KR20110107218A

KR20110107218A - 방사영역에서의 온도와 습도를 조절할 수 있는 나노섬유제조용 전기방사장치

Info

Publication number: KR20110107218A
Application number: KR1020100026447A
Authority: KR
Inventors: 김한빛
Original assignee: 김한빛
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-09-30
Also published as: JP5580901B2; WO2011118893A1; JP2013506768A; US8562326B2; CN102597341B; US20130011508A1; EP2520695B1; EP2520695A4; EP2520695A1; CN102597341A; KR101166675B1

Abstract

본 발명은 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것으로, 특히 방사 유닛(30)의 선단과 나노섬유 수집부(40) 사이의 방사영역(Z)으로 온도와 습도가 조절된 기체를 층류로 분배하는 공정기체 층류 분배장치(100)를 구비한 전기방사장치에 관한 것이다. 상기 공정기체 층류 분배장치(100)는 방사 유닛(30)을 내부공간 하부에 고정설치하고, 공정기체 공급부(20)에서 제공하는 공정기체가 내부공간 안으로 유입되도록 측벽에 유입구(103)를 구비하며 저면이 개방된 케이싱(101)과, 상기 케이싱(101)의 상측에 구비된 제1 공정기체 분배 챔버(110), 제1 공정기체 분배 챔버(110)의 하측에 연속 배치된 제2 공정기체 분배 챔버(120), 및 제2 공정기체 분배 챔버(120)의 하측에 연속 배치된 제3 공정기체 분배 챔버(130)로 이루어진다.

Description

방사영역에서의 온도와 습도를 조절할 수 있는 나노섬유제조용 전기방사장치{ELECTRO-SPINNING APPARATUS FOR MANAUFACTUREING NONOFIBER FOR CONTROLLING TEMPERATURE AND HUMMIDITY OF SPINNING ZONE }

본 발명은 나노섬유 제조용 전기방사장치에 관한 것으로, 특히 방사영역(spinning zone)의 온도와 습도를 일정한 범위로 유지하기 위한 공정기체를 방사영역에 직접 제공하는 전기방사장치에 관한 것이다.

나노섬유를 제조하는 전기방사장치는 방사용액 저장탱크, 방사용액 정량 이송장치, 노즐블록, 노즐블록에 배치된 복수개의 노즐, 노즐을 통하여 방사되는 나노섬유를 집적하는 컬렉터, 및 상기 노즐블록과 컬렉터에 전압을 인가하기 위한 고전압 발생장치로 이루어진다.

이러한 종래 전기방사장치로 나노섬유를 제조할 때, 사용하는 고분자와 용매(solvent)의 종류, 고분자 용액의 농도, 방사실의 온도와 습도는 제조되는 나노섬유의 섬유직경과 방사성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이하, 본 출원명세서에서 '습도'라 함은 '상대습도'를 지칭하는 것으로 한다.

일반적으로 고분자 용액의 경우, 고분자의 분자량이 클수록 용액의 점도가 높아져 제조되는 나노섬유의 직경이 증가하는 경향이 있다. 그리고 용매의 비점(휘발온도)은 방사 고분자용액의 고화속도에 영향을 주므로 고분자 용액이 제트스트림(jet stream)을 거쳐 나노섬유를 형성하는 구간(즉,방사영역)에서 나노 섬유직경에 직접적인 영향을 주게 된다. 즉, 용매의 비점이 낮으면 용매의 휘발속도가 빨라 섬유직경이 상대적으로 굵은 섬유가 만들어지게 되며, 반대로 비점이 높으면 섬유직경이 상대적으로 가는 섬유가 만들어지게 된다.

용액의 농도에 있어서, 농도가 높을수록 용액의 표면장력이 증가하고, 활성에너지가 상승하기 때문에 섬유직경이 상대적으로 굵은 나노섬유가 제조되게 되고, 반대로 농도가 낮을수록 섬유직경이 상대적으로 가는 섬유가 제조된다.

