TWI314594B - - Google Patents

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1314594 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種靜電紡絲設備，尤指一種可以連續 性量產方式進行靜電紡絲製成不織布的連續式多孔靜電紡 絲設備及其靜電紡絲模組設計。 【先前技術】 靜電紡絲技術，基本上是令高電壓電場之正極端連接 液態高分子（溶液或熔液），另以負極接地，藉以利用高 電壓電場使液態高分子帶靜電後，其中藉由電場作用而被 拉伸且固化形成纖維之技術。 所述靜電紡絲技術發展至今，已有多份研究報告及專 利資料公開’惟既有之靜電紡絲技術中，仍存在有低吐出 量以及纖維網面密度均句性等缺點，肖無法達到連續性量 產之程度，為解決前述之問冑，有人f設計出如我國專利 證書第1245085號「電紡裝置及高分子細絲之製造方法」 ’該專利案主要係利用旋轉式噴嘴機構以非線性執跡移動 ，並藉高電壓電場之作用，€自該噴嘴高分子喷向接受载 體上以任意接收角度而形成網狀不織布。 惟前述專利案所揭示之靜電紡絲技術中，因係使用至 少-噴嘴以非線性㈣之旋轉方式喷出高分子纖維至接受 載體，該接受載體同時作線性執跡移動，兩者之移動速度 :易達到良好的協調性，以致不易有效控制高分子纖維： :性，且不易依據不同基重之不織布產品進行調控製程袁 1314594 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供一種連續式多孔靜電纺絲 〇又及其靜電、紡絲模 '组，希藉此設計，使高分子流體在靜 電紡絲模中以穩定的流體壓力狀態均勻射出，&使沉積於 基材上之纖維達到較佳之基重均勻分佈效果。 ； 為達成前揭目的，本發明所設計之靜電紡絲模組係 ?ϊγ · •—紡絲頭，係可導電金屬材料一體成形的塊體，其前 侧面凸伸-長條狀尖形噴嘴，該尖形喷嘴末端設有複數微 孔呈至j 一直線排列，該紡絲頭於該尖形噴嘴另側之背面 形成-容置槽、以&一狹槽設於該容置槽内側連通該些微 孔； 濾網，係設於該紡絲頭的容置槽内鄰接該狹槽處； 複數填充粒，係填充於該紡絲頭的容置槽内，相鄰填 充粒間具有間隙；以及 一背板’係可拆組地裝設於紡絲頭背面，封閉該容置 槽該♦板上設有至少一流體入口，由外側通往内側的容 置槽。 本發明所设計之連續式多孔靜電紡絲設備係包括： 一靜電紡絲模組，其包括一紡絲頭、一濾網、複數填 充粒以及老板，該紡絲頭係金屬材料一體成形的塊體， 其前側凸伸一長條狀尖形喷嘴，該尖形噴嘴末端設有複數 微孔呈至少一直線排列，該紡絲頭背面形成一容置槽、以 及一狹槽設於該容置槽内側連通該些微孔，該濾網設於該 1314594 纺絲頭的容置槽内鄰接該狹槽處，該些填充粒填充該纺絲 頭的容置槽内，相鄰填充粒間具有間隙:，該背板組設於紡 絲頭背面封閉該容置槽，該背板上設有至少一流體入口由 外侧通往内側的容置槽； 一咼電壓產生器，其具有一輸出正極端以及一輸出負 極端，該高電壓產生器之輸出正極端組接導線連接該靜電 紡絲模組之紡絲頭；

-流體定量輸出裝置，係於其高分子流體出口處接嘹 導管，連接該靜電紡絲模組背板之流體入口，用以對該= 電紡絲模組定量輸入高分子流體； . 一橫向往復式驅動裝置，係連接該靜電紡絲模組，用 以驅動該靜電紡絲模組作橫向往復運動； -收集#，以其作用面面向肖尖形喷嘴呈縱向立置 、’並與，尖形喷嘴間保持狀的間距，該收集屏組接 連接該尚電壓產生器之輸出負極端；以及 -捲取裝置’係設於該收集屏侧邊，用以 收集屏作用面縱向滑移而予以捲收。 n 及其靜電妨 “本發明藉由前述連續式多孔靜電紡絲設備 絲模組設計，其特點在於： μ靜電、，方絲模組主要係使 該紡絲頭之尖…士 成形之紡絲頭，並於 分子>4自ΐΐ 設置數微孔呈直線排列，提供高 ::二:些微孔同時喷出細微的纖維射流呈直線狀排 紡、4碩内部裝設有濾網及數填充粒 頭内部的高分子产體„ 吏左入紡絲 刀子机體通過其間至各微孔前可以達到穩定的 1314594 流體壓力之狀態，有助於高分子流體均勻地自各微孔射出 之效果。

