KR20110079249A - 용융전기방사장치 및 이를 위한 멀티 노즐블럭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융체를 이용하여 극세섬유를 제조하기 위한 용융전기방사장치 및 이에 포함되는 멀티 노즐블럭에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 멀티노즐부로 구성되는 노즐블럭을 이용함으로써, 용융전기방사(melt electrospinning)에 있어서, 각 노즐의 말단에서 토출되는 용융체 간의 전기장 간섭을 최소화하여 제품의 신뢰성을 높이고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

용융전기방사, 돌출형 노즐 팁

Description

용융전기방사장치 및 이를 위한 멀티 노즐블럭{Melt Electrospinning Device and Multi-Nozzle Block for the same}

본 발명은 용융체를 이용하여 극세섬유를 제조하기 위한 용융전기방사장치 및 이에 포함되는 멀티 노즐블럭에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사노즐 말단에서의 전기장 간섭을 개선한 방사노즐팩을 구비하는 용융전기방사장치에 관한 것이다.

전기방사(Electrospinning)는 방사재료를 하전상태에서 방사하여 미세 직경의 섬유를 제조하는 기술로서 최근에는 나노미터급 섬유를 제조하기 위한 기술로 이용되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.　

이러한 전기방사법은 방사노즐부에 전압을 인가하여 하전된 방사재료를 방사노즐부를 거쳐 공기 중으로 토출하고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분기를 거쳐 극세섬유를 제조하는 방법이다. 즉, 하전된 토출 필라멘트는 방사노즐과 컬렉터 사이에 형성된 전기장 내에서 상호 반발 등 전기 적 영향으로 심한 요동을 거치면서 극세화된다.

전기방사에 의해 제조되는 섬유는 직경이 마이크로미터 두께에서 나노미터 두께가 되는데, 이와 같이 두께가 줄어들면 전혀 새로운 특성들을 나타낸다.　　 예들 들어, 체적에 대한 표면적 비율의 증가와 표면 기능성 향상, 장력을 비롯한 기계적 물성의 향상 등이 그것이다.　 이러한 우수한 특성에 의해서 나노섬유는 많은 중요한 응용 분야에 사용될 수 있다.　 예를 들어, 이러한 나노섬유로 구성된 웹은 다공성을 갖는 분리막형 소재로서 각종 필터류, 상처치료용 드레싱, 인공지지체 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

이러한 전기방사법 중 용융체에 의한 용융전기방사(Melt Electrospinning)는 고분자 용액을 이용하는 용액전기방사(Solution Electrospinning)에 비해 생산수율이 높고 환경친화적이라는 장점을 가지고 있으나, 현재 상용화 되어 있지 아니하며, 상용화를 위해 많은 연구가 필요한 실정이다. 즉, 종래의 기술에 따른 용융전기방사는 단일 또는 소수의 노즐을 이용하는 것으로 생산속도가 매우 낮아 상용화에 어려움이 있다. 나노섬유의 대량생산을 위한 용융전기방사의 상용화를 위해 복수개의 노즐을 포함하는 멀티방사노즐 시스템이 필요하다.

특히, 용융체를 이용하는 용융전기방사의 경우에는 용액전기방사와 달리 고온의 용융체를 이용하는바, 고온의 용융체를 토출하기 위한 노즐팩의 형태, 구성, 또는 각 노즐에서 토출되는 용융체 간의 전기장 간섭 등 노즐팩에서 발생되는 문제점에 대한 연구가 미미한 실정이다.

