KR20100133524A - 전기 방사용 분사 노즐과 이를 사용한 전기 방사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 분리 가능하게 장착되는 노즐 몸체부재와 에어 자켓부재, 에어 자켓부재의 분사 구멍을 통해 노즐 몸체부재의 하부면에 압입되는 니들부재를 포함하여 니들부재를 통해 섬유 원료액을 토출하면서 공기와 함께 분사하는 에어 전기 방사하는 것을 기본으로하며, 상기 에어 자켓부재를 분리하면 니들부재의 단부가 공기 분사 없이 하는 일반 전기 방사를 안정적으로 할 수 있는 길이로 노출되는 것이다.

따라서 본 발명은 일반 전기 방사(Pure Electrospinning), 공기 전기 방사(Air Electrospinning)를 선택적으로 할 수 있는 것이다.

Description

전기 방사용 분사 노즐과 이를 사용한 전기 방사 장치{Spray Nozzle for Electrospinning And Electrospinning Apparatus Therewith}

본 발명은 전기 방사용 분사 노즐과 이를 사용한 전기 방사 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 순수 전기 방사 및 공기 전기 방사를 선택적으로 할 수 있게 발명된 것이다.

일반적으로 전기 방사는 전압이 인가된 섬유 용액을 배출시켜 미세한 직경의 섬유를 얻는 것이다.

상기한 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 현상을 이용한 것으로 섬유 원료액에 이다미세한 직경의 섬유를 얻을 수 있어 근래에 있어 수 ~ 수백 nm의 직경을 가지는 나노섬유를 제조하는데 사용되고 있다.

상기 나노 섬유는 종래의 극세사와 비교하여 단위 부피당 표면적이 높고, 다양한 표면 특성, 구조를 가지는 특성이 있어 전기·전자 및 환경·생명 등 첨단 산 업의 필수 소재로 환경 산업용 여과재, 전기·전자 산업용 소재, 의료용 생체재료 등으로 그 사용 범위가 넓어지고 있다.

상기 나노 섬유는 통상 에어를 통해 섬유 원료액을 분사하는 전기 방사용 분사 노즐을 사용하여 제조하고 있다.

전기 방사용 분사 노즐은 방사구금의 몸체 내에 형성되어 섬유 원료액을 토출하는 원료액 토출부와;

방사구금의 몸체에서 상기 원료액 토출부의 둘레로 형성되며 상기 원료액 토출부의 둘레에서 하부로 연통된 공기 분사 구멍이 형성된 공기 노즐부를 포함하여, 원료액 토출부로부터 토출되는 섬유 원료액을 공기 분사 구멍를 통해 원료액 토출부의 외측에서 하부로 방향으로 공급되는 압축공기와 함께 분사되는 것이다.

또 상기 전기 방사용 분사 노즐과 상기 전기 방사용 분사 노즐로부터 섬유 원료액이 분사되면서 방사된 나노 섬유를 웹 상태로 포집하는 콜렉터에는 각각 +전극과 -전극이 연결되어 공기 노즐부와 콜렉터 상에서의 고압 차이로 인한 전기 방사가 이루어지게 되는 것이다.

상기 전기 방사용 노즐은 수 ~ 수백 nm의 직경을 가지는 나노섬유를 전기 방사하기 위해서 섬유 원료액을 압축 공기와 함께 분사하고 있으며, 분사가 원활하게 이루어지도록 원료액 토출부의 단부가 공기 분사 구멍 내로 요입되게 구비되고 있다.

그러나 상기한 종래의 전기 방사용 노즐은 상기한 바와 같이 섬유 원료액이 토출되는 원료액 토출부의 단부가 공기 분사 구멍으로 요입되게 구비되어 공기에 의한 분사 없이 일반 전기 방사를 할 경우에 섬유 원료액이 토출되면서 방사된 섬유가 공기 분사 구멍에서 걸려 공기 분사 구멍을 막는 문제점이 있어 고압의 공기 분사를 통해 수 ~ 수백 nm의 미세한 직경을 가지는 나노섬유를 제조하는 데에만 사용되는 문제점이 있는 것이다.

그리고 상기한 바와 같이 원료액 토출부의 단부가 공기 분사 구멍 내로 요입된 전기 방사용 노즐은 에어 전기 방사 시 분사된 섬유 원료액이 공기 분사 구멍에 걸려 공기 분사 구멍을 점차적으로 막게 되는 문제점이 있어 상기 원료액 토출부의 단부가 공기 분사 구멍의 외측으로 돌출되게 한 것도 제안된 바 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 원료액 토출부의 단부가 공기 분사 구멍의 외측으로 돌출된 전기 방사용 노즐은 안정적인 에어 전기 방사를 위해 원료액 토출부의 돌출 길이가 1~3mm로 제한되고 이러한 돌출 길이로는 에어 분사 없이 섬유 원료액만 토출 시켜 순수 전기 방사를 할 수 없는 것이다.

