기 방사노즐(30)은 상기 회전축(10)의 외주면에 외팔보형상으로 돌출되어 나사결합됨으로써 회전축(10)이 축회전할 때 회전축(10)을 중심으로 원운동하게 된다. 상기 토출유로는 상기 회전축(10)을 가로지르는 방향으로 형성되어 폴리머 용융액을 회전축(10)을 가로지르는 방향으로 토출시킨다.

상기 회전축(10)의 내부에는 폴리머 용융액 공급유로(11)가 형성되고, 상기 각 방사노즐(30)들은 상기 폴리머 용융액 공급유로(11)와 연통되어 폴리머 용융액을 수용하는 토출유로를 각각 구비하고 있다. 폴리머 용융액은 폴리머 용융액 공급원(21)으로부터 상기 회전축(10)의 폴리머 용융액 공급유로(11)를 통해 각각의 방사노즐(30)로 공급되어 각 토출유로를 통해 방사노즐(30)의 외부로 토출되면서 전기방사된다.

도 1과 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(10)의 내부에는 외부로부터 공기를 통과시키는 공기 공급유로(13)와, 폴리머 용융액 공급원(21)으로부터 폴리머 용융액을 통과시키는 폴리머 용융액 공급유로(11)가 구비되어 있다.

상기 공기 공급유로(13)는 회전축(10)의 축중심에 위치하고 상기 폴리머 용융액 공급유로(11)는 축중심에서 편심되게 구비된다.

상기 회전축(10)의 외주면에는 링 형상의 로터리 조인트(22)가 회전축(10)에 대하여 회전가능하게 구비되어 상기 폴리머 용융액 공급원(21)으로부터 공급되는 폴리머 용융액을 회전하는 회전축(10)에 전달할 수 있게 된다. 즉, 상기 회전축(10)의 폴리머 용융액 공급유로(11)의 일측에는 폴리머 용융액 유입구(12)가 형성되고, 상기 로터리 조인트(22)는 그 폴리머 용융액 유입구(12)와 연통되는 연결유로(22a)를 구비하고 있으며 상기 폴리머 용융액 공급원(21)으로부터의 용융액 공급라인(21a)과 연결되는 라인결합부(22b)가 형성되어 있다. 상기 로터리 조인트(22)의 연결유로(22a)는 상기 회전축(10)의 외주면을 따라 링 형상으로 형성됨으로써 회전축(10)의 회전시에도 상기 폴리머 용융액 유입구(12)로 폴리머 용융액을 공급할 수 있게 된다. 상기 로터리 조인트(22)는 고정된 상태에서 상기 회전축(10)이 축회전하게 되고, 상기 폴리머 용융액 공급원(21)으로부터 용융액 공급라인(21a)을 통해 라인결합부(22b)로 공급된 폴리머 용융액은 링 형상의 연결유로(22a)를 통해 회전축(10)의 외주면을 따라 폴리머 용융액 유입구(12)로 공급된다.

상기 집적부재(40)는 원통형상으로 상기 방사노즐(30)의 선단과 소정 거리를 두고 이격되어 구비되고 접지되어 구비된다. 따라서, 상기 고전압 발생장치(80)에 의해 고전압이 인가되는 상기 방사노즐(30)과 전위차가 발생하게 되어 상기 방사노즐(30)로부터 토출되는 폴리머 용융액이 회전축(10)의 반경방향을 따라 집적부재(40)쪽으로 방사된다. 즉, 상기 집적부재(40)와 방사노즐(30) 및 회전축(10)과의 사이에 전위차가 발생하여 원통 공간 내부에 전기장이 형성되어 전기방사가 이루어지게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 방사노즐(30)로부터 토출되어 상기 집적부재(40)쪽으로 방사되는 나노섬유는 집적부재(40)의 내측면에 포집된다.

상기 인출 유니트는 상기 방사노즐(30)로부터 토출되어 환형으로 포집되는 나노섬유웹을 상기 회전축의 축방향을 따라 잡아 당겨 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 풀링부재(51)를 포함한다.

