KR20230097789A - 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐 - Google Patents

나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐 Download PDF

Info

Publication number
KR20230097789A
KR20230097789A KR1020210187625A KR20210187625A KR20230097789A KR 20230097789 A KR20230097789 A KR 20230097789A KR 1020210187625 A KR1020210187625 A KR 1020210187625A KR 20210187625 A KR20210187625 A KR 20210187625A KR 20230097789 A KR20230097789 A KR 20230097789A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nanofibers
nozzle
nanofiber
unit
polymer solution
Prior art date
Application number
KR1020210187625A
Other languages
English (en)
Inventor
이재창
명수완
박재희
김진경
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020210187625A priority Critical patent/KR20230097789A/ko
Priority to PCT/KR2022/014295 priority patent/WO2023120882A1/ko
Publication of KR20230097789A publication Critical patent/KR20230097789A/ko

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0076—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐은 상향 방사 방식의 나노섬유 전기방사 장치에 적합한 방사노즐을 제공한다.
자세하게는, 방사노즐의 구조를 변경하여 테일러콘 형성이 용이하게 가능하도록 하고, 방사성이 극대화되도록 하는 효과가 있다.

Description

나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐{Nozzle for stable electro-spin and mass-production of nanofibers}
본 발명은 나노섬유 전기방사장치에 사용되는 전기방사노즐에 관한 것으로 폴리머 용액에 고전압을 인가하면 노즐을 통해 나노섬유가 전기방사되고, 방사된 나노섬유를 포집하여 다양한 산업에 활용될 수 있는 나노섬유를 생산하는 장치에 사용되는 전기방사노즐에 관한 것이다.
보통의 섬유는 긴 실을 만들기 위해 섬유질에 열과 압력을 가하여 0.1mm에서 수 mm의 노즐을 통과시키는 방식으로 생산된다.
반면, 나노섬유의 생산은 고압 대신에 전기장을 사용하며, 이를 전기방사 방식이라고 할 수 있다. 고전압 전기장이 원재료인 고분자에 걸리면 고분자 내부에 전기 반발이 일어나면서 나노 크기로 갈라지게 된다.
이러한 전기방사 방식은 나노구조 소재를 효율적이면서도 저렴한 비용으로 구현할 수 있는 실용적인 기술로 인식되어 오고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 전기방사 장치는 액상의 점성을 지닌 전구체를 밀어 낼 수 있는 실린지 펌프(syringe pump), DC 고전압 발생기(power supply), 나노섬유를 뽑아내기 위한 바늘(needle) 및 접지된 하부 기판으로 구성될 수 있다.
실린지 펌프의 압력으로 수직 또는 수평에 위치한 바늘 등의 모세관 단부에 고분자 용액이 분포되며, 고분자 용액은 중력, 표면장력 및 실린지 펌프 압력 사이에 평형을 이루며 반구형 방울을 형성하며 매달려 있게 된다.
전기장이 부여될 때 반구형 방울 표면에 전하 또는 쌍극자 배향이 공기층과 용액의 계면에 유도되고, 전하 또는 쌍극자 반발로 표면장력과 반대되는 힘을 발생시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이 반구형 표면은 테일러 콘(Taylor Cone)으로 알려진 원추형 모양으로 늘어나게 되고, 어떤 임계 전기장 세기에서 정전기력이 표면장력을 극복하게 되면서 하전된 고분자 용액의 제트(Jet)가 테일러 콘 끝에서 방출된다.
이러한 제트는 소정의 점도를 가지는 용액인 경우 제트가 붕괴되지 않고 기판을 향하며 공기 중을 날아가면서 용매가 증발하게 되고 집전판에는 하전된 고분자 연속상 섬유가 쌓이게 된다.
즉, 나노섬유는 일반적인 섬유와 달리 별도의 직물 처리 과정이 없이 복수 가닥의 나노섬유가 상호간에 얽힘으로서 직물을 형성하게 된다.
이러한 전기방사 방식에서는 나노섬유의 섬유 형태를 달리할 수 있으며, 주 공정변수로 용액특성(농도, 점도, 표면장력), 모세관 끝에서 집전판까지의 거리, 전기장의 세기, 방사시간, 방사환경 등이 있을 수 있으며, 이러한 공정변수를 조절하여 다양한 형태의 나노섬유를 생산함으로써 다양한 산업분야에 적용될 수 있도록 한다.
종래의 나노섬유 전기방사 장치에 사용되는 방사노즐의 경우에는 니들 또는 노즐의 방향이 중력 방향으로 향하도록 구비(이하 "하향 방사 방식"이라고 함)되어 점성, 표면장력, 중력 등의 힘의 균형을 이용하여 테일러 콘을 형성하는 방식을 취하고 있다.
즉, 하향 방사 또는 수평 방사 방식에 따른 방사노즐이 대부분을 차지하기 때문에 하향 방사 방식의 경우 중력과 표면장력의 힘의 평형에 의해서 테일러 콘이 저절로 형성되므로 방사노즐의 형태에 대한 연구의 필요성이 대두되지 않았다.
다만, 집전판에 하전된 고분자 연속상 섬유가 쌓이는 방식으로 부직포 형태의 나노섬유가 포집 및 생산되는 형태의 나노섬유 역시 그 활용 분야가 매우 다양하나 강도 등의 물리적 특성을 향상시키는 것에 한계가 있다.
또한, 나노섬유 전기방사에 있어서 중요한 이슈 중의 하나로서 잔존 용매의 휘발 또는 제거가 있으며, 하향 방사 방식의 경우 나노섬유가 하향 이동하면서 잔존 용매가 휘발될 수 있는 충분한 시간이 확보되기 어려운 측면이 있다.
즉, 용매가 축적되어 형성된 방울 형태의 액적도 중력에 의해서 탈락될 우려가 있으며, 이러한 액적이 탈락되며 나노섬유 적층체에 충돌한다면 나노섬유에 심각한 데미지를 입힐 수 있다.
따라서, 상향 방사 방식의 나노섬유 전기방사 장치를 개발하기 위해서는 이에 적합한 방사노즐에 대한 개선이 시급하며 이를 통해 나노섬유의 산업상의 활용 가치를 더욱 높일 수 있을 것이다.