따라서, 용융전기방사에 멀티 노즐 시스템을 도입하기 위해 멀티 노즐팩의 문제점을 파악하고 이를 해결하기 위한 연구가 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 용융전기방사에 있어서 멀티 방사 시스템을 도입한 용융전기방사장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 용융전기방사장치에 사용되며, 각 노즐 말단에서의 전기장 간섭을 최소화할 수 있는 멀티 노즐블럭을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,

섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부;

상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기;

상기 압출기와 연결되며, 상기 압출기로부터 용융체를 공급받아 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭으로서, 상기 압출기에 연결되어 용융체가 유입되는 유입부, 및 상기 유입부의 하부에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 멀티노즐부를 포함하는 노즐블럭;

상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 용융체를 하전시키는 전압인가부; 및

상기 노즐블럭과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치하며, 상기 노즐블럭을 통해서 토출되는 하전 필라멘트를 상면에 집적하는 컬렉터를 포함하는 용융전기방사장치에 관한 것이다.

상기 노즐블럭의 멀티노즐부는 용융체를 수용하도록 복수 개의 방사구가 형성되어 있는 노즐판; 및 상기 노즐판 및 방사구에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함할 수 있다.

이때, 상기 돌출형 노즐 팁은 용융체를 수용하도록 내부공간이 형성되어 있는 노즐 몸체 및 상기 노즐 몸체에 연통결합되는 방사니들로 이루어지며, 상기 노즐 몸체의 상단부에는 상기 노즐 몸체가 상기 노즐판과 나사결합을 이루도록 스크류가 형성되어 있을 수 있다.

상기 멀티노즐부를 구성하는 구성요소들은 고온의 용융체에 의해 변형되지 않도록 열탄성계수가 낮은 금속으로 이루어진다.

상기 노즐블럭이 상기 용융체의 온도를 유지시키는 핫오일 이중관 자켓을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 핫오일 이중관 자켓은 고온의 오일을 공급하는 오일 공급관을 포함할 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 용융전기방사용 노즐블럭에 있어서, 상기 노즐블럭이: 상기 압출기에 연결되어 용융체가 유입되는 유입부; 상기 유입부의 하부에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 멀티노즐부; 및 상기 용융체의 온도를 유지시키는 핫오일 이중관 자켓을 포함하는 용융전기방사용 멀티 노즐블럭에 관한 것이 다.

본 발명의 구현예들에 의하면, 용융전기방사에 멀티 노즐 시스템을 도입하기 위하여 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 멀티노즐부를 포함하며, 돌출형 노즐 팁을 이용함으로써 용융체가 직선형으로 정량적으로 분사될 수 있도록 하며, 각 노즐의 말단에서의 전기장 간섭을 최소화할 수 있어 용융체 덩어리가 떨어져 제품에 불량을 가져오는 현상을 막을 수 있다.

이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 첨부되는 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적인 것으로 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었고, 도면에 표시된 두께, 크기, 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 아니한다.

본 발명의 일구현예는 용융체를 방사재료로 이용하는 용융전기방사(Melt Electrospinning)에 있어서, 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함함으로써 멀티 방사 노즐 시스템을 이용하며, 각각의 노즐의 말단에서 토출되는 용융체 간의 전기장 간 섭을 최소화하여 불량률을 낮출 수 있고, 고온의 용융체가 물성의 변화 없이 안정적으로 필라멘트로 토출될 수 있도록 할 수 있는 용융전기방사장치에 관계한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사장치의 단면 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사장치는 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부(101); 상기 원료 공급부(101)와 연결되며, 상기 원료 공급부(101)로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기(102); 상기 압출기(102)와 연결되며, 상기 압출기(102)로부터 용융체(A)를 공급받아 필라멘트 형태(B)로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭(200)으로서, 상기 압출기(102)에 연결되어 용융체(A)가 유입되는 유입부(210), 및 상기 유입부(210)의 하부에 연결되며, 유입된 용융체(A)가 필라멘트 형태(B)로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁(221)을 포함하는 멀티노즐부(220)를 포함하는 노즐블럭(200); 상기 노즐블럭(200)에 소정의 전압을 인가하여 상기 용융체(A)를 하전시키는 전압인가부(105); 및 상기 노즐블럭(200)과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치하며, 상기 노즐블럭(200)을 통해서 토출되는 하전 필라멘트(B)를 상면에 집적하는 컬렉터(106)를 포함한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 용융전기방사장치에서 상기 원료 공급부(101)는 섬유 원료가 되는 고분자 물질이 공급되는 부분으로, 노즐블럭(200)에 공급할 폴리머를 저장하는 원료 저장탱크(미도시), 저장된 폴리머를 시간당 일정한 양으로 공급해주는 조절장치인 정량펌프(미도시) 및 공급관(미도시)을 포함할 수 있다.