본 실시예의 풀링부재(51)는 환형으로 포집되는 나노섬유웹의 선단을 권취하여 잡아 당기는 권취롤러이다. 권취롤러는 풀링부재(51)의 일예에 불과할 뿐 나노섬유웹을 잡아 당겨 이송시킬 수 있는 수단은 모두 가능하다.

본 실시예에서 나노섬유는 상기 집적부재(40)의 내측벽에 포집되는데, 상기 회전축(10)이 회전함에 따라 방사노즐(30)이 원운동하면서 나노섬유가 형성되어 환형의 나노섬유웹(N)이 형성된다.

한편, 상기 방사노즐(30)들은 상기 회전축(10)의 축방향을 따라 다수개가 소정간격을 두고 구비되고, 그로 인해 환형의 나노섬유웹(N)이 상기 집적부재(40)의 내측면 전체에 걸쳐 원통형으로 형성되며, 원통형으로 형성된 나노섬유웹(N)의 선단을 상기 풀링부재(51)가 잡아 당기게 되면 관(tube)형상의 나노섬유웹이 연속하여 만들어지게 된다. 이와 같이 상기 집적부재(40)의 표면에 포집되어 형성되는 나노섬유웹을 직접적으로 잡아 당겨 인출시키는 것도 가능하나, 별도의 인출수단을 구비하는 것도 가능하다.

가령, 도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 인출 유니트는 전기장내에서 상기 회전축(10)의 축방향을 따라 이동하면서 상기 방사노즐(30)로부터 토출되어 형성되는 나노섬유를 포집하는 포집부재(52,53,54)를 더 포함할 수 있다.

상기 포집부재(52,53,54)는 와이어나 실, 로우프, 벨트와 같이 선형으로 형성되고, 상기 회전축(10)의 축방향을 따라 전기장 내를 관통하면서 나노섬유웹을 이송시키게 된다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 포집부재(52)는 실로 형성되고, 상기 집적부재(40)의 내부에 구비되되 다수개가 상기 집적부재(40)의 원주방향을 따라 서로 소정간격을 두고 구비되어 있다. 실로 구성된 포집부재(52)는 롤러에 권취되었다가 풀어지면서 상기 집적부재(40)의 내부를 통과하게 되고 상기 풀링부재(51)에 의해 권취되면서 관형상의 나노섬유웹을 이송시키게 된다.

또한, 상기 다수개의 포집부재(52)의 일측에는 나노섬유웹이 포집되어 다수개의 포집부재(52)와 환형의 나노섬유웹이 일체로 결합된 나노섬유웹 구조체를 형성하게 된다. 즉, 도 5의 확대부분과 도 6을 참조하면 나노섬유웹 구조체는 실로 된 다수개의 포집부재(52)가 서로 소정간격을 두고 구비되고, 그 포집부재(52)의 내측으로 나노섬유가 전기방사되어 고정결합된 것다. 이와 같이 다수개의 포집부재(52)와 나노섬유웹이 일체로 결합된 상태에서 포집부재(52)를 이동시키게 되면 그 포집부재(52)와 함께 나노섬유웹을 이송시킬 수 있게 되는 것이다.

도 7과 도 8에는 포집부재의 다른 실시예가 개시되어 있다. 도 7과 도 8에 도시된 포집부재(53)는 무한궤도식으로 이동가능하게 구비되어 나노섬유웹과 함께 일정거리만큼 이동하면서 나노섬유웹을 이송시키게 된다. 즉, 본 실시예의 포집부재(53)는 그 일측에 포집되어 결합되는 나노섬유웹과 함께 이동하게 되나 상기 집적부재(40)를 통과한 이후에 나노섬유웹과 분리되어 무한궤도식으로 순환하게 된다.