대한민국 등록특허 제10-1846823호 "나노섬유 대량 생산 용융전기방사장치 및 무용매 용융전기방사방법", 대한민국 등록특허 제10-1870156호 "드럼타입 나노섬유 대량 생산 용융전기방사장치 및 무용매 용융전기방사방법", 대한민국 등록특허 제10-1954223호 "플랫 타입 나노섬유 대량 생산 용융 전기 방사 장치 및 무용매 용융 전기 방사 방법"
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 상술한 바와 같이 도출된 문제점을 해결하는 것으로서, 상향 방사 방식의 나노섬유 전기방사 장치에 적합한 방사노즐을 제공하는 것이다.
자세하게는, 방사노즐의 구조를 변경하여 테일러콘 형성이 용이하게 가능하도록 하고, 방사성이 극대화되도록 하는 과제를 해결하고자 한다.
본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐은 나노섬유 전기방사 제조장치에 사용되는 방사노즐에 있어서, 양측이 개구된 통상으로 마련된 케이스, 상기 케이스에 마련되는 노즐관, 상기 노즐관의 일측 단부에 사발 형상으로 구비되어 폴리머 용액이 테일러 콘으로 형성되는 테일러콘 형성 수단;을 포함하고, 상기 테일러콘 형성 수단은 사발 형상의 넓은 단면적 부분이 나노섬유가 방사되는 방향으로 향하도록 형성되며, 상기 테일러콘 형성 수단의 사발 내부에 수용된 폴리머 용액이 나노섬유로 방사되는 경우, 상기 테일러콘 형성 수단에 수용된 폴리머 용액량이 소정 양으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐관은 소정의 단면적을 갖도록 형성되고, 일측 단부로 폴리머 용액이 유입되는 제1 노즐관, 일측 단부가 상기 제1 노즐관의 타측 단부와 연결되고 타측 단부가 상기 테일러콘 형성 수단과 연통되며 상기 제1 노즐관의 단면적보다 작은 단면적을 갖도록 형성되는 제2 노즐관으로 구분되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 폴리머 용액의 수용을 위한 내부공간이 마련되는 폴리머 용액 분배 수단, 상기 폴리머 용액 분배 수단에 하나 이상 구비되고, 일측 단부가 상기 내부공간과 연통되며, 타측 단부를 통해 나노섬유가 방사되는 노즐부, 상기 노즐부로부터 나노섬유가 방사되는 방사방향으로 소정의 이격거리를 형성하도록 설치되고 전기적으로 접지되어 상기 노즐부로부터 방사된 나노섬유가 접근되도록 하는 나노섬유 유도부, 상기 폴리머 용액 분배 수단에 수용된 폴리머 용액이 방사 가능한 형태의 나노섬유로 형성되도록 전위차를 발생시키는 고전압 제공 수단, 상기 나노섬유 유도부로 접근된 나노섬유가 이송되는 나노섬유 이송부, 방사된 나노섬유를 포집하는 나노섬유 포집 수단을 포함하며, 상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유의 방사방향이 중력 반대방향을 포함하도록 구비되고, 상기 노즐부는 양측이 개구된 통상으로 마련된 케이스, 상기 케이스에 마련되는 노즐관, 상기 노즐관의 일측 단부에 사발 형상으로 구비되어 폴리머 용액이 테일러 콘으로 형성되는 테일러콘 형성 수단을 포함하며, 상기 테일러콘 형성 수단은 사발 형상의 넓은 단면적 부분이 나노섬유가 방사되는 방향으로 향하도록 형성되어, 상기 전압 제공 수단에 전원이 인가되면 상기 노즐부에서 나노섬유가 방사되고, 방사된 나노섬유는 상기 나노섬유 유도부를 향해 상향 이송되며, 상기 테일러콘 형성 수단의 사발 내부에 수용된 폴리머 용액이 나노섬유로 방사되는 경우, 상기 테일러콘 형성 수단에 수용된 폴리머 용액량이 소정 양으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 상기 나노섬유 유도부 또는 나노섬유 이송부의 일측에 구비되어, 나노섬유의 이송방향을 향해 고압의 유체를 송출하는 고속송출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐은 노즐관의 단면적이 작아지는 복수 개의 노즐관으로 구분하여 마련될 수 있으며, 폴리머 용액이 상기 제1 노즐관로부터 상기 제2 노즐관을 통과하면서 전단력이 형성되어 방사성이 극대화되는 효과가 있다.
또한, 노즐 바디의 단부에 사발 형상의 테일러콘 형성 수단을 마련하고, 사발 형상의 넓은 단면적 부분이 나노섬유가 방사되는 방향으로 향하도록 형성하여, 테일러콘 형성 수단에 수용된 폴리머 용액량이 소정 양으로 유지되도록 하고 테일러콘 형성의 용이성을 확보하는 효과가 있다.
즉, 나노섬유가 발생될 때 폴리머 용액의 양이 급격하게 감소되는 경향이 있고, 이는 나노섬유가 연속적인 형태로 생산되는 것에 장애 요소가 될 수 있는 바, 노즐의 단부를 "사발형"으로 형성되도록 하여 나노섬유가 발생될 때 폴리머 용액의 양이 급격하게 감소되는 것을 방지하며, 테일러콘으로부터 생성된 jet를 지속적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 나노섬유 제조를 위한 전기방사 장치의 기본 모식도이다.
도 2는 임계 전기장 세기에서의 테일러 콘(Taylor cone) 및 테일러 콘으로부터 방출되는 제트(Jet)를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간에 구비된 폴리머 용액 분배관의 일 실시 예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 나노섬유 유도부의 일 실시 예를 측면에서 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐의 일 실시 예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 고속송출부의 일 실시 예를 나타낸 것이다.
도 7a은 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 고속송출부에 구비되는 송출구의 일 실시 예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 나노섬유 이송부의 일 실시 예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 에어커튼 생성 수단의 일 실시 예를 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐 및 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치를 상세하게 설명하고자 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 폴리머 용액 공급 수단(100), 폴리머 용액 분배 수단(200), 노즐부(300), 나노섬유 유도부(400), 고전압 제공 수단(500), 나노섬유 이송부(600), 고속송출부(700), 온도/압력 조절 수단(800) 및 나노섬유 포집 수단(900)을 포함할 수 있다.
먼저, 폴리머 용액 공급 수단(100)은 폴리머 용액 등을 저장하고 저장된 폴리머 용액을 폴리머 용액 분배 수단(200)으로 공급하는 기능을 할 수 있다.
