KR101950217B1 - 전기방사 나노섬유 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기방사 나노섬유 제조장치에 관한 것으로서, 용액공급부로부터 공급된 용액을 토출구를 통해 분사하는 노즐부와, 노즐부에서 분사된 용액으로부터 생성된 나노섬유를 수집하는 수집체와, 노즐부와 수집체에 전위를 인가하는 전위 인가부를 구비하고, 노즐부는 메인바디로부터 상호 이격되어 수집체를 향하는 방향으로 돌출되며 토출구가 측면에 형성된 복수개의 밀착가이드편을 갖는 분배블록과, 밀착가이드편의 측면에 대향되게 배치되어 회전되면서 토출구에서 누출되는 용액을 회전에 의해 수집체를 향하는 방향으로 분사시키는 선회디스크가 토출구에 각각 대응되게 어레이되어 회전가능하게 설치된 선회유니트와, 선회유니트가 회전되게 구동하는 구동부를 구비한다. 이러한 전기방사 나노섬유 제조장치에 의하면, 섬유 원료 용액의 방사과정에서 점적발생을 억제할 수 있어 용액의 방사패턴을 일정하게 유지할 수 있고, 섬유원료 용액의 낭비를 방지하는 장점을 제공한다.

Description

전기방사 나노섬유 제조장치{nanofibers fabrication apparatus using electrospinning}
본 발명은 전기방사 나노섬유 제조장치에 관한 것으로서, 상세하게는 섬유원료용액의 분사패턴을 일정하게 유지할 수 있도록 된 전기방사 나노섬유 제조장치에 관한 것이다.
전기방사(Electrospinning)는 전기장이 인가된 상태에서 노즐을 통해 섬유원료용액을 분사하여 섬유를 만드는 방식을 말한다.
이러한 전기 방사법을 이용하여 제조된 섬유는 제조 조건에 따라서 수마이크로미터부터 수나노미터의 직경을 가지며 다양한 용도로 이용되고 있다.
현재 통상적으로 사용되고 있는 전기방사 장치는 하나의 노즐에서 시간당 수 그램(g)이하의 용액을 토출하여 섬유를 제조하는 구조로 되어 있어 생산속도가 매우 낮은 단점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 다수의 노즐을 갖는 노즐블록이 국내 공개특허 제10-2012-0077244호에 게시되어 있다.
한편, 바늘 형태로 돌출되어 용액을 토출하는 노즐 구조의 경우 시간경과에 따라 표면장력에 의해 분사되지 않고 잔류하는 일부 용액에 의해 노즐 종단에서 하방으로 액상의 방울이 점진적으로 크기가 크게 형성된 후 자중에 의해 낙하되는 현상이 발생된다.
이러한 노즐의 종단에서의 점적의 발생 및 크기가 커질수록 노즐에서 토출되는 용액의 분사패턴을 변화시켜 제조되는 섬유의 균일성을 확보하기 어려운 문제점을 야기시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 물방울 형태의 점적발생을 억제하여 용액의 분사패턴을 일정하게 유지할 수 있는 전기방사 나노섬유 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기방사 나노섬유 제조장치는 섬유원료가 되는 용액을 공급하는 용액공급부와; 상기 용액공급부로부터 공급된 용액을 토출구를 통해 분사하는 노즐부와; 상기 노즐부와 대향되게 이격되게 설치되어 상기 노즐부에서 분사된 용액으로부터 생성된 나노섬유를 수집하는 수집체와; 상기 노즐부와 상기 수집체에 전위를 인가하는 전위 인가부;를 구비하고, 상기 노즐부는 프레임에 지지되게 설치된 메인바디와, 상기 메인바디로부터 상호 이격되어 상기 수집체를 향하는 방향으로 돌출된 복수개의 밀착가이드편을 갖으며 상기 용액공급부로부터 공급되는 용액을 상기 밀착 가이드편의 측면에 형성된 토출구로 공급하도록 용액 공급로가 형성된 분배블록과; 상기 분배블럭의 상기 밀착가이드편의 측면에 대향되게 배치되어 회전될 수 있게 원형으로 형성된 원형부분과, 상기 원형 부분의 외주면에서 상기 밀착가이드편에 밀착되게 방사상으로 상호 이격되게 돌출되어 상기 밀착가이드편의 토출구에서 누출되는 용액을 회전에 의해 상기 수집체를 향하는 방향으로 분사시키는 아암편을 갖는 선회디스크가 상기 토출구에 각각 대응되게 어레이되어 상기 프레임에 회전가능하게 설치된 선회유니트와; 상기 선회유니트가 회전되게 구동하는 구동부;를 구비한다.
