KR20130039648A - Electrospinning apparatus with supersonic stream nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 방사 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유에 대해 정전기력과 소정의 각도를 이루는 방향으로 작용하는 초음속 유동력을 작용시킴으로써, 섬유에 전단 응력을 발생시켜 섬유의 직경을 더욱 얇게 할 수 있고, 이에 따라 더욱 미세한 직경의 섬유를 수집할 수 있고, 또한, 섬유를 토출하는 전기 방사 노즐과, 가스를 분사하는 가스 분사 노즐의 상대 위치 조절을 통해 더욱 미세하고 균질한 상태의 섬유를 수집할 수 있는 전기 방사 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrospinning apparatus. More specifically, by applying a supersonic flow force acting in a direction at a predetermined angle with the electrostatic force to the fiber discharged from the electrospinning nozzle, it is possible to generate a shear stress on the fiber to make the diameter of the fiber thinner, thereby Electrospinning which can collect finer diameter fibers and can collect finer and more homogeneous fibers by adjusting the relative position of the electrospinning nozzle which discharges the fiber and the gas injection nozzle which injects the gas. Relates to a device.
전기 방사(electrospinning)는 수십에서 수백 나노미터 직경의 초극세 섬유를 제조하는 기술로, 다른 나노섬유 제조 방법에 비해 그 원리와 장비가 간단하고 적용이 쉬워 공업화에 가장 유리한 것으로 여겨지고 있다. 용융 또는 용매에 용해된 고분자 용액에 전기적인 힘을 가하면, 표면장력에 의해 방사구 끝에 맺혀있던 고분자 용액의 액체 표면으로 전하가 유도되고, 유도된 전하의 상호 반발력에 의한 힘이 표면장력과 반대 방향으로 생기게 된다. 고분자 용액 방울의 표면장력을 넘어서는 임계전압 이상이 가해지면 전기적 반발력에 의해 전하를 띈 고분자 용액 젯(jet)이 방출되는데, 이 젯이 공기 중을 날아가는 동안 가늘게 찢어져 섬유화되고 용매는 휘발되어 콜렉터(collector) 상에는 초극세 섬유가 적층된 부직포 형태의 웹이 만들어진다. 이렇게 형성된 전기방사 웹은 수많은 미세공극 구조로 인해 호흡성(breathability)을 가질 수 있으며, 나노 범위 직경의 섬유 집합체로 이루어지므로 유연하고 초박막, 초경량이라는 특성을 갖는다.Electrospinning is a technique for producing ultra-fine fibers of several tens to hundreds of nanometers in diameter, and its principle and equipment are simpler and easier to apply than other nanofiber manufacturing methods. When electrical force is applied to the polymer solution dissolved or dissolved in the solvent, charge is induced to the liquid surface of the polymer solution bound to the spinneret by the surface tension, and the force due to the mutual repulsion of the induced charges is opposite to the surface tension. Will be generated. When more than the threshold voltage is exceeded above the surface tension of the polymer solution droplets, a polymer solution jet charged by electrical repulsion is released. The jet is torn and fibrized while the jet is flying in the air, and the solvent is volatilized to collect the collector. ) Is made of a nonwoven web in which ultrafine fibers are laminated. The electrospinning web thus formed may have breathability due to numerous microporous structures, and is flexible, ultra thin, and ultra light because it is made of fiber aggregates having a nano range diameter.
이러한 전기 방사 기술로 제조된 섬유는 최근에 여과, 광섬유, 보호용 직물, 약물 전달 시스템, 조직 공학 골격 및 가스 분리막 등을 포함하는 광범위한 잠재적인 적용으로 인해 집중적인 과학적 연구가 수행되고 있다.Fibers produced by such electrospinning technology have recently undergone extensive scientific research due to their wide range of potential applications, including filtration, fiber optics, protective fabrics, drug delivery systems, tissue engineering scaffolds and gas separation membranes.
또한, 이와 같이 제조된 섬유는 제조 조건에 따라서 수마이크로미터부터 수나노미터의 직경을 가지며, 단위 질량당 표면적이 매우 크고 유연하기에 흡착제로의 가능성이 제시되고 있으며, 섬유간 미세공간(void)이 많고 외부의 응력에 대한 분산이 큰 특징은 흡착막(adsorption membrane)으로 이용시 유량의 흐름이 좋고 유량에 구조가 무너지지 않는 효율적인 흡착막으로의 가능성을 나타낸다. In addition, the fibers thus prepared have a diameter of several micrometers to several nanometers depending on the production conditions, the surface area per unit mass is very large and flexible, suggesting the possibility of the adsorbent, and the interfiber microcavity (void) This feature is characterized by high dispersion of external stresses and the possibility of an efficient adsorption membrane that has good flow rate and does not collapse structure when used as an adsorption membrane.
대한민국특허공개 제2003-0077384호는 폴리머 용액을 고전압이 인가된 방사노즐을 통해서 토출시키면서 방사노즐의 하단으로 압축공기를 분사시켜 하부의 접지된 콜렉터에 방사 섬유를 웹 상태로 포집하는 것을 특징으로 하는 일렉트로-브로운 방사법에 의한 초극세 나노섬유 웹의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나 이 방법의 경우 높은 압력과 속도의 압축공기에 의해 토출된 섬유가 콜렉터와 충돌하여 되튀어 오르게 됨으로써 노즐을 오염시키는 문제점을 가지고 있다. 또한 용액 방사의 경우에는 용매의 회수로 섬유가 취화될 가능성이 높고, 용매가 회수되는 만큼 토출량이 감소하고 그에 따라서 생산량이 감소되는 문제점이 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 2003-0077384 is characterized in that to discharge the polymer solution through the spinning nozzle is applied high voltage to spray the compressed air to the lower end of the spinning nozzle to collect the spinning fibers in a web ground state in the lower ground collector Disclosed is a method for producing ultrafine nanofiber webs by electro-blowing. However, this method has a problem that the fibers discharged by the compressed air of high pressure and speed collide with the collector and bounce back, contaminating the nozzle. In addition, in the case of solution spinning, there is a high possibility that the fibers are embrittled by the recovery of the solvent, and the discharge amount decreases as the solvent is recovered, thereby reducing the yield.
특히, 종래 기술에 따른 일반적인 전기 방사 방법에 의한 섬유제조 기술은 직경 100nm이하의 미세섬유를 균질하게 수집하지 못하는 한계를 가지고 있으며, 이에 따라 그 적용 범위가 크게 제한되고 있다는 문제가 있었다.