따라서 종래의 전기 방사 장치는 섬유 직경이 다른 다양한 형태의 조직층을 가지는 제품을 제조할 경우 섬유 원료액만 토출시켜 순수 전기 방사하는 순수 전기 방사용 노즐과 에어를 공급하여 에어 전기 방사하는 전기 방사용 노즐을 별도로 구비해야 하므로 설비비가 많이 소요되고, 작업 중 수시로 전기 방사용 노즐을 교체하여 사용해야 하는 폐단이 있었던 것이다.

또, 상기한 종래의 전기 방사용 노즐은 전극이 방사구금의 몸체에 직접 연결되어 원료액 토출부 내로 공급되는 용액에 전류가 흐르게 하므로 방사구금의 몸체에서 외부로 자기장이 누수되어 전기 방사가 원활하지 못하고 불안정해짐은 물론, 자기장의 누수에 대한 보완으로 고전압을 인가해야하는 문제점이 있었던 것이다.

그리고, 종래의 전기 방사용 노즐은 전극을 직접 연결하기 위해 도체인 금속 재질로 형성되어 무게가 무겁고, 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 섬유 원료액만 방사하는 일반 전기 방사(Pure Electrospinning) 또는 고압의 공기로 섬유 원료액을 분사시켜 직경이 미세한 나노 섬유를 제조하는 공기 전기 방사(Air Electrospinning)가 선택적으로 가능한 전기 방사용 분사 노즐과 이를 사용한 전기 방사 장치를 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 과제는 상, 하로 관통된 토출구가 형성된 복수의 니들부재와;

상기 니들부재가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍이 하부면에 형성되며, 상기 복수의 니들 결합 구멍과 연통되는 원료액 공급 유로 및 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로가 내부에 형성된 노즐 몸체부재와;

상기 노즐 몸체부재의 하부로 분리 가능하게 장착되며, 상기 니들부재가 관통되며 상기 공기 유로에 연통되어 니들부재의 둘레로 공기를 분사하는 복수의 분사 구멍이 형성된 에어 자켓부재를 포함한 전기 방사용 분사 노즐을 제공함으로써 해결되는 것이다.

상, 하로 관통된 토출구가 형성된 복수의 니들부재와;

상기 니들부재가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍이 하부면에 형성되며, 상기 복수의 니들 결합 구멍과 연통되는 원료액 공급 유로 및 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로가 내부에 형성된 노즐 몸체부재와;

상기 노즐 몸체부재의 하부로 분리 가능하게 장착되며, 상기 니들부재가 관통되며 상기 공기 유로에 연통되어 니들부재의 둘레로 공기를 분사하는 복수의 분사 구멍이 형성된 에어 자켓부재와;

상기 노즐 몸체부재의 원료액 공급 유로로 연결되며 섬유 원료액을 일시적으로 저장하여 전압을 인가하는 전압 인가부재와;

상기 전압 인가부재에 섬유 원료액을 공급하는 원료 공급부와;

상기 노즐 몸체부재의 공기 유로로 공기를 공급하는 공기 공급부와;

상기 니들부재로부터 토출된 방사 섬유를 웹상태로 포집하는 콜렉터를 포함한 전기 방사 장치를 제공함으로써 해결되는 것이다.

상기 에어 자켓부재에는 상부가 개방된 블록 삽입홈부가 되며,

상기 노즐 몸체부재는 상기 에어 자켓부재의 블록 삽입홈부로 삽입되는 노즐 블록부와;

상기 노즐 블록부의 상부에 결합되며 상기 에어 자켓부재의 상부로 분리 가능하게 장착되는 커버 몸체부를 포함한 것이다.

상기 노즐 몸체부재는 노즐 블록부의 하부면과 블록 삽입 홈부의 바닥면 사이에 상기 공기 유로와 연통되는 간격을 형성하고, 상기 노즐 블록부의 하부면과 블록 삽입홈부의 바닥면 사이에 분사 구멍의 주위를 실링하는 오링부재를 더 포함한 것이다.

상기 노즐 블록부는 테프론 재질(Tefron)로 제조하고, 상기 커버 몸체부 또는 에어 자켓부재는 PEEK(Poly ether ether ketone), 아세탈(POM; Polyoxymethylene), MC 나일론(Mono Cast Nylon) 중 어느 하나를 사용하여 제조되는 것이다.