전기방사 영역에서의 온도와 습도에 있어서, 전기방사가 일어나는 영역(이하, "방사영역"이라 한다.)에서의 온도는 방사용액의 점도를 변화시켜 방사 용액의 표면장력이 변하게 되므로, 방사된 섬유직경에 영향을 미치게 된다.

즉, 방사영역의 온도가 상대적으로 높아서 용액의 점도가 낮으면 섬유직경이 상대적으로 가는 나노섬유가 만들어지고, 온도가 상대적으로 낮아서 용액의 점도가 높게 되면 섬유직경이 상대적으로 굵은 나노섬유가 만들어진다.

섬유직경이 가는 나노섬유를 제조하기 위하여 방사영역의 습도를 높게 유지하면 직경이 가는 나노섬유를 제조할 수 있지만 용매의 휘발속도가 느려져 용매의 휘발이 충분히 이루어지지 않으므로 깨끗한 제품이 만들어지지 않고, 젖음현상(film defect)이 발생하기 쉽다. 이러한 젖음현상을 해결하기 위해서는 용액의 토출량을 줄여야 하는데, 이러한 것은 나노섬유 생산성을 낮추는 결과를 초래한다. 반대로 방사영역의 습도를 낮추게 되면, 나노섬유의 생산성은 증가되지만 용매의 휘발속도가 빨라 섬유의 고화속도가 빨라지므로 상대적으로 굵은 직경의 나노섬유가 만들어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 전기방사에서 균일한 품질의 나노섬유를 제조하기 위해서는 전기방사가 이루어지는 공간, 즉 방사영역의 온도와 습도를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하다.

한편, 고분자 용액이 방사되는 방사노즐 주위에 고속의 에어를 분사하는 에어분사구를 구비하여 방사노즐에서 방사되는 나노섬유에 고속의 압축공기를 분사하는 소위 일렉트로-블로잉 방사(eletro-blowing spinning)기술이 한국특허 제10-549140호에 개시되어 있다.

그런데, 상기 종래의 일렉트로-블로잉 방사장치(electro-blowing spinning)의 경우, 나노섬유의 대량생산에는 적합하지만 공기의 분사유속이 난류(turbulence flow) 및 천이구역에 있으므로 방사영역에서 와류(air turbulence)가 발생하여 섬유의 고화속도가 불균일해진다. 그 결과 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제조되는 나노섬유의 섬유직경에 변화가 심하고 섬유직경이 굵어지는 단점이 있다.

또한, 상기 종래 전기방사장치의 경우 섬유직경 분포가 일정한 나노섬유를 얻기 위해서는 방사실(spinning room) 전체의 온도와 습도를 정해진 조건에 따라 일정하게 유지하도록 제어하여야 하는 데, 이를 위하여 방사실의 공조시스템의 설비비용 및 에너지 비용이 많이 드는 단점이 있다.

이에 본 발명은 균일한 섬유직경의 나노섬유를 고생산성으로 제조할 수 있도록 층류의 공정기체로써 방사영역의 온도와 습도를 제어하는 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 방사노즐 선단에서 방사되는 나노섬유가 방사방향의 역방향으로 역류하여 방사노즐블록에 부착되는 문제를 해소한 나노섬유 제조용 전기방사장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

나노섬유 원료를 용매로 용해한 방사용액을 공급하는 방사용액 공급부와, 방사용액 공급부에서 공급되는 방사영역으로 방사하는 복수개의 방사노즐을 구비한 방사 유닛과, 상기 방사노즐과 대향하게 배치되어 방사 유닛에서 방사하는 나노섬유를 수집하는 나노섬유 수집부와, 상기 방사 유닛과 나노섬유 수집부 사이의 방사영역에 전장을 형성하도록 방사 유닛과 나노섬유 수집부에 전원을 인가하는 전압 발생장치를 포함한 나노섬유 제조용 전기방사장치에 있어서,

나노섬유의 방사조건에 따라 온도와 습도를 일정한 범위로 제어한 공정기체를 방사 유닛과 나노섬유 수집부 사이의 방사영역에 층류로 제공하여 방사영역의 분위기의 습도 및 온도를 조절하는 층류의 공정기체 층류 분배장치를 구비한다.