In particular, the fiber manufacturing technology by the general electrospinning method according to the prior art has a limit that can not uniformly collect the fine fibers of less than 100nm in diameter, there was a problem that the application range is greatly limited.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유에 대해 정전기력과 소정의 각도를 이루는 방향으로 작용하는 초음속 유동력을 작용시킴으로써, 섬유에 전단 응력을 발생시켜 섬유의 직경을 더욱 얇게 할 수 있고, 이에 따라 더욱 미세한 직경의 섬유를 균질하게 수집할 수 있는 전기 방사 장치를 제공하는 것이다.The present invention is invented to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to shear the fibers by applying a supersonic flow force acting in a direction forming a predetermined angle with the electrostatic force to the fibers discharged from the electrospinning nozzle It is to provide an electrospinning apparatus capable of generating a stress to make the diameter of the fiber thinner, and thus to homogeneously collect a finer diameter fiber.
본 발명의 다른 목적은 섬유를 토출하는 전기 방사 노즐과, 가스를 분사하는 가스 분사 노즐의 상대 위치 조절을 통해 더욱 미세하고 균질한 상태의 섬유를 수집할 수 있는 전기 방사 장치를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus capable of collecting fibers in a finer and more homogeneous state by adjusting the relative position of the electrospinning nozzle for discharging the fibers and the gas injection nozzle for discharging the gas.
본 발명은, 폴리머 방사액이 고전압을 통해 섬유화되며 토출되는 전기 방사 노즐; 상기 전기 방사 노즐에 고전압을 인가하는 고전압 발생기; 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 유도되도록 상기 전기 방사 노즐과의 사이 공간에 전기장을 형성하는 접지 전원; 일측 방향으로 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및 상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유를 수집하는 콜렉터를 포함하고, 상기 콜렉터는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동 방향을 따라 상기 가스 분사 노즐과 대향되는 위치에 배치되고, 상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동력에 의해 상기 콜렉터에 수집되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치를 제공한다.The present invention provides an electrospinning nozzle in which a polymer spinning liquid is fiberized and discharged through a high voltage; A high voltage generator for applying a high voltage to the electrospinning nozzle; A ground power source for forming an electric field in a space between the electrospinning nozzle and the fiber discharged from the electrospinning nozzle so as to be guided by an electrostatic force; A gas injection nozzle for injecting gas in one direction; And a collector for collecting the fibers discharged from the electrospinning nozzle, wherein the collector is disposed at a position opposite to the gas jet nozzle along the flow direction of the gas jetted from the gas jet nozzle, from the electrospinning nozzle The discharged fibers are provided to the collector by the flow force of the gas injected from the gas injection nozzle to provide an electrospinning apparatus.
이때, 상기 접지 전원은 상기 가스 분사 노즐에 연결되어 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 상기 가스 분사 노즐로 유도될 수 있다.In this case, the ground power may be connected to the gas injection nozzle, and the fiber discharged from the electrospinning nozzle may be guided to the gas injection nozzle by an electrostatic force.
또한, 상기 접지 전원은 별도의 접지판에 연결되어 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 상기 접지판으로 유도될 수 있다.In addition, the ground power source may be connected to a separate ground plate so that fibers discharged from the electrospinning nozzle may be induced to the ground plate by electrostatic force.
한편, 상기 가스 분사 노즐은 초음속 유동 속도로 가스를 분사하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the gas injection nozzle may be configured to inject gas at a supersonic flow rate.
또한, 상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유에 작용하는 상기 전기장에 의한 정전기력 방향과 상기 가스 분사 노즐에 의한 가스의 유동력 방향은 서로 직각 방향을 이루도록 형성될 수 있다.In addition, the electrostatic force direction by the electric field acting on the fibers discharged from the electrospinning nozzle and the flow force direction of the gas by the gas injection nozzle may be formed to be perpendicular to each other.
또한, 상기 전기 방사 노즐은 상기 가스 분사 노즐로부터 분사되는 가스의 유동층으로부터 이격되게 배치될 수 있다.In addition, the electrospinning nozzle may be spaced apart from the fluidized bed of gas injected from the gas injection nozzle.
또한, 상기 전기 방사 노즐은 토출되는 섬유가 상기 가스 분사 노즐로부터 분사되는 가스의 유동 흐름 방향을 기준으로 상기 가스 분사 노즐과 인접하게 위치하도록 배치될 수 있다.In addition, the electrospinning nozzle may be disposed such that the fibers discharged are positioned adjacent to the gas injection nozzles based on the flow flow direction of the gas injected from the gas injection nozzles.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 본 발명은 폴리머 방사액이 고전압을 통해 섬유화되며 토출되는 전기 방사 노즐; 상기 전기 방사 노즐에 고전압을 인가하는 고전압 발생기; 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 유도되도록 상기 전기 방사 노즐과의 사이 공간에 전기장을 형성하는 접지 전원; 일측 방향으로 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및 상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유를 수집하는 콜렉터를 포함하고, 상기 콜렉터는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동 방향을 따라 상기 가스 분사 노즐과 대향되는 위치에 배치되고, 상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동력에 의해 상기 콜렉터에 수집되고, 상기 가스 분사 노즐의 외측에는 상기 접지 전원과 연결되는 노즐 접지부가 구비되고, 상기 접지 전원은 노즐 접지부에 연결되어 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 상기 가스 분사 노즐로 유도되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides an electrospinning nozzle in which a polymer spinning solution is fibrous and discharged through a high voltage; A high voltage generator for applying a high voltage to the electrospinning nozzle; A ground power source for forming an electric field in a space between the electrospinning nozzle and the fiber discharged from the electrospinning nozzle so as to be guided by an electrostatic force; A gas injection nozzle for injecting gas in one direction; And a collector for collecting the fibers discharged from the electrospinning nozzle, wherein the collector is disposed at a position opposite to the gas jet nozzle along the flow direction of the gas jetted from the gas jet nozzle, from the electrospinning nozzle The discharged fibers are collected in the collector by the flow force of the gas injected from the gas injection nozzle, and a nozzle ground portion connected to the ground power source is provided on the outside of the gas injection nozzle, and the ground power source is connected to the nozzle ground portion. Connected and discharged from the electrospinning nozzle is provided to the electrospinning apparatus, characterized in that guided to the gas injection nozzle by the electrostatic force.
상기 전기 방사 장치에 있어서, 상기 노즐 접지부는 복수 개가 구비되어 상기 가스 분사 노즐을 중심으로 동심 배치되고, 상기 노즐 접지부의 상기 접지 전원과의 연결은 단속 가능할 수 있다. In the electrospinning apparatus, a plurality of nozzle ground portions may be provided to be arranged concentrically around the gas injection nozzle, and the connection to the ground power source of the nozzle ground portion may be interrupted.
상기 전기 방사 장치에 있어서, 상기 노즐 접지부는 복수 개가 구비되어 상기 가스 분사 노즐을 중심으로 동심 배치되고, 상기 전기 방사 노즐도 상기 노즐 접지부와 동수 개로 상기 가스 분사 노즐을 사이에 두고 대향하여 대응 배치될 수도 있다. In the electrospinning apparatus, a plurality of nozzle grounding portions are provided concentrically around the gas injection nozzle, and the electrospinning nozzles are also arranged to face each other with the same number as the nozzle grounding portion with the gas injection nozzles interposed therebetween. May be
상기 전기 방사 장치에 있어서, 상기 전기 방사 노즐은 상기 가스 분사 노즐을 사이에 두고 대향 대응 배치되는 상기 노즐 접지부와 쌍을 이루며 택일 가동될 수도 있다. In the electrospinning apparatus, the electrospinning nozzle may alternatively be operated in pairs with the nozzle grounding portions disposed to face each other with the gas injection nozzles interposed therebetween.