상기 폴리머 용액 공급 수단(100)의 일 실시 예로서, 상기 폴리머 용액 공급 수단(100)은 폴리머 용액 탱크(120) 및 실린지 펌프(110)로 구분될 수 있으며, 상기 폴리머 용액 탱크(120)에 저장된 폴리머 용액이 상기 실리지 펌프의 펌프 압력으로 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)으로 공급되도록 할 수 있다.
다음으로, 폴리머 용액 분배 수단(200)은 상기 폴리머 용액 공급 수단(100)으로부터 폴리머 용액을 공급받고 상기 폴리머 용액 공급 수단(100)에 구비된 복수 개의 노즐부(300)로 폴리머 용액을 분배되도록 하는 기능을 할 수 있다.
노즐부(300)는 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)으로부터 폴리머 용액을 분배받고, 분배된 폴리머 용액은 상기 실린지 펌프(110) 압력으로 상기 노즐부(300)의 일 단부로 밀려올라갈 수 있다. 폴리머 용액은 상기 노즐부(300)의 일 단부에서 테일러 콘으로 형성되고, 테일러 콘으로부터 전기적 힘에 의해 나노섬유 형태로 방사된다.
상기 폴리머 용액 분배 수단(200)의 일 실시 예로서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)은 내부공간(220)이 형성된 극판(210), 상기 내부공간(220)에 구비되는 폴리머 용액 분배관(230)을 포함할 수 있다.
상기 극판(210)은 상기 폴리머 용액 공급 수단(100)과 일측이 연통되는 판상체로서, 바람직한 일 실시 예로는 내부공간(220)이 형성된 원통상이 될 수 있다. 다만, 상기 극판(210)의 형상은 원통상으로만 한정되지 않으며, 다양한 형상의 극판(210)으로 구비될 수 있다.
상기 노즐부(300)는 상기 극판(210)에 형성된 내부공간(220)에 직접 연결될 수 있고, 상기 내부공간(220)에 수용된 폴리머 용액을 제공받아 나노섬유를 방사할 수 있다.
도 4는 상기 폴리머 용액 공급 수단(100)의 단면도로서, 상기 내부공간(220)에 구비된 폴리머 용액 분배관(230)이 나타나도록 한 것이다.
상기 폴리머 용액 분배관(230)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 노즐부(300)가 구비되는 영역만을 연결하도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 노즐부(300)가 구비되는 영역에 따라서 상기 폴리머 용액 분배관(230)이 구비되는 위치는 변경될 수 있다.
이를 통해, 폴리머 용액을 복수 개의 상기 노즐부(300)로 상호간에 동일한 압력으로 공급하는 데 도움을 주는 기능을 할 수 있다.
상기 폴리머 용액 분배관(230)의 일 실시 예로서, 상기 폴리머 용액 분배관(230)은 가장자리 분배관(231), 교차 분배관(232)으로 구분될 수 있다. 상기 가장자리 분배관(231)은 상기 극판(210)의 둘레를 따라서 마련된 형태이고, 상기 교차 분배관(232)은 상기 가장자리 분배관(231)을 가로지르는 형태로서 하나 이상으로 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 폴리머 용액 분배관(230)의 일 실시 예로서, 상기 폴리머 용액 분배관(230)이 상기 노즐부(300)가 구비되는 영역에만 마련되도록 할 수 있다.
따라서, 상기 가장자리 분배관(231)에 대칭 배열로 구비된 노즐부(300), 상기 교차 분배관(232)에 대칭 배열로 구비된 노즐부(300) 및 복수 개의 상기 교차 분배관(232)의 교차지점에 구비된 노즐부(300)는 설정된 배열 위치에 구비되어 각각의 노즐부(300)로부터 복수 가닥의 나노섬유가 각각 방사될 수 있다.
즉, 상기 복수 가닥의 나노섬유가 하나의 균일한 나노섬유 다발로 형성되기 위하여 상기 복수 가닥의 나노섬유는 노즐부(300) 각각의 설정된 배열 위치에서 방사되도록 상기 폴리머 용액 분배관(230) 및 노즐부(300)를 구비할 수 있다.
다음으로, 상기 노즐부(300)의 일 실시 예로서 도 6에 도시된 바와 같이 상기 노즐부(300)는 노즐 바디(310), 노즐관(330), 테일러콘 형성 수단(320), 노즐관(330) 및 노즐 체결 수단(340)을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 상기 노즐부(300) 일체는 상기 노즐 바디(310)에 구비된다. 상기 노즐 바디(310)는 양측이 개구된 통상으로 마련될 수 있다.
상기 노즐관(330)은 상기 노즐 바디(310) 내부에 마련되고, 일측 단부가 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)의 내부공간(220) 또는 폴리머 용액 분배관(230)과 연통된다.
상기 노즐관(330)의 일 실시 예로서 제1 노즐관(331) 및 제2 노즐관(332)으로 구분될 수 있다. 상기 제1 노즐관(331)은 소정의 단면적을 갖도록 형성되고, 일측 단부가 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)의 내부공간(220) 또는 상기 폴리머 용액 분배관(230)과 연통된다.
상기 제2 노즐관(332)은 일측 단부가 상기 제1 노즐관(331)의 타측 단부와 연결되고 타측 단부가 상기 테일러콘 형성 수단(320)과 연통되며 상기 제1 노즐관(331)의 단면적 보다 작은 단면적을 갖도록 형성된다.
상술한 바와 같이 노즐관(330)은 단면적이 작아지는 복수 개의 노즐관(330)으로 구분하여 마련될 수 있으며, 폴리머 용액이 상기 제1 노즐관(331)으로부터 상기 제2 노즐관(332)을 통과하면서 전단력이 형성되어 방사성이 극대화되는 효과가 있다.
고분자 용융체(비뉴튼유체)의 경우 고분자 사슬이 큰 전단율에서 전단방향으로 배열을 하기 때문에 강한 전단박화 현상을 나타낸다. 따라서, 고분자 용융체는 전단변화율이 클수록 점도가 감소되므로 상술한 바와 같이 노즐관(330)을 단면적이 작아지는 복수 개의 노즐관(330)으로 구분함으로서 방사성이 극대화되도록 할 수 있다.
