KR101821162B1 - 실 제조 장치 - Google Patents

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후미아키 야노
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무라다기카이가부시끼가이샤
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Abstract

탄소나노튜브 실 제조의 고속화를 도모할 수 있는 실 제조 장치를 제공한다. 실 제조 장치(1)는, 주행하는 탄소나노튜브 섬유군(F)을 응집시키는 실 제조부(5)를 구비하고, 실 제조부(5)는, 노즐 본체부(10)와, 노즐 본체부(10)에 마련되고, 탄소나노튜브 섬유군(F)의 주행 방향에 직교하는 방향으로 압축 공기에 의해 제 1 선회류를 발생시키는 제 1 노즐부(20)와, 노즐 본체부(10)에 마련되고, 탄소나노튜브 섬유군(F)의 주행 방향에 직교하는 방향이며 또한 제 1 선회류와는 반대 방향으로 압축 공기에 의해 제 2 선회류를 발생시키는 제 2 노즐부(30)를 가지고, 제 1 노즐부(20)와 제 2 노즐부(30)는, 노즐 본체부(10)에 있어서 탄소나노튜브 섬유군(F)의 주행 방향에서 상이한 위치에 배치되어 있다.

Description

실 제조 장치{YARN MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 탄소나노튜브 실을 제조하는 실 제조 장치에 관한 것이다.
종래의 탄소나노튜브 실의 실 제조 장치로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 특허 문헌 1에 기재된 실 제조 장치에서는, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향의 상류측에 마련된 스핀 존에 의해 탄소나노튜브 섬유군에 대하여 일방향으로 꼬임을 주고, 또한 상기 스핀 존의 하류측에 마련된 다른 스핀 존에 의해 일방향과는 반대 방향인 타방향으로 꼬임을 주고 있다.
국제공개팜플렛 제2008/22129호
탄소나노튜브 섬유군으로부터 탄소나노튜브 실을 제조하는 실 제조 장치에서는, 보다 고속으로 탄소나노튜브 실을 제조하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 탄소나노튜브 실 제조의 고속화를 도모할 수 있는 실 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 실 제조 장치는, 탄소나노튜브 섬유군을 주행시키면서 상기 탄소나노튜브 섬유군으로부터 탄소나노튜브 실을 제조하는 실 제조 장치로서, 주행하는 탄소나노튜브 섬유군을 응집시키는 실 제조부를 구비하고, 실 제조부는, 탄소나노튜브 섬유군이 삽입 관통되는 노즐 본체부와, 노즐 본체부에 마련되고, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 직교하는 방향으로 압축 공기에 의해 제 1 선회류를 발생시키는 제 1 노즐부와, 노즐 본체부에 마련되고, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 직교하는 방향이며 또한 제 1 선회류와는 반대 방향으로 압축 공기에 의해 제 2 선회류를 발생시키는 제 2 노즐부를 가지고, 제 1 노즐부와 제 2 노즐부는, 노즐 본체부에 있어서, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에서 상이한 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기의 직교하는 방향의 선회류에는, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 직교하는 방향의 선회 성분을 포함하는 선회류가 포함된다. 즉, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향을 향해 압축 공기를 발생시킨 경우에도, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 직교하는 방향의 선회 성분이 포함되어 있는 경우에는, 본 발명의 선회류에 포함된다.
이 실 제조 장치에서는, 선회류에 의해 탄소나노튜브 섬유군에 꼬임을 주기 때문에, 탄소나노튜브 섬유군을 응집시킨 탄소나노튜브 실을 고속으로 제조할 수 있다. 이 때, 실 제조 장치에서는, 제 1 노즐부에 의해 제 1 선회류를 발생시키고 있고, 제 2 노즐부에 의해 제 1 선회류와 반대 방향의 제 2 선회류를 발생시키고 있다. 그 때문에, 실 제조 장치에서는, 탄소나노튜브 섬유군에 가연(假撚)을 행하여 고속으로 응집시킬 수 있다. 또한 실 제조 장치에서는, 압축 공기에 의해 선회류를 발생시켜 탄소나노튜브 섬유군에 꼬임을 주는 구조이기 때문에, 압축 공기의 양을 조정함으로써, 꼬임 정도를 용이하게 조정할 수 있다. 또한 실 제조 장치에서는, 제 1 노즐부와 제 2 노즐부는, 각각 노즐 본체부에 마련되어 유닛화되어 있고, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에서 상이한 위치에 마련되어 있다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 탄소나노튜브 섬유군을 용이하게 제 1 노즐부 및 제 2 노즐부에 통과시킬 수 있다.
