KR101954223B1 - 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치 및 무용매 용융 전기 방사 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치는 용융 전기 방사 장치에 있어서, 상부에 폴리머칩 투입구가 형성된 제1 용융 압출 고분자 공급부; 금속 소재로 구성된 플랫 타입 나노 파이버 방사부가 착탈식으로 구비된 하부 기저부와 막대 형상의 스파츌라와 가열 공기 발생부가 구비된 상부 지지부로 구성된 나노 파이버 방사 블럭; 및 상기 나노 파이버 방사 블럭과 이격되어 위치하고 회동 전극부가 구비된 컬렉터; 를 포함한다.
Description
본 발명은 전기장에 의해 고분자 용융물을 나노 섬유로 방사하는 전기 방사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융 압출 방식의 고분자 열 용융물을 공급하는 방식과 플랫 타입의 나노 섬유 발생부에서 발생된 나노 섬유를 가열 공기로 컬렉터에 유도하는 부분이 결합된 플랫 타입 전기 방사 장치 및 무용매 용융 전기 방사 방법에 관한 것이다.
집전기와 방사 전극 사이의 전압 차에 의해 생성된 전기장을 통한 중합체 용액으로부터 전기 방사를 통한 미세 섬유의 제조가 공지되어 있다.
미국특허 US 6743273 B2(특허문헌 1)에 개시된 바와 같이, 중합 용액은 회전 방출기의 형태로 방사 전극으로 펌핑되며, 여기에서 펌프 용액은 저장기로부터 펌핑되고 이미터의 구멍을 통해 강제 유동된다. 방출될 때 그리드와 이미터 사이의 정전기 포텐셜은 액체를 얇은 미세 섬유로 "스핀"시켜 전하를 부여하여 층으로서 기판상에 포집된다. 이 과정에서 용매는 미세 섬유에서 증발하여 섬유 직경을 줄인다. 정전 방사 장치의 응용이 개시된 방사 전극 설계로는 여러 가지 상이한 형태를 취할 수 있는 회전 드럼형 본체의 형태이다. 드럼은 폴리머 용액 저장조 내에 위치하고 수집 매체의 경로에 대해 수직인 축을 중심으로 회전한다. 드럼을 중합체 용액을 통해 회전시킴으로써, 대전된 전극의 회전 표면이 중합체 용액으로 도포된다. 몸체 변형과 같은 다양한 드럼이 가능하며 미세한 섬유가 생성되는 개별 방사 위치를 만들기 위해 여러 개의 첨단 기술이 제공된다.
이러한 섬유의 방사 공정(spinning process)은 고분자 유체를 가는 구멍을 통해 연속적으로 밀어내어 길고 가는 섬유로 전환시키는 공정을 의미한다. 일반적으로 방사 공정은 뜨거운 고분자 유체가 스피너렛(spinneret)이라는 가는 구멍이 있는 부위를 지나서 나온 후, 냉각부를 지나 식어 고화하면, 이를 권취부에서 당겨 감음으로써 이루어진다.
방사 공정으로서 대표적인 것은 용융방사, 용액방사 등이 있다. 용융방사란 고분자 칩을 방사기의 원료 저장고에 넣고 고온의 압출기에서 녹인 후 스피너렛을 통해 섬유를 압출시킨 후, 차가운 냉각공기에 의해 고화시킨 후, 권취부에 의해 연신하는 형태이다. 용액방사는 저장고에서 원료고분자를 용매에 녹인 후, 이를 열 교환기 등을 통과시켜 분자량이나 점도를 조절하여 스피너렛을 통과시킨 후 차가운 응고액를 통과시키는 습식방사와 고온가스로 빨리 증발시켜 권취부에서 감겨 섬유가 되는 건식방사가 있다.
최근 섬유분야에도 최첨단의 나노 기술의 접목이 기대됨에 따라, 직경이 나노 사이즈인 초극세의 섬유를 개발 및 응용하는 것에 큰 관심이 모아지고 있다. 나노 섬유는 전기방사에 의해 제조되는데, 전기 방사는 표면장력에 의해 모세관 끝에 매달려 있는 물방울에 고전압을 부여할 때 물방울 표면에서 미세 필라멘트가 방출되는 정전 스프레이 과정에서 변형된 것으로 충분한 점도를 가진 고분자용액이나 용융체가 정전기력을 부여받을 경우 섬유가 형성되는 현상이다. 한편 방사 성능, 생산성, 공정 제품특성 등의 측면에서 전기 방사 단독으로 행하는 대신, 상기한 용융 방사나 용액 방사를 혼합한 방법들이 개발되어 있다.
하지만 기존의 전기 방사 장치는 생산성이 낮아 경제적인 생산체제, 산업적 양산화에 어려움이 있으며, 양산을 위한 기존의 다중 노즐방식의 경우 노즐 교체에 따른 유지보수 측면 및 화재발생 등의 문제점이 있다. 또한, 전기 방사를 사용하기 위해 고분자의 특성과 용매의 극성, 점성도, 표면장력, 전기 전도도, 밀도 등의 공정변수의 변화에 따라 섬유의 형태가 다르게 형성되는 복잡함이 있다.
본 발명자는 대한민국 등록특허 제 10-1846823호(특허문헌 2) 및 제10-1870156호(특허문헌 3)에서 이러한 문제점을 해결하기 위한 발명을 창안하였으나, 여전히 문제점으로 남아있었던 고분자의 장시간 열 접촉으로 인한 고분자 열분해 현상과 분자량 감소 현상을 해결하기 위해 무용매 용융 전기 방사 방법으로 나노 파이버를 제작할 경우 수반되어야 할 점을 제시하면 다음과 같다.
사용 고분자의 용융지수, 분자량, 점도 등의 고분자 특성이 적합해야 한다.
고분자가 토출되는 폴리머멜트 토출부와 가열부는 전기적 쇼트 서킷(short circuit)을 방지하기 위하여 세라믹과 같은 높은 열 전도율과 전기 절연성을 구비한 전기 절연체로 도포되어야 한다.
가열부위에 놓여지는 나노 파이버 방사부는 구리와 같은 전기 전도도 및 열 전도도가 높은 소재여야 하고, 엠보싱(embossing) 또는 콘벡스 라인(convex line) 처리를 하고 폴리머멜트(Polymer Melt)의 깊이를 적절히 조절하여 나노 섬유가 쉽게 발생하게 하여야 한다.
고분자가 폴리머멜트 토출부로부터 토출되어 나노 파이버 방사부 위로 흐를 때 폴리머멜트의 두께를 일정하게 유지하기 위하여 고 내열성 고분자 혹은 절연 처리된 금속 소재로 제작된 스파츌라(spatula)로 위에서 아래로 폴리머멜트를 쓸어 내려야 한다.
나노 섬유 발생부분을 통과한 폴리머멜트는 고경사의 콘벡스 라인과 미세추출부를 통과하여 용융 압출기로 보내져 다시 펠렛타이저(pelletizer)로 재순환이 되어야 한다.