상기 테일러콘 형성 수단(320)은 상기 노즐 바디(310)의 단부에 마련되고, 상기 노즐관(330)의 단부에 사발 형상으로 구비되어 상기 테일러콘 형성 수단(320)에서 폴리머 용액이 테일러 콘으로 형성될 수 있다.
상기 테일러콘 형성 수단(320)의 일 실시 예로서 상기 테일러콘 형성 수단(320)은 사발 형상의 넓은 단면적 부분이 나노섬유가 방사되는 방향으로 향하도록 형성될 수 있다.
상기 테일러콘 형성 수단(320)의 사발 내부에 수용된 폴리머 용액이 나노섬유로 방사되는 경우, 상기 테일러콘 형성 수단(320)에 수용된 폴리머 용액량이 소정 양으로 유지되도록 하는 효과가 있다.
즉, 나노섬유가 발생될 때 폴리머 용액의 양이 급격하게 감소되는 경향이 있고, 이는 나노섬유가 연속적인 형태로 생산되는 것에 장애 요소가 될 수 있는 바, 상기 노즐부(300)의 단부를 "사발형"으로 형성되도록 하여 나노섬유가 발생될 때 폴리머 용액의 양이 급격하게 감소되는 것을 방지하며, 테일러콘으로부터 생성된 jet를 지속적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
상기 노즐부(300)의 다른 실시 예로서 상기 노즐부(300)의 일측 단부에 회전 힌지가 마련되어 노즐 각도를 조절할 수 있는 회전 힌지 부재가 마련될 수 있다.
상기 노즐 체결 수단(340)은 노즐부(300)의 하단에 구비되어 상기 노즐부(300)와 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)이 체결되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 노즐부(300)는 도 1에 도시된 바와 같은 실린지 펌프(110)(syringe pump), DC 고전압 발생기(510)(power supply), 나노섬유를 뽑아내기 위한 바늘(needle) 및 접지된 하부 기판을 포함하는 다른 전기방사 장치에도 적용될 수 있다.
다음으로, 상기 나노섬유 유도부(400)는 접지된 하부 기판 기능을 하는 것으로서, 상기 노즐부(300)로부터 나노섬유가 방사되면 방사된 나노섬유는 전기적 힘에 의해 상기 나노섬유 유도부(400)를 향해 접근한다.
또한, 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)에 수용된 폴리머 용액이 방사 가능한 형태의 나노섬유로 형성되도록 전위차를 발생시키기 위하여 고전압 제공 수단(500)이 구비된다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 나노섬유 유도부(400)는 상기 노즐부(300)로부터 나노섬유가 방사되는 방사방향으로 소정의 이격거리를 형성하도록 설치된다.
여기서, 상기 노즐부(300)에서 방사되는 나노섬유의 방사방향은 중력 반대방향을 포함하도록 구비되므로, 상기 나노섬유 유도부(400)는 상기 노즐부(300)로부터 상측으로 소정의 이격거리를 형성하여 설치될 수 있다.
즉, 상기 노즐부(300)로부터 방사된 나노섬유는 소정의 이격거리를 형성하도록 설치된 상기 나노섬유 유도부(400)를 향해 전기적 힘에 의해 접근된다.
또한, 상기 고전압 제공 수단(500)의 일 실시 예로서 상기 전압 제공 수단은 고전압 발생기(510) 및 전기장 조절 수단(520)을 포함할 수 있다.
상기 전기장 조절 수단(520)의 일 실시 예로는 상기 나노섬유 유도부(400)와 상기 노즐부(300)의 이격거리를 조절하는 높이 조절 부재를 포함할 수 있다.
상기 높이 조절 부재는 제1 높이 조절 부재와 제2 높이 조절 부재로 구분되어 상기 제1 높이 조절 부재를 통해 1차적으로 높이를 조절하고, 제2 높이 부재를 통해 2차적으로 미세 높이 조절을 함으로써 전기장 세기를 조절할 수 있다.
또한, 상기 나노섬유 유도부(400)와 상기 노즐부(300)의 이격거리가 증가되면 나노섬유가 상기 노즐부(300)로부터 방사된 이후에 나노섬유가 상기 노즐부(300)로부터 상기 나노섬유 유도부(400)로 접근되는 시간이 증가하므로, 나노섬유에 잔존하는 용매의 휘발 또는 제거되는 시간을 확보할 수 있다.
상기 나노섬유 유도부(400)의 일 실시 예로서 상기 나노섬유 유도부(400)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 관 형상으로 형성될 수 있고, 관은 나노섬유가 이송되는 방향으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성될 수 있다.
상기 나노섬유 유도부(400)의 일 실시 예에서는 관 형상의 직경이 작아지는 형태로 마련되어, 유체가 관을 통과하면 유체의 흐름이 관 형상을 따라서 관의 중앙으로 형성될 수 있다.
따라서, 하나 이상의 상기 노즐부(300)로부터 방사된 나노섬유가 상기 나노섬유 유도부(400)를 통과하면 나노섬유는 상기 나노섬유 유도부(400)의 관 중앙을 향해 유도되며, 복수 개의 나노섬유 가닥은 하나의 정렬된 형태로서 나노섬유 다발로 형성될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 노즐부(300)에서 동시다발적으로 방사된 나노섬유가 상기 나노섬유 유도부(400)의 관 형상을 따라 중앙으로 정렬되도록 유도되므로 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 도모할 수 있다.
상기 나노섬유 유도부(400)의 일 실시 예에서, 상기 나노섬유 유도부(400)는 유도부 입구(410), 유도부 출구(420), 유도부 경사면(430) 및 유도부 체결 수단(440)으로 구분될 수 있다.
상기 유도부 입구(410)의 면적은 상기 유도부 출구(420)의 면적보다 크게 형성되고, 상기 유도부 입구(410)와 상기 유도부 출구(420)는 상기 유도부 경사면(430)으로 연결되어 깔대기(funnel) 형태의 나노섬유 유도부(400)를 구성할 수 있다.
여기서, 상기 유도부 입구(410)의 면적 크기는 상기 노즐부(300)에서 방사되는 모든 나노섬유가 상기 나노섬유 유도부(400)에 형성되는 전기적 힘에 의해 상기 나노섬유 유도부(400) 또는 상기 나노섬유 유도부(400)의 내측으로 이송될 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 유도부 입구(410)의 면적 크기의 일 실시 예로서, 복수 개의 상기 노즐부(300)의 단부를 이은 연장선이 형성하는 단면적은 상기 유도부 입구(410)의 단면적보다 작은 크기로 형성되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서, 상기 고전압 제공 수단(500)에 전원이 인가되면 상기 노즐부(300)에서 나노섬유가 방사되고, 방사된 나노섬유는 상기 나노섬유 유도부(400)를 향해 상향 이송되는 특징이 있다.
