KR101619236B1

KR101619236B1 - 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐 및 이를 구비한 전기 방사장치

Info

Publication number: KR101619236B1
Application number: KR1020130094966A
Authority: KR
Inventors: 서인용
Original assignee: 주식회사 아모그린텍
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2016-05-10
Also published as: KR20150018273A

Abstract

본 발명은 나노 섬유가 방사되는 구간에 대하여 항온항습된 공기를 분사하여 항온항습을 수행하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐 및 이를 구비하는 전기 방사장치를 개시한다. 개시된 본 발명에 의한 방사노즐은, 나노 섬유를 방사하는 복수의 니들을 구비하는 노즐바디; 상기 노즐바디가 수용되며, 항온항습된 공기가 분사되는 복수의 분사홀이 형성된 자켓바디; 및 상기 자켓바디에 밀봉 가능하게 결합되고, 방사용액이 공급되는 용액 공급구와 항온항습된 공기가 공급되는 공기 공급구가 설치된 커버부재;를 포함한다. 발명에 의하면 적어도 방사구간에서는 위치에 따라 방사조건이 일정하게 유지되기 때문에, 나노웹의 품질 향상을 도모할 수 있으며, 챔버 전체를 항온항습할 필요가 없기 때문에, 설비의 간소화를 통한 제품 원가 구조를 개선할 수 있다.

Description

항온항습유닛을 구비하는 방사노즐 및 이를 구비한 전기 방사장치{SPINNING NOZZLE HAVING SYSTEM FOR CONSTANT TEMPERATURE AND HUMIDITY AND ELECTROSPINNING DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 전기 방사장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 항온항습된 공기를 분사하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐 및 이를 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.

일반적인 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 콜렉터 등을 포함하여 구성된다.

이와 같은 전기 방사장치는 일반적으로 챔버 내부에 설치되는데, 방사되는 나노 섬유가 온도와 습도에 민감하기 때문에 챔버 내부의 온도와 습도를 항상 일정하게 유지해야된다. 따라서, 항온 항습장치를 챔버와 연결하여 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 내부를 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 방사노즐에 항온항습된 공기를 분사하는 항온항습유닛을 일체로 설치하여 항온항습된 공기를 방사구간에 직접 분사함으로써, 방사구간의 온도와 습도를 항상 일정하게 유지하여 온도 및 습도가 달라짐으로써 야기되는 나노 웹의 품질 저하를 방지할 수 있는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐 및 이를 구비하는 전기 방사장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방사노즐에 항온항습유닛을 일체로 설치하여 방사노즐과 콜렉터 사이의 방사구간만을 부분적으로 항온항습함으로써 전기방사장치가 설치된 챔버 전체를 항온항습할 필요가 없어 항온항습을 위한 비용을 줄일 수 있는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐 및 이를 구비한 전기 방사장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐은, 나노 섬유를 방사하는 복수의 니들을 구비하는 노즐바디; 상기 노즐바디가 수용되며, 항온항습된 공기가 분사되는 복수의 분사홀이 형성된 자켓바디; 및 상기 자켓바디에 밀봉 가능하게 결합되고, 방사용액이 공급되는 용액 공급구와 항온항습된 공기가 공급되는 공기 공급구가 설치된 커버부재;를 포함한다.

상기 노즐바디에는 방사용액이 유입되는 용액챔버가 형성되고, 상기 자켓바디에는 항온항습된 공기가 유입되는 공기챔버가 형성될 수 있다.

또한, 상기 노즐 바디에는 그 길이방향으로 방사용액이 유입되는 용액챔버가 형성되고, 상기 복수의 니들은 그 일단이 용액챔버로 압입되어 용액챔버 내에 위치되고, 타단은 상기 자켓 바디의 분사홀을 통과하여 상기 자켓 바디의 하면에 돌출되게 위치될 수 있다.

또한, 상기 분사홀의 내경은 상기 니들의 외경에 비해 크게 형성되어 상기 니들의 외주면으로 항온항습 공기가 분사되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 노즐 바디에는 용액챔버와 연통되어 용액챔버로 방사용액을 공급하는 용액유로가 형성되고, 상기 자켓 바디의 공기챔버로 항온항습 공기를 공급하는 공기유로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 자켓 바디에는 노즐 바디가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈의 바닥면 가장자리에는 오링부재가 장착되어 노즐 바디의 하면이 오링부재에 안착되어 공기챔버 영역을 형성할 수 있다.

