TWI445855B - 無針式熱融電紡設備 - Google Patents

Description

無針式熱融電紡設備

本發明是有關於一種電紡設備，且特別是有關於一種無溶劑型無針式電紡設備。

電紡技術原理主要是利用正負電極間之電場驅動力，克服高分子之電紡液之表面張力與黏度，使電紡液形成纖細的纖維。習知技術中，係由發射電極施加高電壓於高分子之電紡液，帶電之電紡液經過噴嘴(Spinneret)噴出後，因帶同電性而互相排斥，而分散成絲狀，絲狀的電紡液再經由正負電極間之吸引力，牽引至收集器。電紡液中之溶劑揮發後，即可得極細之電紡纖維(Electrostatic spinning Fibers)。

相較於傳統紡絲法，電紡技術所紡出的纖維極細，所織成之布料有較高的孔隙度，表面積較大，因而受到青睞。然而，習知電紡技術中，帶電之電紡液多半是利用噴嘴射出至接收器，由於噴嘴之孔徑極細，使用多次後常會因殘存物造成噴嘴或管路阻塞之情形。且在更換不同種類之電紡液時，須配合清洗管路及噴嘴，因而降低了電紡液之使用範圍。

因此，便出現了採用噴嘴以外之形式進行電紡，以解決噴嘴堵塞的情形。但是，因許多高分子常溫下不易溶解於溶劑中，或是必須使用特殊的溶劑，使得溶劑回收變的困難。同時實驗室級的奈米纖維製造技術已不符合量化生產的要求，溶液電紡製程生產效率低落的問題，亦隨之浮上檯面。因此如何改善電紡裝置設備，提高奈米纖維的製程效率，熔融電紡製程的開發即有其必要性，一方面可以解決溶劑回收的問題，再者因為所使用流體為高分子熔體，在相同操作流量下，纖維生產製程效率可大幅提升。此樣高溫電紡製程需要在高溫的環境下進行電紡作業。

因此本發明的目的就是在提供一種無溶劑型無針式電紡設備，可以使高分子在高溫的環境下進行電紡作業。

依照本發明一實施例，提出一種無針式熱融電紡設備，包含腔體、壓縮氣體源、多孔承載板、加熱裝置、高壓靜電產生器與多孔激發板。腔體具有相對設置之氣流入口與噴發口。壓縮氣體源連接氣流入口。多孔承載板設置於腔體中，多孔承載板具有複數個微孔，高分子材料放置於多孔承載板上。加熱裝置用以加熱高分子材料成為熔體，壓縮氣體源提供之氣體可從微孔進入熔體的高分子材料產生複數個高分子熔體泡。高壓靜電產生器用以使高分子熔體泡帶電。收集機構相對於該腔體設置。多孔激發板設置於多孔承載板上，具有複數個開孔，多孔激發板與高分子熔體泡接觸，使高分子熔體泡破裂形成噴絲，噴絲從開孔噴發向收集機構。

加熱裝置為非接觸式加熱裝置。加熱裝置可為複數個遠紅外線加熱裝置，遠紅外線加熱裝置圍繞腔體。腔體可為導體，高壓靜電產生器連接至腔體。或者，腔體可為絕緣體，高壓靜電產生器通向熔體的高分子材料。無針式熱融電紡設備更包含加溫元件，設置於壓縮氣體源前，以加溫壓縮氣體源所提供之氣體。收集機構可為收集板或是織物。微孔之孔徑可以小於開孔之孔徑。多孔承載板與多孔激發板之材料為導體或非導體。

無針式熱融電紡設備提供了高溫工作環境，有效解決高分子熔體材料難以連續電紡的問題。高壓電可以直接通入高分子熔體泡中，加熱裝置為非接觸式加熱，可以避免加熱裝置因高壓電而受損的情形。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

同時參照第1圖與第2圖，其分別繪示本發明之無針式熱融電紡設備一實施例於實施前後的示意圖。無針式熱融電紡設備100包含有腔體110、壓縮氣體源120、多孔承載板130、加熱裝置140、高壓靜電產生器150、收集機構160與多孔激發板170。腔體110具有相對設置之一氣流入口112以及一噴發口114。壓縮氣體源120連接至氣流入口112。多孔承載板130設置於腔體110之中。收集機構160相對於腔體110設置，尤其是面對腔體110的噴發口114。多孔激發板170設置於多孔承載板130上，與多孔承載板130之間具有一段距離。高分子材料200置放於多孔承載板130上，如第1圖中所示。多孔承載板130上具有複數個微孔132，高分子材料200的粒徑需要大於多孔承載板130上之微孔132孔徑，以避免高分子材料200從微孔132中掉落。微孔132的孔徑可以小於開孔172的孔徑。