상술한 바와 같은 구성을 통해서 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 기존의 부직포 형태의 나노섬유를 개선하여 정렬된 형태의 나노섬유를 대량 생산하는 효과가 있다.
또한, 노즐부(300)에서 방사되는 나노섬유의 방사방향이 중력 반대방향을 포함하도록 구비되어 나노섬유가 나노섬유 유도부(400)를 향해 상향 이송되도록 함으로써 잔존 용매가 휘발 또는 제거 될 수 있는 충분한 시간이 확보될 수 있도록 하며, 방울 형태의 액적 탈락 현상을 방지할 수 있다.
그리고, 나노섬유가 상향 이송되면서 신장되어 나노섬유의 물성을 향상시킬 있고, 나노섬유가 일 방향으로 정렬되면서 포집되어 대량생산된 나노섬유의 활용 가치를 높일 수 있다.
다음으로, 나노섬유 이송부(600)는 상기 나노섬유 유도부(400)로 접근되거나 상기 나노섬유 유도부(400)를 통과한 정렬된 형태의 나노섬유 다발이 추가로 이송되면서, 나노섬유 다발이 상호간에 꼬임을 형성하여 나노섬유 얀이 생성되도록 하는 기능을 할 수 있다.
상기 나노섬유 이송부(600)의 일 실시 예로서, 도 3 및 도 8을 참조하면 상기 나노섬유 이송부(600)는 이송관(610), 나선형 유체 흐름 생성 부재(620), 이송관 스케일 조절 수단(630)을 포함할 수 있다.
상기 이송관(610)은 상기 나노섬유 유도부(400)로 접근되거나 상기 나노섬유 유도부(400)를 통과한 정렬된 나노섬유 다발이 추가로 이송되는 관체이다.
상기 이송관(610)에는 나노섬유 다발의 이송 방향을 따라서 형성되어 상기 이송관(610)을 통과하는 유체의 흐름을 나선형 흐름으로 형성되도록 하는 나선형 유체 흐름 생성 부재(620)가 마련된다.
상기 나선형 유체 흐름 생성 부재(620)의 일 실시 예로서, 상기 나선형 유체 흐름 생성 부재(620)는 상기 이송관(610)의 내벽에 나노섬유의 이송 방향을 따라서 형성되는 나사산(621) 및 나사골(622)로 구분될 수 있다. 즉, 상기 나사산(621) 및 나사골(622)을 따라서 나선형 유체 흐름이 생성되며 나노섬유 다발이 유체 흐름을 따라서 꼬임을 형성하여 나노섬유 얀이 생성될 수 있다.
종래에 나노섬유 얀을 생성하기 위해서는 직접 꼬임을 형성하는 방식을 취하거나, 이송관(610)의 입구에서 프로펠러 등의 회전에 의해 나노섬유 얀의 생성을 유도하는 방식을 취하였다.
본 발명에 따른 나선형 유체 흐름 생성 부재(620)는 나노섬유 다발이 이송되는 방향을 따라서 마련되므로, 나노섬유 길이 전체에 균일한 꼬임이 형성되도록 할 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 상기 이송관(610)의 다른 실시 예로서, 상기 이송관(610)은 상기 나선형 유체 흐름 생성 부재(620)가 없는 평평한 관체로 마련되어 정렬된 형태인 나노섬유 다발로 이송되도록 할 수 있다.
이로써 연속되고, 나노섬유 내부 고분자의 고차구조가 한 방향으로 배향된 나노섬유를 구현할 수 있다.
상기 이송관 스케일 조절 수단(630)은 이송관 길이 조절 부재(632), 이송관 직경 조절 부재(632), 나사산 조절 부재(632)를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 상기 이송관 길이 조절 부재(632) 및 이송관 직경 조절 부재(632)를 통해 이송관(610)의 스케일을 변경하여 정렬된 형태의 나노섬유 다발 또는 정렬된 형태의 나노섬유 얀의 꼬임정도 및 물성을 다양하게 형성되도록 할 수 있다.
또한, 상기 나사산(621) 및 나사골(622) 상호간의 간격, 깊이, 나사산(621) 또는 나사골(622)의 수를 조절하여 정렬된 형태의 나노섬유 얀의 물성을 다양하게 형성되도록 할 수 있다.
상세하게는 이송관(610) 내부의 경우, 나사산(621) 중심으로 양쪽 나사골(622)까지의 길이 비율 조절, 나사산(621)의 형태(각진형, 네모형, 둥근형 등), 나사골(622)의 형태(각진형, 편평한 형, 둥근형 등), 나사산(621)의 높이, 나사골(622)의 깊이, 이송관(610) 내의 나사산(621) 또는 나사골(622)의 수, 이송 방향 기준 나사산(621) 또는 나사골(622)의 각도를 조절할 수 있다.
이송관(610) 외부의 경우, 이송관(610)의 길이, 이송관(610)의 상하 송출구(710)의 직경비율, 이송관(610) 내부의 조도를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 이송관 스케일 조절 수단(630)을 통해 상기 이송관(610)을 다양한 형태로 구비함으로서 나노섬유의 꼬임방향, 정렬정도, 나노섬유 얀의 물성을 다양하게 형성되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 통해 정렬된 형태의 나노섬유 얀을 대량으로 안정적인 생산을 함으로서 취할 수 있는 산업상 이용 가능성은 다음과 같다.
나노섬유 얀은 부피대비 표면적이 크고, 높은 공극률, 선택적 투과 제어 등의 특성을 갖는 나노섬유의 특성을 요하는 산업 전 분야에서 얀 형태 그대로 또는 직조하여 활용할 수 있을 것이다.