원료 공급부(101)는 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 대안으로 고분자 칩을 용융하는 가열수단(미도시) 및 용융된 폴리머 용융액을 이송하는 이송수단(미도시)을 구비할 수 있다.

본 발명의 구현예에 따른 용융전기방사장치에서는 상기 원료 공급부(101)와 연결되며, 상기 원료 공급부(101)로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기(102)를 포함한다. 이러한 압출기(102)는 용액전기방사와 달리 점도가 높은 용융체에 압력을 가해서 밀어내기 위해 필요하며, 특히 이러한 압출기(102)를 도입함으로써 방사재료의 보다 빠른 공급이 가능하게 되어 멀티 노즐 시스템에 적합하며, 이는 상용화로 이어질 수 있다.

바람직하게는 상기 압출기(102)로 용융 압출기를 사용함으로써 고분자 물질을 압출기에서 일정한 온도구배를 주어 서서히 용융시켜 스크류를 이용하여 압출기 외부로 일정량을 분출하도록 할 수 있다.

본 발명에서는 고분자 물질로 원료 고분자의 칩 상태의 고체 물질을 사용한다. 본 발명에서 사용가능한 대표적인 고분자 재료의 비제한적인 예들은 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 불소 중합체, 폴리아미드, 폴리카프로락톤, 폴리우레탄, 엘라스토머, 고무류 등의 열가소성 수지를 포함하며, 이들을 단독으로 혹은 둘 이상이 혼합된 상태로 사용할 수도 있다.　 또한 본 발명에서 용융 폴리머에는 물성의 향상을 위하여 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.

상기 노즐블럭(200)은 상기 압출기(102)에 부착되어 설치될 수 있으나, 설비 디자인 상 필요에 의해 용융체 이송관(103)을 통해 연결되도록 디자인 될 수 있으며, 이 경우 세라믹계 물질로 이루어진 용융체 이송관과 동일한 구멍이 형성되어 있는 절연단관(104)으로 연결함으로써 금속 설비 간의 절연이 가능하게 할 수 있다.

상기 노즐블럭(200)은 용융체(A)를 공급받아 필라멘트 형태(B)로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하며, 상기 압출기(102)에 연결되어 방사재료인 용융체(A)가 유입되는 유입부(210), 상기 유입부(210)의 하부에 연결되며, 유입된 용융체(A)가 필라멘트 형태(B)로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁(221)을 포함하는 멀티노즐부(220)를 포함한다.

상기 유입부(210)는 방사재료인 용융체(A)가 노즐로 유입되는 부분으로서, 복수개의 노즐에 균일하게 용융체(A)가 공급되도록 하기 위하여 원통형의 유입구와 유입구에서 원위방향으로 점점 넓어지는 형상을 가진 확산부분으로 구성된다. 상기 유입부는 열변형을 최소화하기 위하여 금속 재료 중에서도 열탄성계수가 낮은 물질로 구성되며, 예를 들면 스테인리스강, 코발트, 타이타늄, 알루미늄, 니켈, 특수강, 카본스틸, 초경합금 또는 이들의 합금 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 멀티노즐부(220)는 하전된 용융체(A)가 복수 개의 노즐 팁(221)을 거쳐 공기 중으로 토출되고, 이어서 공기 중에서 하전 필라멘트의 연신 및 또 다른 필라멘트 분기를 거쳐 극세섬유를 제조하는 역할을 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사용 멀티노즐부(220)의 부분 확대 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 노즐블럭(200)의 멀티노즐부(220)는 복수 개의 돌출형 노즐 팁(221)을 포함하여 이루어진다. 종래와 달리 용융체를 방사 하는 복수 개의 노즐 팁(221)을 용융체를 수용하도록 노즐 팁과 동일한 수의 방사구가 형성되어 있는 노즐판(225)에 노즐 팁(221)의 말단을 노즐판(225) 하부로 돌출시키도록 연결하여 멀티 방사 노즐 시스템을 도입한다. 이에 의하여, 각 노즐 팁(221)의 말단끼리의 전기장 간섭을 최소화할 수 있어 용융체 덩어리가 떨어지는 것을 방지함으로써 제품의 불량률을 낮출 수 있다.

