KR101601169B1 - 전기 방사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기 방사장치는 나노섬유를 방사하는 다수의 니들을 구비한 방사노즐과, 다수 열로 배열되는 방사노즐들 사이에 배치되어 방사노즐에서 방사되는 나노섬유에 직접 항온항습된 공기를 분사하는 항온항습 유닛과, 상기 방사노즐 및 항온항습유닛이 교대로 고정되는 프레임과, 상기 방사노즐의 하측에 배치되고 나노섬유가 축적되어 나노 웹을 형성하는 콜렉터로 구성되어, 나노웹의 품질을 향상시킬 수 있고, 챔버 전체를 항온항습하지 않아도 되므로 비용을 줄일 수 있다.

Description

전기 방사장치{ELECTROSPINNING APPARATUS}

본 발명은 전기 방사장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 부분 항온 항습 유닛을 구비하는 전기 방사장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기 방사장치는 고분자 물질과 용매가 일정비율로 혼합된 방사용액을 방사노즐을 통해 전기 방사하여 나노 섬유를 제조하고, 나노 섬유가 축적되어 복수의 기공을 갖는 나노 웹을 형성하는 장치이다.

종래의 전기 방사장치는 공개특허공보 10-2010-0133524(2010년 12월 22일)에 개시된 바와 같이, 하부에 섬유 원료액을 토출하는 니들부가 구비되고, 내부로 방사액을 공급받아 상기 니들부로 토출하는 노즐부재와, 상기 노즐부재의 상부 측이 장착되는 노즐 장착부가 하부면에 형성되며, 상기 노즐부재의 내부로 섬유 원료액을 공급하는 원료액 공급 유로 및 공기를 공급받아 배출하는 제 1 공기 유로가 형성된 제 1 노즐 몸체부재와, 상기 제 1 노즐 몸체부재의 하부로 분리 가능하게 결합하며, 상기 노즐부재가 삽입되며 분사구가 하부로 뚫린 삽입부가 형성되고, 내부에 상기 제 1 공기 유로와 삽입부를 연통시키는 제 2 공기 유로가 형성된 제 2 노즐 몸체부재와, 상기 제 1 노즐 몸체부재의 원료액 공급 유로로 연결되며 섬유 원료액을 저장하여 전압을 인가하는 전압 인가부재와, 상기 전압 인가부재에 섬유 원료액을 공급하는 원료액 공급부와, 상기 제 1 노즐 몸체부재의 제 1 공기 유로로 공기를 공급하는 공기 공급부와, 상기 노즐부재의 니들부로부터 토출된 방사 섬유를 웹상태로 포집하는 콜렉터를 포함한다.

이와 같은 종래의 전기 방사장치는 챔버 내부에 설치되고, 방사되는 나노 섬유가 온도와 습도에 민감하기 때문에 챔버 내부의 온도와 습도를 항상 일정하게 유지해야된다.

따라서, 항온 항습장치가 챔버와 연결되어 챔버 내부의 온도 및 습도를 일정하게 유지한다.

하지만, 챔버 내부를 항온항습할 경우 챔버 내부 전체의 온도와 습도를 일정하게 유지해야되므로 항온항습장치의 용량이 커지게 되고, 비용이 증가하는 문제가 있다.

또한, 전기 방자장치가 대형화될 경우 챔버의 사이즈도 커지게 되고, 이러한 큰 사이즈의 챔버 내부 전체를 항온항습할 경우 챔버 내부의 부분별로 온도와 습도가 달라지게 되어 나노 웹의 품질이 저하되는 문제가 있다.

공개특허공보 10-2010-0133524(2010년 12월 22일)