본 발명에 의하면, 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유에 대해 정전기력과 직각 방향으로 작용하는 초음속 유동력을 작용시킬 수 있도록 가스 분사 노즐을 장착함으로써, 섬유에 전단 응력을 발생시켜 섬유의 직경을 더욱 얇게 할 수 있고, 이에 따라 더욱 미세한 직경의 섬유를 균질하게 수집할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by mounting a gas injection nozzle to apply a supersonic flow force acting in a direction perpendicular to the electrostatic force with respect to the fibers discharged from the electrospinning nozzle, it is possible to generate a shear stress to the fiber to make the diameter of the fiber even thinner And, accordingly, there is an effect that can homogeneously collect fibers of finer diameter.
또한, 섬유를 토출하는 전기 방사 노즐과, 가스를 분사하는 가스 분사 노즐의 상대 위치 조절을 통해 더욱 미세하고 균질한 상태의 섬유를 수집할 수 있는 효과가 있다.
In addition, there is an effect that can collect the fibers in a more fine and homogeneous state by adjusting the relative position of the electrospinning nozzle for ejecting the fiber and the gas injection nozzle for injecting the gas.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치를 통한 제 1 실험의 실험 조건 및 이에 따른 실험 결과를 나타낸 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치를 통한 제 2 실험의 실험 조건 및 이에 따른 실험 결과를 나타낸 도면,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치를 통한 제 3 실험의 실험 조건 및 이에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 가스 분사 노즐로부터 토출되는 가스 유동의 유속을 나타내는 개략적인 상태도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치의 개략적인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치의 가스 분사 노즐의 중심으로 유도되는 폴리머 방사액의 상태를 나타내는 상태도이다.
도 13 및 도 14는 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치의 전기 방사 노즐의 단부가 가스 분사 유동의 내부로 진입한 경우의 상태 및 시뮬레이션 구조를 나타내는 선도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치의 가스 분사 노즐의 하단으로 유도되는 폴리머 방사액의 상태를 나타내는 상태도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치의 가스 분사 노즐의 중심으로 유도되는 폴리머 방사액의 과도한 전압 인가 상태를 나타내는 상태도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치의 개략적인 사시도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치의 개략적인 구조도이다. 1 and 2 is a conceptual diagram conceptually showing the configuration of an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention,
3 and 4 is a view showing the experimental conditions and the experimental results of the first experiment through the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention,
5 and 6 is a view showing the experimental conditions and the experimental results of the second experiment through the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention,
7 to 9 are diagrams showing the experimental conditions and the experimental results of the third experiment through the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a schematic state diagram showing the flow rate of the gas flow discharged from the gas injection nozzle of the present invention.
11 is a schematic perspective view of an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
12 is a state diagram showing a state of a polymer spinning liquid guided to a center of a gas injection nozzle of an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
13 and 14 are diagrams showing a state and simulation structure when the end of the electrospinning nozzle of the electrospinning apparatus enters the gas injection flow according to another embodiment.
FIG. 15 is a state diagram showing a state of a polymer spinning liquid guided to a lower end of a gas injection nozzle of an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a state diagram illustrating an excessive voltage application state of a polymer spinning liquid guided to a center of a gas injection nozzle of an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
17 is a schematic perspective view of an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
18 is a schematic structural diagram of an electrospinning apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치를 통한 제 1 실험의 실험 조건 및 이에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.1 and 2 are conceptual diagrams conceptually showing the configuration of an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are views of a first experiment through an electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention. Figures showing the experimental conditions and the experimental results accordingly.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치는 100nm 이하 직경을 갖는 초미세 섬유를 균질하게 수집할 수 있는 장치로서, 전기 방사 노즐(100)과, 고전압 발생기(200)와, 접지판(310)과, 가스 분사 노즐(400)과, 콜렉터(500)를 포함하여 구성된다.Electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention is a device capable of homogeneously collecting ultra-fine fibers having a diameter of 100nm or less, the
전기 방사 노즐(100)은 폴리머 방사액을 고전압을 통해 토출하며 섬유화시키는 구성으로, 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 폴리머 방사액 공급부(110)로부터 폴리머 방사액을 공급받아 토출하는 방식으로 구성된다. 예를 들면, 폴리머 방사액 공급부는 폴리머 방사액을 정량 공급하는 시린지 펌프(syringe pump)가 사용되고, 전기 방사 노즐(100)은 시린지 펌프로부터 폴리머 방사액을 공급받아 토출하는 콘젯 형태의 노즐이 적용될 수 있다.The
폴리머 방사액은 일반적인 전기 방사 장치에 사용되는 용액 등이 사용될 수 있는데, 예를 들면, PVA(Polyvinyl alcohol)와 물이 혼합된 용액이 사용될 수 있고, 나일론 등의 기계적 성질이 우수한 폴리머를 사용하는 경우에는 포름산(Formic Acid) 등의 강한 산성 용액을 사용할 수 있다. 이 경우, 폴리머 방사액이 토출되어 수집되는 과정에서 장치의 외부 공간으로 방출되지 않도록 별도의 후드(미도시)가 구비될 수 있다.The polymer spinning solution may be a solution used in a general electrospinning apparatus. For example, a solution in which polyvinyl alcohol (PVA) and water are mixed may be used, and a polymer having excellent mechanical properties such as nylon may be used. A strong acid solution such as formic acid can be used. In this case, a separate hood (not shown) may be provided to prevent the polymer spinning solution from being discharged and collected into the external space of the apparatus.