상기 노즐 블록부의 공기 유로는 노즐 블록부의 양 측면을 관통하여 형성되며 관통된 양 측단이 제 2 마개로 막혀지는 제 1 유로와,

상기 제 1 유로의 중앙에서 노즐 블록부의 상부로 관통되는 메인 공기 유로와;

상기 메인 공기 유로로 분할된 제 1 유로의 양 쪽에서 노즐 블록부의 하부로 각각 관통되게 뚫려 상기 오링부재로 실링된 공간 내로 공기를 공급하는 제 2 유로를 포함한 것이다.

상기 복수의 니들부재는 단부가 상기 원료액 공급 유로 내로 일정하게 돌출되게 결합하는 것이다.

상기 노즐 몸체부재와 에어 자켓부재 사이에는 에어 자켓부재가 분리, 결합된 상태를 감지하는 센서가 개재되는 것이다.

본 발명은 일반 전기 방사(Pure Electrospinning), 공기 전기 방사(Air Electrospinning)를 선택적으로 가능하여 나노 웹의 조직과 제품의 형태에 따라 방사의 형태를 자유롭게 조정할 수 있으며, 하나의 라인 공정 상에서 방사 형태를 혼용할 수 있어 다양한 형태의 조직 층을 적층시킨 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 섬유 원료액에 전압을 인가함으로써 작은 전압으로 안정적인 전기 방사가 가능하도록 한 효과가 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐의 종단면도로서, 도 1은 본 발명의 원료액 공급 유로의 구조를 나타내고 있고, 도 2는 본 발명의 공기 공급로의 구조를 나타내고 있다.

도 3은 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐의 횡 단면도로서, 본 발명의 니들부재가 원료액 공급 유로 내부로 일정한 높이로 돌출되게 압입된 예를 나타내고 있다.

도 4는 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐의 일 실시 예를 나타낸 사용 상태 단면도로서, 에어 자켓부재를 노즐 몸체부재에서 분리하여 니들부재의 단부를 일정 길이 이상 외부로 노출시킴으로써 일반 전기 방사하도록 한 예이다.

도 5는 본 발명인 전기 방사 장치를 도시한 개략도로서, 섬유 원료액에 전압을 인가하여 전기 방사하는 것을 개략적으로 나타내고 있다.

이하, 도 1 내지 도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명의 니들부재(10)는 상, 하 관통된 토출구를 구비하여 상기 토출구를 통해 섬유 원료 용액을 토출하는 것이며 복수로 구비된다.

상기 니들부는 도전성 재질로 제조되어 원활한 전기 방사가 이루어지도록 한다.

한편, 상기 복수의 니들부재(10)는 에어 자켓부재(30)의 분사 구멍(31)을 관통하여 노즐 몸체부재(20)의 하부면에 압입되는 것이다.

상기 노즐 몸체부재(20)는 하부면에 상기 니들부재(10)가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍(21)이 형성되며 내부에 상기 복수의 니들 결합 구멍(21)이 연통되는 원료액 공급 유로(22)가 형성되며, 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로(23)가 형성된다.

상기 에어 자켓부재(30)는 상기 노즐 몸체부재(20)의 하부로 분리 가능하게 장착되며, 상기 니들부재(10)가 관통되어 결합하며 상기 공기 유로(23)에 연통되어 니들부재(10)의 둘레로 공기를 분사하는 복수의 분사 구멍(31)이 관통된다.

그리고 상기 에어 자켓부재(30)는 상부가 개방된 블록 삽입홈부(30a)를 구비하며,

상기 노즐 몸체부재(20)는 하부면에 상기 니들부재(10)가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍(21)이 형성되며, 상기 복수의 니들 결합 구멍(21)에 연통되어 니들 결합 구멍(21)으로 압입된 니들부재(10)의 토출구로 섬유 원료액을 공급하는 원료액 공급 유로(22) 및 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로(23)가 형성되고 상기 에어 자켓부재(30)의 블록 삽입홈부(30a)로 삽입되는 노즐 블록부(20a)와;

상기 노즐 블록부(20a)의 상부에 결합되며 상기 에어 자켓부재(30)의 상부로 분리 가능하게 장착되는 커버 몸체부(20b)를 포함한다.

또 상기 노즐 몸체부재(20)는 노즐 블록부(20a)의 하부면과 블록 삽입 홈부(30a)의 바닥면 사이에 상기 공기 유로(23)와 연통되는 간격을 형성하고, 상기 노즐 블록부(20a)의 하부면과 블록 삽입홈부(30a)의 바닥면 사이에 분사 구멍(31)의 주위를 실링하는 오링부재(40)를 더 포함한다.