본 발명의 목적은 각 방사노즐들 사이에 항온항습유닛을 설치하여 항온항습된 공기를 방사노즐에서 방사되는 나노섬유에 직접 분사함으로써, 위치에 따라 온도와 습도가 달라지는 현상을 방지할 수 있어 나노 웹의 품질을 향상시킬 수 있는 전기 방사장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각 방사노즐의 측면에 항온항습유닛을 설치하여 방사노즐에서 방사되는 나노섬유를 직접 항온항습함으로써, 챔버 전체를 항온항습하지 않아도 되므로 비용을 줄일 수 있는 전기 방사장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전기 방사장치는 각각 나노섬유를 방사하는 다수의 니들을 구비하며 다수의 열로 배열되는 다수의 방사노즐, 상기 다수의 방사노즐 사이에 배치되어 방사노즐에서 방사되는 나노섬유에 직접 항온항습된 공기를 분사하는 다수의 항온항습 유닛, 상기 방사노즐 및 항온항습유닛이 교대로 고정되는 프레임, 및 상기 방사노즐의 하측에 배치되고 나노섬유가 축적되어 나노 웹을 형성하는 콜렉터를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 방사노즐은 고분자 물질 및 용매가 저장되는 믹싱 탱크와 연결되고, 고전압 발생기와 연결되어 콜렉터와 방사노즐 사이에 고전압 정전기력을 인가할 수 있다.

또한, 상기 항온항습 유닛은 프레임에 고정되고 내부에 공기통로가 형성되는 바디와, 상기 바디의 하면에 일측방향으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 일측에 배치되는 방사노즐에서 방사되는 나노 섬유에 항온항습 공기를 분사하는 제1분사구와, 상기 바디의 하면에 타측 방향으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 타측에 배치되는 방사노즐에서 방사되는 나노 섬유에 항온항습된 공기를 분사하는 제2분사구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공기통로에는 공기통로로 유입된 공기를 고르게 분배하는 다수의 기공을 갖는 부직포가 장착될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 전기 방사장치는 각 방사노즐들 사이에 항온항습유닛을 설치하여 항온항습된 공기를 방사노즐에서 방사되는 나노섬유에 직접 분사함으로써, 위치에 따라 온도와 습도가 달라지는 현상을 방지할 수 있어 나노웹의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 전기 방사장치는 각 방사노즐들 사이에 항온항습유닛을 설치하여 방사노즐에서 방사되는 나노섬유를 직접 항온항습함으로써, 챔버 전체를 항온항습하지 않아도 되므로 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치의 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치의 항온항습 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선의 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B 선의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치의 개략 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치는 다수의 니들(12)이 구비되어 나노섬유를 형성하는 다수의 방사노즐(10)과, 상기 다수의 방사노즐(10)이 다수의 열로 고정되는 프레임(20)과, 방사노즐(10) 사이에 배치되어 항온항습된 공기를 직접 나노섬유로 분사하는 다수의 항온항습 유닛(30)과, 방사노즐(10)의 하측에 배치되어 방사노즐(10)에서 방사되는 나노섬유가 축적되어 나노 웹을 형성하는 콜렉터(40)를 포함한다.

여기에서, 본 발명에 적용되는 방사 노즐은 일반적인 전기방사(electrospinning), 에어 전기방사(AES: Air-Electrospinning), 전기분사(electrospray), 전기분사방사(electrobrown spinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

방사노즐(10)은 고분자 물질과 용매가 혼합되어 저장되는 믹싱 탱크(Mixing Tank)(14)와 연결되어 방사용액이 방사노즐(10)로 공급되고, 고전압 발생기와 연결되어 콜렉터(40)와 방사노즐(10) 사이에 90~120Kv의 고전압 정전기력을 인가함에 의해 나노섬유(16)가 방사되어 나노 웹을 형성한다.

콜렉터(40)의 전방에는 콜렉터(40)로 릴리스 필름(50)을 공급하는 필름 롤(52)이 구비되고, 콜렉터(40)의 후방에는 나노 웹을 가압하여 일정 두께로 형성하는 가압롤러(54)가 배치되고, 가압롤러(54)에 의해 가압된 나노 웹이 감겨지는 시트 롤(56)이 구비된다.

프레임(20)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 콜렉터(40)의 상측에 배치되고 방사노즐(10)이 설치되는 제1고정부(22)과 항온항습 유닛(30)이 설치되는 제2고정부(24)가 교대로 반복하여 형성된다.

그리고, 프레임(20)은 구동장치(미도시)에 연결되어 전후 및 좌우방향으로 직선 왕복 이동되면서 콜렉터(40) 전면에 고르게 나노섬유가 방사되도록 한다.

항온항습 유닛(30)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 항온항습 공기를 발생시키는 항온항습 공기발생장치(60)와 공급호스(62)로 연결되어 항온항습 공기를 제공받고, 공급호스(62)의 일측에는 펌프(64)가 설치되어 항온항습 공기를 펌핑하여 항온항습 유닛(30)에서 항온항습 공기가 분사되도록 한다.