본 발명의 상기 공정기체 층류 분배장치는, 저면을 개방하여 개방부를 형성하고, 측벽에 공정기체 공급부에서 공급되는 공정기체를 내부공간 안으로 유입되도록 유입구가 구비된 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간 상측에, 다수개의 기체 배출구들이 천공된 확풍판이 수평방향으로 설치되어, 상기 케이싱의 내부공간안에 유입되는 공정기체를 저류시켜 상기 확풍판의 기체 배출구를 통하여 아래쪽으로 배출시키는 제1 공정기체 분배 챔버; 상기 제1 공정기체 분배 챔버의 아래쪽에 상기 확풍판을 사이에 두고 연속배치되고, 상기 방사 유닛를 케이싱의 내부공간 안에 고정되게 저면 외측에 부착하고 다수의 기체 배출공들이 천공된 1차 분배판을 저면에 설치하여 상기 제1 공정기체 분배 챔버에서 제공되는 공정기체를 상기 기체 배출공을 통하여 상기 방사 유닛 주위로 골고루 분배하는 제2 공정기체 분배 챔버; 복수개의 기체 통로를 형성한 2차 분배판을, 상기 방사 유닛의 방사노즐로부터 상측으로 일정한 거리를 두고 설치하여 상기 제2 공정기체 분배 챔버에서 제공되는 공정기체를 상기 기체 통로를 통과시켜 상기 방사 유닛의 방사노즐 선단쪽으로 층류로 공급하는 제3 공정기체 분배 챔버;를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 2차 분배판은 방사노즐의 하측 선단에서 상측으로 2~20cm의 거리를 두고 배치되고, 상기 2차 분배판의 각 기체 배출통로는 직경에 대한 길이의 비율(L/D)이 1~10인 오리피스 형태로 되어 있다.

상기 2차 분배판은 상기 방사노즐의 하측 선단에서 상측으로 5~10cm의 거리를 두고 배치되고, 상기 2차 분배판의 각 기체 배출통로는 직경에 대한 길이의 비율(L/D)이 2~5인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 전기 방사영역에 층류로 분배되는 공정기체로써 방사영역의 온도와 습도를 최적조건으로 조절하여 직경이 균일하고 가는 직경의 나노섬유 제품을 얻을 수 있다.

둘째, 공정기체의 분배영역, 즉 방사영역에서 기체의 흐름이 층류(Laminar flow)이므로 용매(solvent)의 휘발이 균일하게 일어나고 그 결과 균일한 직경의 섬유를 얻을 수 있다.

셋째, 방사영역에 분배되는 공정기체에 의해서 용매(solvent)의 휘발에 의한 배출이 용이해지므로 생산성이 현저히 증가 된다.

넷째, 방사 유닛이 일정한 온도로 조절되는 공정기체 공급장치 내부에 존재하므로 공급되는 용액의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라 방사용액의 점도가 항상 일정하게 유지되므로 공정 중 용액의 점도변화가 있더라도 섬유직경을 균일하게 유지할 수 있다.

다섯째, 방사실 중 일부 영역, 즉 방사영역의 분위기 온도와 습도만 제어하면 되므로, 종래 방사영역의 온도와 습도를 조절하기 위하여 방사실(spinning room)전체의 공조시스템을 운전하는 것에 비하여 공기조화에 소요되는 비용을 대폭 절감할 수 있다.