고전압 발생기(200)는 전기 방사 노즐(100)에 고전압을 인가하며, 이에 대응하여 전기 방사 노즐(100)과 이격되는 위치에는 별도의 접지 전원(300)이 구비된다. 접지 전원(300)은 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 접지판(310)에 연결되어 접지판(310)과 전기 방사 노즐(100) 사이 공간에 전기장을 형성시키거나 또는 도 2에 도시된 바와 같이 가스 분사 노즐(400)에 연결되어 가스 분사 노즐(400)과 전기 방사 노즐(100) 사이 공간에 전기장을 형성시킬 수 있다. 이러한 전기장에 따라 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유(600)는 정전기력에 의해 전기 방사 노즐(100)로부터 접지판(310) 또는 가스 분사 노즐(400)을 향해 흘러가도록 유도된다. The
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 전기 방사 노즐(100)이 상부에 위치하고, 전기 방사 노즐(100)의 연직 하부에 위치하는 접지판(310)에 접지 전원(300)이 연결되는 경우, 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유는 고전압 발생기(200)로부터 고전압을 인가받아 전하를 띤 상태로 토출되므로, 전기 방사 노즐(100)과 접지판(310) 사이에 형성되는 전기장에 의해 하향 정전기력을 받으며 접지판(310)을 향해 흘러가도록 유도된다.For example, as shown in FIG. 1, when the
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 접지 전원(300)이 가스 분사 노즐(400)에 연결되는 경우, 마찬가지 원리로 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유는 가스 분사 노즐(400)을 향해 흘러가도록 유도된다.Also, as shown in FIG. 2, when the
가스 분사 노즐(400)은 이러한 전기장의 정전기력 방향과 다른 방향으로 가스를 분사하도록 구성되며, 이때, 분사되는 가스의 유동 속도는 마하수 1 이상의 초음속 유동으로 약 300m/s 이상의 속도를 갖도록 구성된다. 따라서, 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유는 정전기력에 의해 유도되는 힘을 받음과 동시에 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되는 가스의 유동 흐름에 의한 힘을 함께 받게 되는데, 이때, 가스 유동 흐름에 의한 힘이 정전기력에 의해 유도되는 힘보다 더 크게 작용하도록 구성된다.The
또한, 전기 방사 노즐(100)로부터 토출된 섬유(600)에 작용하는 전기장에 의한 정전기력 방향과 가스 분사 노즐(400)에 의한 가스의 유동력 방향은 도 1에 도시된 바와 같이 서로 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있는데, 도 1에서 소정의 각도는 직각 방향을 이루도록 형성될 수 있다. 전기 방사 노즐에 대향하여 배치되는 접지판(310)의 구조에 있어 정전기력 방향과 가스 유동력 방향이 직각을 이루도록 하여 가스 유동 내로 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유가 안정적으로 유입되도록 할 수 있는데, 전기 방사 노즐의 정전기력 방향과 가스 유동력 방향 사이의 소정의 각도는 접지 전원의 구조 및 가스 분사 노즐과 전기 방사 노즐의 거리 등을 고려하여 적절하게 조정될 수도 있다. In addition, the electrostatic force direction due to the electric field acting on the
콜렉터(500)는 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유(600)를 수집하기 위한 구성으로, 유리 기판 등의 형태로 형성될 수 있으며, 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유가 수집되어 웹 형태를 이룰 수 있다. 이러한 콜렉터(500)는 본 발명의 일 실시예에 따라 가스 분사 노즐(400)로부터 분사된 가스의 유동 방향을 따라 가스 분사 노즐(400)과 대향되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.The
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치는 전기 방사 노즐(100)로부터 토출된 섬유(600)가 정전기력에 의해 접지판(310) 또는 가스 분사 노즐(100)로 유도되는 과정에서, 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되어 정전기력 방향과 직각 방향으로 작용하는 가스의 유동력을 받게 되므로, 이러한 가스 유동에 의해 섬유(600)가 전단 응력을 받게 되어 더욱 얇아지게 되며, 이에 따라 더욱 미세한 직경을 갖게 된다. According to this structure, the electrospinning apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention is a process in which the
이때, 섬유(600)에는 전술한 바와 같이 가스의 유동력이 정전기력보다 더 크게 작용하므로, 섬유(600)는 정전기력에 의해 유도되는 과정에서 가스의 유동력에 의해 가스의 유동 방향을 따라 흘러가게 된다. 따라서, 섬유(600)를 수집하는 콜렉터(500)는 종래 기술과 달리 가스 분사 노즐(400)로부터 분사된 가스의 유동 방향을 따라 가스 분사 노즐(400)과 대향되는 위치에 배치되어 섬유를 수집하도록 배치된다.At this time, since the flow force of the gas acts on the
이와 같이 구성된 전기 방사 장치는 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유(600)에 대해 가스의 유동에 의한 전단 응력이 작용하여 더욱 미세한 직경, 예를 들면 100nm 이하 직경의 섬유를 균질하게 얻을 수 있다.
In the electrospinning apparatus configured as described above, the shear stress due to the flow of the gas acts on the
한편, 전기 방사 노즐(100)과 가스 분사 노즐(400)의 위치에 따라 수집되는 섬유(600)의 상태가 달라질 수 있는데, 전기 방사 노즐(100)과 가스 분사 노즐(400)은 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되는 가스의 유동 흐름을 전기 방사 노즐(100)이 방해하는 저항 요소로 작용하지 않도록 상호 배치되는 것이 바람직하다. 이를 위해 전기 방사 노즐(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되는 가스의 유동층(410)으로부터 직각 방향으로 일정 거리(d) 만큼 이격되게 배치될 수 있다.On the other hand, the state of the
이와 관련된 제 1 실험의 실험 조건 및 결과가 도 3 및 도 4에 도시되는데, 제 1 실험은 콜렉터(500)의 위치는 일정하게 고정한 상태에서, 가스 분사 노즐(400)과 전기 방사 노즐(100)의 상대 위치를 변경시킨 2가지 조건으로 실험하였으며, 각 결과에 대해 전기 방사 노즐(100)만 이용한 경우, 가스 분사 노즐(400)만 이용한 경우, 두가지 모두를 이용한 경우를 각각 비교하였으며, 이는 폴리머 방사액의 공급 유량을 변화시켜가며 다양하게 비교 실험하였다.Experimental conditions and results of the first experiment related to this are shown in FIGS. 3 and 4. In the first experiment, the position of the
도 4에 도시된 바와 같이 전기 방사 노즐(100)만 이용하여 섬유(600)를 수집한 경우에는 섬유(600)의 직경이 상대적으로 크게 나타났으며, 이는 가스 분사 노즐(400)만 이용하여 초음속 가스 유동의 효과로만 섬유(600)를 수집한 경우에도 마찬가지로 섬유(600)의 직경이 상대적으로 크게 나타남을 알 수 있다. 반면, 전기 방사 노즐(100)과 가스 분사 노즐(400)을 모두 이용하여 섬유를 수집한 경우 전체적으로 섬유(600)의 직경이 더욱 미세하게 나타남을 알 수 있고, 특히, 조건1 및 2의 실험 결과를 통해 알 수 있듯이 전기 방사 노즐(100)의 위치가 가스 분사 노즐(400)의 가스 유동층으로부터 일정 간격 이격되게 위치한 경우에 더욱 미세한 직경의 섬유가 수집되는 것을 알 수 있다.