항온항습 공기발생장치(60)는 열교환기를 이용하여 공기를 가열 또는 냉각하여 일정온도를 유지하고, 제습기 및 가습기가 구비되어 일정습도를 유지한다. 그리고, 제어유닛에 의해 열교환기, 제습기 및 가습기를 제어하여 항온항습유닛으로 공급되는 공기의 온도 및 습도를 항상 일정하게 유지한다.

이와 같은, 항온항습 공기발생장치(60)는 나노섬유에 항온항습된 공기를 생성할 수 있는 장치이면 어떠한 장치도 적용이 가능하다.

항온항습유닛(30)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 공기통로(38)가 형성되고 프레임(20)의 제2고정부(24)에 고정되는 바디(36)와, 바디(36)의 하면에 형성되어 항온항습 공기를 나노 섬유에 분사하는 분사구(32,34)를 포함한다.

바디(36)는 방사노즐(10)과 동일한 길이를 갖고 상면에는 공급호스(62)가 연결되어 항온항습 공기가 공급되는 흡입구(72)가 길이방향으로 복수로 형성된다.

공기통로(38)는 바디(36)의 길이방향으로 복수로 구획되게 형성된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 공기통로(38)가 바디(36)의 길이방향으로 일정 간격으로 다수로 형성되고 각각의 공기통로(38)에는 한 쌍의 공급호스(62)가 연결된다.

바디(36)는 방사노즐(10)과 동일한 길이로 일정 길이를 갖기 때문에 공기통로(38)가 전체적으로 연결되어 있으면 위치에 따라 공기 토출량이 서로 달라지게 되고, 이에 따라 위치별 나노 섬유에 분사되는 항온항습 공기량이 달라지게 되어 품질을 저하시킬 우려가 있다.

본 실시예에서는 공기통로(38)가 바디(36)의 길이방향으로 구획되어 다수로 형성되기 때문에 각 공기통로(38)에서 분사되는 항온항습 공기의 토출량을 일정하게 유지할 수 있고, 이에 따라 나노 섬유에 분사되는 공기량을 일정하게 유지할 수 있어 나노 웹의 품질을 향상시킬 수 있다.

공기통로(38)에는 공기통로(38)로 유입된 공기를 고르게 분배하는 다수의 기공을 갖는 부직포(70)가 설치된다. 즉, 유입구(72)를 통해 공기통로(38) 내부로 유입된 항온항습 공기는 부직포(70)에 의해 전체 면에 걸쳐 고르게 분배된 후 분사구(32,34)를 통해 분사되므로 분사구(32,34)의 전체 면에 걸쳐 동일한 공기량이 분사될 수 있다.

분사구(32,34)는 공기통로(38)와 연통되고 바디(36)의 좌측으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 좌측에 위치되는 방사노즐(10)에서 방사되는 나노섬유에 항온항습 공기를 분사하는 제1분사구(32)와, 바디(36)의 우측으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 우측에 위치되는 방사노즐(10)에서 방사되는 나노섬유에 항온항습 공기를 분사하는 제2분사구(34)를 포함한다.

여기에서, 항온항습 유닛(30)은 제1분사구(32) 및 제2분사구(34)가 일정 경사각으로 형성되므로 화살표 P(도 1 참조)와 같은 방향으로 항온항습 공기가 분사되어 방사노즐(10)에서 방사되는 나노섬유에 직접 접촉된다.

그리고, 하나의 항온항습 유닛(30)에 양쪽 측면으로 제1분사구(32) 및 제2분사구(34)가 형성되므로 방사노즐(10)에서 방사되는 나노섬유는 그 양쪽으로 항온항습 공기와 접촉되므로 나노섬유와 항온항습 공기와의 접촉면적을 크게 할 수 있고 이에 따라 나노섬유의 품질을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치의 작용을 다음에서 설명한다.

먼저, 콜렉터(40)가 구동되면, 릴리스 필름(50)이 콜렉터(40)의 상면으로 공급된다.