일실시 형태에 있어서는, 제 1 노즐부는, 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 있어서, 제 2 노즐부의 상류측에 마련되어 있고, 제 1 선회류를 형성하기 위한 압축 공기의 압력은, 제 2 선회류를 형성하기 위한 압축 공기의 압력보다 작아도 된다. 이와 같이, 제 1 노즐부를 제 2 노즐부의 상류측에 마련한 구성에 있어서, 제 1 선회류를 형성하는 압축 공기의 압력을 작게 하는, 즉 제 2 선회류를 형성하는 압축 공기의 압력을 크게 함으로써, 탄소나노튜브 섬유군에 가연을 양호하게 행하여 응집시킬 수 있다.
일실시 형태에 있어서는, 제 1 노즐부에서 발생하는 제 1 선회류는, 주로 탄소나노튜브 섬유군의 외층의 일부를 감고, 제 2 노즐부에서 발생하는 제 2 선회류는, 주로 탄소나노튜브 섬유군에 가연을 행하여 응집시켜도 된다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 탄소나노튜브 섬유군에 가연을 양호하게 행하여 응집시킬 수 있다.
일실시 형태에 있어서는, 노즐 본체부에는, 제 1 노즐부와 제 2 노즐부와의 사이에 공기 방출부가 마련되어 있어도 된다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 제 1 노즐부에 있어서의 제 1 선회류와 제 2 노즐부에 있어서의 제 2 선회류가 간섭하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 각 노즐부에 있어서의 선회류에 흐트러짐이 발생하는 것을 억제할 수 있어, 탄소나노튜브 실의 품질의 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
일실시 형태에 있어서는, 공기 방출부는, 노즐 본체부의 일부를 노치한 노치부여도 된다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 노치부 이외의 노즐 본체부에 의해, 탄소나노튜브 섬유군이 비산하는 것을 억제할 수 있다.
일실시 형태에 있어서는, 제 1 노즐부 및 제 2 노즐부 중 적어도 일방에, 가교제 용액을 공급하는 가교제 용액 공급 기구를 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 선회류에 의해 가교제 용액을 탄소나노튜브 섬유군에 효과적으로 부착시킬 수 있다. 따라서, 실 제조 장치에서는, 탄소나노튜브 섬유군을 가교제 용액에 의해 가교시킬 수 있다. 그 결과, 실 제조 장치에서는 양호한 탄소나노튜브 실을 제조할 수 있다. 특히, 제 1 노즐부에 가교제 용액을 공급하면, 하류측의 제 2 노즐부의 제 2 선회류에 의해 용매를 효율 좋게 기화시킬 수 있다.
일실시 형태에 있어서는, 가교제 용액을 화학 반응시키기 위한 가교 촉진 조사 장치를 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 탄소나노튜브 섬유군을 보다 효과적으로 가교시킬 수 있다.
일실시 형태에 있어서는, 제 1 노즐부 및 제 2 노즐부 중 적어도 일방에, 응집액을 공급하는 응집액 공급 기구를 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 가연된 탄소나노튜브 섬유군을 효율적으로 응집시킬 수 있다. 이에 의해, 실 제조 장치에서는, 제 1 선회류에 의해 응집액을 탄소나노튜브 섬유군에 효과적으로 부착시킬 수 있다. 따라서, 실 제조 장치에서는, 양호한 탄소나노튜브 실을 제조할 수 있다. 특히, 제 1 노즐부에 응집액을 공급하면, 하류측의 제 2 노즐부의 제 2 선회류에 의해 응집액을 효율 좋게 기화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 실 제조의 고속화를 도모할 수 있다.
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 실 제조 장치를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 실 제조 장치의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 실 제조부를 나타내는 도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 실 제조부의 분해도이다.
도 5는 실 제조부에 있어서의 에어의 흐름을 나타내는 도이다.