도 9와 도 10에는 포집부재의 또 다른 실시예가 개시되어 있다. 도 9와 도 10에 도시된 포집부재(54)는 필름이나 부직포와 같은 면으로 된 것으로, 상기 집적부재(40)에 말린 상태로 유입되었다가 나노섬유웹을 포집하여 함께 이송하게 된다. 이 경우 나노섬유는 원통형의 포집부재(54)의 내측면에 포집되고 관형상의 나노섬유웹을 이루게 된다. 상기 포집부재(54)는 나노섬유웹과 함께 이동하면서 상기 풀링부재(51)에 권취된다.

상기 폴딩부재(60)는 1쌍의 롤러로 상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 인출되는 나노섬유웹의 일측을 눌러 두 겹으로 포개어지게 한다. 관형상으로 형성된 나노섬유웹을 1쌍의 롤러로 된 폴딩부재(60)에 통과시키게 되면 두 겹으로 포개어진 형태의 나노섬유웹을 얻을 수 있게 된다. 또한, 포개어진 상태로 나노섬유웹을 다수개의 롤러를 통해 롤링작업을 하게 되면 나노섬유웹의 물성이 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다. 즉, 관형상의 나노섬유웹이 포개어지면 롤링작업을 통해 나노섬유웹을 용이하게 인장시킬 수 있게 되고 그로 인해 인장강도를 높일 수 있게 되는 것이다.

한편, 두 겹으로 포개어진 나노섬유웹의 접힌 일단을 커터로 절단한 후 펼치게 되면 한 장의 평면 형태의 나노섬유웹이 만들어지게 된다. 즉, 원형을 펼쳐 광폭의 나노섬유웹을 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기 가이드부재(70)는 다수개의 롤러로 구성되어 관형상의 나노섬유웹이 상기 폴딩부재(60)에 인접할수록 그 내경이 좁아지도록 안내한다. 즉, 다수개의 롤러로 구성된 가이드부재(70)들은 상기 집적부재(40)에서 상기 폴딩부재(60)로 가까워질수록 서로의 간격이 좁아지게 구비됨으로써 관형상의 나노섬유웹이 용이하게 접힐 수 있도록 폴딩부재(60)쪽으로 안내하게 된다.

상기 블로잉 유니트는 관형상의 나노섬유웹이 부풀어지도록 그 나노섬유웹의 내부로 공기를 공급하는 공기 공급유로(13)와, 상기 공기 공급유로(13)로 공기를 강제로 공급하는 공기 공급원(24), 및 상기 공기 공급원(24)으로부터 토출되는 공기를 가열하는 공기 히터(25)를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 공기 공급유로(13)는 상기 회전축(10)의 일측에 구비된다. 상기 회전축(10)의 일단에는 회전하는 회전축(10)의 공기 공급유로(13)로 공기를 공급하기 위한 스위블 조인트(23)가 구비되어 있다. 상기 스위블 조인트(23)는 고정된 상태에서 회전축(10)이 회전하면서 외부의 공기를 공기 공급유로(13)로 공급하게 된다. 상기 공기 공급유로(13)는 상기 회전축(10)을 관통하여 형성되고, 회전축(10)의 일단에는 공기 공급유로(13)로 공급된 공기가 토출되는 공기 토출구(13a)가 구비되어 있다. 즉, 회전축(10)의 일단에는 스위블 조인트(23)가 결합되고 타단에는 공기 토출구(13a)가 형성되어 있다. 상기 회전축(10)의 공기 공급유로(13)로는 고온의 공기가 공급되며, 이를 위해 공기 공급원(24)과 공기 히터(25)가 구비된다. 상기 공기 공급원(24)으로부터 고압의 공기가 발생되고, 고압의 공기는 공기 히터(25)에 의해 고온으로 가열된 후 스위블 조인트(23)를 통해 회전축(10)의 공기 공급유로(13)로 공급되며 상기 공기 토출구(13a)를 통해 나노섬유웹의 내부로 공급된다. 관형상의 나노섬유웹 내부로 유입된 고온의 공기는 나노섬유웹을 부풀려 표면적이 늘어나게 함으로써 나노섬유웹의 인장력을 증가시키게 된다. 또한, 고온의 공기는 나노섬유웹을 통과하여 외부로 배출되면서 나노섬유웹을 건조시킬 뿐만 아니라, 나노섬유웹에 함유된 유해한 용제(solvent)를 휘발시키게 된다.