상기 노즐 몸체부재(20)는 니들부재(10)가 압입되는 노즐 블록부(20a)와, 노즐 블록부(20a)에 결합되어 에어 자켓부재(30)에 분리 가능하게 장착되는 커버 몸체부(20b)로 분리되어 노즐 블록부(20a)와 커버 몸체부(20b)의 재질을 다르게 제조할 수 있는 것이다.

즉, 상기 노즐 블록부(20a)는 니들부재(10)를 니들 결합 구멍(21)을 통해 압입하여 결합시킬 수 있는 테프론 재질(Tefron)로 제조하고, 상기 커버 몸체부(20b) 또는 에어 자켓부재(30)는 PEEK(Poly ether ether ketone), 아세탈(POM; Polyoxymethylene), MC 나일론(Mono Cast Nylon) 중 어느 하나를 사용하여 제조되는 바람직하다.

상기 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 상기 커버 몸체부(20b) 또는 에어 자켓부재(30)의 기계적 강도를 확보할 수 있게 한다.

상기 노즐 블록부(20a)의 공기 유로(23)는 노즐 블록부(20a)의 양 측면을 관통하여 형성되며, 관통된 양 측단이 제 2 마개(25)로 막혀지는 제 1 유로(23b)와,

상기 제 1 유로(23b)의 중앙에서 노즐 블록부(20a)의 상부로 관통되는 메인 공기 유로(23a)와;

상기 메인 공기 유로(23a)로 분할된 제 1 유로(23b)의 양 쪽에서 노즐 블록부(20a)의 하부로 각각 관통되게 뚫려 상기 오링부재(40)로 실링된 공간 내로 공기를 공급하는 제 2 유로(23c)를 포함한다.

그리고 상기 메인 공기 유로(23a)는 상기 커버 몸체부(20b)에 관통되게 결합하며 공기 공급부(70)로 연결되는 제 2 관 연결구(27)에 연통되어 고압의 공기를 공급 받는 것이다.

상기 커버 몸체부(20b)에는 상기 원료액 공급 유로(22)로 섬유 원료액을 공급하는 제 1 관 연결구(26) 및 상기 공기 유로(23)로 공기를 공급하는 제 2 관 연결구(27)가 관통되게 결합한다.

상기 노즐 블록부(20a)와 커버 몸체부(20b)는 상기 제 1 관 연결구(26) 또는 제 2 관 연결구(27)의 단부 측에 상기 노즐 블록부(20a)의 상부로 체결되는 볼트부를 구비하여 상기 볼트부의 체결로 일체화되는 것이다.

또 상기 에어 자켓부재(30)의 양 측면에는 상기 커버 몸체부(20b)의 하부면에 분리 가능하게 장착되는 장착부(32)가 길이 방향으로 돌출된다.

그리고 상기 커버 몸체부(20b)와 에어 자켓부재(30)는 커버 몸체부(20b)를 관통하여 장착부(32) 내로 삽입된 너트(34)로 체결되는 볼트부재(33)로 분리 가능하게 장착되는 것이다.

또한, 상기 노즐 블록부(20a)의 원료액 공급 유로(22)는 횡 방향 양 단부를 관통하고 상기 니들 결합 구멍(21)에 연통하며 단부가 제 1 마개(24)로 막히는 메인 원료액 공급로(22a) 및 상기 메인 원료액 공급로(22a)에서 수직으로 관통되어 노즐 블록부(20a)의 상부면으로 연통되는 수직 공급로(22b)를 포함하며, 상기 수직 공급로(22b)는 상기 커버 몸체부(20b)에 관통되게 결합하는 제 1 관 연결구(26)에 연결되는 것이다.

또 상기 복수의 니들부재(10)는 도 3에서 도시한 바와 같이 니들 결합 구멍(21)을 통해 단부가 상기 원료액 공급 유로(22) 즉, 메인 원료액 공급로(22a) 내로 일정하게 돌출되게 결합하는 것이 바람직하다.

상기 니들부재(10)는 도시하지는 않았지만, 니들부재(10)를 일정하게 파지하는 니들 압입용 지그를 사용하여 상단부가 메인 원료액 공급로(22a) 내로 일정하게 돌출되게 니들 결합 구멍(21)에 압입시켜 결합하는 것이다.

상기 니들 압입용 지그는 니들부재(10)를 파지한 부분이 에어 자켓부재(30)의 하부에 걸리면서 니들부재(10)의 상단부를 메인 원료액 공급로(22a) 내로 일정하게 돌출되게 결합시키는 것이다.