본 발명에 따른 전기방사 나노섬유 제조장치에 의하면, 섬유 원료 용액의 방사과정에서 점적발생을 억제할 수 있어 용액의 방사패턴을 일정하게 유지할 수 있고, 섬유원료 용액의 낭비를 방지하는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기방사 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 분배 블록의 일부를 발췌하여 확대해보인 도면이고,
도 3은 도 1의 분배 블록과 선회유니트를 분리하여 도시한 분리 사시도이고,
도 4는 도 2의 분배블럭에 형성된 용액공급로를 나타내 보인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기방사 나노섬유 제조장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기방사 나노섬유 제조장치를 개략적으로 나타내보인 도면이고, 도 2는 도 1의 분배 블록의 일부를 발췌하여 확대해보인 도면이고, 도 3은 도 1의 분배 블록과 선회유니트를 분리하여 도시한 분리 사시도이고, 도 4는 도 2의 분배블럭에 형성된 용액공급로를 나타내 보인 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전기방사 나노섬유 제조장치(100)는 용액 공급부(110), 노즐부(120) 및 수집체(160)를 구비한다.
용액 공급부(110)는 섬유원료가 되는 용액을 노즐부(120)로 공급한다.
용액공급부(110)는 섬유원료가 되는 용액이 수용되는 저장실(미도시)과,저장실에 수용된 용액을 메인 공급관(112)을 통해 펌핑하여 공급하는 펌프(미도시)로 구축될 수 있다.
노즐부(120)는 용액공급부(110)로부터 메인 공급관(112)을 통해 공급된 용액을 토출구(136)를 통해 분사할 수 있도록 되어 있다.
노즐부(120)는 프레임(121), 분배블록(130), 선회유니트(140) 및 구동부(150)를 구비한다.
프레임(121)은 후술되는 분배블록(130)을 지지하며, 선회유니트(140)를 회전가능하게 지지할 수 있게 형성되어 있다.
분배블록(130)은 용액공급부(110)로부터 공급되는 용액을 밀착 가이드편(133)의 측면(133a)(133b)에 형성된 토출구(136)로 공급하도록 용액 공급로가 형성되어 있다.
여기서, 분배블록(130)는 프레임(121)에 대해 전기적으로 절연되게 설치되어 있다.
분배블록(130)은 프레임(121)에 지지되게 설치되는 메인 바디(131)와, 메인바디(131)로부터 상호 이격되어 수집체(160)를 향하는 방향으로 돌출된 복수개의 밀착가이드편(133)을 갖는 구조로 되어 있다.
메인 바디(131)는 용액공급부(110)의 메인 공급관(112)과 접속할 수 있게 외부로 돌출된 접속관(132)과, 접속관(132)으로부터 토출구(136)로 이어지는 용액 공급로가 형성되어 있다.
용액공급로를 구분하면, 접속관(132)으로부터 내측으로 연장된 중앙공급로(134a)와, 중앙 공급로에서 밀착가이드편(133)의 배열방향을 따라 수평상으로 연장된 메인 분배 공급로(134b)와, 메인 분배공급로(134b)에서 각 밀착가이드편(133)으로 연통되게 연장된 가지 공급로(134c) 및 가지공급로(134c)에서 양측 토출구(136)로 각각 분기되어 연장된 종단 공급로(134d)로 되어 있다.
밀착가이드편(133)은 메인바디(131)로부터 수집체(160)를 향하는 방향으로 판형상으로 돌출되어 있고, 돌출방향에 대해 수직한 방향이 되는 양측면(133a)(133b)에 각각 토출구(136)가 노출되게 형성되어 있다.
밀착가이드편(133)은 후술되는 선회디스크(143)가 밀착회전될 수 있게 적절한 크기로 형성되며, 선회유니트(140)의 탈착을 용이하게 하기 위해 선회유니트(140)를 회전하는 회전축(153)이 수용되되 수집체(160)를 향하는 방향으로 개방된 개방홈(137)이 형성되어 있다.
밀착가이드편(133)에 형성되는 노출구(136)는 후술되는 회전디스크(143)의 회전중심을 기준으로 수집체(160)에 가까워지는 방향에 형성된다.
또한, 밀착가이드편(133)은 선회디스크(143)의 회전궤적에 대응되게 호형으로 인입된 회전가이드턱(138)을 따라 돌출되게 형성되어 있다.
바람직하게는 메인 바디(131)는 밀착가이드편(133)은 상호 조립하여 결합할 수 있는 구조로 형성된다.
선회유니트(140)는 토출구(136)에 각각 대응되어 밀착가이드편(133)의 양측면에서 밀착회전될 수 있게 어레이된 다수의 선회디스크(143)가 프레임(121)에 회전가능하게 설치된 구조로 되어 있다.
이러한 선회유니트(140)는 분배블럭(130)의 밀착가이드편(133)의 양측면(133a)(133b)에 대향되게 배치된 선회디스크(143)가 회전되면서 토출구(136)에서 누출되는 용액을 수집체(160)를 향하는 방향으로 분사시킨다.
선회 디스크(143)는 회전축(153)이 관통되게 삽입되는 축공이 중앙에 형성되어 있고 원형으로 형성된 원형부분(143a)과, 원형 부분의 외주면에서 밀착가이드편(133)에 밀착되게 방사상으로 상호 이격되게 돌출되어 밀착가이드편(133)의 토출구(136)에서 누출되는 용액을 회전에 의해 수집체(160)를 향하는 방향으로 분사시키는 아암편(143b)을 갖는 구조로 되어 있다.