상세하게는 솜, 양모, 생사 등의 천연섬유, 인견, 합성섬유 등을 얀(yarn)화하여, 굴곡성, 균일한 굵기, 연속된 길이, 적당한 강도, 신도 등의 특성을 부여하여 합사 또는 직조물의 형태로 활용하는 것과 같은 방법이 되며,
본 발명으로 생성되는 나노섬유 또한 다양한 형태로 활용될 수 있다. 예를 들어 의료용 소재, 미용소재, 보건용 소재, 국방소재, 분리막 소재, 센서 등의 다양한 정밀, 고부가가치 산업, 일반 산업에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 본 발명에 따른 나노섬유 이송부(600)는 도 1에 도시된 바와 같은 실린지 펌프(110)(syringe pump), DC 고전압 발생기(510)(power supply), 나노섬유를 뽑아내기 위한 바늘(needle) 및 접지된 하부 기판을 포함하는 다른 전기방사 장치에도 적용할 수 있다.
즉, 다른 전기방사 장치에 본 발명에 따른 나노섬유 이송부(600)를 적용하여 정렬된 나노섬유(다발) 또는 정렬된 나노섬유 얀이 생성되도록 할 수 있고, 상기 나노섬유 이송부(600)의 스케일을 다양하게 조절함으로써 다양한 물성의 나노섬유 또는 나노섬유 얀이 생성되도록 할 수 있다.
다음으로, 고속송출부(700)는 나노섬유가 이송되는 방향으로 고압을 송출하여 나노섬유의 고속 이동을 유도하는 기능을 할 수 있다.
상기 고속송출부(700)의 일 실시 예로서, 상기 고속송출부(700)는 도 3, 도 7, 도 7a에 도시된 바와 같이 송출구(710), 고압 송출 수단(720), 유체 방향 설정 수단(730)을 포함할 수 있다.
상기 고속송출부(700)는 상기 나노섬유 유도부(400) 또는 상기 나노섬유 이송부(600)의 일측에 구비되어 나노섬유의 고속이동을 유도할 수 있다.
상기 고압 송출 수단(720)의 일 실시 예로서, 상기 고압 송출 수단(720)은 컴프레셔, 압력 미세 조절 수단(721)을 포함할 수 있다.
상기 유체 방향 설정 수단(730)은 음압챔버, 어댑터(732), 압력 이송관(733)을 포함할 수 있다.
상기 음압 챔버(731)는 상기 나노섬유 유도부(400) 또는 상기 나노섬유 이송부(600)의 일측에 결합될 수 있다. 상기 음압 챔버(731)에는 나노섬유가 이송되는 방향으로 형성되는 고압송출에 의해서 상기 나노섬유의 이송방향과 반대방향으로 상대적 음압이 형성된다.
상기 나노섬유 유도부(400) 또는 상기 나노섬유 이송부(600)는 상기 음압 챔버(731)가 결합되는 위치를 기준으로 나노섬유가 상기 음압 챔버(731)를 통과하기 전을 제1 이송부, 나노섬유가 상기 음압 챔버(731)를 통과한 후를 제2 이송부로 구분할 수 있다.
즉, 상기 제2 이송부로 고압을 송출하면 상기 음압 챔버(731)에는 나노섬유가 이송되는 방향으로 형성되는 고압송출에 의해서 상기 나노섬유의 이송방향과 반대방향으로 상대적 음압이 형성될 수 있다.
상기 음압 챔버(731)에서 상기 제2 이송부를 향해 고압송출의 방향을 설정하기 위한 일 실시 예로서 상기 어댑터(732)가 마련될 수 있다.
상기 어댑터(732)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 고압 송출 수단(720)에서 공급된 고압이 상기 압력 이송관(733)을 따라서 이송되면 상기 음압 챔버(731) 내부에 설치된 어댑터(732)에 의해서 상기 나노섬유가 이송되는 방향으로 고압송출의 방향이 설정되도록 할 수 있다.
상기 음압 챔버(731)에 나노섬유가 이송되는 방향으로 고압송출의 방향을 설정하기 위한 다른 실시 예로서 상기 압력 이송관(733)이 상기 음압 챔버(731)에 직접 삽입되어 나노섬유가 이송되는 방향으로 토출되도록 마련될 수 있다.
상기 송출구(710)는 상기 음압 챔버(731)와 상기 제2 이송관(610)의 연결부위에 마련되는 통공으로서, 상기 어댑터(732) 또는 상기 압력 이송관(733)과 연통된다.
상기 송출구(710)의 일 실시 예로서, 상기 송출구(710)는 제1 송출구(711) 및 제2 송출구(712)로 구분될 수 있다.
상기 제2 송출구(712)는 상기 음압 챔버(731)의 가장자리를 따라서 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 송출구(711)는 복수 개의 상기 제2 송출구(712)를 구비한 원통 중앙에 형성된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 고압의 유체는 상기 어댑터(732) 또는 압력 이송관(733)을 통과하여 상기 제2 송출구(712)를 통과할 수 있다. 이를 통해, 상기 음압 챔버(731)에는 음압이 형성되며 상기 제1 송출구(711)를 통해 나노섬유 또는 나노섬유 얀이 증가된 속도로 이송될 수 있다.
상술한 바와 같은 고속송출부(700)를 통해 복수 개의 노즐에서 방사되는 복수 가닥의 나노섬유가 정렬될 뿐만 아니라, 고압 송출로 음압에 의한 고속 이동이 유발되어 나노섬유 다발 또는 나노섬유 얀의 대량 생산을 도모할 수 있다.
나아가, 고압 송출에 의해 나노섬유에 잔존하는 용매가 휘발 또는 제거될 수 있도록 하는 효과가 있다.
한편, 상기 나노섬유 이송부(600)의 다른 실시 예로서 상기 제1 이송관(610)과 제2 이송관(610)은 상기 이송관 스케일 조절 수단(630)에 의해 상호간에 다른 스케일의 이송관(610)으로 설정될 수 있다.
상기 고속송출부(700)는 고압을 통해 나노섬유의 고속 이동을 유도하는 구성으로서, 나노섬유가 상기 고속송출부(700)를 통과하기 전/후의 성질이 매우 달라질 수 있다.
이 점을 활용하여, 상기 제1 이송관(610) 및 제2 이송관(610)의 스케일이 상호간에 설정되는 상관관계에 따라서 다양한 물성을 갖는 나노섬유 또는 나노섬유 얀이 생성되도록 할 수 있다.
다음으로, 온도/압력 조절 수단(800)은 상기 나노섬유 또는 나노섬유 얀이 이송되는 과정에서 온도 또는 압력 환경을 조절하기 위한 수단이다.