상기 니들부재(10)의 돌출 높이는 섬유 원료액의 점성에 따라 변형 실시될 수 있으며 본 발명에서는 3 ~ 5mm 이내의 높이로 돌출시키는 것을 기본으로 한다.

니들부재(10)가 원료액 공급 유로(22) 내부로 불규칙하게 돌출된 경우에는 수직 공급로(22b)를 통해 섬유 원료액이 공급되면 높이가 낮게 돌출된 니들부재(10)부터 차례로 섬유 원료액을 토출하게 되므로 복수의 니들부재(10)에서 동시에 전기 방사가 이루어지지 않아 전기 방사되어 포집된 섬유층에 편차가 발생하는 문제가 있는 것이다.

상기 니들부재(10)의 상단부가 원료액 공급 유로(22)의 내주면과 일치되게 압입된 경우에는 수직 공급로(22b)에 근접한 니들부재(10)로 먼저 섬유 원료액이 공급되어 복수의 니들부재(10)에서 동시에 전기 방사가 이루어지지 않아 전기 방사되어 포집된 섬유층에 편차가 발생하는 문제가 있는 것이다.

즉, 복수의 니들부재(10)를 상단부가 원료액 공급 유로(22)의 내부로 일정한 높이로 돌출되게 니들 결합 구멍(21)에 압입시킴으써 원료액 공급 유로(22) 내부로 섬유 원료액이 공급되면 원료액 공급 유로(22)의 바닥면부터 점차 차 오르면서 복수의 니들부재(10)로 동시에 섬유 원료액이 공급되게 하는 것이다.

따라서 복수의 니들부재(10)에서 동시에 섬유 원료액이 토출되어 전기 방사가 이루어지므로 전기 방사되어 포집된 섬유층에 편차가 발생되지 않는 것이다.

한편, 상기 니들부재(10)는 상기 에어 자켓부재(30)가 노즐 몸체부재(20)에 장착된 상태에서 에어 전기 방사가 안정적으로 가능하도록 에어 자켓부재(30)의 분사 구멍(31) 내로 요입되거나, 에어 자켓부재(30)의 하부로 1 ~ 4mm의 길이로 돌출되는 것이다.

즉, 상기한 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐은 상기 에어 자켓부재(30)가 노즐 몸체부재(20)에 결합된 상태에서 원료액 공급 유로(22)를 통해 섬유 원료액을 니들부재(10)로 공급하여 토출시키고, 공기 유로(23)를 통해 분사 구멍(31)으로로 고압의 공기를 공급함으로써 섬유 원료액을 공기 분사시켜 미세한 직경을 가지는 나노 섬유를 제조하는 공기 전기 방사(Air Electrospinning)를 하는 것이다.

또한, 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐은 도 4에서 도시한 바와 같이 에어 자켓부재(30)를 노즐 몸체부재(20)에서 분리하면 니들부재(10)가 공기분사 없이 섬유 원료액만 토출하여 전기 방사하는 일반 방사가 안정적으로 가능한 길이 이상으로 노출되므로 공기 분사 없이 니들부재(10)를 통해 섬유 원료만 토출시켜 일반 전기 방사가 가능해 지는 것이다.

한편, 상기한 본 발명인 전기 방사용 노즐을 사용한 전기 방사 장치는 도 5에서 도시한 바와 같이 상, 하로 관통된 토출구가 형성된 복수의 니들부재(10)와;

하부면에 상기 니들부재(10)가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍(21)이 형성되며 내부에 상기 복수의 니들 결합 구멍(21)이 연통되는 원료액 공급 유로(22)가 형성되며, 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로(23)가 형성된 노즐 몸체부재(20)와;

상기 노즐 몸체부재(20)의 하부로 분리 가능하게 장착되며, 상기 니들부재(10)가 관통되어 결합하며 상기 공기 유로(23)에 연통되어 니들부재(10)의 둘레로 공기를 분사하는 복수의 분사 구멍(31)이 관통된 에어 자켓부재(30)와;

상기 노즐 몸체부재(20)의 원료액 공급 유로(22)로 연결되며 섬유 원료액을 일시적으로 저장하여 전압을 인가하는 전압 인가부재(50)와;

상기 전압 인가부재(50)에 섬유 원료액을 공급하는 원료 공급부(60)와;

상기 노즐 몸체부재(20)의 공기 유로(23)로 공기를 공급하는 공기 공급부(70)와;

상기 니들부재(10)로부터 토출된 방사 섬유를 웹상태로 포집하는 콜렉터(80)를 포함한다.