도 6은 제 2 실시 형태에 따른 실 제조 장치를 나타내는 도이다.
도 7은 제 3 실시 형태에 따른 실 제조 장치를 나타내는 도이다.
이하에, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에서 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략한다.
[제 1 실시 형태]
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 실 제조 장치를 나타내는 도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 실 제조 장치의 일부를 나타내는 사시도이다. 각 도에 나타나는 바와 같이, 실 제조 장치(1)는 탄소나노튜브 섬유군(이하, 'CNT 섬유군'이라고 함)(F)을 주행시키면서 당해 CNT 섬유군(F)으로부터 탄소나노튜브 실(이하, 'CNT 실'이라고 함)(Y)을 제조하는 장치이다.
실 제조 장치(1)는, 기판 지지부(3)와, 실 제조부(5)와, 닙 롤러(nip roller)(7a, 7b)와, 권취 장치(9)를 구비하고 있다. 기판 지지부(3), 실 제조부(5), 닙 롤러(7a, 7b) 및 권취 장치(9)는 이 순서로 소정의 라인 상에 배치되어 있고, CNT 섬유군(F)은 기판 지지부(3)로부터 권취 장치(9)를 향해 주행된다. 또한, CNT 섬유군(F)은 탄소나노튜브로 이루어지는 섬유가 복수 집합된 것이다. CNT 실(Y)은 CNT 섬유군(F)에 가연이 행해져 응집된 것이다.
기판 지지부(3)는 CNT 섬유군(F)이 인출되는 탄소나노튜브 형성 기판(이하, 'CNT 형성 기판'이라고 함)(S)을 보지(保持)한 상태로 지지한다. CNT 형성 기판(S)은 탄소나노튜브 포레스트(carbon nanotube forest), 혹은 탄소나노튜브의 수직 배향 구조체 등이라 불리는 것으로, 화학 기상 성장법 등에 의해 기판(B) 상에 고밀도 또한 고배향으로 탄소나노튜브(예를 들면, 단층 탄소나노튜브, 2 층 탄소나노튜브, 다층 탄소나노튜브 등)가 형성된 것이다. 기판(B)으로서는, 예를 들면 플라스틱 기판, 글라스 기판, 실리콘 기판, 금속 기판 등이 이용된다. 또한, CNT 실(Y)의 제조 개시 시, CNT 형성 기판(S)의 교환 시 등에는, 마이크로 드릴이라 불리는 지그에 의해, CNT 형성 기판(S)으로부터 CNT 섬유군(F)을 인출할 수 있다.
실 제조부(5)는 압축 공기(에어)의 선회류에 의해 CNT 섬유군(F)에 가연을 행하여 응집시킨다. 도 3은 실 제조부를 나타내는 도이다. 도 4는 도 3에 나타내는 실 제조부의 분해도이다. 도 3 및 도 4에서는 노즐 본체부(10)를 단면으로 나타내고 있다. 도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 실 제조부(5)는 노즐 본체부(10)와 제 1 노즐부(20)와 제 2 노즐부(30)를 구비하고 있다. 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)는 노즐 본체부(10)에 마련되어 있고, 노즐 본체부(10), 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)는 유닛화되어 있다.
노즐 본체부(10)는 CNT 섬유군(F)을 삽입 관통시키고, 또한 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)를 보지하는 하우징이다. 노즐 본체부(10)는, 예를 들면 놋쇠 등의 재료에 의해 형성되어 있다. 노즐 본체부(10)는, CNT 섬유군(F)을 삽입 관통시키고 또한 노즐 본체부(10)에 CNT 섬유군(F)을 도입하는 도입구(11)와, 제 1 노즐부(20)를 수용하는 제 1 수용부(12)와, 제 2 노즐부(30)를 수용하는 제 2 수용부(13)와, CNT 섬유군(F)을 삽입 관통시키고, 또한 노즐 본체부(10)로부터 CNT 섬유군(F)을 도출하는 도출구(14)를 가지고 있다. 제 1 수용부(12) 및 제 2 수용부(13)는 CNT 섬유군(F)의 주행 방향을 따라 배치되어 있다.