이때, 돌출형 노즐 팁(221)간의 간격(C)은 3 mm 내지 10mm 인 것이 가장 바람직하며, 보다 바람직하게는 4 mm 내지 7 mm인 것이 전기장 간섭을 최소화함에 있어 좋다.

또한, 멀티노즐부(220)에 용융체(A)가 유입되는 방사구의 직경(D)은 1 mm 내지 5 mm 인 것이 좋다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 의한 돌출형 노즐 팁(221)의 단면 개략도이다. 도 3을 참조하면, 상기 돌출형 노즐 팁(221)은 상기 노즐판(225)의 방사구를 지난 용융체(A)를 수용하도록 내부공간이 형성되어 있는 노즐 몸체(223) 및 상기 노즐 몸체(223)에 연통결합되는 방사니들(222)로 이루어지며, 상기 노즐 몸체(223)의 상단부에는 상기 노즐 몸체(223)가 상기 노즐판(225)과 나사결합을 이루도록 스크류(224)가 형성될 수 있다.

이때, 상기 노즐 팁(221)의 형상은 특별히 제한되지 아니하고, 당업자의 필요에 의해 디자인될 수 있으나, 일례를 들어 설명하면, 상기 돌출형 노즐 팁(221)의 노즐 몸체(223)의 내부공간은 상기 노즐판(225)의 방사구와 연결되는 상부로부터 그 반대방향의 하부를 향하여 어느 일부분까지 일정한 두께를 가지고, 상기 일 부분으로부터 상기 노즐 몸체(223)의 말단에 근접하면서 그 수직방향 중심선에 대하여 10 내지 30도의 경사각을 가지며 점차 테이퍼되는 형상을 가질 수 있다.

이때, 상기 노즐 몸체(223, 323)의 말단은 도 3에 도시된 바와 같이 원뿔 형태로 뾰족하게 형성될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 끝이 뭉툭하게 형성될 수도 있다.

상기 노즐판(225)의 하단과 방사니들(222, 322) 말단 사이의 거리(G)는 10 mm 내지 30 mm 이고, 상기 방사니들(222, 322)의 세로 길이(F)는 0.5 mm 내지 1.5 mm 인 것이 좋으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 방사니들(222, 322)의 내경(E)은 0.1 mm 내지 0.5 mm 인 것이 토출되는 방사 필라멘트의 굵기와 니들의 강도를 고려했을 때 바람직하다.

상기 방사니들(222, 322)과 노즐 몸체(223, 323)은 일체로 형성될 수 있으나, 대안으로 노즐 몸체에 방사니들이 결합되어 형성될 수도 있다.

상기 멀티노즐부(220)를 구성하는 노즐판(225) 및 돌출형 노즐 팁(221)은 고온의 용융체에 의해 변형되지 않도록 열탄성계수가 낮은 금속으로 이루어진다. 상기 금속으로는 스테인리스강, 코발트, 타이타늄, 알루미늄, 탄소, 니켈 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 초경합금일 수 있다. 상기 노즐판(225)과 노즐 팁(221)을 구성하는 노즐 몸체(223) 및 방사니들(224)은 동일하거나 다른 물질로 구성될 수 있으며, 특히 방사니들(224)의 경우에는 초경합금으로 이루어지는 것이 좋다.