나노 파이버 방사부로부터 발생한 나노 섬유는 가열된 공기의 유도로 컬렉터에 섬유의 형태로 수집되어 나노 파이버 방사부의 윗면으로 폴리머멜트 토출부로부터 토출된 고분자 용융물이 접촉되어 흐르는 과정에서 고분자 용융물은 전기 발생부에 의해 전기 방사되어야 한다.
본 발명의 목적은 단일노즐 또는 다중노즐이 아닌 플랫 타입 나노 파이버 방사부를 사용하고, 고분자를 용매에 용해시켜야 하는 과정이 없이 고분자를 용융시켜 전기 방사할 수 있는 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치 및 무용매 용융 전기 방사 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치는 용융 전기 방사 장치에 있어서, 상부에 폴리머칩 투입구가 형성된 제1 용융 압출 고분자 공급부; 금속 소재로 구성된 플랫 타입 나노 파이버 방사부가 착탈식으로 구비된 하부 기저부와, 막대 형상의 스파츌라와 가열 공기 발생부가 구비된 상부 지지부로 구성된 나노 파이버 방사 블럭; 및 상기 나노 파이버 방사 블럭과 이격되어 위치하고 회동 전극부가 구비된 컬렉터; 를 포함한다.
또한, 상기 제1 용융 압출 고분자 공급부는 전기 절연체로 도포된 가열부와 온도센서 컨트롤러가 장착될 수 있다.
또한, 상기 나노 파이버 방사 블럭의 상기 하부 기저부는 절연체로 도포된 경사면을 구비하고, 상기 하부 기저부의 경사면과 밀착되어 장착되는 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부는 지면과 0° 내지 90° 의 경사각으로 경사질 수 있다.
또한, 상기 나노 파이버 방사 블럭의 상기 스파츌라는 고 내열성 고분자 혹은 절연 처리된 금속 소재로 구성되고 단면이 타원형 호의 일면을 구비할 수 있다.
또한, 상기 방사 블럭의 미세추출부와 밀폐되어 연결되는 폴리머멜트 투입구가 형성되고, 전기 절연체로 도포된 가열부와 온도센서 컨트롤러가 구비된 제2 용융 압출 고분자 공급부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 용융 압출 고분자 공급부와 연결되며, 수냉식의 냉각 수조와 절단기가 장착된 펠렛타이저가 구비된 리사이클부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 용융 압출 고분자 공급부 각각은 내부에 폴리머멜트를 이송하는 스크류가 설치되고, 외부에 상기 스크류를 포함하는 복수개의 개별적 실린더가 조립된 하나의 일체적 실린더가 구비될 수 있다.
또한, 상기 방사 블럭이 내부에 장착되고, 전기 절연체로 도포된 가열 유닛과 온도센서 유닛이 구비되고, 공기 흡입 배출구에 설치된 공기 순환 유닛이 구비되는 방사 챔버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부는 표면에 단면이 원형, 타원형, 또는 다각형의 형상이며 상기 경사면의 경사방향과 수직, 수평, 사선으로 직선이거나 곡선으로 형성된 하나 이상의 엠보싱 또는 콘벡스 라인이 구비될 수 있다.
또한, 상기 컬렉터는 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부와의 이격거리를 조절할 수 있는 전동식 높이 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 구동 모터, 상기 구동 모터에 설치되는 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트와 함께 회동하는 회전 캠, 상기 회전 샤프트와 상기 회전 캠을 고정하는 회전축, 상기 회전 캠에 연결되는 연직 체인, 상기 연직 체인과 연결되는 구동 캠으로 구성되는 출력 구동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 구동부의 상기 구동 캠은 상기 스파츌라와 연결되고, 상기 연직 체인이 조절되어 상기 스파츌라의 이동속도, 침지깊이가 미세조정되고, 상기 출력 구동부의 상기 구동 모터는 수평체인과 연동되어 구동 가이드부에서 수평이동 및 연직이동될 수 있다.
또한, 상기 폴리머멜트는 용매에 용해시키는 과정이 없이 고분자의 용융 지수, 분자량, 점도의 고분자 특성을 설계, 제어하여 용융 전기 방사되는 고분자 용융물이고, 상기 폴리머멜트는 ABS (Acrylonitrile-Butadien-Syrene), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리에틸렌 (Polyethylene), 열가소성 폴리에스터 (Polyeseter,PE), 폴리이미드(Polyimide,PI), 폴리프로필렌 (Polypropylene,PP), 폴리스티렌(Polystyrene,PS), 폴리슬폰(Polysulfone,PSF), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chrolride,PVC), 폴리에테르이미드 (Polyether Imide,PEI), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyehtylene terephthalate,PET), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 (Thermoplastic polyetherester elastomer,TPEE), 폴리에틸렌나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate,PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (Polybutylene terephthalate,PBT), 폴리사이클로헥실렌테레프탈레이트 (Polycyclohxylene terephthalate, PCT), 폴리에틸렌 옥사이드 (Polyethylene oxide, PEO), 폴리비닐덴디플루오리드 (Polyvinglidene fluoride, PVDF), 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA), 폴리락트산(Poly L-lactic acid, PLLA), 폴리에틸렌테레프텔레이트 (Polyethylene terphthalate, PET), 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile,PAN), 폴리비닐알코올 (Polyvinyl alcohol,PVA), 폴리우레탄 (Polyurethane,PU) 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법은 무용매 용융 전기 방사 방법에 있어서, 폴리머칩이 제1 용융 압출 고분자 공급부에서 용융된 폴리머멜트가 방사 블럭의 폴리머멜트 토출부로 이송되는 단계; (b) 상기 방사 블럭의 폴리머멜트 토출부에서 플랫 타입 나노 파이버 방사부로 이송된 상기 폴리머멜트에 스파츌라가 침지되어 상기 폴리머멜트를 균일한 두께로 하부로 이송시키는 단계; (c) 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부와 컬렉터 사이에 전기장이 형성되는 단계; (d) 상기 폴리머멜트가 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부로부터 전기 방사되어 가열공기에 의해 상기 컬렉터로 유도되어 방사되는 단계; 및 (e) 상기 컬렉터에서 나노 파이버 섬유체가 포집되어 회동 전극부에 의해 운반되는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, (f) 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부에서 방사되고 남은 상기 폴리머멜트가 운반부와 미세추출부를 통과한 후 제2 용융 압출 고분자 공급부의 폴리머멜트 투입구로 주입되는 단계; 및 (g) 상기 제2 용융 압출 고분자 공급부에서 유출된 상기 폴리머멜트가 냉각 수조에서 냉각되고 펠렛타이저로 이송되어 절단기로 분쇄되는 단계;를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치 및 무용매 용융 전기 방사 방법은 전기 방사를 위해 고분자를 용매에 용해시키는 과정이 없이 고분자를 용융 압출시켜 폴리머멜트로 토출시키는 효과가 있다.
또한, 토출된 폴리머멜트를 평판에 걸어준 전기장에 의해 전기 방사되는 원리를 이용하여 평판 표면에 형성된 엠보싱 혹은 콘벡스 라인으로 폴리머멜트의 깊이를 적절히 조절하여 나노 섬유를 발생하기 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 발생된 나노 섬유를 가열 공기로 컬렉터에 유도하고, 전압, 방사 거리, 폴리머멜트 토출량, 가열 공기 압력, 나노 파이버 방사부 형상, 권취속도 등을 변수로 미세조정하여 생성되는 나노 섬유의 굵기, 밀도, 포어 사이즈(pore size), 강도, 배향율 등을 제어하며 방사하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 분해사시도이다.