또한, 상기 커버부재에는 상기 용액챔버와 연결되어 용액챔버에 저장된 용액을 밴트시키는 밴트구가 장착될 수 있다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 전기 방사장치는, 상기한 바와 같은 특징을 갖는 방사노즐; 상기 방사노즐에서 분사되는 나노섬유를 축적하는 콜렉터; 상기 방사노즐로 방사용액을 공급하는 원료공급장치; 및 상기 방사노즐로 항온항습된 공기를 공급하는 항온항습 공기발생장치;를 포함한다.

본 발명에 의하면, 노즐바디에 설치된 복수의 니들에서 나노섬유를 방사함과 아울러 노즐바디에 마련된 항온항습유닛에서 항온항습된 공기를 나노섬유가 방사되는 구간에 분사하여 항온항습을 수행하므로, 적어도 방사구간은 일정한 온도와 습도를 유지할 수 있으며, 따라서 방사구간의 위치에 따라 온도와 습도가 달라짐으로써 발생되는 나노웹의 품질 저하 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 나노 섬유가 방사되는 구간에 대하여 항온항습을 진행하기 때문에, 전기 방사장치가 설치된 챔버 전체를 항온항습할 필요가 없어, 설비의 간소화 및 설비투자 비용을 줄일 수 있으며, 따라서 제품의 원가 구조를 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사노즐의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사노즐의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A선의 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B 선의 단면도이다.
도 5는 도 1의 C-C 선의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치의 구성도이다.

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 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사노즐(100)은 나노 섬유를 방사하는 복수의 니들(12)이 연결되고 방사용액이 유입되는 용액챔버(14)가 형성되는 노즐 바디(10)와, 노즐 바디(10)가 삽입되고 하면에는 복수의 니들(12)이 통과하고 항온항습 공기가 분사되는 복수의 분사홀(22)이 형성되며 항온항습 공기가 유입되는 공기챔버(24)가 형성되는 자켓 바디(20)와, 자켓 바디(20)의 상면에 밀봉 가능하게 결합되고 방사용액이 공급되는 용액 공급구(40)와, 항온항습 공기가 공급되는 공기 공급구(44)가 장착되는 커버부재(30)를 포함한다.

노즐 바디(10)는 일정 길이를 갖는 블록 형태이고, 길이방향으로 방사용액이 채워지는 용액챔버(14)가 형성되고 용액챔버(14)의 하면에는 복수의 니들(12)이 일렬로 삽입 고정된다.

그리고, 노즐 바디(10)에는 용액챔버(14)로 방사용액을 유입하는 용액유로(16)가 노즐 바디(10)의 길이방향으로 간격을 두고 복수로 형성된다. 용액유로(16)의 개방된 상면에는 용액 공급구(40)가 밀봉 가능하게 결합된다. 용액유로들(16) 사이에는 노즐 바디(10)의 청소 등을 위해 용액챔버(14)에 채워진 방사용액을 빼내는 밴트 유로(18)가 형성되고, 밴트 유로(18)의 개방된 상면에는 밴트구(42)가 장착된다.

그리고, 노즐 바디(10)에는 항온항습 공기를 공기챔버(24)로 공급하는 공기유로(26)가 형성되고, 공기유로(26)의 개방된 상단에는 공기 공급구(44)가 밀봉 가능하게 장착된다.

공기 유로(26)는 공기 공급구(44)가 장착되는 제1공기유로(26a)와, 제1공기유로(26a)에서 분기되고 용액챔버(14)의 양쪽 측면에 수직으로 노즐 바디(10)의 하면에 관통되게 형성되는 제2공기유로(26b)를 포함한다.

노즐 바디(10)는 복수의 니들(12)을 압입하여 결합시킬 수 있도록 테프론 재질(Tefron)로 제조하고, 커버부재(30) 또는 자켓 바디(20)는 PEEK(Poly ether ether ketone), 아세탈(POM; Polyoxymethylene), MC 나일론(Mono Cast Nylon) 중 어느 하나를 사용하여 제조되는 바람직하다.