加熱裝置140為用以加熱高分子材料200為熔體，如第2圖所示，高分子材料被加熱裝置140加熱成為熔體，壓縮氣體源120提供之氣體從氣流入口112進入腔體110，接著從多孔承載板130上之微孔132進入熔體的高分子材料，而產生多個高分子熔體泡210。高壓靜電產生器150用以使高分子熔體泡210帶電。這些高分子熔體泡210之體積變大而向上發展，多孔激發板170會與這些高分子熔體泡210接觸，使得高分子熔體泡210破裂形成複數個噴絲220，帶有高壓電的噴絲220從多孔激發板170上之開孔172噴發向收集機構160。收集機構160可以為收集板或是織物。多孔承載板130與多孔激發板170之材料可為導體或非導體。

加熱裝置140為非接觸式加熱裝置。加熱裝置140為多個遠紅外線加熱裝置，遠紅外線之加熱裝置140為圍繞腔體110設置。此種非接觸式的加熱方式，可以避免加熱裝置140因高壓電而受損。

壓縮氣體源120所供應之氣體流量與多孔承載板130之微孔132的孔徑可以調整，使氣體均勻分散以控制高分子熔體泡210的生成速率、氣泡尺寸與壓力。多孔激發板170高度以及其上之開孔172的孔徑可以調整，以控制高分子熔體泡210的噴發位置。無針式熱融電紡設備100更選擇性地包含有加溫元件180，加溫元件180設置於壓縮氣體源120前，以加溫壓縮氣體源120所提供之氣體，避免氣體進入腔體110後降低高分子熔體泡210的溫度。

高壓靜電產生器150用以使高分子熔體泡210帶電。當腔體110之材質為導體時，則高壓靜電產生器150可以直接連接至腔體110，使得腔體110以及其內的高分子熔體泡210帶有高壓電。若腔體110的材料為絕緣體，如為耐高溫的陶瓷等材料時，則高壓靜電產生器150可以直接通向熔體的高分子材料200或是高分子熔體泡210，使得高壓電直接施加於熔體的高分子材料200或是高分子熔體泡210上。

由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點。無針式熱融電紡設備提供了高溫工作環境，有效解決高分子熔體材料難以連續電紡的問題。高壓電可以直接通入高分子熔體泡中，加熱裝置為非接觸式加熱，可以避免加熱裝置因高壓電而受損的情形。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．無針式熱融電紡設備

110．．．腔體

112．．．氣流入口

114．．．噴發口

120．．．壓縮氣體源

130．．．多孔承載板

132．．．微孔

140．．．加熱裝置

150．．．高壓靜電產生器

160．．．收集機構

170．．．多孔激發板

172．．．開孔

180．．．加溫元件

200．．．高分子材料

210．．．高分子熔體泡

220．．．噴絲

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

第1圖與第2圖分別繪示本發明之無針式熱融電紡設備一實施例於實施前後的示意圖。

100．．．無針式熱融電紡設備

110．．．腔體

112．．．氣流入口

114．．．噴發口

120．．．壓縮氣體源

130．．．多孔承載板

132．．．微孔

140．．．加熱裝置

150．．．高壓靜電產生器

160．．．收集機構

170．．．多孔激發板

172．．．開孔

180．．．加溫元件

210．．．高分子熔體泡

220．．．噴絲

Claims (10)

1. 一種無針式熱融電紡設備，包含：一腔體，具有相對設置之一氣流入口與一噴發口；一壓縮氣體源，連接該氣流入口；一多孔承載板，設置於該腔體中，具有複數個微孔，一高分子材料為放置於該多孔承載板上；一加熱裝置，用以加熱該高分子材料為熔體，該壓縮氣體源提供之氣體可從該些微孔進入該熔體的高分子材料產生複數個高分子熔體泡；一高壓靜電產生器，用以使該些高分子熔體泡帶電；一收集機構，相對於該腔體設置；以及一多孔激發板，設置於該多孔承載板上，具有複數個開孔，該多孔激發板與該些高分子熔體泡接觸，使該些高分子熔體泡破裂形成複數個噴絲，該些噴絲從該些開孔噴發向該收集機構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無針式熱融電紡設備，其中該加熱裝置為非接觸式加熱裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無針式熱融電紡設備，其中該加熱裝置為複數個遠紅外線加熱裝置，該些遠紅外線加熱裝置圍繞該腔體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無針式熱融電紡設備，其中該腔體為導體，該高壓靜電產生器連接至該腔體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無針式熱融電紡設備，其中該腔體為絕緣體，該高壓靜電產生器通向該熔體的高分子材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無針式熱融電紡設備，更包含一加溫元件，設置於該壓縮氣體源前，以加溫該壓縮氣體源所提供之氣體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無針式熱融電紡設備，其中該收集機構包含一收集板。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無針式熱融電紡設備，其中該收集機構為一織物。
9. 如申請專利範圍第1項所述之無針式熱融電紡設備，其中該些微孔之孔徑小於該些開孔之孔徑。
10. 如申請專利範圍第1項所述之無針式熱融電紡設備，其中該多孔承載板與該多孔激發板之材料為導體或非導體。