제 1 수용부(12)는 CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 있어서 일단측(실 제조부(5)가 도 1에 나타나는 바와 같이 배치되었을 때, CNT 섬유군(F)의 주행 방향의 상류측이 되는 위치)에 마련되어 있다. 제 2 수용부(13)는 CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 있어서 타단측(실 제조부(5)가 도 1에 나타나는 바와 같이 배치되었을 때, 제 1 수용부(12)의 하류측이 되는 위치)에 마련되어 있다.
제 1 수용부(12)와 제 2 수용부(13)의 사이에는 공기 방출부(15)가 마련되어 있다. 공기 방출부(15)는 제 1 노즐부(20)에서 발생된 제 1 선회류(SF1)를 방출하는 부분이다. 공기 방출부(15)는 노즐 본체부(10)의 일부를 노치한 노치부로 되어 있다. 공기 방출부(15)는 CNT 섬유군(F)의 주행로를 포함하여 마련되어 있다. 제 1 수용부(12)와 제 2 수용부(13) 사이의 CNT 섬유군(F)의 주행로는, 공기 방출부(15)에 의해 개방되어 있는 한편, 노즐 본체부(10)에 의해 일부가 둘러싸여 있다.
노즐 본체부(10)에는 제 1 유로부(16)와 제 2 유로부(17)가 마련되어 있다. 제 1 유로부(16)는 제 1 수용부(12)에 연통되어 있고, 제 1 노즐부(20)에 압축 공기를 공급하는 유로이다. 제 2 유로부(17)는 제 2 수용부(13)에 연통되어 있고, 제 2 노즐부(30)에 압축 공기를 공급하는 유로이다. 또한 본 실시 형태에서는, 노즐 본체부(10)가 복수(여기서는 3 개)의 부품에 의해 구성되어 있는데, 노즐 본체부(10)는 일체 성형품이어도 된다.
제 1 노즐부(20)는 제 1 선회류(SF1)를 발생시켜 CNT 섬유군(F)에 벌룬을 형성하고, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 준다. 제 1 노즐부(20)는, 예를 들면 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 제 1 노즐부(20)는 노즐 본체부(10)의 제 1 수용부(12)에 배치되어 있다. 제 1 노즐부(20)는 CNT 섬유군(F)을 삽입 관통시키고, 또한 제 1 선회류(SF1)를 발생시키는 공간을 구획 형성하는 통 형상부(22)를 가지고 있다. 통 형상부(22)는 CNT 섬유군(F)의 주행 방향을 따라 마련되어 있다.
제 1 노즐부(20)에는, 도 5에 나타나는 바와 같이, 노즐 본체부(10)에 마련된 제 1 유로부(16)를 거쳐, 도시하지 않은 에어 공급원으로부터 압축 공기가 공급된다. 제 1 노즐부(20)에서는, 도 2에 나타나는 바와 같이, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 직교하는 방향, 예를 들면 주행 방향을 축으로서 반시계 방향으로 제 1 선회류(SF1)가 발생한다. 제 1 선회류(SF1)는 통 형상부(22)의 내벽을 따라 발생한다. 제 1 선회류(SF1)는, 주로 CNT 섬유군(F)의 외측의 섬유군(외층의 일부)을 내측의 섬유군에 감는다. 제 1 선회류(SF1)를 형성하는 압축 공기의 압력(정압)은, 예를 들면 0.25 MPa 정도이다.
제 2 노즐부(30)는, 제 2 선회류(SF2)를 발생시켜 CNT 섬유군(F)에 벌룬을 형성하고, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 준다. 제 2 노즐부(30)는 예를 들면 세라믹에 의해 형성되어 있다. 제 2 노즐부(30)는 노즐 본체부(10)의 제 2 수용부(13)에 배치되어 있다. 제 2 노즐부(30)에는, CNT 섬유군(F)을 삽입 관통시키고, 또한 제 2 선회류(SF2)가 발생되는 공간을 구획 형성하는 통 형상부(32)를 가지고 있다. 통 형상부(32)는 CNT 섬유군(F)의 주행 방향을 따라 마련되어 있다.