PEEK(Poly ether ether ketone), 아세탈(POM; Polyoxymethylene), MC 나일론(Mono Cast Nylon)는 내열성, 내약품성, 내구성 등과 같은 기계적 성질이 우수하므로 서로 결합되어 장착되는 커버부재(30) 또는 자켓 바디(20)의 기계적 강도를 확보할 수 있게 한다.

니들(12)은 도전성 재질로 제조되어 원활한 전기 방사가 이루어지도록 한다.

니들(12)은 노즐 바디(10)에 압입되고 그 일단이 용액챔버(14)에 위치되고, 타단은 자켓 바디(20)의 분사홀(22)을 통과하여 자켓 바디(20)의 하면에서 일정 높이로 돌출된다.

여기에서, 니들(12)의 돌출 높이는 방사 용액의 점성에 따라 변형 실시될 수 있으며 본 발명에서는 3 ~ 5mm 이내의 높이로 돌출시키는 것을 기본으로 한다.

자켓 바디(30)는 상측이 개방되고 노즐 바디(10)가 삽입되는 삽입홈(52)이 길이방향으로 형성되며, 삽입홈(52)의 바닥면 가장자리에는 사각형 형태의 오링부재(54)가 장착되어 공기챔버(24) 영역을 확보한다.

즉, 노즐 바디(10)가 삽입홈(52)에 삽입되면 노즐 바디(10)의 하면 가장자리가 오링부재(54)에 접촉되고 이에 따라 자켓 바디(20)의 내부에는 오링부재(54)에 의해 공간이 확보되고, 이 공간이 공기챔버(24) 영역이 된다.

자켓 바디(20)의 분사홀(22)의 내경은 니들(12)의 외경에 비해 크게 형성되어 니들(12)이 분사홀(22)의 중앙을 통과하고, 분사홀(12)을 통해 항온항습 공기가 니들(12)의 주변으로 분사된다.

따라서, 니들(12)에서 방사되는 나노 섬유에 직접 항온항습 공기가 접촉되어 나노 섬유를 항온항습한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사장치의 구성도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 전기 방사장치는 나노 섬유를 방사하고 나노 섬유에 항온항습 공기를 분사하는 방사노즐(100)과, 방사노즐(100)의 하측에 배치되고 나노섬유가 축적되어 나노 웹을 형성하는 콜렉터(80)와, 방사용액이 저장되고 방사노즐(100)의 용액 공급구(40)에 연결되는 원료공급장치(84)와, 항온항습 공기를 발생시키고 방사노즐(100)의 공기 공급구(44)에 연결되는 항온항습 공기발생장치(82)를 포함한다.

방사노즐(100)은 위의 일 실시예에서 설명한 방사노즐(100)과 동일하다.

항온항습 공기 발생장치(82)는 열교환기를 이용하여 공기를 가열 및 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 공기 발생장치(82)는 나노섬유에 항온항습된 공기를 생성할 수 있는 장치이면 어떠한 장치도 적용이 가능하다.

원료공급장치(84)는 용액 공급라인(86)에 의해 노즐바디(10)의 용액 공급구(40)와 연결되어 원료공급장치에 저장된 방사용액이 노즐바디(10)의 용액챔버(14)로 공급된다.

그리고, 항온항습 공기 발생장치(82)는 공기 공급라인(88)에 의해 자켓 바디(24)의 공기 공급구(44)와 연결되어 항온항습 공기 발생장치(82)에서 발생된 항온항습 공기가 자켓 바디(20)의 공기챔버(24)로 공급된다.

콜렉터(80)의 전방에는 릴리스 필름이 감겨진 필름 롤(90)이 구비되어 릴리스 필름을 콜렉터(80)로 공급하고, 콜렉터(80)의 후방측에는 방사노즐(100)을 통과하면서 형성된 나노 웹을 일정 두께로 가압하는 가압롤러(92)가 구비되며, 가압롤러(92)를 통과하면서 가압된 시트 형태의 나노 웹이 감겨지는 시트 롤(94)이 구비된다.

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

먼저, 콜렉터(80)가 구동되면, 릴리스 필름이 콜렉터(80)의 상면으로 공급된다.