도 3(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부를 도시한 사시도이고, 도 3(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 상부를 도시한 사시도이다.
도 4(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부 기저부를 도시한 사시도이고, 도 4(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부 기저부를 도시한 측면도이다.
도 5(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 엠보싱이 구비된 플랫 타입 나노 파이버 방사부를 도시한 사시도이고, 도 5(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 콘벡스 라인이 구비된 방사 블럭의 플랫 타입 나노 파이버 방사부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 정면도이다.
도 7은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 측면도이다.
도 8은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 전원공급부와 커넥터, 출력 구동부의 연결을 도시한 회로도이다.
도 9는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부의 상부면을 도시한 저면도이다.
도 10은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부를 도시한 사시도이다.
도 11은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 12는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부와 스파츌라를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부와 스파츌라의 연결구조를 도시한 분해사시도이다.
도 14는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 커넥터에 장착된 높이 조절부를 도시한 분해사시도이다.
도 15는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 분해사시도이다.
도 3(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부를 도시한 사시도이고, 도 3(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 상부를 도시한 사시도이다.
도 4(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부 기저부를 도시한 사시도이고, 도 4(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부 기저부를 도시한 측면도이다.
도 5(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 엠보싱이 구비된 플랫 타입 나노 파이버 방사부를 도시한 사시도이고, 도 5(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 콘벡스 라인이 구비된 방사 블럭의 플랫 타입 나노 파이버 방사부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 정면도이다.
도 7은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 측면도이다.
도 8은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 전원공급부와 커넥터, 출력 구동부의 연결을 도시한 회로도이다.
도 9는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부의 상부면을 도시한 저면도이다.
도 10은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부를 도시한 사시도이다.
도 11은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 12는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부와 스파츌라를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부와 스파츌라의 연결구조를 도시한 분해사시도이다.
도 14는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 커넥터에 장착된 높이 조절부를 도시한 분해사시도이다.
도 15는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는" 과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "부", "기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 분해사시도이다.
도 3(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부를 도시한 사시도이고, 도 3(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 상부를 도시한 사시도이다.
도 4(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부 기저부를 도시한 사시도이고, 도 4(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 하부 기저부를 도시한 측면도이다.
도 5(a)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 방사 블럭의 엠보싱이 구비된 플랫 타입 나노 파이버 방사부를 도시한 사시도이고, 도 5(b)는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 콘벡스 라인이 구비된 방사 블럭의 플랫 타입 나노 파이버 방사부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 정면도이다.
도 7은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 측면도이다.
도 8은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 전원공급부와 커넥터, 출력 구동부의 연결을 도시한 회로도이다.
도 9는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부의 상부면을 도시한 저면도이다.
도 10은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부를 도시한 사시도이다.
도 11은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 12는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부와 스파츌라를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 출력 구동부와 스파츌라의 연결구조를 도시한 분해사시도이다.
도 14는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치의 커넥터에 장착된 높이 조절부를 도시한 분해사시도이다.
도 15는 도 1의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치는 용융 전기 방사 장치에 있어서, 상부에 폴리머칩 투입구(110)가 형성되고 전기 절연체로 도포된 가열부(150)와 온도센서 컨트롤러(155)가 장착된 제1 용융 압출 고분자 공급부(100); 하부에 금속 소재로 구성되고 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)가 착탈식으로 구비되고 상부면이 절연체로 코딩된 하부 기저부(210)와, 상부에 고 내열성 고분자 혹은 절연 처리된 금속 소재로 구성되고 타원형 호의 일면을 단면으로 구비한 막대 형상의 스파츌라(260)와 가열 공기 주입부(275)와 연통되는 가열 공기 발생부(270)가 구비된 상부 지지부(280)로 구성된 나노 파이버 방사 블럭(200); 및 상기 나노 파이버 방사 블럭(200)과 이격되어 위치하고 하나 이상의 회동 전극부(280)와 분리부(390)가 구비된 컬렉터(300); 를 포함한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)의 일실시예가 도시되어 있다.
제1 용융 압출 고분자 공급부(100) 내부에는 상부에 폴리머칩(10) 투입구(110)가 형성되고, 내부에 폴리머멜트를 이송하는 스크류(130)가 설치되고, 외부에 상기 스크류(130)를 포함하는 복수개의 개별적 실린더(105)가 조립되어 하나의 일체적 실린더(107)로 구성되며, 복수개의 개별적 실린더(105)를 가열하는 복수개의 가열부(150)와 온도센서 컨트롤러(155)가 구비된다.
제1 용융 압출 고분자 공급부(100)의 폴리머칩 투입구(110)로 투입된 폴리머칩(10)은 모터(120)와 연결된 스크류(130)가 회전하게 되면서 점차적으로 용융되어 커넥터(170)로 이송된다.
폴리머칩(10)은 열가소성 수지에만 제한되지 않고 열경화성 수지 등의 대부분의 폴리머가 모두 사용가능하다. 사용가능한 폴리머로는 ABS (Acrylonitrile-Butadien-Syrene), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리에틸렌 (Polyethylene), 열가소성 폴리에스터(Polyeseter,PE), 폴리이미드(Polyimide,PI), 폴리프로필렌 (Polypropylene,PP), 폴리스티렌 (Polystyrene,PS), 폴리슬폰 (Polysulfone,PSF), 폴리비닐클로라이드 (Polyvinyl chrolride,PVC), 폴리에테르이미드 (Polyether Imide,PEI), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyehtylene terephthalate,PET), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 (Thermoplastic polyetherester elastomer,TPEE), 폴리에틸렌나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate,PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (Polybutylene terephthalate,PBT), 폴리사이클로헥실렌테레프탈레이트 (Polycyclohxylene terephthalate, PCT), 폴리에틸렌 옥사이드 (Polyethylene oxide, PEO), 폴리비닐덴디플루오리드 (Polyvinglidene fluoride, PVDF), 폴리락틱산 (Polylactic acid, PLA), 폴리락트산(Poly L-lactic acid, PLLA), 폴리에틸렌테레프텔레이트 (Polyethylene terphthalate, PET), 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile,PAN), 폴리비닐알코올 (Polyvinyl alcohol,PVA), 폴리우레탄 (Polyurethane,PU) 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물 등이 있다.
제1 용융압출고분자 공급부(100)에서는 고분자의 용융지수, 분자량, 점도 등의 고분자 특성에 따라 공급되는 폴리머칩(10)이 용매가 없이 단계적으로 용융되어 폴리머멜트가 제조된다.
제1 용융 압출 고분자 공급부(100)는 가열부(150)와 온도센서 컨트롤러(155)가 구비되어 폴리머멜트의 용융상태를 제어한다. 폴리머멜트는 용매에 용해시키는 과정이 없이 고분자의 용융지수, 분자량, 점도의 고분자 특성을 설계, 제어하여 용융 전기 방사되는 고분자 용융물이며, 열을 가하는 용융압출시 고분자의 특성이 변경될 수 있다.