또한 본 발명인 전기 방사 장치는 전압을 인가하는 어느 한 전극이 상기 전압 인가부재(50)에 저장된 섬유 원료액에 연결되고, 다른 한 전극이 접지되어 전압차를 발생시키는 전압 부여 수단(90)을 더 포함한다.

상기 원료 공급부(60)는 섬유 원료액을 저장하는 원료 저장 탱크(61) 및 원 료 저장 탱크(61)에서 전압 인가부재(50)로 연결된 제 1 호스(62), 전압 인가부재(50)에서 원료액 공급 유로(22)로 연결되는 제 2 호스(63)를 포함하여 섬유 원료액을 전압 인가부재(50)를 통해 제 1 유로(23b)로 공급하는 것이다.

또한 제 1 호스(62) 또는 제 2 호스(63)에는 섬유 원료액의 공급량을 제어하는 유량 제어 밸브가 장착되어 원료액 공급 유로(22)로 공급되는 섬유 원료액의 공급량을 제어할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기 제 2 호스(63)는 제 1 노즐 몸체부재(20)의 상부면에서 원료액 공급 유로(22)에 장착되는 제 1 관 연결구(26)에 연결되어 전류가 흐르는 섬유 원료액을 원료액 공급 유로(22)로 공급하는 것이다.

본 발명인 전기 방사 장치는 상기한 바와 같이 원료 저장 탱크(61)로부터 공급받은 섬유 원료액을 일시적으로 저장하는 전압 인가부재(50)의 내부에서 섬유 원료액에 전압을 인가하는 것이다.

그리고 전압 부여 수단(100)의 어느 한 전극은 전압 인가부재(60)의 내부에 저장된 섬유 원료액에 연결되고, 다른 한 전극은 접지되어 상기 노즐부재(10)와, 상기 노즐부재(10)에서 전기 방사된 웹 상태의 섬유를 포집하는 상기 콜렉터(90) 사이에 전기 방사가 가능한 전압 차를 부여하는 것이다.

상기 콜렉터(80)는 전기 방사 섬유를 받아 내는 모조지, 부직포, 필름 등의 섬유 포집 시트부재(81a)가 권취된 제 1 권취 릴(81)과;

상기 제 1 권취 릴(81)과 이격되게 구비되어 상기 제 1 권취 릴(81)에 감긴 섬유 포집 시트부재(81a)의 단부가 연결되며 모터에 의해 회전하여 섬유 포집 시트 를 감아 권취하는 제 2 권취 릴(82)과;

상기 제 1 권취 릴(81)과 제 2 권취 릴(82) 사이에 이격되게 구비되어 제 1 권취 릴(81)에서 제 2 권취 릴(82)로 이동되는 섬유 포집 시트부재(81a)의 이동을 안내하는 복수의 가이드 롤(83)과;

상기 제 2 권취 릴(82) 측에 구비되며 모터에 의해 회전하여 섬유 포집 시트부재(81a) 상에 포집된 방사 섬유를 감아 권취하는 제 3 권취 릴(84)을 포함한다.

즉, 섬유 원료액에 전압이 인가되어 전기 방사가 이루어므로, 노즐 몸체부재(20)와 에어 자켓부재(30)의 외부로 자기장이 누수되어 전기 방사가 원활하지 못하고 불안정해지는 것을 방지함은 물론, 콜렉터(80) 측과의 작은 전압 차이로도 안정적인 전기 방사를 할 수 있는 것이다.

또 상기 니들부재(10)를 통해 전기 방사된 섬유는 제 1 권취 릴(81)에서 제 2 권취 릴(82)로 이동하면서 감기는 섬유 포집 시트부재(81a)의 표면에 웹상태로 포집되어 섬유 포집 시트부재(81a)와 함께 이동하면서 제 3 권취 릴(84)에 감기게 되는 것이다.

제 2 권취 릴(82)에 감겨진 섬유 포집 시트부재(81a)는 분리되어 제 1 권취 릴(81)에 재결합하여 재 사용이 가능한 것이다.

한편, 상기 에어 자켓부재(30)는 노즐 몸체부재(20)에 결합, 분리되어 일반 전기 방사(Pure Electrospinning), 공기 전기 방사(Air Electrospinning)를 선택적으로 할 수 있는 것이다.

이를 포함한 노즐 몸체부재(20)와 에어 자켓부재(30), 니들부재(10)의 실시 예는 상기에서 상세히 설명한 바, 중복하여 설명하는 것을 생략함을 밝혀둔다.