기존의 용액전기방사에 사용하는 장치의 경우 대부분이 노즐부가 플라스틱으 로 구성된 경우가 많아, 그 장비를 그대로 사용하게 되면, 장비가 손상될 뿐 아니라, 용융체의 물성도 변하게 되어 문제가 발생하게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사용 노즐블럭의 하측면에서 바라본 사시도이다. 도 5를 참조하면, 상기 노즐블럭(200)은 상기 용융체(A)의 온도를 유지하기 위하여 멀티노즐부(220)와 유입부(210) 외부에 상기 노즐블럭(200)의 상부를 덮을 수 있는 핫오일 이중관 자켓(270)을 포함할 수 있다. 즉, 용융된 방사재료가 물성을 잃지 않도록 하기 위해 방사니들(222)을 통해 토출되는 순간까지 온도를 유지시키기 위해 핫오일 이중관 자켓(270)으로 금속 설비의 온도를 유지시킬 수 있으며, 상기 핫오일 이중관 자켓(270)은 고온의 오일을 공급하는 하나 이상의 오일 공급관(250, 260)을 포함할 수 있다.

상기 노즐블럭(200)의 하부의 상기 멀티노즐부(220) 주변의 오일 공급관(250)은 상기 노즐블럭(200)의 상부 주변의 공급관(260)과 유입 통로를 달리 하여 노즐 끝에서 순간적으로 온도를 200℃ 이상으로 높여 용융체(A)가 돌출형 노즐 팁(221)의 방사니들(222)을 통해 필라멘트 형태로 토출되도록 한다.

상기 핫오일 이중관 자켓(270)의 재질은 열에 견딜 수 있는 금속재질일 수 있으며, 고온의 오일을 공급하는 오일 공급관(250, 260)은 금속재질일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 의한 노즐블럭(200)은 상기 유입부(210) 하부와 상기 멀티노즐부(220) 상부 사이에 적층되는 필터판(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.

상기 필터판은 서로 상이한 하나 이상의 메시 필터가 적층되어 형성될 수 있 으며, 그물코 형상의 메시 필터가 용융체(A)에 포함된 불순물을 제거하고, 유입된 용융체(A)의 압력 분산 및 분배하는 역할을 한다.

상기 필터판은 당업계에서 일반적으로 사용되는 물질을 제한없이 사용할 수 있으며, 일례로 2중 메시 필터 또는 3중 메시 필터가 적층되어 형성될 수 있으며, 이때 상기 메시 필터 각각의 메시 수는 서로 상이한 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐블럭(200)은 상기 유입부(210) 하부와 상기 멀티노즐부(220) 상부 사이에 적층되는 분배 조절판(미도시)을 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 분배 조절판은 용융체(A)의 균일한 재분배를 돕는 역할을 한다. 상기 분배 조절판은 복수개의 구멍이 하나 이상의 열과 행을 이루어 천공된 형상을 가질 수 있다.

이러한 분배 조절판의 존재로 인하여 용융체(A)가 노즐로 바로 유입되지 않고 균일하게 재분배되게 함으로써 유입부의 유입부분 바로 아래의 노즐과 유입부의 원위 말단의 가장자리에 놓인 노즐 간에 방사재료가 균일하게 분배되게 함으로써 각 노즐마다 정량적으로 동일한 토출량을 가지도록 하여 균일한 섬유굵기를 갖는 웹을 제조할 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 구현예에서는 상기 노즐블럭(200)은 금속 설비의 보온을 위한 절연커버(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 노즐블럭(200)에는 소정의 전압이 인가되어 방사되는 용융체를 하전시켜 전기장을 형성한다.　 이러한 역할을 하는 상기 전압인가부(105)는 당업계에서 공지된 방식을 제한없이 사용할 수 있다.