여섯째, 공정기체를 방사영역으로 분배하는 2차 분배판의 위치가 방사노즐의 선단에서 일정한 거리만큼 이격되어 있으므로, 방사 섬유가 역방향으로 휘날려 2차 분배판에 부착하는 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나노섬유 제조용 전기방사 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 공정기체 층류 분배장치의 일측벽을 제거하여 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 공정기체 층류 분배장치의 결합 정단면도,
도 4는 본 발명의 공정기체 층류 분배장치의 결합 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전기방사장치에 의해 제조된 나노섬유 웹의 단면의 전자현미경 사진,
도 6는 본 발명에 따른 전기방사장치에 의해 제조된 나노섬유 웹의 제품표면의 전자현미경 사진이다.
도 7은 종래 블로잉 전기방사장치에 의해 제조된 나노섬유 웹의 단면의 전자현미경 사진,
도 8은 종래 블로잉 전기방사장치에 의해 제조된 나노섬유 웹의 제품표면의 전자현미경 사진이다.

이하, 본 발명의 나노섬유 제조용 전기방사장치의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 나노섬유 제조용 전기방사장치의 바람직한 실시예에 대한 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 나노섬유 제조용 전기방사장치의 공정기체 층류 분배장치에서 일측벽을 제거하여 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 공정기체 층류 분배장치의 결합 정단면도이고, 도 4는 도 2의 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 나노섬유 제조용 전기방사장치는, 통상의 나노섬유 전기방사장치와 마찬가지로, 나노섬유 원료를 용매로 용해한 방사용액을 저장하기 위한 방사용액 저장탱크(11)와, 상기 방사용액 저장탱크(11)에 저장된 방사용액을 정량적으로 공급하는 정량 공급펌프(12)로 이루어진 방사용액 공급부(10); 상기 정량 공급펌프(12)에서 공급되는 방사용액을 복수개의 방사노즐(32)을 통하여 방사하는 방사 유닛(30); 상기 복수개의 방사노즐(32)을 통하여 방사되는 나노섬유를 집적하는 나노섬유 수집부(40); 및 상기 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40) 사이에 전압을 인가하여 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40) 사이의 방사영역(Z)에 전기장을 부여하는 전압 발생장치(50); 및, 방사되는 나노섬유에서 휘발되는 용매가스를 외부로 배출하는 용매가스 배출장치(60)를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 나노섬유 제조용 전기방사장치는, 전기방사가 이루어지는 방사영역(Z)의 분위기로 작용하게 되는 공정기체를 발생시켜 일정한 온도와 습도로 제어한 후 공급하는 공정기체 공급부(20)를 포함한다.

상기 "공정기체"는 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40) 사이의 나노섬유 방사영역의 온도 및 습도 조절을 위하여 방사영역의 분위기로서 공급되는 기체를 지칭하고, 이하에서도 동일한 의미로 사용된다. 이 공정기체로서는 바람직하게는 공기이지만 여기에 한정되지 않고 공기와 다른 기체의 혼합기체도 포함되는 것은 당연하다.

상기 공정기체 공급부(20)는 공정기체 발생장치(21)와, 상기 공정기체 발생장치(21)에서 생성한 공정기체의 온도와 습도를 나노섬유 전기방사에 적합한 범위로 제어하여 상기 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40)사이의 방사영역에 제공하는 공기조화부(22)로 이루어진다.

또 공정기체 발생장치(21)는 공정기체가 공기인 경우는 송풍팬, 또는 컴프레셔(compressor) 등과 같이 후술하는 공정기체 층류 분배장치의 분배 챔버로 공정 기체를 공급하는 장치를 지칭한다. 이러한 공정기체 발생장치(21)는 공정기체를 발생시켜, 상기 분배 챔버를 거쳐 방사영역(Z)으로 공급하는 한편, 방사용액 저장탱크(11)안으로도 공급하여 저장탱크(11)의 내부 압력을 증가시킴으로써 방사용액 저장탱크(11)안에 충진된 방사용액이 배출구를 통하여 원활하게 배출되게 한다.