상기 온도/압력 조절 수단(800)의 일 실시 예로서, 상기 온도/압력 조절 수단(800)은 에어히터(810), 에어커튼을 포함할 수 있다.
상기 에어히터(810)는 열을 제공할 수 있는 어떠한 수단으로서 한가지로 제한되지 않으며, 상기 에어히터(810)로부터 열을 제공받는 일 실시 예로서 상기 에어히터(810)로부터 제공되는 열은 상기 압력 이송관(733)을 통해서 상기 음압 챔버(731)에 열을 제공하여 상기 음압 챔버(731) 내부에 고온 환경을 조성하여 잔존 용매의 휘발에 도움을 줄 수 있다.
또한, 나노섬유에 열을 제공함과 동시에 고속으로 이송되도록 하므로 나노섬유의 균일한 연신을 유도하여 강도 등의 기계적 물성이 향상되도록 할 수 있다.
상기 에어커튼 생성 수단(820)은 도 9에 도시된 바와 같이 상기 폴리머 용액 분배 수단(200)의 외부 또는 테일러콘의 jet 보다 낮은 곳에 위치하여 상부로 향해 에어를 분사하여 에어커튼을 생성할 수 있다.
에어 분사 방향은 상기 에어커튼 생성 수단(820)에 마련된 에어송출부(도번 미표시)의 각도 조절로 제어가 가능하며, 분사되는 에어압력의 세기는 상기 압력 미세 조절 수단(721)에 의해 가능하다.
상기 에어커튼 생성 수단(820)은 에어히터(810), 고압송출수단과 연결될 수 있다. 이를 통해, 에어커튼에서 분사되는 에어의 온도가 조절될 수 있다.
상기 에어커튼으로 테일러콘 jet에서 생성되는 나노섬유의 방사방향에 영향을 끼칠 수 있으며, 생성된 나노섬유의 잔존 용매를 휘발시키는 1차적인 역할을 함과 동시에 나노섬유 고화를 촉진하는 효과가 있다.
다음으로, 상기 나노섬유 포집 수단(900)은 상기 나노섬유 이송부(600)를 통과한 나노섬유 또는 나노섬유 얀을 최종적으로 포집하는 구성이다.
상기 나노섬유 포집 수단(900)의 일 실시 예로서, 상기 나노섬유 포집 수단(900)은 다양한 형태의 평판, 롤러 또는 컨베이어 벨트, 권취장치가 될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 통해서 상술한 바와 같은 구성을 통해서 본 발명에 따른 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐이 적용될 수 있는 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 기존의 부직포 형태의 나노섬유를 개선하여 정렬된 형태의 나노섬유를 대량 생산하는 효과가 있다.
또한, 노즐부(300)에서 방사되는 나노섬유의 방사방향이 중력 반대방향을 포함하도록 구비되어 나노섬유가 나노섬유 유도부(400)를 향해 상향 이송되도록 함으로써 잔존 용매가 휘발 또는 제거 될 수 있는 충분한 시간이 확보될 수 있도록 하며, 방울 형태의 액적 탈락 현상을 방지할 수 있다.
그리고, 나노섬유가 상향 이송되면서 신장되어 나노섬유의 물성을 향상시키고, 일 방향 정렬되면서 포집되어 나노섬유의 활용 가치를 높일 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐을 제공하는 것을 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예들은 각각 일 실시 예에 불과한 것으로, 본 발명의 진정한 권리범위는 청구범위에 기재된 청구항들에 의해 결정되어야 할 것이다.
10: 테일러 콘
11: 제트
100: 폴리머 용액 공급 수단
110: 실린지 펌프
120: 폴리머 용액 탱크
200: 폴리머 용액 분배 수단
210: 극판
220: 내부공간
230: 폴리머 용액 분배관
231: 가장자리 분배관
232: 교차 분배관
300: 노즐부
310: 노즐 바디
320: 테일러콘 형성 수단
330: 노즐관
331: 제1 노즐관
332: 제2 노즐관
340: 노즐 체결 수단
400: 나노섬유 유도부
410: 유도부 입구
420: 유도부 출구
430: 유도부 경사면
440: 유도부 체결 수단
500: 고전압 제공 수단
510: 고전압 발생기
520: 전기장 조절 수단
600: 나노섬유 이송부
610: 이송관
620: 나선형 유체 흐름 생성 부재
621: 나사산
622: 나사골
630: 이송관 스케일 조절 수단
631: 이송관 길이 조절 부재
632: 이송관 직경 조절 부재
632: 나사산 조절 부재
700: 고속송출부
710: 송출구
711: 제1 송출구
712: 제2 송출구
720: 고압 송출 수단
721: 압력 미세 조절 수단
730: 유체 방향 설정 수단
731: 음압 챔버
732: 어댑터
733: 압력 이송관
800: 온도/압력 조절 수단
810: 에어히터
820: 에어커튼 생성 수단
900: 나노섬유 포집 수단
910: 가이드 롤러
920: 권취 롤러

Claims (4)

  1. 나노섬유 전기방사 제조장치에 사용되는 전기방사노즐에 있어서,
    양측이 개구된 통상으로 마련된 케이스;
    상기 케이스에 마련되는 노즐관;
    상기 노즐관의 일측 단부에 사발 형상으로 구비되어 폴리머 용액이 테일러 콘으로 형성되는 테일러콘 형성 수단;을 포함하고,
    상기 테일러콘 형성 수단은,
    사발 형상의 넓은 단면적 부분이 나노섬유가 방사되는 방향으로 향하도록 형성되며,
    상기 테일러콘 형성 수단의 사발 내부에 수용된 폴리머 용액이 나노섬유로 방사되는 경우, 상기 테일러콘 형성 수단에 수용된 폴리머 용액량이 소정 양으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기방사노즐.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐관은,
    소정의 단면적을 갖도록 형성되고, 일측 단부로 폴리머 용액이 유입되는 제1 노즐관, 일측 단부가 상기 제1 노즐관의 타측 단부와 연결되고 타측 단부가 상기 테일러콘 형성 수단과 연통되며 상기 제1 노즐관의 단면적보다 작은 단면적을 갖도록 형성되는 제2 노즐관으로 구분되는 전기방사노즐.