As shown in FIG. 4, when the
도 5 및 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치를 통한 제 2 실험의 실험 조건 및 이에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.5 and 6 are diagrams showing the experimental conditions and the experimental results of the second experiment through the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6에 나타난 제 2 실험은 전기 방사 노즐(100)과 가스 분사 노즐(400)의 상대 위치를 다양하게 변경시켜가며 5개의 실험 조건으로 진행되었으며, 각 실험 조건에 따라 수집된 섬유(600)의 상태가 도 6에 나타난다.The second experiment shown in FIGS. 5 and 6 proceeded to five experimental conditions while varying the relative positions of the
조건 1에서는 섬유(600)의 직경이 100nm 이하로 상대적으로 미세하게 나타나긴 했으나, 그 직경에 차이가 많아 균질하지 못한고, 조건 3, 4, 5에서는 섬유(600)의 직경이 상대적으로 크거나 또는 그 수집량의 너무 적게 나타나는 등의 결과를 보이고 있으며, 이에 반해 조건 2에서는 섬유의 직경이 50 ~ 100nm 사이로 미세하고 균질하게 나타날 뿐만 아니라 그 수집량 또한 상대적으로 많이 나타남을 알 수 있다.In condition 1, the diameter of the
이러한 실험 결과를 통해 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유(600)가 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되는 가스의 유동 흐름 방향을 기준으로 가스 분사 노즐(400)과 인접하게 위치하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 물론, 이 경우에도 전기 방사 노즐(100)은 전술한 바와 같이 가스 유동층(410)으로부터 직각 방향으로 이격되게 배치되는 것이 유리하다. 즉, 도 5에 도시된 실험 조건을 기준으로 S2는 전기 방사 노즐(100)이 가스 유동층(410)으로부터 이격되도록 일정 거리 이상으로 설정되는 것이 바람직하고, 이 상태에서 S1은 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유(600)가 가스 분사 노즐(400)과 인접하도록 작게 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the
결론적으로, 전기 방사 노즐(100)은 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되는 가스의 유동층(410)으로부터 직각 방향으로 이격되게 배치되며, 아울러 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유(600)가 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되는 가스의 유동 방향을 따라 가스 분사 노즐(400)과 인접하게 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. In conclusion, the
이상에서 설명한 도 5 및 도 6에 나타난 실험에서는 폴리머 분사액으로 포름산 용액에 나일론을 20% 중량비로 혼합한 용액이 사용된 결과인데, 이와 달리 도 7 내지 도 9에서는 포름산 용액에 나일론을 10%, 15% 중량비로 혼합한 용액이 사용된 결과가 나타난다.
In the experiments shown in FIGS. 5 and 6 described above, a solution obtained by mixing 20% by weight of nylon in a formic acid solution as a polymer spray solution is used. In contrast, in FIGS. 7 to 9, 10% nylon in a formic acid solution is used. The result is that a solution mixed at 15% weight ratio is used.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방사 장치를 통한 제 3 실험의 실험 조건 및 이에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.7 to 9 are diagrams showing the experimental conditions and the experimental results of the third experiment through the electrospinning apparatus according to an embodiment of the present invention.
제 3 실험에서 조건 1, 2, 3은 나일론 중량비 10%이고, 조건 4, 5, 6은 나일론 중량비 15% 이다. 또한, 각 조건에서 S3는 모두 동일하게 설정한 상태에서 S1 및 S2 값을 변화시켜가며 실험을 수행하였다.In the third experiment,
도 7 내지 도 9에 나타난 제 3 실험 결과를 통해 조건 5에서 가장 균질하고 미세한 직경의 섬유를 수집할 수 있었다. 즉, 조건 5의 경우에는 섬유의 수집율 또한 상대적으로 높을 뿐만 아니라 수집된 섬유의 직경 또한 40에서 50 nm 정도로 매우 미세하고, 그 편차 또한 작아 상대적으로 균질한 직경의 섬유를 얻을 수 있었다. 도 9에 도시된 그래프는 이러한 조건 5에서 수집된 섬유의 직경 범위와 그 수집율을 나타낸 것이다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이 조건 5에서는 다른 조건과 달리 섬유를 수집하는 과정에서 섬유의 절단 현상이 거의 일어나지 않았음을 알 수 있다.Through the third experimental result shown in FIGS. 7 to 9, the most homogeneous and fine diameter fibers were collected under the condition 5. That is, in the case of condition 5, the collection rate of the fibers was also relatively high, and the diameter of the collected fibers was also very fine, such as 40 to 50 nm, and the variation was also small. Thus, fibers having a relatively homogeneous diameter could be obtained. The graph shown in FIG. 9 shows the diameter range of the fibers collected under these conditions 5 and their collection rates. In addition, as shown in FIG. 8, in the condition 5, unlike the other conditions, it can be seen that the cutting of the fiber hardly occurred in the process of collecting the fibers.
한편, 제 3 실험에서도 전술한 바와 같이 전기 방사 노즐(100)이 가스 분사 노즐(400)로부터 분사되는 가스의 유동층(410)으로부터 직각 방향으로 이격되게 배치되는 것이 바람직함을 알 수 있다.
On the other hand, in the third experiment as described above it can be seen that the
또 한편, 상기 실시예에서 전기 방사 장치는 전기 방사 노즐로부터 토출되는 폴리머 방사액이 가스 분사 노즐에서 분출되는 가스의 유동을 따라 콜렉터 측으로 집합되는 구성을 설명하였는데, 가스 분사 노즐에서 분출되는 가스 유동은 유동 위치에 따라 유동 속도의 차이가 상당하므로 토출되는 폴리머 방사액이 가스 유동의 중앙 위치로 유도되는 것이 콜렉터로의 수집율을 최대화시킬 수 있다. On the other hand, in the above embodiment, the electrospinning apparatus has been described in which the polymer spinning liquid discharged from the electrospinning nozzle is assembled to the collector side along the flow of the gas ejected from the gas spray nozzle, and the gas flow ejected from the gas spray nozzle Since the difference in flow velocity varies considerably with the flow position, the discharge of the polymer spinning liquid discharged to the center position of the gas flow can maximize the collection rate to the collector.