그리고 본 발명의 방사유닛(30)은 노즐블록(31)과 노즐블록(31)에 일정한 간격으로 다수개 배치된 방사노즐(32)로 구성된다. 이러한 방사 유닛(30)은 정량 공급펌프(12)에 의해 공급되는 방사용액을 공급도관(33)을 통하여 공급받아서 노즐블록(31)을 거쳐 방사노즐(32)로 배출한다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 공정기체 공급부(20)에서 제공하는 공정기체를, 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40) 사이의 방사영역(Z)(spinning zone)에 층류의 흐름으로 제공하는 공정기체 층류 분배장치(100)를 구비한다.

상기 공정기체 층류 분배장치(100)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 방사 유닛(30)을 내부공간 하부에 고정설치하고, 공정기체 공급부(20)에서 제공하는 공정기체가 내부공간 안으로 유입되도록 측벽에 유입구(103)를 구비하며 저면이 개방된 케이싱(101)과, 상기 케이싱(101)의 상측에 구비된 제1 공정기체 분배 챔버(110), 제1 공정기체 분배 챔버(110)의 하측에 연속 배치된 제2 공정기체 분배 챔버(120), 및 제2 공정기체 분배 챔버(120)의 하측에 연속 배치된 제3 공정기체 분배 챔버(130)로 이루어진다.

상기 제1 공정기체 분배 챔버(110)는 상기 케이싱(101)의 내부공간 상측에 수평으로 배치되는 확풍판(111)의 구획에 의해 케이싱(101)의 내부에 구비된다. 상기 확풍판(111)은 상기 방사 유닛(30)의 상측의 케이싱 내부공간을 제1 공정기체 분배 챔버(110)와 제2 공정기체 분배 챔버(120)로 구획하고, 아울러 복수개의 기체 배출구(112)를 구비하여 제1 공정기체 분배 챔버(110)에 저류된 공정기체를 복수개의 기체 배출구(112)를 통하여 하측의 제2 공정기체 분배 챔버(120)로 확산 분배한다.

상기 제2 공정기체 분배 챔버(120)는 확풍판(111)의 기체 배출구(112)를 통하여 제1 공정기체 분배 챔버(110)로부터 분배되는 공정기체를 수용하고, 저면을 이루는 1차 분배판(121)에 의해 하측의 제3 공정기체 분배 챔버(130)와 구획된다. 상기 1차 분배판(121)은 저면에 방사 유닛(30)의 노즐블록(31)을 부착하여 고정하고, 케이싱(101)의 내측벽에 수평으로 지지되어 방사 유닛(30)을 케이싱(101)의 내부에 고정하는 한편, 다수개의 기체 배출공(122)을 형성하여 내부에 저류된 공정기체를 이들 기체 배출공(122)을 통하여 아래쪽에 배치된 방사 유닛(30) 쪽으로 분배하게 된다.

상기 제3 공정기체 분배 챔버(130)는 상면을 구성하는 상기 1차 분배판(121)과, 저면을 구성하는 2차 분배판(131)에 의해 구획된다. 상기 2차 분배판(131)은 각각 노즐직경(D)에 비하여 길이(L)가 긴 복수개의 기체 통로(132)를 구비하여, 제2 공정기체 분배 챔버(120)에서 제공되어 내부에 저류된 공정기체를 방사 유닛(30)의 방사 노즐(32) 주위로 층류로 분배한다. 특히 상기 2차 분배판(131)은, 기체 통로(132)가 방사 유닛(30)의 방사노즐(32)의 출구 선단과 소정의 거리를 유지하도록, 방사 유닛(30)의 노즐블록(31)의 하단에 수평방향으로 배치되어 고정되어 있다. 이러한 2차 분배판(131)의 배치구조에 의해 방사 노즐(32)의 주위를 거쳐 방사영역(Z)으로 분배되는 공정기체가 층류의 형태로 제공되게 된다.

상기 2차 분배판(131)은 방사노즐(32)의 선단에서 2 내지 20cm의 거리를 유지하는 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 5 내지 10cm의 거리를 유지하도록 배치된다.