그리고, 콜렉터(80)와 방사노즐(100) 사이에 고전압 정전기력을 인가함에 의해 방사노즐(100)의 니들(12)에서 방사용액을 나노섬유로 만들어 릴리스 필름의 표면에 방사한다. 그러면 릴리스 필름의 표면에 나노 섬유가 축적되어 다수의 기공을 갖는 나노 웹이 형성된다.

이때, 자켓 바디(20)의 공기챔버(24)에 채워진 항온항습 공기가 분사홀(22)을 통해 분사된다. 그러면, 니들(12)에서 방사되는 나노섬유에 항온항습 공기가 직접 접촉되어 나노섬유가 일정한 온도 및 일정한 습도를 유지한 상태로 콜렉터(80)에 축적되는 나노 웹의 품질을 향상시킨다.

그리고, 분사홀(22)에서 분사되는 항온항습 공기는 니들(12)에서 나노섬유를 방사할 때 나노섬유가 날리지 않고 릴리스 필름의 표면에 포집 및 집적될 수 있도록 가이드하는 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 항온항습 공기를 나노섬유로 방사하는 항온항습유닛이 방사노즐에 일체로 구비되므로 항온항습유닛을 별도로 구비할 필요가 없어 전기 방사장치의 전체 구조를 단순화할 수 있다.

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: 노즐 바디 12: 니들
14: 용액챔버 20: 자켓 바디
22: 분사홀 24: 공기챔버
30: 커버부재 40: 용액 공급구
44: 공기 공급구 42: 밴트구
70: 오링부재 80: 콜렉터
82: 항온항습 공기 발생장치 84: 원료공급장치
100: 방사노즐

Claims

나노 섬유를 방사하는 복수의 니들을 구비하는 노즐바디;
상기 노즐바디가 수용되며, 항온항습된 공기가 분사되는 복수의 분사홀이 형성된 자켓바디;
상기 자켓바디에 밀봉 가능하게 결합되고, 방사용액이 공급되는 용액 공급구와 항온항습된 공기가 공급되는 공기 공급구가 설치된 커버부재; 및
상기 공기 공급구와 연결되어 항온항습된 공기를 발생시키는 항온항습 공기 발생장치를 포함하고,
상기 항온항습 공기 발생장치는 공기를 가열 및 냉각하는 열교환기와, 습도를 조절하는 제습기 및 가습기와, 상기 열교환기, 제습기 및 가습기를 제어하여 공기의 온도와 습도를 일정하게 유지하는 제어유닛을 포함하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐.
제1항에 있어서,
상기 노즐바디에는 방사용액이 유입되는 용액챔버가 형성되고, 상기 자켓바디에는 항온항습된 공기가 유입되는 공기챔버가 형성된 것을 특징으로 하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐.
제1항에 있어서,
상기 노즐 바디에는 그 길이방향으로 방사용액이 유입되는 용액챔버가 형성되고, 상기 복수의 니들은 그 일단이 용액챔버로 압입되어 용액챔버 내에 위치되고, 타단은 상기 자켓 바디의 분사홀을 통과하여 상기 자켓 바디의 하면에 돌출되게 위치되는 것을 특징으로 하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐.
제1항에 있어서,
상기 분사홀의 내경은 상기 니들의 외경에 비해 크게 형성되어 상기 니들의 외주면으로 항온항습 공기가 분사되는 것을 특징으로 하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐.
제2항에 있어서,
상기 노즐 바디에는 용액챔버와 연통되어 용액챔버로 방사용액을 공급하는 용액유로가 형성되고, 상기 자켓 바디의 공기챔버로 항온항습 공기를 공급하는 공기유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐.
제2항에 있어서,
상기 자켓 바디에는 노즐 바디가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈의 바닥면 가장자리에는 오링부재가 장착되어 노즐 바디의 하면이 오링부재에 안착되어 공기챔버 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐.
제2항에 있어서,
상기 커버부재에는 상기 용액챔버와 연결되어 용액챔버에 저장된 용액을 밴트시키는 밴트구가 장착되는 것을 특징으로 하는 항온항습유닛을 구비하는 방사노즐.
청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방사노즐;
상기 방사노즐에서 분사되는 나노섬유를 축적하는 콜렉터; 및
상기 방사노즐로 방사용액을 공급하는 원료공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기방사장치.