스크류(130)는 1개의 싱글 스크류일 수 있고, 2종 이상의 폴리머를 블렌딩(Blending), 컴파운딩(compounding)하는 효과를 가지는 트윈 스크류일 수도 있고, 및 외의 다른 형태의 스크류도 가능하다.
스크류(130)의 회전으로 폴리머멜트가 이송되며, 스크류(130) 대신에 이산화탄소나 질소가스의 압축가스를 불어넣어 가압하는 구조도 가능하고 공지된 이송방법을 이용할 수도 있으며, 이송방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
커넥터(170)는 용융 압출 고분자 공급부(100)에서 용융압출된 폴리머멜트를 방사 블럭(200)의 폴리머멜트 토출부(213)로 안내한다. 커넥터(170)에는 가열부(160)와 온도센서 컨트롤러(165)가 구비되어 폴리머멜트의 용융상태를 유지한다.
방사 블럭(200)은 하부 기저부(210)와 상부 지지부(280)로 구성되고, 하부 기저부(210)는 폴리머멜트 토출부(213), 운반부(220), 미세추출부(240), 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)를 포함하고, 상부 지지부(280)는 스파츌라(260), 가열 공기 발생부(270), 가열 공기 주입부(275)를 포함한다.
방사 챔버(201)는 전원 제어부(600)에 의해 고전압이 인가되기 때문에 가열 유닛(217)은 전열선과 같은 전기를 이용한 히터가 아닌 가스나 기름의 연소에 의한 가열이 이루어지도록 구성되고 온도센서 유닛(219)이 구비된다. 방사 챔버(201)는 내부의 온도를 균일하게 조절하는 공기 흡입 배출구로 구성된 공기 순환 유닛(275)이 구비된다. 방사 챔버(201)는 공정을 처리하는 장소와 공정의 상황에 따라 생략될 수도 있으나, 공정 과정을 최상의 조건으로 유지하기 위해서는 설치하는 것이 바람직하다.
폴리머멜트 토출부(213)는 제1 용융 압출 고분자 공급부(100)의 커넥터(170)와 연결되고 폴리머멜트를 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로 이송되게 한다.
가열 유닛(217)은 방사 챔버(201) 내의 온도가 고분자의 용융온도보다 높지 않도록 유지하여 컬렉터(300)에 방사된 폴리머멜트가 섬유의 형태로 유지되어 섬유상으로 얻을 수 있게 한다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 방사 블럭(200)의 하부 기저부(210) 에 착탈식으로 장착되고, 폴리머멜트 토출부(213)으로부터 토출된 폴리머멜트는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)에 전기가 인가되면 극성을 띠고 컬렉터(300)로 전기방사되어 비산된다.
컬렉터(300)는 전기로 대전되는 하나 이상의 회동 전극부(380)와 테프론 등의 비접착성 재질의 분리부(390)를 구비한다. 컬렉터(300)는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 방사된 나노 파이버 섬유체(360)를 포집한다. 컬렉터(300)의 회동 전극부(380)는 전원 제어부(600)에 의해 0.1KV 내지 150KV의 고전압이 인가되면 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300) 사이에 전기장이 형성되어 폴리머멜트가 전기방사되고, 컬렉터(300)에는 기판부(substrate,301)가 구비되어 방사된 폴리머멜트가 나노 파이버로 수집되고 나노 파이버는 분리부(390)에 의해 기판부(301)로부터 분리될 수 있다.
컬렉터(300)에 방사되어 수집된 나노 파이버 섬유체(360)는 복수의 회동 전극부(380)에 의해 운반되며 이때 컬렉터(300)의 이송속도를 느리게 하거나 빠르게 하면 적층되는 섬유사의 양을 조절하여 나노 파이버 섬유체(360)의 특성을 변경할 수 있다.
회동 전극부(380)는 컬렉터(300)에 복수개가 구비되고, 전원 제어부(600)와 연결되어 컬렉터(300)가 대전되게 된다.
분리부(390)는 테프론 등의 소재로 구성된 비접착성 재질로 구성되고, PP 혹은 TPFE 등의 소재로 만들어진 부직포 혹은 메쉬 형태의 기판부(301)로부터 나노 파이버를 분리한다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)를 통과한 폴리머멜트는 고경사의 운반부(220)의 콘벡스 라인을 따라 미세추출부(240)를 통과하여 제2 용융 압출 고분자 공급부(400)로 보내진다.
제2 용융 압출 고분자 공급부(400)는 상부에 폴리머멜트 투입구(410)가 형성되고 전기 절연체로 도포된 가열부(450)와 온도센서 컨트롤러(455)를 포함한다.
제 2 용융 압출 고분자 공급부(400)는 제1 용융 압출 고분자 공급부(100)와 구조가 동일하며, 반드시 압출기 형태가 아니어도 된다. 제 2 용융 압출 고분자 공급부(400)의 폴리머멜트 투입구(410)와 미세추출부(240)의 폴리머멜트가 이동되는 통로는 밀폐되어 외부 공기의 유입을 차단하여 온도제어가 가능한 구조로 되어 있다.
리사이클부(500)는 수냉식의 냉각 수조(560)와 절단기(595)가 장착된 펠렛타이저(590)를 포함한다.
제2 용융 압출 고분자 공급부(400)에서 유출된 폴리머멜트가 수냉식의 냉각 수조(560)에서 냉각되고 펠렛타이저(590)로 이송되어 절단기(595)로 분쇄된다.
냉각 수조(560)에서 냉각된 폴리머멜트는 펠렛타이저(590)의 절단기(595)에 의해 분쇄되어 폴리머 칩(10)이 재생산되고 이를 다시 제1 용융 압출 고분자 공급부(100)의 폴리머칩 투입구(110)로 투입하면 공정이 리사이클(recycle)된다.
도 3(a) 내지 4(b)를 참조하면, 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)의 일실시예의 방사 블럭(200)은 하부 기저부(210)와 상부 지지부(280)로 구성되고, 하부 기저부(210)는 폴리머멜트 토출부(213), 운반부(220), 미세추출부(240), 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)를 포함하고, 상부 지지부(280)는 스파츌라(260), 가열 공기 발생부(270), 가열 공기 주입부(275)를 포함한다.
폴리머멜트 토출부(213)는 제1 용융 압출 고분자 공급부(100)의 커넥터(170)에서 이송된 폴리머멜트를 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로 이송한다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 사각형상의 평판이고, 일측에 전극 단자(253)가 구비된다. 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 표면에는 엠보싱(255) 또는 콘벡스 라인(256)이 단면이 돌출형성되며, 엠보싱(255) 또는 콘벡스 라인(256)의 높이와 스파츌라(260)의 작용에 의해 폴리머멜트의 깊이가 조절된다. 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)가 대전되면 극성을 띤 폴리머멜트는 대전된 컬렉터(300)로 전기방사되어 비산된다.