즉, 도 10에는 본 발명의 실시예에 사용되는 가스 분사 노즐로부터 토출되는 가스 유동을 해석한 선도가 도시되는데, 가스 분사 노즐(400)의 분사 노즐 토출구(401)에서 토출되는 가스 유동은 중심선 O-O로부터의 도면 부호 (a), (b), (c)( a>b>c)로 지시되는 거리 변화에 따른 유속 변화는 다음의 표 1과 같다.That is, FIG. 10 shows a diagram for analyzing the gas flow discharged from the gas injection nozzle used in the embodiment of the present invention. The gas flow discharged from the injection
즉, 가스 유동의 중심으로부터 멀어질 수록 급격한 유속 감소가 발생하는데, 중심선 O-O로부터 도면 부호 dz로 지시되는 거리만큼 이격된 전기 방사 노즐로부터 토출되는 폴리머 방사액을 가스 유동의 중심으로 근접하도록 하여 가스 유동으로부터 충분한 속도 에너지를 전달받아 콜렉터(500)로 집속되는 것이 바람직하다.That is, as the distance from the center of the gas flow increases, a rapid decrease in flow rate occurs. The gas flow is caused by bringing the polymer spinning liquid discharged from the electrospinning nozzle spaced apart from the center line OO by the distance indicated by the reference numeral dz to the center of the gas flow. It is preferable to receive a sufficient velocity energy from the focused to the
이를 위하여 도 11에 도시되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 방사 장치(10a)는 전기 방사 노즐(100)과, 고전압 발생기(200)와, 접지 전원(300a)과, 가스 분사 노즐(400a)과, 콜렉터(500)를 포함하여 구성되는데, 앞선 실시예에서와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하며 중복된 설명은 생략한다.To this end, the electrospinning apparatus 10a according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 11 includes an
노즙 접지부(310a)는 접지 전원(300a)과 연결되는데, 노즐 접지부(310a)는 가스 분사 노즐(400a)의 외측에 배치된다. 접지 전원(300a)은 노즐 접지부(310a)와의 연결을 통하여 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 가스 분사 노즐(400a)로 유도되도록 한다. The juice grounding part 310a is connected to the
노즐 접지부(310a)는 도 11에 도시된 바와 같이 가스 분사 노즐(400a)의 외측에 배치되는데, 가스 분사 노즐(400a)이 스테인레스 등의 강재로 형성되는 경우 접지 전원(300a)의 노즐 접지부(310a)를 제외하고 나머지를 차폐재로 인슐레이션시키는 구조를 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. The nozzle grounding part 310a is disposed outside the gas injection nozzle 400a as shown in FIG. 11, and the nozzle grounding part of the
본 실시예에서 노즐 접지부(310a)의 연결되는 접지 전원(300a)은 노즐 토출구(401)가 이루는 중심선을 사이에 두고 전기 방사 노즐(100)가 대향하는 단부에 한 개가 배치되는 구조를 도시하였는데, 경우에 따라 가스 분사 노즐(400a)의 노즐 토출구(401)를 중심으로 등거리 원주 배치되는 구조를 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 가스 분사 노즐(400a)의 노즐 토출구(401)가 이루는 중심선으로부터 전기 방사 노즐(100)은 도면 부호 dz만큼 이격되어 있고, 노즐 토출구(401)의 반경은 도면 부호 rn으로 그리고 직경을 dn으로 표시할 때, dz는 rn 내지 dn보다 큰 값, 예를 들어 dz는 1.5dn 이상의 값을 구비하여 전기 방사 노즐(100)의 단부가 가스 분사 노즐(400a)의 토출구의 범위 내로 진입하지 않도록 한다. 즉, 도 13 및 도 14에는 전기 방사 노즐(100)의 단부가 가스 분사 노즐(400a)의 노즐 토출구(401)의 범위 내로 진입한 경우의 실험 및 시뮬레이션 결과가 도시되는데, 노즐 접지부(310a)를 구비하는 접지 전원(300a)은 가스 분사 노즐(400a)의 하단부에 배치되고, 전기 방사 노즐(100)의 단부는 노즐 토출구(401)의 중심선 O-O 선상에 내지 근접하여 배치됨으로써 원래 설계 상의 목표는 도 14에서 점선으로 도시된 바와 같이 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 폴리머 방사액은 접지 전원(300a) 측으로 유도되고 이 과정에서 중심부의 빠른 유속에 의하여 콜렉터(500, 도 11 참조) 측으로 집적되는 구조를 취하도록 구성되었으나 실제 실험 결과 도 13에 도시된 바와 같이 전기 방사 노즐(100)이 가스 분사 노즐(400a)의 노즐 토출구(401)의 범위 내에 존재하는 경우 빠른 유속에 의하여 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 방사액의 용매가 급속 휘발되어 전기 방사 노즐(100)의 단부에서 급속응고되어 토출이 차단되는 문제점이 발생하였다. 따라서, 본 발명에 따른 전기 방사 노즐(100)의 단부는 가스 분사 노즐(400a)의 중심선으로부터 충분히 이격되어 노즐 토출구(401)의 범위 내로 진입하지 않도록 하는 것이 바람직하다.In the present exemplary embodiment, one
따라서, 전기 방사 노즐(100)의 단부가 가스 분사 노즐(400a)의 중심선으로부터 노즐 토출구(401)의 범위 내로 진입하지 않도록 이격되는 경우의 실험 결과가 도 12 및 도 15에 도시된다. 즉, 도 12의 경우 접지 전원의 노즐 접지부가 가스 분사 노즐의 하단부가 아닌 전체에 형성되어 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 폴리머 방사액이 가스 분사 유동에 없는 경우 노즐 토출구(401)를 향하도록 조정된 경우이고, 도 15의 경우 접지 전원의 노즐 접지부가 가스 분사 노즐의 하단부에만 형성되어 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 폴리머 방사액이 가스 분사 유동이 없는 경우 노즐 토출구(401)의 하단을 향하도록 조정된 경우이다. 도 12의 경우 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 폴리머 방사액이 가스 분사 노즐(400a)로부터 토출되는 가스 유동의 중심부까지 진입하지 못하는 반면, 도 15의 경우 전기 방사 노즐(100)로부터 토출되는 폴리머 방사액은 노즐 토출구(401)의 하단에 배치되는 노즐 접지부(310a)의 접지 전원(300a)을 통하여 하단 유도되고 이에 의하여 가스 분사 노즐(400a)의 노즐 토출구(401)의 중심부 영역에서 방향 전환하여 콜렉터(500) 측으로 유도된다. 즉, 도 15의 경우 접지 전원(300a)은 가스 분사 노즐(400a)의 하단에 연결되어 접지 상태를 형성하고 전기 방사 노즐(100)에 전압이 인가되어 전기장이 형성된 상태에서 방사액의 토출이 이루어지는 경우 폴리머 방사액은 가스 분사 노즐(400a)의 하단의 접지 전원(300a)을 향하여 이동하다 가스 분사 노즐(400a)의 노즐 토출구(401)로부터 토출되는 가스 유동에 의하여 방향 전환을 이루되 접지 전원(300a)과 전기 방사 노즐(100) 사이에 형성되는 전기장의 세기에 의하여 적절히 조정됨으로써 폴리머 방사액은 가스 유동의 중심부를 향하여 이동하여 빠른 유속의 영역으로 진입하여 콜렉터(500, 도 11 참조) 측으로 보다 원활하고 강한 집적을 이루어 콜렉터(500)의 일면 상에서 폴리머 섬유의 안정적이고 강화된 수집 상태를 형성할 수 있다. Thus, the experimental results when the end of the
이와 같이 본원의 가스 분사 노즐의 중심선을 사이에 두고 전기 방사 노즐과 대향 배치되는 하단 노즐 접지부를 구비하는 접지 전원을 통하여 콜렉터에서 수집되는 강화된 구조의 섬유를 획득할 수 있다. As such, the fiber of the reinforced structure collected by the collector can be obtained through a ground power source having a lower nozzle ground portion disposed opposite to the electrospinning nozzle with the center line of the gas injection nozzle of the present application interposed therebetween.