제 2 노즐부(30)에는, 도 5에 나타나는 바와 같이, 노즐 본체부(10)에 마련된 제 2 유로부(17)를 거쳐, 도시하지 않은 에어 공급원으로부터 압축 공기가 공급된다. 제 2 노즐부(30)에서는, 도 2에 나타나는 바와 같이, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 직교하는 방향으로 제 1 선회류(SF1)와는 반대 방향, 예를 들면 주행 방향을 축으로서 시계 방향으로 제 2 선회류(SF2)가 발생한다. 즉, 제 2 선회류(SF2)의 방향은, 제 1 선회류(SF1)의 방향과 반대 방향으로 되어 있다. 제 2 선회류(SF2)는 통 형상부(32)의 내벽을 따라 발생한다. 제 2 선회류(SF2)는, 주로 CNT 섬유군(F)의 심부(내측의 섬유군)에 대하여, 제 1 선회류(SF1)와는 반대 방향의 꼬임을 준다. 제 2 선회류(SF2)를 형성하는 압축 공기의 압력(정압)은, 예를 들면 0.4 ~ 0.6 MPa 정도이다. 즉, 제 2 선회류(SF2)를 형성하는 압축 공기의 압력은, 제 1 선회류(SF1)를 형성하는 압축 공기의 압력보다 크다. 환언하면, 제 1 선회류(SF1)를 형성하는 압축 공기의 압력은, 제 2 선회류(SF2)를 형성하는 압축 공기의 압력보다 작다.
닙 롤러(7a, 7b)는, 실 제조부(5)에 의해 가연되어 응집된 CNT 실(Y)을 반송한다. 닙 롤러(7a, 7b)는 CNT 실(Y)을 개재하는 위치에 한 쌍 배치되어 있다. 닙 롤러(7a, 7b)는 실 제조부(5)로부터 전파되는 CNT 섬유군(F)의 꼬임(벌룬)을 멈춘다. 실 제조부(5)에 의해 가연된 CNT 섬유군(F)은, 닙 롤러(7a, 7b)를 통과함으로써 더 응집되고, 최종적인 제조물인 CNT 실(Y)이 된다.
권취 장치(9)는, 실 제조부(5)에 의해 가연되어 닙 롤러(7a, 7b)를 통과한 CNT 실(Y)을 보빈에 감는다.
이어서, 실 제조부(5)에 있어서의 CNT 섬유군(F)의 가연 동작에 대하여 설명한다. 먼저, CNT 형성 기판(S)으로부터 인출된 CNT 섬유군(F)은, 실 제조부(5)의 제 2 노즐부(30)의 제 2 선회류(SF2)에 의해 꼬임이 개시된다. 제 2 선회류(SF2)에 의해 꼬임이 가해져 응집된 CNT 섬유군(F)은, 제 1 노즐부(20)의 제 1 선회류(SF1)에 의해 꼬임이 되돌려진다. 또한, 제 1 노즐부(20)의 제 1 선회류(SF1)에 의해, 제 2 선회류(SF2)에 의해 응집되지 않은 CNT 섬유군(F)의 일부(외면의 부분)가 응집된 표면에 감겨진다. 이에 의해, 실 제조부(5)에 의해 CNT 섬유군(F)을 응집시킨다. 실 제조 장치(1)에서는, 예를 들면 수십 m/min로 CNT 실(Y)이 제조된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 실 제조 장치(1)에서는, 압축 공기의 선회류에 의해 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 주기 때문에, CNT 섬유군으로부터 CNT 실(Y)을 고속으로 제조할 수 있다. 이 때, 실 제조 장치(1)에서는, 제 1 노즐부(20)에 의해 제 1 선회류(SF1)를 발생시키고 있고, 제 2 노즐부(30)에 의해 제 1 선회류(SF1)와 반대 방향의 제 2 선회류(SF2)를 발생시키고 있다. 그 때문에, 실 제조 장치(1)에서는, CNT 섬유군(F)에 안정된 가연을 고속으로 행할 수 있다.