상부 지지부(280)에는 스파츌라(260)가 구비된다. 스파츌라(260)는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와, 운반부(220)와, 미세추출부(240)의 상면에 근접하게 이격된 상태로 수평이동되고 연직하강되어 폴리머멜트의 표면을 균일하게 하는데, 이때 엠보싱(255) 또는 콘벡스 라인(256)이 형성되면 폴리머멜트의 깊이가 얕게 되므로 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)에 전기가 인가되면 폴리머멜트가 방사되기 쉬운 조건이 된다.
방사시 폴리머멜트의 특성을 고려하여 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 전압을 조절하면서 스파츌라(260)의 이동속도와 침지깊이를 조정하면 방사되는 나노 파이버의 양을 조절할 수 있다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 상부 지지부(280)에는 가열 공기 주입부(275)와 가열 공기 발생부(270)가 구비되고, 가열 공기 주입부(275)에 공급되고 가열 공기 발생부(270)로부터 토출된 가열 공기는 5cm 내지 3m 정도 투사되어 컬렉터(300)로 방사되는 섬유사의 이동방향을 유도하고 속도를 조절한다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 기본적으로 컬렉터(300)와 평행하며 때에 따라서는 경사질 수도 있다. 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 경사 면(207)은 지면을 수평면으로 할 때 0° 내지 90° 로 경사각이 변경될 수 있다. 즉, 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 방사면이 지면의 수평면에 대하여 여러 각도로 변경될 수 있다.
폴리머멜트 토출부(213)는 노즐을 사용하지 않는 무노즐(nozzleless)의 방식으로 방사 블럭(200)의 하부 기저부(210)의 경사면(207)의 일측 상단에 다수개가 일정 간격으로 일렬로 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 상단에 위치한 폴리머멜트 토출부(213)의 간격은 0.1~10mm 범위 이내로 사용가능하고, 주로 0.5~5mm 의 범위로 사용된다. 폴리머멜트 토출부(213)의 직경(d)은 0.1~2.0mm, 주로 0.2~0.5mm가 사용된다. 폴리머멜트 토출부(213)의 길이(L)와 직경의 비(L/d)는 1 ~ 20의 값이면 사용가능하며, 특히 2 ~ 10의 범위로 사용된다.
방사 블럭(200)의 하부 기저부(210)는 상부에 상면(207)이 형성되고, 일측에 폴리머멜트 토출부(213), 운반부(220), 미세추출부(240)가 구비되고, 내부에 가열부(201)와 온도센서 컨트롤러(203)가 구비된다. 방사 블럭(200)의 하부 기저부(210)의 상면(207)은 열전도도가 높은 절연소재로 구성되거나 혹은 도포되어 고전압과의 쇼트를 방지하고, 가열부(201)는 방사 블럭(200) 하부 기저부(210)의 상면(207)을 가열하여 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로 유입된 폴리머멜트를 응고되지 않고 용융된 상태로 유지되게 하며, 온도센서 컨트롤러(203)는 온도센서를 포함하고 있어 폴리머멜트의 온도를 체크하고 가열부(201)의 온도를 제어한다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 일측에는 전기 용융 방사 이후 남은 폴리머멜트가 라인을 따라 이송되는 운반부(220)가 구비되어 폴리머멜트를 제2 용융 압출 고분자 공급부(400)로 이송되게 하며, 운반부(220)에는 라인이 구비되어 폴리머멜트의 이송을 안내한다. 운반부(220)의 하단에는 금속재질의 미세추출부(240)가 설치되어 이송되는 폴리머멜트의 불순물을 거를 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)의 일실시예의 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 사각형의 평판형으로 구성되고 상면에 엠보싱(255)이 구비되고, 본 발명의 다른 일 실시예에서 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 사각형의 평판형으로 구성되고 상면에 콘벡스 라인(256)이 구비된다.
본 발명의 일실시예에서 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 사각형상의 평판이지만, 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형의 형상이 가능하며, 이에 한정되지 아니하며, 다양한 형상이 가능하다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 엠보싱(255)과 콘벡스 라인(256)은 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 표면에 돌출되어 형성되고 수직, 사선, 수평으로 연속적이거나 또는 불연속적으로 형성되고, 이에 한정되지 아니하며, 다양한 형상이 가능하다. 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 표면에 돌출 형성된 엠보싱(255)과 콘벡스 라인(256)은 이송되는 폴리머멜트의 깊이를 얕게 하여 전기방사에 의해 나노 파이버 발생을 용이하게 한다. 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 나노 파이버 방사 블럭(200)에 착탈식으로 구비되고 폴리머멜트의 고분자와 생산되는 나노 파이버의 특성에 따라 엠보싱(255)과 콘벡스 라인(256)의 패턴과 크기와 모양을 변경할 수 있다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 양측에는 운반되는 폴리머멜트가 이탈되는 유로로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 가이드 윙(251)이 구비되고, 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 가이드 윙(251)에는 전기용융 방사를 위해 전원 제어부(600)로부터 인가된 전류가 이동되는 전극단자(253)가 구비된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)의 일실시예의 전원 제어부(600)가 컬렉터(300)과 출력 구동부(700)과 연결된 회로가 도시되어 있다.
전원 제어부(600)는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 전극 단자(253)와 연결되고, 컬렉터(300)의 회동 전극부(380)와 연결되어 양측에 고전압을 인가하고 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300) 사이에 전기장이 형성되도록 하여 폴리머멜트를 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 컬렉터(300)로 전기 방사되게 한다.
전원 제어부(600)는 출력 구동부(700)에 전원을 공급하여 방사블럭(200)의 스파츌라(260)를 이동하게 하고 침지깊이를 조정하여 폴리머멜트의 표면을 균일하게 한다.
전원 제어부(600)는 용융 압출 고분자 공급부(100), 커넥터(170), 방사 블럭(200)에 구비된 가열부(150,160,211)와 온도센서 컨트롤러(155,165,212), 방사 챔버(201)의 가열 유닛(217)과 온도센서 유닛(219)에 전원을 공급한다.
전원 제어부(600)는 컬렉터(300)에 포집된 나노 파이버 섬유체(360)를 회동 전극부(380)에 의하여 운반하는 전원을 포함한 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)에 전원을 공급하고 이를 제어한다.
도 9 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)의 일실시예의 출력 구동부(700)가 도시되어 있다.
출력 구동부(700)은 전원 제어부(600)과 연결되며, 방사 블럭(200)의 상부에 복수개가 구비되고 구동 모터(710), 구동 모터(710)에 설치되는 회전 샤프트(720), 회전 샤프트(720)와 함께 회동하는 회전 캠(730), 회전 샤프트(720)와 회전 캠(730)을 고정하는 회전축(740), 회전 캠(730)에 연결되는 연직 체인(760), 연직 체인(760)과 연결되는 구동 캠(770), 구동 캠(770)과 연결되는 스파츌라(260)로 구성된다.
출력 구동부(700)는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 스파츌라(260)를 수평이동과 상하운동시킨다.
본 발명의 일 실시예에서 출력 구동부(700)는 구동 모터(710)로 회전운동 시키는 것이 가능하며, 이 구동 모터(710)는 방사 챔버(201) 내부에 설치될 수 있고, 방사 챔버(201) 외부에도 설치될 수 있다. 구동 모터(710)는 구동 가이드부(701)에 구비된 홈의 방향을 따라서 수평체인(705)에 의하여 수평이동 및 하강되고, 구동 모터(710)는 회전운동을 제어하고 연직 체인(760)의 길이를 조절하여 스파츌라(260)의 이동속도, 높이 등을 조정하게 된다.