이와 같은 구조의 전기 방사 장치는 전기 방사 노즐에 인가되는 전압의 크기, 전기 방사 노즐에서 토출되는 폴리머 방사액의 토출압 및 가스 분사 노즐이 노즐 토출구를 통하여 토출되는 가스 유동의 유속 등이 최적의 작동을 위하여 상호 연관되어 조정되어야 하는데, 특히 전기 방사 노즐로부터 토출되는 폴리머 방사액을 가스 유동의 중심부로 유도하기 위하여 전기 방사 노즐에 인가되는 전압의 크기를 과도하게 증대시키는 것은 바람직하지 않다. 도 16에는 전기 방사 노즐에 인가되는 전압의 크기를 도 15의 경우보다 53%증가시킨 경우의 실험 및 시뮬레이션 상태가 도시된다. 즉 전기 방사 노즐에 인가되는 전압의 크기를 증대시켜 가스 유동의 크기를 증가시킨 경우에도 가스 유동의 중심부로 안정적인 유도를 이루도록 (b)에 도시된 바와 같이 가스 분사 노즐의 하단에 형성되는 접지 전압부 유도되도록 전기 방사 노즐에 인가되는 전압을 높여 실험하는 경우 도 16(a)에 도시된 바와 같이 전기 방사 노즐의 단부에서 토출되는 폴리머 방사액의 안정적인 방사를 위한 콘젯(conejet)이 형성되지 않고 멀티젯(multijet)이 형성되어 불안정한 방사 상태를 형성하게 될 수 있으므로 과도한 전압 증가는 바람직하지 않다. In the electrospinning apparatus having such a structure, an optimal operation is performed by the magnitude of the voltage applied to the electrospinning nozzle, the discharge pressure of the polymer spinning liquid discharged from the electrospinning nozzle, and the flow rate of the gas flow discharged through the nozzle outlet. For this purpose, it is not desirable to excessively increase the magnitude of the voltage applied to the electrospinning nozzle to direct the polymer spinning liquid discharged from the electrospinning nozzle to the center of the gas flow. FIG. 16 shows experimental and simulation states when the magnitude of the voltage applied to the electrospinning nozzle is increased by 53% than in the case of FIG. 15. That is, even when the magnitude of the voltage applied to the electrospinning nozzle is increased to increase the magnitude of the gas flow, the ground voltage part formed at the bottom of the gas injection nozzle as shown in (b) to achieve stable induction to the center of the gas flow. In the case of experimenting by increasing the voltage applied to the electrospinning nozzle to be induced, as shown in FIG. 16 (a), a conjet for stable spinning of the polymer spinning liquid discharged from the end of the electrospinning nozzle is not formed and the multijet is not formed. Excessive voltage increases are undesirable because multijet may form and result in unstable radiation conditions.
한편, 본 발명에 따른 전기 방사 장치는 상기 실시예에서 단일의 전기 방사 노즐이 배치되는 구조를 도시하였으나, 전기 방사 노즐이 복수 개가 배치되는 구조를 형성할 수 있다. On the other hand, the electrospinning apparatus according to the present invention has shown a structure in which a single electrospinning nozzle is arranged in the above embodiment, it may form a structure in which a plurality of electrospinning nozzles are arranged.
도 17에 도시된 바와 같이 전기 방사 장치의 가스 분사 노즐(400b)의 단부 주위에는 접지 전원(300b)의 복수 개의 노즐 접지부(301b,303b,305b)가 배치된다. 본 실시예에서 전기 방사 노즐(100d;101b,103b,105b)도 복수 개가 구비된다. 각각의 노즐 접지부(301b,303b,305b)는 노즐 토출구(401)를 사이에 두고 각각의 전기 방사 노즐(100d)과 대향하여 배치되는데, 대향 배치되는 각각의 노즐 접지부와 전기 방사 노즐은 쌍, 즉 짝을 이룬다. 즉, 각각의 노즐 접지부는 접지 전원 상태가 단속 가능한 상태를 형성하는데, 짝을 이룬 전기 방사 노즐에서 폴리머 방사액이 토출되는 경우 대향 배치되는 노즐 접지부에 통전이 이루어져 접지 상태를 형성하게 되어 각각의 전기 방사 노즐에서 토출되는 폴리머 방사액은 대향 배치되는 노즐 접지부 측을 향하여 유동하고, 이 과정에서 가스 분사 노즐의 노즐 토출구의 범위를 거치게 되어 방사되는 폴리머 방사액은 가스 유동의 중심부 측 유동력을 받아 콜렉터(500, 도 11 참조)로 수집된다. 이와 같이 짝을 이루는 전기 방사 노즐 및 노즐 접지부는 택일적으로 가동되도록 함으로써 순차적인 내지는 순서에 의한 택일적 작동을 이루어 전기 방사 노즐에서의 멀티젯 형성을 방지하여 원활한 폴리머 방사액 분출을 가능하게 할 수 있다. As illustrated in FIG. 17, a plurality of
여기서, 전기 방사 노즐은 방사 노즐 지지부(120)에 의하여 지지될 수 있다. 방사 노즐 지지부(120)는 지지부 프레임(121)과 지지부 레그(123)를 포함한다. 지지부 레그(123)는 복수 개가 구비되고, 일단은 가스 분사 노즐(400b)와 접하여 지지되고, 타단은 지지부 프레임(121)과 접한다. 지지부 프레임(121)은 링 타입으로 구현되는데, 지지부 프레임(121)의 외측에는 전기 방사 노즐(100b)이 배치된다. 각각의 전기 방사 노즐(100b;101b,103b,105b)는 방사 노즐 배선(201,203,205)을 통하여 전압부(200b)와 연결되어 소정의 전압 공급 상태를 형성할 수 있다. 전압부(200b)는 제어부(20)의 전압 제어 신호에 따라 인가 여부가 제어될 수 있다.Here, the electrospinning nozzle may be supported by the spinning
또한, 가스 분사 노즐(400b)의 외주에는 노즐 접지부(301b,303b,305b)가 복수 개가 가스 분산 노즐(400b)의 노즐 토출구(401)를 중심으로 등간격으로 등거리만큼 이격되어 등거리 등각 배치되는 구조를 취한다. 또한, 노즐 접지부(301b,303b,305b)는 접지 배선(30;31,33,35)와 연결되고, 각각의 접지 배선(31,33,35)은 도 18에 도시되는 접지 전원 차단부(50)와 연결되어 제어부(20)의 제어 신호에 따라 단속 제어가 이루어져 접지 상태 변화가 이루어질 수 있다. 즉, 도 18에 도시된 바와 같이 본 발명의 전기 방사 장치는 제어부(20) 및 저장부(30)를 포함할 수 있는데, 제어부(20)는 전압부(200b), 전기 방사 노즐에 폴리머 방사액을 공급하는 폴리머 방사액 공급부(110b;111,113,115), 가스 분사 노즐(400b) 및 접지 전원 차단부(50)와 연결되어 소정의 제어 신호를 인가하여 방사 상태를 및 가스 유동 상태를 조정하여 콜렉터(500)로의 원활한 섬유 수집 상태 및 섬유재 형성을 가능하게 할 수 있다. 또한, 저장부(30)는 제어부(20)와 연결되어 폴리머 방사액의 방사량, 가스 유동 압력/속도 및 접지 전원 차단부의 단속 순서 등의 사전 설정 데이터를 포함하여 작동 모드에 따른 데이터를 제어부(20)에 전달하여 소정의 원활한 동작을 가능하게 할 수 있다.