그리고 상기 공기 공급부(70)는 공기를 저장한 공기 저장 탱크(71)와;

상기 공기 저장 탱크(71)에서 제 1 유로(23b)로 연결되는 공기 공급관(72)과;

상기 공기 공급관(72)에 장착되어 공기 공급관(72)의 관로를 개폐하는 공기 조절 밸브(73)와;

상기 노즐 몸체부재(20)와 에어 자켓부재(30)의 결합면 사이에 개재되어 에어 자켓부재(30)가 분리, 결합된 상태를 감지하는 센서(74)와;

상기 센서(74)와 상기 공기 조절 밸브(73)에 연계되어 센서(74)에서 감지된 신호로 공기 조절 밸브(73)를 개폐하는 밸브 제어부(75)를 포함한다.

상기 밸브 제어부(75)는 상기한 제 1 호스(62) 및 제 2 호스(63)의 유량 제어 밸브에도 연계되어 유량 제어 밸브의 개폐 및 개폐량을 제어할 수 있다.

또 상기 센서(74)는 노즐 몸체부재(20)의 하부면 즉, 상기 커버 몸체부(20b)의 하부면에 장착되어 상기 에어 자켓부재(30)의 상부면에 접촉되는 접촉식 감지 센서를 사용하여 에어 자켓부재(30)가 노즐 몸체부재(20)의 하부에 결합되거나, 분리된 상태를 감지하는 것을 기본으로 하며, 이외의 공지의 센서(74)로 다양하게 변형 실시 할 수 있는 것이다.

상기 에어 자켓부재(30)가 분리된 상태에서는 상기 센서(74)에서 이를 감지하여 밸브 제어부(75)를 통해 공기 조절 밸브(73)로 공기 공급관(72)의 관로를 막아 불필요한 공기 공급을 차단하고 공기 분사 없이 순수 섬유 원료액만 니들부재(10)로 토출시켜 일반 전기 방사가 이루어지게 되는 것이다.

또한 에어 자켓부재(30)가 결합된 상태에서는 상기 센서(74)에서 이를 감지하여 밸브 제어부(75)를 통해 공기 조절 밸브(73)를 작동시켜 공기 공급관(72)의 관로를 열어 공기 또는 가열 공기를 공급함으로써 공기 또 가열 공기로 섬유 원료액을 니들부재(10)로 분사시켜 공기 전기 방사(Air Electrospinning) 또는 가열 공기 전기 방사(Hot Air Electrospinning)가 이루어지게 되는 것이다.

따라서, 에어 자켓부재(30)의 결합, 분리 상태를 자동으로 감지하여 공기 공급을 제어하므로 공기 공급을 제어하는 별도의 조작 없이 전기 방사의 형태에 따라 안정적인 전기 방사가 가능한 것이다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

도 1 내지 도 2는 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐의 종단면도

도 3은 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐의 횡 단면도

도 4는 본 발명인 전기 방사용 분사 노즐의 일 실시 예를 나타낸 사용 상태 단면도

도 5는 본 발명인 전기 방사 장치를 도시한 개략도

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

10 : 니들부재 20 : 노즐 몸체부재

21 : 니들 결합 구멍 30 : 에어 자켓부재

31 : 분사 구멍 40 : 오링부재

50 : 전압 인가부재 60 : 원료액 공급부

70 : 공기 공급부 80 : 콜렉터

90 : 전압 부여 수단

Claims (13)

1. 상, 하로 관통된 토출구가 형성된 복수의 니들부재와;

   상기 니들부재가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍이 하부면에 형성되며, 상기 복수의 니들 결합 구멍과 연통되는 원료액 공급 유로 및 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로가 내부에 형성된 노즐 몸체부재와;

   상기 노즐 몸체부재의 하부로 분리 가능하게 장착되며, 상기 니들부재가 관통되며 상기 공기 유로에 연통되어 니들부재의 둘레로 공기를 분사하는 복수의 분사 구멍이 형성된 에어 자켓부재를 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사용 분사 노즐.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 에어 자켓부재에는 상부가 개방된 블록 삽입홈부가 되며,

   상기 노즐 몸체부재는 상기 에어 자켓부재의 블록 삽입홈부로 삽입되는 노즐 블록부와;

   상기 노즐 블록부의 상부에 결합되며 상기 에어 자켓부재의 상부로 분리 가능하게 장착되는 커버 몸체부를 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사용 분사 노즐.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 노즐 몸체부재는 노즐 블록부의 하부면과 블록 삽입 홈부의 바닥면 사이에 상기 공기 유로와 연통되는 간격을 형성하고,