본 발명에 의한 나노섬유웹 제조방법은, 전기장 내에서 나노섬유를 환형으로 포집하는 포집단계, 상기 포집단계에서 환형으로 형성되는 나노섬유웹을 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 인출단계, 상기 인출단계에서 관형상으로 형성되는 나노섬유웹을 두 겹으로 포개어지게 하는 폴딩단계, 상기 폴딩단계에서 포개어진 나노섬유웹의 일측을 절단하여 한 겹의 나노섬유웹을 제조하는 커팅단계를 포함한다.

상기 포집단계에서는 상기 회전축(10)을 중심으로 원운동하는 방사노즐(30)로부터 폴리머 용융액을 토출시켜 나노섬유를 환형으로 형성하게 된다.

상기 인출단계에서는 환형으로 형성된 나노섬유웹을 상기 회전축(10)의 축방향으로 이송시켜 연속하는 관형상의 나노섬유웹을 만들게 된다. 여기서, 관형상의 나노섬유웹의 선단을 권취롤러로 권취하게 되면 연속하여 관형상의 나노섬유웹을 만들 수 있게 된다.

여기서, 상기 인출단계에서 관형상으로 형성되는 나노섬유웹을 부풀리는 블로잉단계를 수행한다. 즉, 상기 블로잉단계에서는 관형상의 나노섬유웹 내부로 고온의 공기를 주입하여 나노섬유웹을 부풀리는 한편 고온 건조시키면서 용제를 휘발시키게 된다.

상기 폴딩단계에서 관형상의 나노섬유웹의 일측을 눌러 두 겹으로 포개어지게 한 후, 포개어진 나노섬유웹을 커팅단계에서 절개하여 평면으로 된 광폭의 나노섬유웹을 얻게 된다.

상기 폴딩단계에서는 1쌍의 롤러 사이로 관형상의 나노섬유웹을 압착시키면서 통과시켜 두 겹으로 포개어지게 한다. 관형상의 나노섬유웹을 1쌍의 롤러 사이로 투입하기 위해서는 가이드부재를 사용하여 나노섬유웹의 관형상을 타원으로 변형시키되 장축이 1쌍의 롤러에 인접할수록 길이지게 안내하는 것이 바람직하다.

한편, 연속적인 생산공정에서는 나노섬유웹의 일측에서 상기 폴딩단계가 수행되는 동안 나노섬유웹 전체에 대해서는 상기 인출단계가 수행되어 나노섬유웹을 신장시키게 된다. 즉, 상기 폴딩단계는 나노섬유웹을 압착하여 물어 잡는 역할도 하게 되므로 나노섬유웹의 일측이 폴딩되고 있는 상태에서 나노섬유웹을 권취롤러로 잡아 당겨 인출시키게 되면 나노섬유웹이 늘어나면서 인장력이 커지게 된다.

상기 커팅단계에서는 두 겹으로 포개어진 나노섬유웹의 양단 또는 일단을 커터로 연속하여 절개한다. 이때 양단을 절개하게 되면 2장의 나노섬유웹을 얻을 수 있고, 일단만 절개하게 되면 두 겹이 펼쳐져 1장으로 된 광폭의 나노섬유웹을 얻을 수 있게 된다.