그리고, 상기 2차 분배판(131)의 기체 배출공(122)은 상기 방사영역(Z)으로 분배되는 공정기체가 층류를 이루도록, 전체 기체 배출공(122)의 개구면적의 합이 2차 분배판(131)의 전체 면적에 대하여 10~60%, 특히 바람직하게는 20~40%로 형성된다.

또한 2차 분배판의 기체 배출공(122)은 구멍 직경(D)에 대한 길이(L)의 비율이 1 내지 10, 특히 바람직하게는 2 내지 5인 오리피스 형태를 가진다.

한편, 상기 방사영역(Z)으로 분배되는 공정기체의 온도는 20~100℃ 범위, 특히 바람직하게는 40~70℃의 범위로 유지하고, 방사영역(Z)으로 분배되는 기체의 습도는 10~90%, 특히 바람직하게는 20~50% 범위를 유지하도록 상기 공기조화부(22)에서 제어하는 것이 바람직하다. 그리고 공정기체 공급장치에서 제공되는 공정기체의 유량은 단위 방사 노즐당 0.1~1.0㎥/min의 범위인 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 전기방사장치에 의해 제조된 나노섬유 웹의 제품표면의 전자현미경 사진이고, 도 6는 본 발명에 따른 전기방사장치에 의해 제조된 나노섬유 웹의 제품표면의 전자현미경 사진이다.

도 5및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노섬유 제조용 전기방사장치에 의하면, 방사영역(Z)이 층류의 공정기체 흐름에 의해 나노섬유 전기방사에 적합한 온도와 습도를 유지하게 되므로, 방사용액이 방사노즐(32)의 선단에서 방사영역(Z)으로 방사될 때, 방사영역(Z)에서 최적의 용매 휘발과 점도를 유지하게 되어 나노섬유의 직경을 균일하고 미세하게 제조할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 방사실 중 일부 영역, 즉 방사영역으로 분배되는 공정기체의 온도와 습도의 제어만으로 방사영역의 온도와 습도를 제어하게 되므로 종래 방사영역의 온도와 습도를 조절하기 위하여 방사실(spinning room)전체의 공조시스템을 운전하는 것에 비하여 공기조화에 소요되는 비용을 대폭 절감할 수 있다.

그리고, 2차 분배판이 방사노즐의 선단에서 상측으로 일정한 거리를 두고 배치되어 공정기체를 분배하므로, 노즐선단에서 방사되는 섬유가 역방향으로 휘날려 부착되는 불량을 해소할 수 있다.

10: 방사용액 공급부 11: 방사용액 저장탱크
12: 방사용액 정량 공급펌프
20: 공정기체 공급부 21: 공정기체 발생장치
22: 공기조화부 Z: 방사영역
30: 방사 유닛 31: 노즐블록
32: 방사노즐 33: 방사용액 공급도관
40: 나노섬유 수집부 50: 전압 발생장치
60: 배출장치
100: 공정기체 층류 분배장치 110: 제1 공정기체 분배 챔버
101: 케이싱 103: 유입구
111: 확풍판 112: 기체 배출구
120: 제2 공정기체 분배 챔버 121: 1차 분배판
122: 기체 배출공 130: 제3 공정기체 분배 챔버
131: 2차 분배판 132: 기체 통로