In addition, a plurality of
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.
100: 전기 방사 노즐 200: 고전압 발생기
300: 접지 전원 310: 접지판
400: 가스 분사 노즐 410: 가스 유동층
500: 콜렉터 600: 섬유100: electrospinning nozzle 200: high voltage generator
300: ground power source 310: ground plate
400: gas injection nozzle 410: gas fluidized bed
500: collector 600: fiber
Claims (11)
상기 전기 방사 노즐에 고전압을 인가하는 고전압 발생기;
상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 유도되도록 상기 전기 방사 노즐과의 사이 공간에 전기장을 형성하는 접지 전원;
일측 방향으로 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및
상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유를 수집하는 콜렉터
를 포함하고, 상기 콜렉터는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동 방향을 따라 상기 가스 분사 노즐과 대향되는 위치에 배치되고, 상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동력에 의해 상기 콜렉터에 수집되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
An electrospinning nozzle in which the polymer spinning liquid is fiberized through a high voltage and discharged;
A high voltage generator for applying a high voltage to the electrospinning nozzle;
A ground power source for forming an electric field in a space between the electrospinning nozzle and the fiber discharged from the electrospinning nozzle so as to be guided by an electrostatic force;
A gas injection nozzle for injecting gas in one direction; And
Collector for collecting the fibers discharged from the electrospinning nozzle
Wherein the collector is disposed at a position opposite to the gas injection nozzle along a flow direction of the gas injected from the gas injection nozzle, and the fibers discharged from the electrospinning nozzle are formed of the gas injected from the gas injection nozzle. Electrospinning apparatus, characterized in that the collector is collected by the flow force.
상기 접지 전원은 상기 가스 분사 노즐에 연결되어 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 상기 가스 분사 노즐로 유도되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method of claim 1,
And the ground power source is connected to the gas injection nozzle, and the fiber discharged from the electrospinning nozzle is guided to the gas injection nozzle by an electrostatic force.
상기 접지 전원은 별도의 접지판에 연결되어 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 상기 접지판으로 유도되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method of claim 1,
The ground power source is connected to a separate ground plate electrospinning apparatus, characterized in that the fiber discharged from the electrospinning nozzle is guided to the ground plate by the electrostatic force.
상기 가스 분사 노즐은 초음속 유동 속도로 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And the gas injection nozzle injects gas at a supersonic flow rate.
상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유에 작용하는 상기 전기장에 의한 정전기력 방향과 상기 가스 분사 노즐에 의한 가스의 유동력 방향은 서로 직각 방향을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method of claim 4, wherein
And an electrostatic force direction by the electric field acting on the fibers discharged from the electrospinning nozzle and a flow force direction of the gas by the gas injection nozzle are formed to be perpendicular to each other.
상기 전기 방사 노즐은 상기 가스 분사 노즐로부터 분사되는 가스의 유동층으로부터 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method of claim 4, wherein
And the electrospinning nozzle is spaced apart from the fluidized bed of gas injected from the gas injection nozzle.
상기 전기 방사 노즐은 토출되는 섬유가 상기 가스 분사 노즐로부터 분사되는 가스의 유동 흐름 방향을 기준으로 상기 가스 분사 노즐과 인접하게 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method of claim 4, wherein
The electrospinning nozzle is disposed so that the discharged fibers are positioned adjacent to the gas injection nozzle relative to the flow flow direction of the gas injected from the gas injection nozzle.
상기 전기 방사 노즐에 고전압을 인가하는 고전압 발생기;
상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 유도되도록 상기 전기 방사 노즐과의 사이 공간에 전기장을 형성하는 접지 전원;
일측 방향으로 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및
상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유를 수집하는 콜렉터
를 포함하고,
상기 콜렉터는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동 방향을 따라 상기 가스 분사 노즐과 대향되는 위치에 배치되고, 상기 전기 방사 노즐로부터 토출된 섬유는 상기 가스 분사 노즐로부터 분사된 가스의 유동력에 의해 상기 콜렉터에 수집되고,
상기 가스 분사 노즐의 외측에는 상기 접지 전원과 연결되는 노즐 접지부가 구비되고,
상기 접지 전원은 노즐 접지부에 연결되어 상기 전기 방사 노즐로부터 토출되는 섬유가 정전기력에 의해 상기 가스 분사 노즐로 유도되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.An electrospinning nozzle in which the polymer spinning liquid is fiberized through a high voltage and discharged;
A high voltage generator for applying a high voltage to the electrospinning nozzle;
A ground power source for forming an electric field in a space between the electrospinning nozzle and the fiber discharged from the electrospinning nozzle so as to be guided by an electrostatic force;
A gas injection nozzle for injecting gas in one direction; And
Collector for collecting the fibers discharged from the electrospinning nozzle
Lt; / RTI >
The collector is disposed at a position opposite to the gas injection nozzle along the flow direction of the gas injected from the gas injection nozzle, and the fibers discharged from the electrospinning nozzle are caused by the flow force of the gas injected from the gas injection nozzle. Collected in the collector,
A nozzle ground portion connected to the ground power source is provided outside the gas injection nozzle,
And the ground power source is connected to a nozzle grounding portion so that fibers discharged from the electrospinning nozzle are guided to the gas jet nozzle by electrostatic force.
상기 노즐 접지부는 복수 개가 구비되어 상기 가스 분사 노즐을 중심으로 동심 배치되고,
상기 노즐 접지부의 상기 접지 전원과의 연결은 단속 가능한 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method of claim 8,
The nozzle ground portion is provided with a plurality of concentric with respect to the gas injection nozzle,
And the connection to the ground power source of the nozzle ground portion is intermittent.
상기 노즐 접지부는 복수 개가 구비되어 상기 가스 분사 노즐을 중심으로 동심 배치되고,
상기 전기 방사 노즐도 상기 노즐 접지부와 동수 개로 상기 가스 분사 노즐을 사이에 두고 대향하여 대응 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
The method of claim 8,
The nozzle ground portion is provided with a plurality of concentric with respect to the gas injection nozzle,
And the electrospinning nozzles are also arranged to face each other with the same number as the nozzle ground portion, with the gas injection nozzles interposed therebetween.
상기 전기 방사 노즐은 상기 가스 분사 노즐을 사이에 두고 대향 대응 배치되는 상기 노즐 접지부와 쌍을 이루며 택일 가동되는 것을 특징으로 하는 전기 방사 장치.
11. The method of claim 10,
And the electrospinning nozzle is alternatively movable in pairs with the nozzle grounding portions disposed to face each other with the gas injection nozzle interposed therebetween.
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