상기 노즐블럭(200)의 돌출형 노즐 팁(221)으로부터 토출된 하전 필라멘 트(B)는 상기 컬렉터(106) 상부에 집적된다. 상기 컬렉터(106)는 전도성이 우수한 금속재가 사용되며, 이송롤러와 같은 이송수단으로 상기 노즐블럭(200)에 대하여 연속적으로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 컬렉터(106)는 접지되거나 상기 노즐블럭에 인가된 전압의 극성과 반대의 극성이 인가되어 상기 하전 필라멘트(B)와 반대 극성을 가짐으로써, 하전 필라멘트(B)의 집적을 도울 수 있다. 즉, 상기 노즐블럭(200)을 통해 방사된 미세 필라멘트 형태의 고분자재료와 강력한 전기장을 형성하여 필라멘트가 나노급의 직경으로 방사되어 집적되도록 한다.

한편, 하전되어 방사된 필라멘트는 직물, 부직포, 종이 등과 같은 비금속성 기재 위에 집적시킬 수도 있는데, 이 경우에는 상기 컬렉터(106)의 전면에 기재를 위치시켜 집적시켜 웹을 형성할 수 있으며, 웹이 형성된 기재는 이동수단을 통해 이동되어 상, 하 히팅장치를 통과하면서 가열되어 칼렌더링(calendering)되며, 최종적으로 권취롤러에 권취된다.

한편, 본 발명의 일 구현예에서, 상기 노즐블럭(200)과 컬렉터(106)는 수직방향으로 대향하여 배치되나, 수평방향으로 대향하여 배치될 수도 있다.

본 발명의 전기방사장치를 이용하여 제조될 수 있는 나노섬유는 필터소재, 광화학 센서소재, 전자소자용 소재, 생체 의학용 소재, 조직 공학용 소재, 약물 전달용 소재, 및 미용소재 등으로 광범위하게 응용될 수 있다.　　예를 들어, 나노섬유는 부피에 비해 표면적이 매우 크기 때문에 필터용으로 응용시 탁월한 효과를 나타내며, 전기 전도성을 지닌 고분자를 나노 섬유로 제조해 유리에 코팅하면 햇빛의 양을 감지해 창문의 색을 변하게 할 수 있다.　 전도성 나노섬유를 리튬이온전지의 전해질로 사용할 경우, 전해액의 누출을 막으면서 도전지의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있다.　 또한 생체조직과 흡사하게 만든 인공단백질로 나노섬유를 만들면 상처가 아물면서 바로 몸속으로 흡수되는 붕대나 인조피부 제조에도 이용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 의한 용융전기방사장치의 단면 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사용 멀티노즐부의 부분 확대 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 돌출형 노즐 팁의 단면 개략도이다.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 돌출형 노즐 팁의 단면 개략도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 용융전기방사용 노즐블럭의 하측면에서 바라본 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 용융전기방사장치 200: 노즐블럭

220: 멀티노즐부 221, 321: 돌출형 노즐 팁

101: 원료 공급부 102: 압출기

103: 용융체 이송관 104: 절연단관

105: 전압인가부 106: 컬렉터

210: 유입부 250, 260: 오일 공급관

270: 핫오일 이중관 자켓 222, 322: 방사니들

223, 323: 노즐 몸체 224, 324: 스크류

A: 용융체 B: 하전 필라멘트

Claims (20)

1. 섬유 원료가 되는 고분자 물질을 공급하는 원료 공급부;

   상기 원료 공급부와 연결되며, 상기 원료 공급부로부터 공급된 고분자 물질을 압출하여 방사하는 압출기;

   상기 압출기와 연결되며, 상기 압출기로부터 용융체를 공급받아 필라멘트 형태로 토출하게 하는 복수개의 노즐을 구비하는 노즐블럭으로서, 상기 압출기에 연결되어 용융체가 유입되는 유입부, 및 상기 유입부의 하부에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 멀티노즐부를 포함하는 노즐블럭;

   상기 노즐블럭에 소정의 전압을 인가하여 상기 용융체를 하전시키는 전압인가부; 및

   상기 노즐블럭과 소정의 이격거리를 두며 하측에 위치하며, 상기 노즐블럭을 통해서 토출되는 하전 필라멘트를 상면에 집적하는 컬렉터를 포함하는 용융전기방사장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 노즐블럭의 멀티노즐부가:

   용융체를 수용하도록 복수 개의 방사구가 형성되어 있는 노즐판; 및

   상기 노즐판 및 방사구에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출 되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 돌출형 노즐 팁은 용융체를 수용하도록 내부공간이 형성되어 있는 노즐 몸체 및 상기 노즐 몸체에 연통결합되는 방사니들로 이루어지며, 상기 노즐 몸체의 상단부에는 상기 노즐 몸체가 상기 노즐판과 나사결합을 이루도록 스크류가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 노즐판은 열탄성계수가 낮은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 금속은 스테인리스강, 코발트, 타이타늄, 알루미늄, 니켈, 특수강, 카본스틸, 초경합금 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 노즐블럭이 상기 용융체의 온도를 유지시키는 핫오일 이중관 자켓을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 핫오일 이중관 자켓은 고온의 오일을 공급하는 오일 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 돌출형 노즐 팁의 간격이 3 mm 내지 10mm 인 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
9. 제 3항에 있어서, 상기 노즐판의 하단과 방사니들 말단 사이의 거리가 10 mm 내지 30 mm 이고, 상기 방사니들의 세로 길이는 0.5 mm 내지 1.5 mm 인 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
10. 제 3항에 있어서, 상기 돌출형 노즐 팁의 노즐 몸체의 내부공간은 상기 노즐판의 방사구와 연결되는 상부로부터 그 반대방향의 하부를 향하여 어느 일부분까지 일정한 두께를 가지고, 상기 일부분으로부터 상기 노즐 몸체의 말단에 근접하면서 그 수직방향 중심선에 대하여 10 내지 30도의 경사각을 가지며 점차 테이퍼되는 형 상을 가지는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
11. 제 3항에 있어서, 상기 돌출형 노즐 팁의 노즐 몸체는 열탄성계수가 낮은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
12. 제 3항에 있어서, 상기 돌출형 노즐 팁의 방사니들은 열탄성계수가 낮은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
13. 제 1항에 있어서, 상기 노즐블럭이 상기 유입부 하부와 상기 멀티노즐부 상부 사이에 적층되는 필터판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
14. 제 1항에 있어서, 상기 노즐블럭이 상기 유입부 하부와 상기 멀티노즐부 상부 사이에 적층되는 분배 조절판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
15. 제 1항에 있어서, 상기 컬렉터는 접지되거나 상기 하전 필라멘트와 반대 극성으로 대전되는 것을 특징으로 하는 용융전기방사장치.
16. 용융전기방사용 노즐블럭에 있어서, 상기 노즐블럭이:

    상기 압출기에 연결되어 용융체가 유입되는 유입부;

    상기 유입부의 하부에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 멀티노즐부; 및

    상기 용융체의 온도를 유지시키는 핫오일 이중관 자켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사용 멀티 노즐블럭.
17. 제 16항에 있어서, 상기 멀티노즐부가:

    용융체를 수용하도록 복수 개의 방사구가 형성되어 있는 노즐판; 및

    상기 노즐판 및 방사구에 연결되며, 유입된 용융체가 필라멘트 형태로 토출되게 하는 복수 개의 돌출형 노즐 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사용 멀티 노즐블럭.
18. 제 17항에 있어서, 상기 돌출형 노즐 팁은 용융체를 수용하도록 내부공간이 형성되어 있는 노즐 몸체 및 상기 노즐 몸체에 연통결합되는 방사니들로 이루어지며, 상기 노즐 몸체의 상단부에는 상기 노즐 몸체가 상기 노즐판과 나사결합을 이루도록 스크류가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융전기방사용 멀티 노즐블럭.
19. 제 16항에 있어서, 상기 핫오일 이중관 자켓은 고온의 오일을 공급하는 오일 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사용 멀티 노즐블럭.
20. 제 16항에 있어서, 상기 노즐블럭은 보온을 위한 절연커버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용융전기방사용 멀티 노즐블럭.

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