Claims

나노섬유 원료를 용매로 용해한 방사용액을 공급하는 방사용액 공급부(10)와, 방사용액 공급부(10)에서 공급되는 방사용액을 방사노즐(32)을 통하여 방사영역(Z)으로 전기방사하는 방사 유닛(30)과, 상기 방사노즐(32)과 대향하게 배치되어 방사 유닛(30)에서 방사하는 나노섬유를 수집하는 나노섬유 수집부(40)와, 상기 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40) 사이의 방사영역(Z)에 전장을 형성하도록 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40)에 전원을 인가하는 전압 발생장치(50)를 포함한 나노섬유 제조용 전기방사장치에 있어서,
나노섬유 전기방사용 공정기체를 발생시켜 나노섬유의 전기방사조건에 부합하는 온도와 습도 범위로 제어하여 공급하는 공정기체 공급부(20)와, 상기 공정기체 공급부(20)에서 제어되어 공급되는 공정기체를 층류 흐름으로 전환하여 방사 유닛(30)과 나노섬유 수집부(40) 사이의 방사영역(Z)에 제공함으로써 방사영역(Z)의 분위기의 습도 및 온도를 조절하는 공정기체 층류 분배장치(100)를 구비한 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
제1항에 있어서,
상기 층류의 공정기체 층류 분배장치(100)는,
저면을 개방하여 개방부를 형성하고, 측벽에 공정기체 공급부(20)에서 공급되는 공정기체를 내부공간 안으로 유입되도록 유입구(103)가 구비된 케이싱(101);
상기 케이싱(101)의 내부공간 상측에, 다수개의 기체 배출구(112)들이 천공된 확풍판(111)이 수평방향으로 설치되어, 상기 케이싱(101)의 내부공간안에 유입되는 공정기체를 저류시켜 상기 확풍판(111)의 기체 배출구(112)를 통하여 아래쪽으로 배출시키는 제1 공정기체 분배 챔버(110);
상기 제1 공정기체 분배 챔버(110)의 아래쪽에 상기 확풍판(111)을 사이에 두고 연속배치되고, 상기 방사 유닛(30)를 케이싱(101)의 내부공간 안에 고정되게 저면 외측에 부착하고 다수의 기체 배출공(122)들이 천공된 1차 분배판(121)을 저면에 설치하여 상기 제1 공정기체 분배 챔버(110)에서 제공되는 공정기체를 상기 기체 배출공(122)를 통하여 상기 방사 유닛(30) 주위로 골고루 분배하는 제2 공정기체 분배 챔버(120);
복수개의 기체 통로(132)를 형성한 2차 분배판(131)을, 상기 방사 유닛(30)의 방사노즐(32)로부터 상측으로 일정한 거리(H)를 두고 설치하여 상기 제2 공정기체 분배 챔버(120)에서 제공되는 공정기체를 상기 기체 통로(132)를 통과시켜 상기 방사 유닛(30)의 방사노즐(32) 선단쪽으로 층류로 공급하는 제3 공정기체 분배 챔버(130);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
제2항에 있어서,
상기 2차 분배판(131)은 상기 방사노즐(32)의 하측 선단에서 상측으로 2~20cm의 거리를 두고 배치되고, 상기 2차 분배판(131)의 각 기체 통로(132)는 직경에 대한 길이의 비율(L/D)이 1~10인 오리피스 형태로 된 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
제3항에 있어서,
상기 2차 분배판(131)은 상기 방사노즐(32)의 하측 선단에서 상측으로 5~10cm의 거리를 두고 배치되고, 상기 2차 분배판(131)의 각 기체 통로(132)는 직경에 대한 길이의 비율(L/D)이 2~5인 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
제2항에 있어서,
상기 공정기체 층류 분배장치(100)를 거쳐 상기 방사영역(Z)으로 분배되는 공정기체는 10%~90%의 범위의 습도, 그리고 20~100℃의 범위의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
제2항에 있어서,
상기 공정기체 층류 분배장치(100)를 거쳐 상기 방사영역(Z)으로 분배되는 공정기체는 20~50%의 범위의 습도, 및 40~70℃의 범위의 온도를 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.
제4항에 있어서,
상기 2차 분배판(131)은 상기 방사영역(Z)으로 분배되는 공정기체가 방사영역에서 층류로 분배되도록, 기체 통로(132)의 전체 개구면적의 합이 2차 분배판(131)의 전체 면적에 대하여 10~60%인 것을 특징으로 하는 나노섬유 제조용 전기방사장치.