본 발명의 다른 일 실시예에서 출력 구동부(700)는 실린더로 상하운동시키는 것이 가능하며, 이 실린더는 방사 블럭(200) 내부에 설치될 수 있고, 방사 블럭(200) 외부에도 설치될 수 있다. 실린더로 상하운동을 제어하면, 연직 체인(760)으로 하는 것보다 이동속도, 높이 등을 전자제어로 미세조정이 가능하다.
회전 캠(730)과 구동 캠(770)은 연직 체인(760)으로 맞물려 결합되어 있으며 구동 모터(710)가 작동하면 회전 샤프트(720), 회전 캠(730), 연직 체인(760), 구동 캠(770), 스파츌라(260)에 동력이 인가되고, 회동되는 구동 캠(770)과 톱니가 맞물리게 결합된 스파츌라(260)는 이동되게 된다. 세로 길이가 긴 스파츌라(260)로 교환하거나 연직 체인(760)의 길이를 조절하면 스파츌라(260)의 폴리머멜트 침지깊이를 조절할 수 있다. 복수개의 스파츌라(260)는 출력 구동부(700)의 구성의 변경에 의하여 이동방향, 이동속도, 침지깊이 등이 각각 전자제어로 미세조정될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)의 일실시예의 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)에 구비된 스파츌라(260)는 1개로 설계될 수도 있고, 개수의 가감이 가능하여 복수개로 구성될 수도 있다. 복수개의 스파츌라(260)는 일체적으로 구성될 수도 있고, 각각 분리된 복수개의 스파츌라(260)가 개별적으로 구성될 수도 있다. 복수개의 스파츌라(260)는 출력 구동부(700)에 의하여 이동방향, 이동속도, 침지깊이 등이 각각 전자제어로 미세조정되어 플랫타입 나노 파이버 방사부(250)에서 폴리머멜트를 균일하게 하고 연속적으로 나노 섬유를 발생하게 된다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)의 일실시예의 컬렉터(300)는 좌우방향으로 연장된 보조 포집 부재(320)를 더 포함할 수 있어서 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 상하 이동에 따라 중력이 변화하더라도 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300) 사이에 형성되는 전기장에 의해 주변으로 방사되는 나노 파이버 섬유사들이 보조 포집 부재(320)에 의해 모두 포집될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 컬렉터(300)에는 전동식 높이 조절부(310)가 절첩가능하게 구비되어 나노 파이버 섬유사가 컬렉터(300)에 포집되는 양이 소량이거나 나노 파이버 섬유사가 컬렉터(300)에 닿지 않을 경우에는 방사 블럭(200)에 인가되는 전원을 차단하지 않고 방사중에 전동식 높이 조절부(310)를 조정하여 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300) 사이의 거리를 가깝게 조정할 수 있고, 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 방사된 나노 파이버 섬유사가 컬렉터(300)상에 섬유체(360)로 포집되는 효율이 향상된다.
본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법은 무용매 용융 전기 방사 방법에 있어서, (a) 폴리머칩(10)이 제1 용융 압출 고분자 공급부(100)에서 용융된 폴리머멜트가 방사 블럭(200)의 폴리머멜트 토출부(213)로 이송되는 단계(S1100); (b) 상기 방사 블럭(200)의 폴리머멜트 토출부(213)에서 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로 이송된 상기 폴리머멜트에 스파츌라(260)가 침지되어 상기 폴리머멜트를 균일한 두께로 하부로 이송시키는 단계(S1200); (c) 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300) 사이에 전기장이 형성되는 단계(S1300); (d) 상기 폴리머멜트가 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 전기 방사되어 가열공기에 의해 상기 컬렉터(300)로 유도되어 방사되는 단계(S1400); 및 (e) 상기 컬렉터(300)에서 나노 파이버 섬유체(360)가 포집되어 회동 전극부(380)에 의해 운반되는 단계(S1500); (f) 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)에서 방사되고 남은 폴리머멜트가 운반부(220)와 미세추출부(240)를 통과한 후 제2 용융 압출 고분자 공급부(400)의 폴리머멜트 투입구(410)으로 주입되는 단계(S1600); (g) 상기 제2 용융 압출 고분자 공급부(400)에서 유출된 폴리머멜트가 냉각 수조(560)에서 냉각되고 펠렛타이저(590)로 이송되어 절단기(595)로 분쇄되는 단계(S1700);를 포함한다.
도 15를 참조하면, 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법의 일실시예에서, S1100 단계는 제1 용융 압출 고분자 공급부(100)에서 용융된 폴리머멜트가 커넥터(170)를 통하여 방사 블럭의 폴리머멜트 토출부(213)로 이송되는 단계이다.
S1100 단계는 폴리머칩(10)을 용매에 용해시키는 과정이 없이 용융 압출시켜 고분자의 용융지수, 분자량, 점도의 고분자 특성을 변경하여 방사되는 고분자 용융물인 폴리머멜트가 생산되고, 생산된 폴리머멜트는 커넥터(170)를 통하여 방사 블럭(200)로 이송되는 단계이다.
방사 블럭(200)에는 가열부(201)와 온도센서 컨트롤러(203)가 구비되어 폴리머멜트는 용융된 상태로 커넥터(170)를 통해서 폴리머멜트 토출부(213)로 이송된다.
폴리머칩(10)은 열가소성 수지에만 제한되지 않고 열경화성 수지 등의 대부분의 폴리머를 사용할 수도 있지만, 사용 고분자의 용융지수, 분자량, 점도 등의 고분자 특성이 적합해야 한다.
S1200 단계는 상기 방사 블럭(200)의 폴리머멜트 토출부(213)에서 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로 이송되고 상기 폴리머멜트에 스파츌라(260)가 침지되어 폴리머멜트를 균일한 두께로 하부로 이송시키는 단계이다.
고분자가 토출되는 폴리머멜트 토출부(213)는 전기적 쇼트(short circuit)를 방지하기 위하여 세라믹과 같은 높은 열 전도율과 전기 절연성을 구비한 전기 절연체로 도포된다.
고분자가 폴리머멜트 토출부(213)로부터 토출되어 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250) 위로 흐를때 폴리머멜트의 두께를 일정하게 유지하기 위하여 고 내열성 고분자 혹은 절연 처리된 금속 소재로 제작된 스파츌라(spatula)로 위에서 아래로 폴리머멜트를 쓸어 내린다.
스파츌라(260)는 폴리머멜트에 1/2 내지 1/10 침지되고, 복수개의 스파츌라(260)의 이동속도는 일정할 수도 있고 가속되거나 감속되도록 가변될 수도 있다.
S1300 단계는 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300) 사이에 전기장이 형성되는 단계이다.
전원 제어부(600)는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300) 사이에 주로 0.1 ~ 150kV의 전압이 인가되도록 제어되며 폴리머멜트의 특성에 따라서 100KV 이상의 고전압을 사용하는 것도 가능하다.