실 제조 장치(1)에서는, 압축 공기에 의해 선회류를 발생시켜 CNT 섬유군(F)에 가연을 행하기 때문에, 압축 공기의 양을 조정함으로써, 꼬임 정도를 용이하게 조정할 수 있다. 또한 실 제조 장치(1)에서는, 제 1 노즐부(20)와 제 2 노즐부(30)는, 각각 노즐 본체부(10)에 마련되어 유닛화되어 있고, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에서 상이한 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 실 제조 장치(1)에서는, CNT 섬유군(F)을 용이하게 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)에 통과시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제 1 노즐부(20)는, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 있어서, 제 2 노즐부(30)의 상류측에 배치되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 제 1 선회류(SF1)를 형성하는 압축 공기의 압력은, 제 2 선회류(SF2)를 형성하는 압축 공기의 압력보다 작다. 이에 의해, 실 제조 장치(1)에서는, 제 1 노즐부(20)에서 발생하는 제 1 선회류(SF1)는, 주로 CNT 섬유군(F)의 외측의 모우(毛羽)를 감고, 제 2 노즐부(30)에서 발생하는 제 2 선회류(SF2)는 주로 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 준다. 따라서, 실 제조 장치(1)에서는, CNT 섬유군(F)에 양호하게 가연을 행할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 노즐 본체부(10)에는, 제 1 노즐부(20)와 제 2 노즐부(30)의 사이에 공기 방출부(15)가 마련되어 있다. 공기 방출부(15)는 노즐 본체부(10)의 일부를 노치한 노치부이다. 이에 의해, 실 제조부(5)에서는, 제 1 노즐부(20)에서의 제 1 선회류(SF1)와 제 2 노즐부(30)에서의 제 2 선회류(SF2)가 간섭하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 실 제조부(5)에서는, 각 노즐부(20, 30)에서의 선회류(SF1, SF2)에 흐트러짐이 발생하는 것을 억제할 수 있어, CNT 실(Y)의 품질의 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다. 또한 실 제조부(5)에서는, 공기 방출부(15) 이외의 노즐 본체부(10)에 의해, CNT 섬유군(F)이 비산하는 것을 억제할 수 있다.
[제 2 실시 형태]
이어서, 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6은 제 2 실시 형태에 따른 실 제조 장치를 나타내는 도이다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 실 제조 장치(1A)는, 기판 지지부(3)와 실 제조부(5)와 닙 롤러(7a, 7b)와 권취 장치(9)를 구비하고 있고, 가교제 용액 공급 기구(40)와 가교 촉진 조사 장치인 UV 조사부(42)를 더 구비하고 있다.
가교제 용액 공급 기구(40)는 실 제조부(5)에 가교제 용액을 공급한다. 가교제 용액 공급 기구(40)는, 예를 들면 제 1 노즐부(20)에 가교제 용액을 공급한다. 가교제 용액 공급 기구(40)에 의해 공급된 가교제 용액은, 제 1 노즐부(20)에서 압축 공기와 함께 분사되고, 제 1 선회류(SF1)에 첨가되어 CNT 섬유군(F)에 부착된다. 가교제로서는, 탄소나노튜브의 분자 간의 가교 구조를 만드는 것이면 된다. 가교제 용액은 휘발성을 가지는 용매(예를 들면 에탄올, 아세톤 등)에 가교제가 녹아 있는 것이다.
UV 조사부(42)는 CNT 실(Y)에 UV(ultraviolet : 자외선)를 조사한다. UV 조사부(42)는 닙 롤러(7a, 7b)와 권취 장치(9)의 사이에 배치되고, 닙 롤러(7a, 7b)를 통과한 CNT 실(Y)에 UV를 조사한다. UV 조사부(42)는 가교제 용액이 부착된 CNT 실(Y)에 UV를 조사함으로써 CNT 실(Y)의 가교를 촉진시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 실 제조 장치(1A)에서는, 실 제조부(5)의 제 1 노즐부(20)에 가교제 용액 공급 기구(40)에 의해 가교제 용액을 공급하고 있다. 이에 의해, 실 제조 장치(1A)에서는, CNT 섬유군(F)에 가교제 용액을 제 1 선회류(SF1)에 의해 부착시킬 수 있다. 따라서, 실 제조 장치(1A)에서는, CNT 섬유군(F)을 가교시킬 수 있다. 또한, 실 제조 장치(1A)에서는, 가교제 용액 공급 기구(40)에 의해 가교제 용액을 CNT 섬유군(F)에 부착시킨 후, UV 조사부(42)에 의해 CNT 실(Y)에 UV를 조사하고 있다. 그 때문에, 실 제조 장치(1A)에서는, CNT 실(Y)의 가교를 촉진시킬 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는, 가교 촉진 조사 장치로서 UV를 조사하는 UV 조사부(42)를 일례로 설명했는데, 가교 촉진 조사 장치로서는, 예를 들면 전자선을 조사하는 전자선 조사부를 채용해도 된다. 조사부는 가교제(가교제 용액)에 화학 반응을 일으키게 하는 것이면 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 가교제 용액 공급 기구(40)가 제 1 노즐부(20)에 가교제 용액을 공급하는 형태를 일례로 설명했지만, 가교제 용액 공급 기구(40)는 제 2 노즐부(30)에 가교제 용액을 공급해도 된다. 혹은, 가교제 용액 공급 기구(40)는 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)에 가교제 용액을 공급해도 된다. 제 1 노즐부(20)에 공급하는 경우에는, 하류측의 제 2 노즐부(30)의 제 2 선회류(SF2)에 의해 용매를 효율 좋게 기화시킬 수 있다.