該靜電紡絲設備除藉由前述靜電紡絲模組之設計，使 其達到前述尚分子流體穩壓及均勻射出之效果外，更進__ 步利用靜電紡絲模組喷嘴前端呈直列狀之複數微孔喷射高 分子流體’再結合靜電紡絲模組橫向往復作動之線性執跡 控制手段、以及基材縱向捲收之線性執跡的控制手段等， 藉由兩者均為線性軌跡之移動，而易令彼此間之移動迷 度取得良好的協調性，並可透過簡易的速度參數控制而製 造出不同基重的纖維不織布，此外，透過該橫向往復式驅 動裝置（橫向）以及捲取裝置（縱向）之控制，使自該靜電紡 絲模組橫向直列之數微孔所射出之每一細微流體射流固化 之纖維，此積於基材的成形區上產生交叉覆蓋的效果，而 得到基重均勻分佈及纖維不織布。 【實施方式】 如第一至二圖所示，係分別揭示本發明連續式多孔靜 電紡絲設備及其靜電紡絲模組之__較佳實施例，由圖中可 以見及，該連續式多孔靜電紡絲設備之主要組成除包括— 靜電紡絲模組（i 0 )夕卜尚包括有一高電壓產生器（2 體定量輸出裝置（30)、一橫向往復式驅動 置（4 0)、一收集屏（5 〇)以及一捲取裝置 )，其中： 0 0 耶乐一、二圖所示 一紡絲頭（1 1 )、一 渡網（1 2 )、複數個填充粒 1314594