가열부위에 놓여지는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)는 구리와 같은 전기 전도도 및 열 전도도가 높은 소재여야 하고, 엠보싱 또는 콘벡스 라인 처리를 하고 폴리머멜트의 두께를 제어하여 나노 섬유가 쉽게 발생하게 된다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250) 상에 형성된 엠보싱 또는 콘벡스 라인의 높이는 폴리머멜트의 깊이가 1/2 내지 1/10 로 감소되게 설계된다.
S1400 단계는 폴리머멜트가 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 전기 방사되어 가열공기로 나노파이버를 유도하여 컬렉터(300)로 방사되는 단계이다.
S1400 단계에서는 S1300 단계에서 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300)사이에 인가된 고전압에 의하여 폴리머멜트가 전기 방사되게 된다. 전원 제어부(600)로부터 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)와 컬렉터(300)의 회동 전극부(380) 사이에 고전압이 인가되면 전기장이 형성되고 이로 인하여 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)에 부착된 폴리머멜트는 전기력에 의하여 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 컬렉터(300)를 향해 여러 가닥의 섬유사로 방사된다. 이때, 방사된 섬유사는 양이온으로 하전되어 있으므로 음극인 컬렉터(300)를 향해 이동되게 된다. 혹은 방사된 섬유사가 음이온으로 하전된 경우에는 회동 전극부(380)를 양극으로 대전되게 하여 컬렉터(300)를 향해 이동되게 된다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)의 윗면으로 폴리머멜트 토출부(213)로부터 토출된 폴리머멜트가 접촉되어 흐르는 과정에서 폴리머멜트는 전기 방사되고, 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)으로부터 발생한 나노 파이버는 가열 공기 주입부(275)로 투입되고 가열 공기 발생부(270)로 투사된 가열된 공기의 유도로 컬렉터(300)에 섬유의 형태로 수집된다.
여기서, 폴리머멜트의 특성에 따라 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 전압, 방사 거리, 폴리머멜트 토출량, 가열 공기 압력, 나노 파이버 방사부 형상, 권취속도 등을 변수로 미세조정하여 생성되는 나노 섬유의 굵기, 밀도, 포어 사이즈, 강도, 배향율 등을 변경하여 방사될 수 있다. 이때, 컬렉터(300)가 연결된 전동식 높이 조절부(310)를 상하로 조절하여 폴리머멜트가 방사되는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)로부터 컬렉터(300)까지의 거리를 조절할 수 있다.
S1500 단계는 컬렉터(300)에서 나노 파이버 섬유체(360)가 포집되어 회동 전극부(380)에 의해 운반되는 단계이다.
컬렉터(300)에 방사되어 수집된 나노 파이버 섬유체(360)는 복수의 회동 전극부(380)에 의해 운반되며 이때 컬렉터(300)의 이송속도를 느리게 하거나 빠르게 하면 적층되는 섬유사의 양을 조절하여 나노 파이버 섬유체(360)의 특성을 변경할 수 있다. 회동 전극부(380)에는 PP 혹은 TPFE 등의 소재로 만들어진 부직포 혹은 메쉬(mesh) 형태의 기판부(301)가 나노 파이버를 받는 역할을 할 수 있고, 방사 후 그대로 사용되거나 분리되어 사용될 수도 있다.
S1600 단계는 플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)에서 방사되고 남은 폴리머멜트가 운반부(220)와 미세추출부(240)를 통과한 후 제2 용융 압출 고분자 공급부(400)의 폴리머멜트 투입구(410)으로 주입되는 단계이다.
플랫 타입 나노 파이버 방사부(250)를 통과한 폴리머멜트는 고경사의 운반부(220)의 콘벡스 라인을 따라 미세추출부(240)를 통과하여 제2 용융 압출 고분자 공급부(400)로 보내진다.
S1700 단계는 제2 용융 압출 고분자 공급부(400)에서 유출된 폴리머멜트가 냉각 수조(560)에서 냉각되고 펠렛타이저(590)로 이송되어 절단기(595)로 분쇄되는 단계(S1700)이다.
냉각된 폴리머멜트가 펠렛타이저(590)의 절단기(595)로 분쇄되면 폴리머 칩(10)이 생산되고 이를 다시 S1100 단계로 투입하면 공정이 리사이클된다.
본 발명의 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치(1)를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법은 전기 방사를 위해 고분자를 용매에 용해시키는 과정이 없이 고분자를 용융 압출시켜 고분자 멜트(Polymer Melt)로 토출시키는 효과가 있다.
또한, 토출된 폴리머멜트를 평판에 걸어준 전기장에 의해 전기 방사되는 원리를 이용하여 평판 표면에 형성된 엠보싱 혹은 콘벡스 라인으로 폴리머멜트의 깊이를 적절히 조절하여 나노 섬유를 발생하기 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 발생된 나노 섬유를 가열 공기로 컬렉터에 유도하고, 전압, 방사 거리, 폴리머멜트 토출량, 가열 공기 압력, 나노 파이버 방사부 형상, 권취속도 등을 변수로 미세조정하여 생성되는 나노 섬유의 굵기, 밀도, 포어 사이즈, 강도, 배향율 등을 제어하며 방사하는 효과가 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
1 : 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치
10 : 폴리머칩
100 : 제1 용융 압출 고분자 공급부
110 : 투입구
120 : 모터
130 : 스크류
150,160,211 : 가열부
155,165,212 : 온도센서 컨트롤러
170 : 커넥터
200 : 방사 블럭
201 : 방사 챔버
210 : 하부 기저부
213 : 폴리머멜트 토출부
217: 가열 유닛
219: 온도센서 유닛
220 : 운반부
240 : 미세추출부
250 : 플랫 타입 나노 파이버 방사부
251 : 가이드 윙
253 : 전극단자
255 : 엠보싱
256 : 콘벡스 라인
260 : 스파츌라
270 : 가열 공기 발생부
275 : 가열 공기 주입부
280 : 상부 지지부
290 : 공기 순환 유닛
300 : 컬렉터
301 : 기판부
310 : 전동식 높이 조절부
320 : 보조 포집 부재
360 : 나노 파이버 섬유체
380 : 회동 전극부
390 : 분리부
400 : 제2 용융 압출 고분자 공급부
500 : 리사이클부
560 : 냉각 수조
590 : 펠렛타이저
595 : 절단기
600 : 전원 제어부
700 : 출력 구동부
710 : 구동 모터
720 : 회전 샤프트
730 : 회전 캠
740 : 회전축
760 : 연직 체인
770 : 구동 캠
10 : 폴리머칩
100 : 제1 용융 압출 고분자 공급부
110 : 투입구
120 : 모터
130 : 스크류
150,160,211 : 가열부
155,165,212 : 온도센서 컨트롤러
170 : 커넥터
200 : 방사 블럭
201 : 방사 챔버
210 : 하부 기저부
213 : 폴리머멜트 토출부
217: 가열 유닛
219: 온도센서 유닛
220 : 운반부
240 : 미세추출부
250 : 플랫 타입 나노 파이버 방사부
251 : 가이드 윙
253 : 전극단자
255 : 엠보싱
256 : 콘벡스 라인
260 : 스파츌라
270 : 가열 공기 발생부
275 : 가열 공기 주입부
280 : 상부 지지부
290 : 공기 순환 유닛
300 : 컬렉터
301 : 기판부
310 : 전동식 높이 조절부
320 : 보조 포집 부재
360 : 나노 파이버 섬유체
380 : 회동 전극부
390 : 분리부
400 : 제2 용융 압출 고분자 공급부
500 : 리사이클부
560 : 냉각 수조
590 : 펠렛타이저
595 : 절단기
600 : 전원 제어부
700 : 출력 구동부
710 : 구동 모터
720 : 회전 샤프트
730 : 회전 캠
740 : 회전축
760 : 연직 체인
770 : 구동 캠