   상기 노즐 블록부의 하부면과 블록 삽입홈부의 바닥면 사이에 개재되어 분사 구멍의 주위를 실링하는 오링부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사용 분사 노즐.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 노즐 블록부는 테프론 재질(Tefron)로 제조하고, 상기 커버 몸체부 또는 에어 자켓부재는 PEEK(Poly ether ether ketone), 아세탈(POM; Polyoxymethylene), MC 나일론(Mono Cast Nylon) 중 어느 하나를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전기 방사용 분사 노즐.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 노즐 블록부의 공기 유로는 노즐 블록부의 양 측면을 관통하여 형성되며 관통된 양 측단이 제 2 마개로 막혀지는 제 1 유로와,

   상기 제 1 유로의 중앙에서 노즐 블록부의 상부로 관통되는 메인 공기 유로와;

   상기 메인 공기 유로로 분할된 제 1 유로의 양 쪽에서 노즐 블록부의 하부로 각각 관통되게 뚫려 상기 오링부재로 실링된 공간 내로 공기를 공급하는 제 2 유로를 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사용 분사 노즐.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 원료액 공급 유로는 복수의 니들부재가 연통되게 결합하는 메인 원료액 공급로를 포함하며,

   상기 복수의 니들부재는 단부가 상기 메인 원료액 유로 내로 일정하게 돌출되게 결합하는 것을 특징으로 하는 전기 방사용 분사 노즐.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 노즐 몸체부재와 에어 자켓부재 사이에는 에어 자켓부재가 분리, 결합된 상태를 감지하는 센서가 개재되는 것을 특징으로 하는 전기 방사용 분사 노즐.
8. 상, 하로 관통된 토출구가 형성된 복수의 니들부재와;

   하부면에 상기 니들부재가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍이 형성되며 내부에 상기 복수의 니들 결합 구멍과 연통되는 원료액 공급 유로가 형성되며, 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로가 형성된 노즐 몸체부재와;

   상기 노즐 몸체부재의 하부로 분리 가능하게 장착되며, 상기 니들부재가 관통되며 상기 공기 유로에 연통되어 니들부재의 둘레로 공기를 분사하는 복수의 분사 구멍이 형성된 에어 자켓부재와;

   상기 노즐 몸체부재의 원료액 공급 유로로 연결되며 섬유 원료액을 저장하여 전압을 인가하는 전압 인가부재와;

   상기 전압 인가부재에 섬유 원료액을 공급하는 원료 공급부와;

   상기 노즐 몸체부재의 공기 유로로 공기를 공급하는 공기 공급부와;

   상기 니들부재로부터 토출된 방사 섬유를 웹상태로 포집하는 콜렉터를 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 에어 자켓부재는 상부가 개방된 블록 삽입홈부를 구비하며,

   상기 노즐 몸체부재는 하부면에 상기 니들부재가 압입되는 복수의 니들 결합 구멍이 형성되며, 상기 복수의 니들 결합 구멍에 연통되어 니들 결합 구멍으로 압입된 니들부재의 토출구로 섬유 원료액을 공급하는 원료액 공급 유로 및 공기를 공급받아 배출하는 공기 유로가 형성되고 상기 에어 자켓부재의 블록 삽입홈부로 삽입되는 노즐 블록부와;

   상기 노즐 블록부의 상부에 결합되며 상기 에어 자켓부재의 상부로 분리 가능하게 장착되는 커버 몸체부를 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 노즐 몸체부재는 노즐 블록부의 하부면과 블록 삽입 홈부의 바닥면 사이에 상기 공기 유로와 연통되는 간격을 형성하고,

    상기 노즐 블록부의 하부면과 블록 삽입홈부의 바닥면 사이에 개재되어 분사 구멍의 주위를 실링하는 오링부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사 장 치.
11. 청구항 9에 있어서,

    상기 노즐 블록부는 테프론 재질(Tefron)로 제조하고, 상기 커버 몸체부 또는 에어 자켓부재는 PEEK(Poly ether ether ketone), 아세탈(POM; Polyoxymethylene), MC 나일론(Mono Cast Nylon) 중 어느 하나를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 노즐 블록부의 공기 유로는 노즐 블록부의 양 측면을 관통하여 형성되며 관통된 양 측단이 제 2 마개로 막혀지는 제 1 유로와,

    상기 제 1 유로의 중앙에서 노즐 블록부의 상부로 관통되는 메인 공기 유로와;

    상기 메인 공기 유로로 분할된 제 1 유로의 양 쪽에서 노즐 블록부의 하부로 각각 관통되게 뚫려 상기 오링부재로 실링된 공간 내로 공기를 공급하는 제 2 유로를 포함한 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
13. 청구항 8에 있어서,

    상기 복수의 니들부재는 단부가 상기 원료액 공급 유로 내로 일정하게 돌출되게 결합하는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.

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