3 )、以及一背板（1 4 )，其中，該紡絲頭（丄丄）係 可導電金屬材料一體成形的塊體，其前側面中間處水平凸 伸一長條狀尖形喷嘴（1 1 i )，該尖形喷嘴（1 i工） 末端設有複數個微孔（1 1 2 )呈至少一直線排列，該些 微孔（1 1 2 )之孔徑大於〇. 1_且小於2· Omm，該些微 孔（1 1 2 )之分佈密度為小於等於30孔/cm且大於等 於1孔/cm，該纺絲頭（χ丄）相對於該尖形噴嘴（工丄 1 )另側之背面處形成一容置槽（丄3 )以及一狹槽（ 1 1 4 )設於該容置槽（丄丄3 )内側，該狹槽（丄工4 )之槽寬小於該容置槽（丄1 3)之槽寬，並連通該些微 孔（1 1 2 )，該濾網（1 2 )係設於該容置槽（1 1 3 )中之鄰接該狹槽（114)處，該些填充粒（13)為 小圓珠狀顆粒，並填充於該容置槽（i χ 3 )中，該此填 充粒（1 3 )間存在有間隙，該背板（丄4 )係藉由數螺 絲鎖固於該紡絲頭（i）之背面，將容置槽（丄1 3 ) 予以封閉’該背板（i 4)上設有至少一流體入口，由外 側延伸連通至該容置槽（113)，使高分子流體可經由 該背板（1 4 )上之流體入口注入該紡絲帛（丄丄）内邙 ，該流體入口尚可進-步裝設管接頭（1 1 5 )，用以外 吕衾馬電壓產生器在·.. 座王器C 2 0 )係一可外接電源加以升 出電壓之裝置，該高電壓產生器 1 - T * 〇)於其輪出正極端 =正極導線連接該靜電紡絲模組（1Q)《纺絲頭（ ’該輸出負極端接設有—負極導線連接該收集屏（ 1314594 5 0)° 該流體定量輸出裝置（3 0 )係—可連接高分子流體 供應源或預存高分子流體，用以定量輪出高分子流體之裝 置所述之南分子流體可為高分子溶液或高分子熔液，該 流體定量輸出裝置（30)⑤其高分子流體出口處接設至 少-導管連接該靜電纺絲模組（丄〇)背面之管接頭（i 上5)，使該流體定量輸出裝置可將高分子流體以一定的 流量速度注入該靜電紡絲模組（i 〇 )内部。 ，該橫向往復式驅動裝置（40)係-可驅動靜電纺絲 楱組（1 0 )作橫向往復移動之驅動裝置，如第一、三圖 所示之較佳實施例中，該橫向往復式驅動裝置（4 0)係 2一橫向載座馬達（42)以及一凸輪式 :動組件（43)，該橫向载座（41)丨具有一滑槽， 提供該靜電紡賴組（1 〇)可橫向往錢移地置設其上 輪=(42)設於該橫向載…1)之側邊，該凸 =組件（43)包括-傳動輪（“）S於該馬達 )’U軸上，以及—連# ( 4 5 ) :該，（…上，另端連接該靜電紡絲: 2藉以利用馬達⑷）動該傳動輪（44 ， ㈣(44)之連桿帶動該 肝€纺絲模組（1 ◦)於今 復運動。 ㈡於杨向載座"1)上作橫向往 該收集屏（5 0)係-可導電材料製 向立設於該靜電紡輪（1〇)之尖形 1314594 前方，該收集屏（5 〇 )具有作用面（5 i ) 形噴嘴（uu，該收集屏（50)與尖形喷嘴（ιι 1 )間保持預定的間距，且該收集屏（5 Q)藉由負極導 線連接該高電壓產生器（2 0 )之輸出負極端。 該捲取裝置（6 0 )係設於該收集屏（5 〇 )的側邊 ’用以引導可撓性基材（6 5 )沿收集屏（5 〇 )作用面 (5 1 )—端（上端或下端）縱向滑移至另端（下端或上 端）後，再予以捲收者，於本較佳實施例中，該捲取裝置 (6 〇 )包括一基架（6丄）、一基材釋出件（6 2 )、 -產品捲收件（63)以及一驅動組件（64)，該基架 =6 1 )係設於該收集屏（5 Q )之作用面另側，該基材 釋出件（6 2)係可旋轉地設置於該基架（6丄）上方， 提供成捲的基材（6 5 )裝設其上，該產品捲收件（6 3 )係可旋轉地設置於該基架（6丄）下方，提供基材（6 5 ) -端接設其上，該驅動組件（6 4 )係裝設於基架（ 6 1 )上，該驅動組件（6 4 )係包括一馬達、或進一步 包括-減速器連接該馬達，該驅動线（6 4 )之動力輸 端連接《亥產品捲收件（6 3 )’用以驅動產品捲收件（ 63)旋轉捲收基材（65)。 本發明所設計之連續式多孔靜電紡絲設備及其靜電紡 :模纽（1 〇 )應用於靜電紡絲時，如第一、^、四圖所 丁係將可撓性基材（Θ5)預先捲繞於該捲取裝置（6 〇)之基材釋出件（62)上，並令該基材（65)的初 始端繞過該收集屏（50)的作用面（51)，再連接於

10 1314594 該產品捲收件（6 3 )上’使該可撓性基材（6 5 )可 由該捲取裝置（60)之驅動組件（64)酿 4」驅動該產品捲 收件（63)以預定速度旋轉捲收基材（6s) 口 U J ，另一方 面’由該流體定量輸出裝置（3 0)將高分子流體以一定 流量速度注入該靜電紡絲模組（1 〇 )内部，其中. 當該高分子流體自該靜電紡絲模組背面注 巧/土入時，係通