10 : 회전축 11 : 폴리머 용융액 공급유로
12 : 폴리머 용융액 유입구 13 : 공기 공급유로
13a : 공기 토출구 21 : 폴리머 용융액 공급원
21a : 용융액 공급라인 22 : 로터리 조인트
22a : 연결유로 22b : 라인결합부
23 : 스위블 조인트 24 : 공기 공급원
25 : 공기 히터 26 : 구동모터
27 : 벨트 28 : 풀리
30 : 방사노즐 40 : 집적부재
51 : 풀링부재 52,53,54 : 포집부재
60 : 폴딩부재 70 : 가이드부재
80 : 고전압 발생장치

Claims

폴리머 용융액을 전기장 내로 토출시켜 나노섬유를 생성하고 포집하여 나노섬유웹을 제조하는 나노섬유웹 제조장치에 있어서,
회전축;
상기 회전축을 축회전시키는 회전 유니트;
상기 회전축을 중심으로 원운동가능하게 구비되고, 폴리머 용융액을 수용하는 토출유로를 구비하며, 상기 회전축을 가로지르는 방향으로 폴리머 용융액을 토출시키는 방사노즐;
상기 방사노즐로부터 전기장 내로 토출되어 형성되는 나노섬유를 상기 회전축의 축방향을 따라 인출하여 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 인출 유니트; 및
상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 인출되는 나노섬유웹의 일측을 눌러 두 겹으로 포개어지게 하는 폴딩부재;를 포함하고,
상기 인출 유니트는, 상기 회전축의 축방향을 따라 이동하면서 상기 방사노즐로부터 토출되는 나노섬유를 포집하는 포집부재;를 더 포함하되,
상기 포집부재는 무한궤도식으로 이동가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 포집부재는 선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 포집부재는 와이어, 벨트, 실 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조장치.
제1항, 제4 및 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 포집부재는 상기 회전축의 원주방향을 따라 소정간격을 두고 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 인출 유니트는,
상기 방사노즐로부터 토출되어 환형으로 포집되는 나노섬유웹을 상기 회전축의 축방향을 따라 잡아 당겨 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 풀링 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 부풀어지도록 그 나노섬유웹의 내부로 공기를 공급하는 블로잉 유니트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 인출 유니트에 의해 관형상으로 형성되는 나노섬유웹이 상기 폴딩부재에 인접할수록 그 내경이 좁아지도록 안내하는 가이드부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조장치.
폴리머 용융액을 전기장 내로 토출시켜 나노섬유를 생성하고 포집하여 나노섬유웹을 제조하는 나노섬유웹 제조방법에 있어서,
전기장 내에서 회전축을 중심으로 원운동하는 방사노즐로부터 폴리머 용융액을 토출시켜 나노섬유를 환형으로 포집하는 포집단계;
상기 포집단계에서 환형으로 형성되는 나노섬유웹을 회전축의 축방향으로 이송시켜 관형상의 나노섬유웹을 형성하는 인출단계;
상기 인출단계에서 관형상으로 형성되는 나노섬유웹을 두 겹으로 포개어지게 하는 폴딩단계; 및
상기 폴딩단계에서 포개어진 나노섬유웹의 일측을 절단하여 한 겹의 나노섬유웹을 제조하는 커팅단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조방법.
삭제
제10항에 있어서,
상기 인출단계에서 관형상으로 형성되는 나노섬유웹의 내부로 공기를 주입하여 그 나노섬유웹을 부풀리는 블로잉단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 제조방법.
폴리머 용융액이 전기방사되어 형성되는 나노섬유를 포집하는 포집부재가 서로 소정간격을 두고 복수개가 구비되고,
상기 복수개의 포집부재의 일측에 나노섬유웹이 전기방사되어 고정결합된 나노섬유웹 구조체.
제13항에 있어서,
상기 포집부재는 선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 구조체.
제13항에 있어서,
상기 포집부재는 와이어, 벨트, 실 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 구조체.
제13항에 있어서,
상기 나노섬유웹은 관형상으로 형성되고, 상기 포집부재는 관형상의 나노섬유웹의 원주방향을 따라 소정간격을 두고 복수개가 구비되되, 각 포집부재는 나노섬유웹의 축방향을 따라 선형으로 구비된 것을 특징으로 하는 나노섬유웹 구조체.