그리고, 콜렉터(40)와 방사노즐(10) 사이에 고전압 정전기력을 인가함에 의해 방사노즐(10)에서 방사용액을 나노섬유(16)로 만들어 릴리스 필름(50)의 표면에 방사한다. 그러면 릴리스 필름(50)의 표면에 나노 섬유(16)가 축적되어 다수의 기공을 갖는 나노 웹이 형성된다.

이때, 방사노즐(10) 사이에 배치되는 항온항습 유닛(30)에서 항온항습 공기를 나노섬유(16)에 직접 분사한다. 그러면 나노섬유(16)가 일정한 온도 및 일정한 습도를 유지할 수 있어 콜렉터(40)에 축적되는 나노 웹의 품질을 향상시킬 수 있다.

항온항습 공기발생장치(60)에서 항온항습 공기를 발생시키고 공급호스(62)를 통해 항온항습 유닛(30)의 공기통로(38)로 공급된다. 그리고 공기통로(38)로 유입된 공기는 부직포(70)를 통과하면서 고르게 분배되고, 제1분사구(32)를 통해 좌측에 위치되는 나노섬유에 항온항습 공기를 분사하고, 제2분사구(34)를 통해 우측에 위치된 나노섬유에 항온항습 공기를 분사하여 나노섬유를 항온항습시킨다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

10: 분사노즐 12: 니들
14: 믹싱 탱크 16: 나노섬유
20: 프레임 22: 제1고정부
24: 제2고정부 30: 항온항습 유닛
32: 제1분사구 34: 제1분사구
36: 바디 38: 공기통로
40: 콜렉터 50: 릴리스 필름
60: 항온항습 공기발생장치 62: 공급호스
70: 부직포

Claims (8)

1. 각각 나노섬유를 방사하는 다수의 니들을 구비하며 다수의 열로 배열되는 다수의 방사노즐;
   상기 다수의 방사노즐 사이에 배치되어 방사노즐에서 방사되는 나노섬유에 직접 항온항습된 공기를 분사하는 다수의 항온항습 유닛;
   상기 방사노즐 및 항온항습유닛이 교대로 고정되는 프레임; 및
   상기 방사노즐의 하측에 배치되고 나노섬유가 축적되어 나노 웹을 형성하는 콜렉터;를 포함하고,
   상기 다수의 항온항습 유닛 각각은 프레임에 고정되고 내부에 공기통로가 형성되는 바디와,
   상기 바디의 하면에 일측방향으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 일측에 배치되는 방사노즐에서 방사되는 나노 섬유에 항온항습 공기를 분사하는 제1분사구와,
   상기 바디의 하면에 타측 방향으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 타측에 배치되는 방사노즐에서 방사되는 나노 섬유에 항온항습된 공기를 분사하는 제2분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방사노즐은 고분자 물질 및 용매가 저장되는 믹싱 탱크와 연결되고, 고전압 발생기와 연결되어 콜렉터와 방사노즐 사이에 고전압 정전기력을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 바디의 내부에 형성되는 공기통로는 바디의 길이방향으로 다수로 구획되고, 하나의 공기통로에는 한 쌍의 공급 호스가 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 공기통로에는 공기통로로 유입된 공기를 고르게 분배하는 다수의 기공을 갖는 부직포가 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 프레임은 방사노즐이 장착되는 제1고정부와, 항온항습 유닛이 장착되는 제2고정부가 교대로 배열되는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.
7. 나노 섬유를 방사하는 방사노즐;
   상기 방사노즐에서 방사되는 나노 섬유가 축적되는 콜렉터; 및
   상기 방사노즐과 상기 콜렉터 사이의 방사 구간의 온,습도 분위기를 일정하게 유지시키기 위한 항온항습 유닛;을 포함하고,
   상기 항온항습 유닛은 프레임에 고정되고 내부에 공기통로가 형성되는 바디와,
   상기 바디의 하면에 일측방향으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 일측에 배치되는 방사노즐에서 방사되는 나노 섬유에 항온항습 공기를 분사하는 제1분사구와,
   상기 바디의 하면에 타측 방향으로 일정 경사각을 갖도록 형성되어 타측에 배치되는 방사노즐에서 방사되는 나노 섬유에 항온항습된 공기를 분사하는 제2분사구를 포함하는 전기 방사장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 다수의 각 바디와 연결된 항온항습 공기발생장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 방사장치.

Images