아암편(143)은 원형부분(143a)으로부터 멀어질수록 폭이 점진적으로 줄어드는 삼각형상으로 형성되어 있다.
또한, 토출구(136)는 아암편(143)의 회전궤적 내에 위치되게 형성된다.
이러한 선회디스크(143)들은 구동부(150)에 의해 회전되는 회전축(153) 상에 어레이되게 설치된다.
또한, 밀착 가이드편(133)의 양측면에 배치된 선회디스크(143)들 사이에는 밀착가이드편(133)의 두께에 대응되는 스페이서(145)가 삽입되어 있다.
또한, 밀착 가이드편(133)들 사이에 배치되는 선회디스크(143)들 사이에도 스페이서 또는 너트와 같은 지지부재들에 의해 설정된 간격으로 선회디스크(143)가 배열되게 형성하면 된다.
이러한 선회디스크(143)는 회전되면서 아암편(143)이 토출구(136)에서 누출되는 용액을 선회방향을 따라 간섭하여 수집체(160)를 향하는 방향으로 분사시킨다.
또한, 선회디스크(143)가 토출구(136)에 밀착되게 회전되기 때문에 토출구(136) 하부에 액상의 방울 형성을 억제함으로써 일정한 패턴을 유지하면서 용액이 분사될 수 있다.
구동부(150)는 선회유니트(140)가 회전되게 구동한다.
구동부(150)는 선회유니트(140)를 회전하도록 구축된 회전축(153)과, 회전축(153)을 회전시키는 제1모터(151)가 적용되어 있다.
구동부(150)는 도시된 예와 다른 구동방식으로 회전축(153)이 회전되게 구축될 수 있음은 물론이다.
수집체(160)는 노즐부(120)와 대향되게 이격되게 설치되어 노즐부(120)에서 분사된 용액으로부터 생성된 나노섬유를 수집한다.
수집체(160)는 서브 프레임(165)에 지지되게 설치된 제2모터(161)에 의해 회전하는 회전드럼(163)이 적용되어 있다.
회전드럼(163)은 서브 프레임(165)에 대해 절연되게 구축되어 있다.
수집체(160)는 도시된 예와 다르게 벨트형태로 선회되는 방식 등 다양한 수집구조가 적용될 수 있다.
전위 인가부(170)는 노즐부(120)와 수집체(160)에 전위차를 갖게 전위를 인가한다.
이상에서 설명된 전기방사 나노섬유 제조장치에 의하면, 섬유 원료 용액의 방사과정에서 점적발생을 억제할 수 있어 용액의 방사패턴을 일정하게 유지할 수 있고, 섬유원료 용액의 낭비를 방지하는 장점을 제공한다.
110: 용액 공급부 120: 노즐부
130: 분배블록 140: 선회유니트
143: 선회디스크 150: 구동부
160: 수집체

Claims (3)

  1. 섬유원료가 되는 용액을 공급하는 용액공급부와;
    상기 용액공급부로부터 공급된 용액을 토출구를 통해 분사하는 노즐부와;
    상기 노즐부와 대향되게 이격되게 설치되어 상기 노즐부에서 분사된 용액으로부터 생성된 나노섬유를 수집하는 수집체와;
    상기 노즐부와 상기 수집체에 전위를 인가하는 전위 인가부;를 구비하고,
    상기 노즐부는
    프레임에 지지되게 설치된 메인바디와, 상기 메인바디로부터 상호 이격되어 상기 수집체를 향하는 방향으로 돌출된 복수개의 밀착가이드편을 갖으며 상기 용액공급부로부터 공급되는 용액을 상기 밀착 가이드편의 측면에 형성된 토출구로 공급하도록 용액 공급로가 형성된 분배블록과;
    상기 분배블록의 상기 밀착가이드편의 측면에 대향되게 배치되어 회전될 수 있게 원형으로 형성된 원형부분과, 상기 원형 부분의 외주면에서 상기 밀착가이드편에 밀착되게 방사상으로 상호 이격되게 돌출되어 상기 밀착가이드편의 토출구에서 누출되는 용액을 회전에 의해 상기 수집체를 향하는 방향으로 분사시키는 아암편을 갖는 선회디스크가 상기 토출구에 각각 대응되게 어레이되어 상기 프레임에 회전가능하게 설치된 선회유니트와;
    상기 선회유니트가 회전되게 구동하는 구동부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기방사 나노섬유 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선회유니트는
    상기 구동부에 의해 회전되는 회전축 상에 상기 선회디스크가 어레이되되 상기 밀착 가이드편의 양측면에 배치된 상기 선회디스크들 사이에는 스페이서가 삽입된 것을 특징으로 하는 전기방사 나노섬유 제조장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밀착가이드편은
    상기 회전축이 수용되되 상기 수집체를 향하는 방향으로 개방된 개방홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기방사 나노섬유 제조장치.
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