過位於容置槽（1 1 3 )内之該些填充粒（1 3 )間的間 隙以及濾網（1 2 )的縫隙再進入狹槽（1 4 )及微孔

(1 1 2 )，可使高分子流體於靜電紡絲模組（i 〇 )内 部達到穩壓的狀態；另一方面，該靜電紡絲模組（丄〇 ) 連接高電Μ產生器（20)之正極端，收集屏（5〇)連 接叇高電壓產生器（20)之負極端而形成高電壓電場， 此時，當該高分子流體分別自該靜電紡 形嘴嘴"⑴之直列狀數微孔"…二以 時跫到高電壓電場的作用，而被拉伸成帶有（正）靜電之 細微流體（Α)射流離開尖形噴嘴（丄χ丄）射向收集屏 (5 〇 )，其中因該些微孔（1 1 2 )孔徑與微孔（丄工2 )間距適當設計，使帶相同靜電高分子流體（A)自該微 (1 1 2 )射出時，可降低彼此間的靜電相斥作用，且 該帶靜電之細微流體（A)自飛向收集屏（5〇)的過程 中，會受到細化、鞭動、分裂或溶劑揮發等，在到達電場 負極之收集屏（5 0 )之前固化而形成纖維絲（此纖維絲 之線杈可以達到奈米級之尺寸），再沉積於收集屏（5 〇 )側面的基材（6 5)上’並藉由捲取裝置（6 〇)控制 1314594 基材（6 5)的捲收移動速度，以及橫向往復式驅動袭置 (4 ◦)帶動靜電紡絲模組（1 〇 )作橫向往復移動， 使 該基材（6 5 )表面沉積散佈複數纖維絲，而成為纖維不 織布。 ，可透過該捲取裝置（60)控制基材（6 5)之捲收速 度（縱向），以及橫向往復式驅動裝置（4 〇 )控制靜電 紡絲模組（1 〇 )的橫向速度，製造不同基重（“μ— weigth ; g/m2)的不織布，而且透過該橫向往復式驅動裝 置（40)(橫向）以及捲取裝置（6〇)(縱向）之控制， 前述靜電紡絲設備以靜電紡絲手段製造纖維不織布時 )呈直線排列狀數微孔射出之 隹’沉積於基材（65)上的 ’而得到基重均勻分佈奈米級 使自該靜電紡絲模組（1 〇 ) 每一細微流體射流固化之纖維 成形區產生交又覆蓋的效果， 纖維不織布。

面，為一極具產業上利用價值之發明 面，為一 及其靜電紡絲 尚可應用於人 等生醫材料等方 【圖式簡單說明】

12 1314594 之局部俯視平面示意圖。 第四圖所示之多孔靜電紡絲設備較佳實施例之俯視平 面示意圖。 【主要元件符號說明】 (1 1)紡絲頭 (1 1 2 )微孔 (114)狹槽 (1 2 )濾網 (1 4 )背板

(1 0 )靜電紡絲模組 (1 1 1 )尖形喷嘴 (113)容置槽 (115)管接頭 (1 3 )填充粒 (20)高電壓產生器 (3 0 )流體定量輸出裝置 (4 0 )橫向往復式驅動裝置 (41)橫向載座 （42)馬達 (4 3 )凸輪式傳動組件 （4 4 )傳動輪 (4 5 )連桿 (50)收集屏 （51)作用面

(6 0 )捲取裝置 (6 2 )基材釋出件 (6 4 )驅動組件 (61)基架 (6 3 )產品捲收件 (6 5 )基材 13

Claims (1)