[제 3 실시 형태]
이어서, 제 3 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 7은 제 3 실시 형태에 따른 실 제조 장치를 나타내는 도이다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 실 제조 장치(1B)는, 기판 지지부(3)와 실 제조부(5)와 닙 롤러(7a, 7b)와 권취 장치(9)를 구비하고 있고, 응집액 공급 기구(44)를 더 구비하고 있다.
응집액 공급 기구(44)는 실 제조부(5)에 응집액을 공급한다. 응집액 공급 기구(44)는 예를 들면 제 1 노즐부(20)에 응집액을 공급한다. 응집액 공급 기구(44)에 의해 공급된 응집액은, 제 1 노즐부(20)에서 압축 공기와 함께 분사되고, 제 1 선회류(SF1)에 첨가되어 CNT 섬유군(F)에 부착된다. 응집액으로서는, 탄소나노튜브의 분자 간의 응집 구조를 만드는 것이면 된다. 응집액은 휘발성을 가지는 유기 화합물(예를 들면 에탄올, 아세톤, 프레온류, 톨루엔, 디클로로 메탄 등)이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 실 제조 장치(1B)에서는, 실 제조부(5)의 제 1 노즐부(20)에 응집액 공급 기구(44)에 의해 응집액을 공급하고 있다. 이에 의해, 실 제조 장치(1B)에서는, CNT 섬유군(F)에 응집액을 제 1 선회류(SF1)에 의해 부착시킬 수 있다. 따라서, 실 제조 장치(1B)에서는, CNT 섬유군(F)을 양호하게 응집시킬 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 응집액 공급 기구(44)가 제 1 노즐부(20)에 응집액을 공급하는 형태를 일례로 설명했지만, 응집액 공급 기구(44)는 제 2 노즐부(30)에 응집액을 공급해도 된다. 혹은, 응집액 공급 기구(44)는 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)에 응집액을 공급해도 된다. 제 1 노즐부(20)에 공급하는 경우에는, 하류측의 제 2 노즐부(30)의 제 2 선회류(SF2)에 의해 응집액을 효율 좋게 기화시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, CNT 섬유군(F)의 공급원으로서, CNT 형성 기판(S) 대신에 탄소나노튜브를 연속적으로 합성하여 CNT 섬유군(F)을 공급하는 부유 촉매 장치 등을 이용해도 된다.
상기 실시 형태에서는, 제 1 선회류(SF1)를 형성하는 압축 공기의 압력을 제 2 선회류(SF2)를 형성하는 압축 공기의 압력보다 작게 하는 형태를 일례로 설명했지만, 제 1 및 제 2 선회류(SF2)를 형성하는 압축 공기의 압력은 동일해도 된다. 혹은, 제 2 선회류(SF2)를 형성하는 압축 공기의 압력을 제 1 선회류(SF1)를 형성하는 압축 공기의 압력보다 작게 해도 된다.