Claims (15)
- 용융 전기 방사 장치에 있어서,
상부에 폴리머칩 투입구가 형성된 제1 용융 압출 고분자 공급부;
금속 소재로 구성되며, 표면에 하나 이상의 엠보싱 또는 콘벡스 라인이 돌출 형성된 플랫 타입 나노 파이버 방사부가 착탈식으로 구비된 하부 기저부와, 막대 형상의 스파츌라와 가열 공기 발생부가 구비된 상부 지지부로 구성된 나노 파이버 방사 블럭; 및
상기 나노 파이버 방사 블럭과 이격되어 위치하고 회동 전극부가 구비된 컬렉터; 를 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 용융 압출 고분자 공급부는 전기 절연체로 도포된 가열부와 온도센서 컨트롤러가 장착된,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 나노 파이버 방사 블럭의 상기 하부 기저부는 절연체로 도포된 경사면을 구비하고,
상기 하부 기저부의 경사면과 밀착되어 장착되는 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부는 지면과 0°초과 90°미만의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 나노 파이버 방사 블럭의 상기 스파츌라는 고 내열성 고분자 혹은 절연 처리된 금속 소재로 구성되고 단면이 타원형 호의 일면을 구비한 것을 특징으로 하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 방사블럭의 미세추출부와 밀폐되어 연결되는 폴리머멜트 투입구가 형성되고, 전기 절연체로 도포된 가열부와 온도센서 컨트롤러가 구비된 제2 용융 압출 고분자 공급부; 를 더 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제2 용융 압출 고분자 공급부와 연결되며, 수냉식의 냉각 수조와 절단기가 장착된 펠렛타이저가 구비된 리사이클부; 를 더 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 용융 압출 고분자 공급부 각각은 내부에 폴리머멜트를 이송하는 스크류가 설치되고, 외부에 상기 스크류를 포함하는 복수개의 개별적 실린더가 조립된 하나의 일체적 실린더가 구비되는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 방사 블럭이 내부에 장착되고,
전기 절연체로 도포된 가열 유닛과 온도센서 유닛이 구비되고, 공기 흡입 배출구에 설치된 공기 순환 유닛이 구비되는 방사 챔버를 더 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 엠보싱 또는 상기 콘벡스 라인은 단면이 원형, 타원형, 또는 다각형의 형상이며 상기 경사면의 경사방향과 수직, 수평, 사선으로 직선이거나 곡선으로 형성된 것을 특징으로 하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 컬렉터는 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부와의 이격거리를 조절할 수 있는 전동식 높이 조절부를 더 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
구동 모터, 상기 구동 모터에 설치되는 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트와 함께 회동하는 회전 캠, 상기 회전 샤프트와 상기 회전 캠을 고정하는 회전축, 상기 회전 캠에 연결되는 연직 체인, 상기 연직 체인과 연결되는 구동 캠으로 구성되는 출력 구동부를 더 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 출력 구동부의 상기 구동 캠은 상기 스파츌라와 연결되고, 상기 연직 체인이 조절되어 상기 스파츌라의 이동속도, 침지깊이가 미세조정되고,
상기 출력 구동부의 상기 구동 모터는 수평체인과 연동되어 구동 가이드부에서 수평이동 및 연직이동되는 것을 특징으로 하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 제1항에 있어서,
폴리머멜트는 용매에 용해시키는 과정이 없이 고분자의 용융 지수, 분자량, 점도의 고분자 특성을 설계, 제어하여 용융 전기 방사되는 상기 폴리머 칩의 고분자 용융물이고,
상기 폴리머멜트는 ABS (Acrylonitrile-Butadien-Syrene), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리에틸렌 (Polyethylene), 열가소성 폴리에스터 (Polyeseter,PE), 폴리이미드(Polyimide,PI), 폴리프로필렌 (Polypropylene,PP), 폴리스티렌(Polystyrene,PS), 폴리슬폰(Polysulfone,PSF), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chrolride,PVC), 폴리에테르이미드 (Polyether Imide,PEI), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyehtylene terephthalate,PET), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 (Thermoplastic polyetherester elastomer,TPEE), 폴리에틸렌나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate,PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (Polybutylene terephthalate,PBT), 폴리사이클로헥실렌테레프탈레이트 (Polycyclohxylene terephthalate, PCT), 폴리에틸렌 옥사이드 (Polyethylene oxide, PEO), 폴리비닐덴디플루오리드 (Polyvinglidene fluoride, PVDF), 폴리락틱산(Polylactic acid, PLA), 폴리락트산(Poly L-lactic acid, PLLA), 폴리에틸렌테레프텔레이트 (Polyethylene terphthalate, PET), 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile,PAN), 폴리비닐알코올 (Polyvinyl alcohol,PVA), 폴리우레탄 (Polyurethane,PU) 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물인,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치.
- 무용매 용융 전기 방사 방법에 있어서,
(a) 폴리머칩이 제1 용융 압출 고분자 공급부에서 용융된 폴리머멜트가 커넥터를 통하여 방사 블럭의 폴리머멜트 토출부로 이송되는 단계;
(b) 상기 방사 블럭의 폴리머멜트 토출부에서 표면에 하나 이상의 엠보싱 또는 콘벡스 라인이 돌출 형성된 플랫 타입 나노 파이버 방사부로 이송된 상기 폴리머멜트에 스파츌라가 침지되어 상기 폴리머멜트를 균일한 두께로 하부로 이송시키는 단계;
(c) 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부와 컬렉터 사이에 전기장이 형성되는 단계;
(d) 상기 폴리머멜트가 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부로부터 전기 방사되어 가열공기에 의해 상기 컬렉터로 유도되어 방사되는 단계; 및
(e) 상기 컬렉터에서 나노 파이버 섬유체가 포집되어 회동 전극부에 의해 운반되는 단계;를 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법.
- 제14항에 있어서,
(f) 상기 플랫 타입 나노 파이버 방사부에서 방사되고 남은 상기 폴리머멜트가 운반부와 미세추출부를 통과한 후 제2 용융 압출 고분자 공급부의 폴리머멜트 투입구로 주입되는 단계; 및
(g) 상기 제2 용융 압출 고분자 공급부에서 유출된 상기 폴리머멜트가 냉각 수조에서 냉각되고 펠렛타이저로 이송되어 절단기로 분쇄되는 단계;를 더 포함하는,
플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치를 이용한 무용매 용융 전기 방사 방법.
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