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十、申請專利範圍： 1 . 一種靜電紡絲模組，係包括： —紡絲頭’係可導電金屬材料一體成形的塊體，其前 孔:凸伸-長條狀尖形喷嘴’該尖形嘴嘴末端設有複數微 至v A線排歹,J，該纺絲頭於該尖形噴嘴另側之背面 〔成-容置槽、以及—狹槽設於該容置槽内侧連通該些微 孑L J ^慮網，係設於該紡絲頭的容置槽内鄰接該狹槽處； 设數填充粒，係填充於該纺絲頭的容置槽内，相鄰填 充粒間具有間隙；以及 -背板，係可拆組地裝設於紡絲頭背面，封閉該容置 =該背板上設有至少一流體入口，由外側通往内側的容 置槽； 藉此以紡絲頭連接高電壓產生器之輪出正極端，使導 〇紡絲碩中的高分子流體在高電壓電場中被拉伸成帶有靜 =細微流體射流射向連接高電壓產生器之輸出負極端的 收木屏而產生靜電紡絲。 士 2.如中請專利範圍第1項所述之靜電纺絲模組，A 中，該些微孔孔徑大於〇. lmm且小於2mm。 3.如申請專利範圍第2項所述之靜電纺絲模組，其 ，該些微孔分佈之密度為小於等於3〇孔八爪且大於等 於1孔/cm 。 絲r, Π明專利範圍第1至3項任一項所述之靜電紡 、、”、杈、，且，其中，該些填充粒為小圓珠狀顆粒。 14 1314594 續式多孔靜電紡絲設備，係 種 y靜電紡絲模組，其包括-纺絲頭、_滤網、複數填 充^及-背板’該紡絲頭係金屬材料—體成形的塊體， 其則倒凸伸-長條㈣形㈣，該尖形㈣末端設有複數 微孔呈至少一直線排列，該紡絲頭背面形成一容置槽、以 及一狹槽設㈣容置槽内側連通該些微孔，該滤網設於該 纺絲頭的容置槽内鄰接該狹槽處，該些填充粒填充該紡絲 頭的容置槽内’相鄰填充粒間具有㈣，該背板組設於纺 絲頭背面封閉該容置槽’該背板上設有至少一流體入口由 外側通往内側的容置槽； -高電壓產生器，其具有一輸出正極端以及一輸出負 極端’該高電壓產生器之輸出正極端組接導線連接該靜電 纺絲模組之紡絲頭； 首其流體定量輸出裝置’係於其高分子流體出口處組接 ν巨，連接該靜電纺絲模組背板之流體人σ，用以對該靜 φ 電紡絲模組定量輸入高分子流體； 一橫向往復式驅動裝置’係連接該靜電紡絲模組，用 以驅動該靜電紡絲模組作橫向往復運動； 、收集屏以其作用面面向該尖形噴嘴呈縱向立置狀 ’並與該尖形喷嘴間保持預定關距，該收集屏組接導線 連接該高電壓產生器之輪出負極端；以及 捲取裝置’係設於該收集屏側邊，用以引導基材沿 收集屏作用面縱向滑移而予以捲收。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之連續式多孔靜電紡 15 :1314594 ^ ^ 年7月z日修(《)正替換頁 、，糸-備’其中，該些微孔孔徑大於 7 ·如申請專利範圍第6項所述之連續式多孔靜電纺 絲設備’其中，該些微孔分佈之密度小於等於30孔八m 且大於等於1孔/cm。 夕8.如申請專利範圍第5至7項任一項所述之連續式 多孔靜電紡絲設備，其中，該些填充粒為小圓珠狀顆粒。 夕9 .如申請專利範圍第5至7項任一項所述之連續式 多孔靜電紡絲設備，其中’該橫向往復式驅動裝置包括： 一横向載座，其上具有一滑槽，提供該靜電纺絲模組 可橫向往復滑移地置設其上； 馬達’設於該橫向载座側邊；以及 一凸輪式傳動組件，包括一傳動輪設於該馬達之心軸 上，以及一連桿以其一端偏心樞設於該傳動輪上，另端連 接該靜電纺絲模組。 1〇·如申請專利範圍第8項所述之連續式多孔靜電 φ 紡絲設備，其中，該橫向往復式驅動裝置包括： 橫向載座，其上具有一滑槽，提供該靜電紡絲模組 可橫向往復滑移地置設其上； 一馬達，設於該橫向栽座侧邊；以及 一凸輪式傳動組件，包括一傳動輪設於該馬達之心軸 上，以及一連桿以其一端偏心樞設於該傳動輪上，另端連 接該靜電紡絲模組。 L 1 .如申請專利範圍第5至7項任一項所述之連續 式多孔靜電紡絲設備，其中，該捲取裝置包括一基架、一 16 1314594 '' ------ 一 (?年7月厶曰修沒)正替換頁 基材釋出件、—產品捲收件以及一驅動組件，該基架係設 於該收集屏之作用面另側，該基材釋出件可旋轉地設置於 5亥基架上方’提供基材捲繞其上，該產品捲收件可旋轉地 a又置於该基架下方，提供基材一端接設其上，該驅動組件 係裝設於基架上，該驅動組件以其動力輸出端連接該產品 捲收件’用以驅動產品捲收件旋轉捲收基材。 1 2 ·如申請專利範圍第8項所述之連續式多孔靜電 纺絲設備’其中’該捲取裝置包括一基架、一基材釋出件 、一產品捲收件以及一驅動組件，該基架係設於該收集屏 之作用面另側，該基材釋出件可旋轉地設置於該基架上方 ，提供基材捲繞其上，該產品捲收件可旋轉地設置於該基 架下方’提供基材一端接設其上，該驅動組件係裝設於基 架上’該驅動組件包括一馬達連接該產品捲收件，用以驅 動產品捲收件旋轉捲收基材。 十一、圖式：

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