상기 실시 형태에서는, 노즐 본체부(10)에 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)가 배치되어 있는 구성을 일례로 설명했지만, 노즐 본체부(10)에 형성되는 공간을 각각 제 1 노즐부 및 제 2 노즐부로 해도 된다. 즉, 노즐 본체부(10)에서 제 1 노즐부(20) 및 제 2 노즐부(30)에 상당하는 구성이 일체로 형성되어 있어도 된다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 실 제조의 고속화를 도모할 수 있는 실 제조 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
1, 1A, 1B : 실 제조 장치
5 : 실 제조부
10 : 노즐 본체부
15 : 공기 방출부
20 : 제 1 노즐부
30 : 제 2 노즐부
40 : 가교제 용액 공급 기구
42 : UV 조사부
44 : 응집액 공급 기구
F : CNT 섬유군(탄소나노튜브 섬유군)
SF1 : 제 1 선회류
SF2 : 제 2 선회류
Y : CNT 실(탄소나노튜브 실)

Claims (20)

  1. 탄소나노튜브 섬유군을 주행시키면서 상기 탄소나노튜브 섬유군으로부터 탄소나노튜브 실을 제조하는 실 제조 장치로서,
    주행하는 상기 탄소나노튜브 섬유군을 응집시키는 실 제조부를 구비하고,
    상기 실 제조부는,
    상기 탄소나노튜브 섬유군이 삽입 관통되는 노즐 본체부와,
    상기 노즐 본체부에 마련되고, 상기 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 직교하는 방향으로 압축 공기에 의해 제 1 선회류를 발생시키는 제 1 노즐부와,
    상기 노즐 본체부에 마련되고, 상기 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 직교하는 방향이며 또한 상기 제 1 선회류와는 반대 방향으로 압축 공기에 의해 제 2 선회류를 발생시키는 제 2 노즐부를 가지고,
    상기 제 1 노즐부와 상기 제 2 노즐부는, 상기 노즐 본체부에 있어서, 상기 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에서 상이한 위치에 마련되어 있으며,
    상기 제 1 노즐부 및 상기 제 2 노즐부 중 적어도 일방에, 가교제 용액을 공급하는 가교제 용액 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부는, 상기 탄소나노튜브 섬유군의 주행 방향에 있어서, 상기 제 2 노즐부의 상류측에 마련되어 있고,
    상기 제 1 선회류를 형성하기 위한 압축 공기의 압력은, 상기 제 2 선회류를 형성하기 위한 압축 공기의 압력보다 작은 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부에서 발생하는 상기 제 1 선회류는, 상기 탄소나노튜브 섬유군의 외층의 일부를 감고,
    상기 제 2 노즐부에서 발생하는 상기 제 2 선회류는, 상기 탄소나노튜브 섬유군에 가연을 행하여 응집시키는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노즐 본체부에는, 상기 제 1 노즐부와 상기 제 2 노즐부의 사이에, 공기 방출부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공기 방출부는, 상기 노즐 본체부의 일부를 노치한 노치부인 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가교제 용액 공급 기구는 상기 제 1 노즐부에 가교제 용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가교제 용액을 화학 반응시키기 위한 가교 촉진 조사 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부 및 상기 제 2 노즐부 중 적어도 일방에, 응집액을 공급하는 응집액 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 가교제 용액 공급 기구는 상기 제 1 노즐부에 가교제 용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부에서 발생하는 상기 제 1 선회류는, 상기 탄소나노튜브 섬유군의 외층의 일부를 감고,
    상기 제 2 노즐부에서 발생하는 상기 제 2 선회류는, 상기 탄소나노튜브 섬유군에 가연을 행하여 응집시키는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노즐 본체부에는, 상기 제 1 노즐부와 상기 제 2 노즐부의 사이에, 공기 방출부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공기 방출부는, 상기 노즐 본체부의 일부를 노치한 노치부인 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가교제 용액 공급 기구는 상기 제 1 노즐부에 가교제 용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가교제 용액을 화학 반응시키기 위한 가교 촉진 조사 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부 및 상기 제 2 노즐부 중 적어도 일방에, 응집액을 공급하는 응집액 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 가교제 용액 공급 기구는 상기 제 1 노즐부에 가교제 용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교제 용액 공급 기구는 상기 제 1 노즐부에 가교제 용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가교제 용액을 화학 반응시키기 위한 가교 촉진 조사 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부 및 상기 제 2 노즐부 중 적어도 일방에, 응집액을 공급하는 응집액 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐부 및 상기 제 2 노즐부 중 적어도 일방에, 응집액을 공급하는 응집액 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 실 제조 장치.
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