  3. 폴리머 용액의 수용을 위한 내부공간이 마련되는 폴리머 용액 분배 수단;
    상기 폴리머 용액 분배 수단에 하나 이상 구비되고, 일측 단부가 상기 내부공간과 연통되며, 타측 단부를 통해 나노섬유가 방사되는 노즐부;
    상기 노즐부로부터 나노섬유가 방사되는 방사방향으로 소정의 이격거리를 형성하도록 설치되고 전기적으로 접지되어 상기 노즐부로부터 방사된 나노섬유가 접근되도록 하는 나노섬유 유도부;
    상기 폴리머 용액 분배 수단에 수용된 폴리머 용액이 방사 가능한 형태의 나노섬유로 형성되도록 전위차를 발생시키는 고전압 제공 수단;
    상기 나노섬유 유도부로 접근된 나노섬유가 이송되는 나노섬유 이송부;
    방사된 나노섬유를 포집하는 나노섬유 포집 수단;을 포함하며,
    상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유의 방사방향이 중력 반대방향을 포함하도록 구비되고,
    상기 노즐부는,
    양측이 개구된 통상으로 마련된 케이스;
    상기 케이스에 마련되는 노즐관;
    상기 노즐관의 일측 단부에 사발 형상으로 구비되어 폴리머 용액이 테일러 콘으로 형성되는 테일러콘 형성 수단;을 포함하며,
    상기 테일러콘 형성 수단은,
    사발 형상의 넓은 단면적 부분이 나노섬유가 방사되는 방향으로 향하도록 형성되어,
    상기 전압 제공 수단에 전원이 인가되면 상기 노즐부에서 나노섬유가 방사되고, 방사된 나노섬유는 상기 나노섬유 유도부를 향해 상향 이송되며, 상기 테일러콘 형성 수단의 사발 내부에 수용된 폴리머 용액이 나노섬유로 방사되는 경우, 상기 테일러콘 형성 수단에 수용된 폴리머 용액량이 소정 양으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 전기방사 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 나노섬유 전기방사 제조장치는,
    상기 나노섬유 유도부 또는 나노섬유 이송부의 일측에 구비되어, 나노섬유의 이송방향을 향해 고압의 유체를 송출하는 고속송출부;를 더 포함하는 나노섬유 전기방사 제조장치.
KR1020210187625A 2021-12-24 2021-12-24 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐 KR20230097789A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210187625A KR20230097789A (ko) 2021-12-24 2021-12-24 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐
PCT/KR2022/014295 WO2023120882A1 (ko) 2021-12-24 2022-09-23 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210187625A KR20230097789A (ko) 2021-12-24 2021-12-24 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230097789A true KR20230097789A (ko) 2023-07-03

Family

ID=87157182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210187625A KR20230097789A (ko) 2021-12-24 2021-12-24 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230097789A (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101846823B1 (ko) 2017-12-22 2018-04-09 한국화학연구원 나노파이버 대량생산 용융전기방사장치 및 무용매 용융전기방사방법
KR101870156B1 (ko) 2018-02-06 2018-06-25 한국화학연구원 드럼타입 나노파이버 대량생산 용융전기방사장치 및 무용매 용융전기방사방법
KR101954223B1 (ko) 2018-09-12 2019-03-05 한국화학연구원 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치 및 무용매 용융 전기 방사 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101846823B1 (ko) 2017-12-22 2018-04-09 한국화학연구원 나노파이버 대량생산 용융전기방사장치 및 무용매 용융전기방사방법
KR101870156B1 (ko) 2018-02-06 2018-06-25 한국화학연구원 드럼타입 나노파이버 대량생산 용융전기방사장치 및 무용매 용융전기방사방법
KR101954223B1 (ko) 2018-09-12 2019-03-05 한국화학연구원 플랫 타입 나노 파이버 대량 생산 용융 전기 방사 장치 및 무용매 용융 전기 방사 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alghoraibi et al. Different methods for nanofiber design and fabrication
US8282873B2 (en) Controlled electrospinning of fibers
EP1673493B1 (en) A method of nanofibres production from a polymer solution using electrostatic spinning and a device for carrying out the method
KR100458946B1 (ko) 나노섬유 제조를 위한 전기방사장치 및 이를 위한방사노즐팩
Bera Literature review on electrospinning process (a fascinating fiber fabrication technique)
Wang et al. Continuous polymer nanofiber yarns prepared by self-bundling electrospinning method
KR101060918B1 (ko) 전기방사용 다중 노즐 방사 팩 및 이를 포함하는 전기방사장치
CN102703998A (zh) 一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置及制备方法
CN202107802U (zh) 螺旋叶片纳米纤维发生器及静电螺旋纺丝装置
CN102080269A (zh) 纺丝装置、非织造布制造装置、非织造布的制造方法和非织造布
WO2008036051A1 (en) Fiber structures and process for their preparation
CN109610021A (zh) 一种纳米纤维纱的制备方法及装置
WO2008062264A2 (en) A yarn and a process for manufacture thereof
CN103572387A (zh) 熔体微分静电纺丝装置及工艺
WO2007013858A1 (en) Method & apparatus for producing fiber yarn
KR20110079249A (ko) 용융전기방사장치 및 이를 위한 멀티 노즐블럭
KR101354509B1 (ko) 나노섬유 필라멘트의 제조방법
CN108603308A (zh) 通过对聚合物溶液或熔体进行静电纺丝来生产聚合物纳米纤维的方法，用于实施该方法的纺丝电极和用于生产聚合物纳米纤维并配置有至少一个这种纺丝电极的装置
JP5782594B1 (ja) ナノファイバー形成用噴射ノズルヘッドおよびナノファイバー形成用噴射ノズルヘッドを具備するナノファイバーの製造装置
WO2016013052A1 (ja) 高分子材料製ナノファイバーの製造方法
KR100595485B1 (ko) 복합 전기방사장치, 이를 이용하여 제조된 복합 나노섬유부직포 및 복합 나노섬유 필라멘트
KR100595486B1 (ko) 상향식 다성분 전기방사장치 및 이를 이용하여 제조된다성분 나노섬유
KR20230097789A (ko) 나노섬유의 안정적 대량 생산을 위한 전기방사노즐
KR20230097741A (ko) 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치
JP2016023399A (ja) ナノファイバー形成用噴射ノズルヘッドおよびナノファイバー形成用噴射ノズルヘッドを具備するナノファイバーの製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal