WO2023120882A1 - Electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers - Google Patents

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WO2023120882A1
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nanofibers
nanofiber
unit
nozzle
polymer solution
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PCT/KR2022/014295
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Korean (ko)
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이재창
명수완
이학용
박재희
김진경
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한국화학연구원
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like

Definitions

  • the production of nanofibers uses an electric field instead of high pressure, which can be referred to as an electrospinning method.
  • an electric field instead of high pressure
  • a high-voltage electric field is applied to a polymer, which is a raw material, electrical repulsion occurs inside the polymer, causing it to be split into nano-sized particles.
  • a general electrospinning apparatus includes a syringe pump capable of pushing out a precursor having a liquid phase viscosity, a DC high voltage generator, a needle for pulling out nanofibers, and It may consist of a grounded lower substrate.
  • the fiber shape of the nanofiber can be varied, and the main process variables are the solution characteristics (concentration, viscosity, surface tension), the distance from the end of the capillary to the current collector, the strength of the electric field, the radiation time, the radiation environment, etc. There may be, and by adjusting these process parameters to produce various types of nanofibers, it can be applied to various industrial fields.
  • the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers includes a polymer solution dispensing means provided with an internal space for accommodating a polymer solution, one or more polymer solution distributing means, and one end of which is provided in the internal space.
  • the Taylor cone forming unit is formed so that a large cross-sectional area of the bowl is directed in the direction in which nanofibers are spun, and when the polymer solution contained in the bowl of the Taylor cone forming unit is spun into nanofibers, the Taylor cone forming unit It is characterized in that the amount of the polymer solution contained in is maintained at a predetermined amount.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a nozzle unit in an electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
  • the polymer solution supply means 100 can be divided into a polymer solution tank 120 and a syringe pump 110, and the polymer solution tank 120
  • the stored polymer solution may be supplied to the polymer solution dispensing means 200 with the pump pressure of the silage pump.
  • the polymer solution distribution pipe 230 may be provided to connect only an area where the nozzle unit 300 is provided. That is, the location where the polymer solution distribution pipe 230 is provided may be changed according to the area where the nozzle unit 300 is provided.
  • the Taylor cone forming unit 320 may be formed such that a bowl-shaped portion with a large cross-sectional area faces a direction in which nanofibers are spun.
  • a rotating hinge member capable of adjusting a nozzle angle by having a rotating hinge provided at one end of the nozzle unit 300 may be provided.
  • the nozzle fastening unit 340 may be provided at a lower end of the nozzle unit 300 so that the nozzle unit 300 and the polymer solution distributing unit 200 are fastened.
  • the nozzle unit 300 includes a syringe pump 110 (syringe pump), a DC high voltage generator 510 (power supply), and a needle for extracting nanofibers as shown in FIG. ) and other electrospinning devices including a grounded lower substrate.
  • An example of the electric field control means 520 may include a height adjusting member for adjusting the separation distance between the nanofiber guide part 400 and the nozzle part 300 .
  • the aligned nanofiber bundles are additionally transported, and the nanofiber bundles are twisted with each other. It may function to form a nanofiber yarn to be created.
  • the spiral fluid flow generating member 620 includes a screw thread 621 and a screw bone ( 622) can be distinguished. That is, a helical fluid flow is generated along the screw thread 621 and the screw bone 622, and nanofiber bundles are twisted along the fluid flow to generate nanofiber yarns.
  • the conveying pipe scale adjusting unit 630 may include a conveying pipe length adjusting member 632 , a conveying pipe diameter adjusting member 632 , and a screw thread adjusting member 632 .
  • Nanofiber yarns can be used in the form of yarns or woven in all fields of industry that require the characteristics of nanofibers, such as a large surface area to volume ratio, high porosity, and selective permeation control.
  • the high-speed delivery unit 700 includes a delivery port 710, a high-pressure delivery means 720, and fluid direction setting as shown in FIGS. 3, 7, and 8 Means 730 may be included.
  • the high pressure sending unit 720 may include a compressor and a pressure fine adjustment unit 721.
  • the nanofiber induction unit 400 or the nanofiber transfer unit 600 is the first transfer unit, the nanofibers, before the nanofibers pass through the negative pressure chamber 731 based on the position where the negative pressure chamber 731 is coupled. After passing through the negative pressure chamber 731, it may be classified as a second transfer part.
  • the adapter 732 is connected to the adapter 732 installed inside the negative pressure chamber 731 when the high pressure supplied from the high pressure sending unit 720 is transferred along the pressure transfer pipe 733. It is possible to set the direction of high-pressure transmission in the direction in which the nanofibers are transported.
  • the direction in which the pressure transfer pipe 733 is directly inserted into the negative pressure chamber 731 and the direction in which the nanofibers are transferred It may be provided to be discharged as.
  • the high-pressure fluid may pass through the adapter 732 or the pressure transfer pipe 733 and pass through the second outlet 712 .
  • negative pressure is formed in the negative pressure chamber 731 and nanofibers or nanofiber yarns can be transferred at an increased speed through the first delivery port 711 .
  • the high-speed transmission unit 700 as described above, not only are the plurality of strands of nanofibers spun from the plurality of nozzles aligned, but high-speed movement is induced by negative pressure through the high-pressure transmission, thereby mass-producing nanofiber bundles or nanofiber yarns. can promote
  • the first conveying pipe 610 and the second conveying pipe 610 have different scales by the conveying pipe scale adjusting means 630 ( 610) may be set.
  • the temperature/pressure control means 800 is a means for controlling the temperature or pressure environment in the process of transporting the nanofibers or nanofiber yarns.
  • the air blowing direction can be controlled by adjusting the angle of the air delivery unit (not shown) provided in the air curtain generating unit 820, and the intensity of the air pressure to be injected can be controlled by the pressure fine adjustment unit 721.
  • the air curtain can affect the radial direction of the nanofibers generated by the Taylorcon jet, and has the effect of promoting the solidification of the nanofibers while playing a primary role in volatilizing the residual solvent of the generated nanofibers.
  • the nanofiber collecting unit 900 is configured to finally collect the nanofibers or nanofiber yarns passing through the nanofiber transfer unit 600 .
  • the technical idea of the present invention is to provide an electrospinning device for mass production of aligned nanofibers, and each of the above-described embodiments with reference to the drawings is only one embodiment, a true right of the present invention.
  • the scope should be determined by the claims set forth in the claims.

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Abstract

An electrospinning apparatus for the mass production of aligned nanofibers according to the present invention stably mass produces aligned nonwoven fabrics that are improved compared to existing non-aligned nanofibers such as nonwoven fabrics.

Description

정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치Electrospinning Apparatus for Mass Production of Aligned Nanofibers
본 발명은 나노섬유 전기방사장치에 관한 것으로 폴리머 용액에 고전압을 인가하면 노즐을 통해 나노섬유가 전기방사되고, 방사된 나노섬유를 포집하여 다양한 산업에 활용될 수 있는 나노섬유를 생산하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nanofiber electrospinning device, and relates to a device for producing nanofibers that can be used in various industries by electrospinning nanofibers through a nozzle when a high voltage is applied to a polymer solution and collecting the spun nanofibers. will be.
자세하게는, 나노섬유를 대량 생산하되 나노섬유의 이동 방향으로 정렬 또는 배향된 형태로 생산하기 위한 장치이다.Specifically, it is an apparatus for mass-producing nanofibers in an aligned or oriented form in the direction of movement of the nanofibers.
보통의 섬유는 긴 실을 만들기 위해 섬유질에 열과 압력을 가하여 0.1mm에서 수 mm의 노즐을 통과시키는 방식으로 생산된다.Ordinary fibers are produced by applying heat and pressure to fibers to make long threads and passing them through nozzles of 0.1 mm to several mm.
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.On the other hand, the production of nanofibers uses an electric field instead of high pressure, which can be referred to as an electrospinning method. When a high-voltage electric field is applied to a polymer, which is a raw material, electrical repulsion occurs inside the polymer, causing it to be split into nano-sized particles.
이러한 전기방사 방식은 나노구조 소재를 효율적이면서도 저렴한 비용으로 구현할 수 있는 실용적인 기술로 인식되어 오고 있다.This electrospinning method has been recognized as a practical technology capable of implementing nanostructured materials efficiently and at low cost.
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.As shown in FIG. 1, a general electrospinning apparatus includes a syringe pump capable of pushing out a precursor having a liquid phase viscosity, a DC high voltage generator, a needle for pulling out nanofibers, and It may consist of a grounded lower substrate.
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.The pressure of the syringe pump distributes the polymer solution to the end of the capillary tube, such as a vertically or horizontally positioned needle, and the polymer solution forms a hemispherical droplet suspended in equilibrium between gravity, surface tension, and syringe pump pressure.
전기장이 부여될 때 반구형 방울 표면에 전하 또는 쌍극자 배향이 공기층과 용액의 계면에 유도되고, 전하 또는 쌍극자 반발로 표면장력과 반대되는 힘을 발생시킨다.When an electric field is applied, a charge or dipole orientation is induced on the surface of the hemispherical droplet at the interface between the air layer and the solution, and a force opposite to the surface tension is generated by charge or dipole repulsion.
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.As shown in FIG. 2, the hemispherical surface is elongated into a conical shape known as Taylor Cone, and as the electrostatic force overcomes the surface tension at a certain critical electric field strength, a jet of the charged polymer solution is formed at the tip of the Taylor cone. is emitted from
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. When such a jet is a solution having a predetermined viscosity, the solvent is evaporated as the jet flies toward the substrate without collapsing and the solvent is evaporated, and the charged polymer continuous phase fibers are accumulated on the current collector plate.
즉, 나노섬유는 일반적인 섬유와 달리 별도의 직물 처리 과정이 없이 복수 가닥의 나노섬유가 상호간에 얽힘으로서 직물을 형성하게 된다.That is, nanofibers, unlike general fibers, form a fabric by intertwining multiple strands of nanofibers without a separate fabric treatment process.
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.In this electrospinning method, the fiber shape of the nanofiber can be varied, and the main process variables are the solution characteristics (concentration, viscosity, surface tension), the distance from the end of the capillary to the current collector, the strength of the electric field, the radiation time, the radiation environment, etc. There may be, and by adjusting these process parameters to produce various types of nanofibers, it can be applied to various industrial fields.
다만, 종래의 나노섬유 전기방사 장치의 경우에는 집전판에 하전된 고분자 연속상 섬유가 쌓이는 방식으로 부직포 형태의 나노섬유가 포집 및 생산되며, 이러한 형태의 나노섬유 역시 그 활용 분야가 매우 다양하나 강도 등의 물리적 특성을 향상시키는 것에 한계가 있다.However, in the case of a conventional nanofiber electrospinning device, nanofibers in the form of non-woven fabric are collected and produced in a manner in which charged polymer continuous phase fibers are stacked on a current collector plate, and these types of nanofibers also have a wide variety of applications, but strength There is a limit to improving the physical properties of the back.
즉, 기존에 부직포 형태의 나노섬유에서 보통의 섬유와 같은 정렬된 형태의 나노섬유로의 개선요구가 있어왔고, 나아가 이러한 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 통해서 나노섬유의 산업상의 활용 가치를 더욱 높이고자 하는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.That is, there has been a demand for improvement from non-woven nanofibers to aligned nanofibers such as ordinary fibers, and furthermore, the industrial use value of nanofibers is further enhanced through mass production of these aligned nanofibers. Research is ongoing.
또한, 종래의 전기방사장치는 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.In addition, the conventional electrospinning apparatus is provided so that the direction of the needle or nozzle is directed in the direction of gravity (hereinafter referred to as "downward spinning method") to form a Taylor cone using the balance of forces such as viscosity, surface tension, and gravity taking a method
하향 방사 방식의 경우 중력에 의해서 나노섬유가 하향 이동 및 집전판에 포집되므로 별도의 외력이 요구되지 않는다는 장점이 있다.In the case of the downward spinning method, since the nanofibers move downward by gravity and are collected in the current collector plate, there is an advantage in that no external force is required.
다만, 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.However, one of the important issues in nanofiber electrospinning is the volatilization or removal of the remaining solvent, and in the case of the downward spinning method, it is difficult to secure sufficient time for the remaining solvent to volatilize while the nanofiber moves downward.
즉, 용매가 축적되어 형성된 방울 형태의 액적도 중력에 의해서 탈락될 우려가 있으며, 이러한 액적이 탈락되며 나노섬유 적층체에 충돌한다면 나노섬유에 심각한 데미지를 입힐 수 있다.That is, droplets formed by accumulation of solvent may also be dropped due to gravity, and if these droplets are dropped and collide with the nanofiber laminate, serious damage may be caused to the nanofibers.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 상술한 바와 같이 도출된 문제점을 해결하는 것으로서, 기존의 부직포와 같은 무정렬 형태의 나노섬유를 개선하여 정렬된 형태의 나노섬유를 안정적으로 대량 생산하는 장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved in the present invention is to solve the problems derived as described above, to provide a device for stably mass-producing aligned nanofibers by improving non-aligned nanofibers such as existing nonwoven fabrics will be.
본 발명에 따른 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 및 방사된 나노섬유를 포집하는 나노섬유 포집 수단을 포함하며,The electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention includes a polymer solution dispensing means provided with an internal space for accommodating a polymer solution, one or more polymer solution distributing means, and one end of which is provided in the internal space. In communication with, the nozzle part through which the nanofibers are spun through the other end, installed to form a predetermined separation distance in the radial direction in which the nanofibers are spun from the nozzle part and electrically grounded so that the nanofibers spun from the nozzle part A nanofiber guiding unit for approaching, a high voltage providing unit for generating a potential difference so that the polymer solution accommodated in the polymer solution distributing unit is formed into spinnable nanofibers, a nanofiber transfer unit for transporting the nanofibers approaching the nanofiber guiding unit, and It includes a nanofiber collecting means for collecting the spun nanofibers,
상기 노즐부에서 방사되는 나노섬유의 방사방향이 중력 반대방향을 포함하도록 구비되어, 상기 고전압 제공 수단에 전원이 인가되면 상기 노즐부에서 나노섬유가 방사되고, 방사된 나노섬유는 상기 나노섬유 유도부를 향해 상향 이송되는 것을 특징으로 한다.The radiation direction of the nanofibers emitted from the nozzle unit is provided to include the opposite direction of gravity, so that when power is applied to the high voltage providing unit, the nanofibers are spun from the nozzle unit, and the nanofibers are spun from the nanofiber guide unit. It is characterized in that it is transported upward toward.
또한, 상기 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간에는 상기 노즐부가 구비되는 영역을 연결하여 폴리머 용액이 상기 노즐부로 공급되는 통로인 폴리머 용액 분배관이 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, a polymer solution distribution pipe, which is a passage through which the polymer solution is supplied to the nozzle part by connecting the area where the nozzle part is provided, is provided in the inner space of the polymer solution distribution means.
그리고, 상기 나노섬유 유도부는 나노섬유가 이송되는 방향으로 갈수록 직경이 작아지는 관 형상으로 형성되어, 하나 이상의 상기 노즐부로부터 방사된 나노섬유가 상기 나노섬유 유도부를 통과하면서 상기 나노섬유 유도부의 관 중앙을 향해 유도되는 나노섬유 다발로 형성되는 특징으로 한다.In addition, the nanofiber guide part is formed in a tubular shape, the diameter of which decreases as the nanofiber is transported, so that the nanofibers emitted from one or more of the nozzles pass through the nanofiber guide part, and the center of the tube of the nanofiber guide part It is characterized in that it is formed as a bundle of nanofibers directed toward.
또한, 상기 노즐부는 일측 단부가 상기 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간과 연통되는 노즐관, 상기 노즐관의 타측 단부에 사발 형상으로 구비되어 폴리머 용액이 테일러 콘으로 형성되는 테일러콘 형성 수단을 포함하고,In addition, the nozzle unit includes a nozzle tube having one end in communication with the inner space of the polymer solution distributing means, and a Taylor cone forming means provided in a bowl shape at the other end of the nozzle tube so that the polymer solution is formed into a Taylor cone,
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.The Taylor cone forming unit is formed so that a large cross-sectional area of the bowl is directed in the direction in which nanofibers are spun, and when the polymer solution contained in the bowl of the Taylor cone forming unit is spun into nanofibers, the Taylor cone forming unit It is characterized in that the amount of the polymer solution contained in is maintained at a predetermined amount.
그리고, 상기 노즐관은 소정의 단면적을 갖도록 형성되고, 일측 단부가 상기 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간과 연통되는 제1 노즐관, 일측 단부가 상기 제1 노즐관의 타측 단부와 연결되고 타측 단부가 상기 테일러콘 형성 수단과 연통되며 상기 제1 노즐관의 단면적 보다 작은 단면적을 갖도록 형성되는 제2 노즐관으로 구분되는 것을 특징으로 한다.In addition, the nozzle pipe is formed to have a predetermined cross-sectional area, and one end of the first nozzle pipe communicates with the inner space of the polymer solution dispensing means, one end is connected to the other end of the first nozzle pipe, and the other end is It is characterized in that it is divided into a second nozzle tube that communicates with the Taylor cone forming means and is formed to have a cross-sectional area smaller than that of the first nozzle tube.
또한, 상기 나노섬유 전기방사 제조장치는 상기 나노섬유 유도부 또는 나노섬유 이송부의 일측에 구비되어, 나노섬유의 이송 방향을 향해 고압의 유체를 송출하는 고속송출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the nanofiber electrospinning apparatus may further include a high-speed delivery unit provided on one side of the nanofiber induction unit or the nanofiber transfer unit and sending a high-pressure fluid toward the transfer direction of the nanofibers.
본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 기존의 부직포 형태의 나노섬유를 개선하여 정렬된 형태의 나노섬유를 대량 생산하는 효과가 있다.The electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention has an effect of mass-producing aligned nanofibers by improving existing nonwoven nanofibers.
또한, 노즐부에서 방사되는 나노섬유의 방사방향이 중력 반대방향을 포함하도록 구비되어 나노섬유가 나노섬유 유도부를 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.In addition, the radial direction of the nanofibers emitted from the nozzle unit is provided to include the opposite direction of gravity, so that the nanofibers are transported upward toward the nanofiber guide unit, so that sufficient time for volatilization or removal of the remaining solvent can be secured, , it is possible to prevent droplet dropping phenomenon in the form of droplets.
그리고, 나노섬유가 상향 이송되면서 신장되어 나노섬유의 물성을 향상시키고, 일 방향 정렬되면서 포집되어 나노섬유의 활용 가치를 높일 수 있다.In addition, the nanofibers are elongated while being transported upward to improve the physical properties of the nanofibers, and are collected while being aligned in one direction, thereby increasing the utilization value of the nanofibers.
한편, 복수 개의 노즐에서 방사되는 복수 가닥의 나노섬유가 정렬될 뿐만 아니라, 고압 송출로 음압에 의한 고속 이동이 유발되어 나노섬유의 대량 생산을 도모할 수 있다.Meanwhile, a plurality of strands of nanofibers emitted from a plurality of nozzles are not only aligned, but high-speed movement is induced by negative pressure through high-pressure transmission, so that mass production of nanofibers can be promoted.
나아가, 고압 송출에 의해 나노섬유에 잔존하는 용매가 휘발 또는 제거될 수 있도록 하는 효과가 있다.Furthermore, there is an effect of allowing the solvent remaining in the nanofibers to be volatilized or removed by high-pressure sending.
도 1은 나노섬유 제조를 위한 전기방사 장치의 기본 모식도이다.1 is a basic schematic diagram of an electrospinning apparatus for producing nanofibers.
도 2는 임계 전기장 세기에서의 테일러 콘(Taylor cone) 및 테일러 콘으로부터 방출되는 제트(Jet)를 나타낸 것이다.2 shows a Taylor cone at a critical electric field strength and a jet emitted from the Taylor cone.
도 3은 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of an electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간에 구비된 폴리머 용액 분배관의 일 실시 예를 나타낸 것이다.Figure 4 shows an embodiment of a polymer solution distribution pipe provided in the inner space of the polymer solution distribution means in the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 나노섬유 유도부의 일 실시 예를 측면에서 나타낸 것이다.5 is a side view of an embodiment of a nanofiber guide unit in an electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 노즐부의 일 실시 예를 나타낸 것이다.6 shows an embodiment of a nozzle unit in an electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 고속송출부의 일 실시 예를 나타낸 것이다.7 shows an embodiment of a high-speed transmission unit in the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 고속송출부에 구비되는 송출구의 일 실시 예를 나타낸 것이다.8 shows an embodiment of a delivery port provided in a high-speed delivery unit in the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
도 9은 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 나노섬유 이송부의 일 실시 예를 나타낸 것이다.9 shows an embodiment of a nanofiber transfer unit in an electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
도 10는 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치에서 에어커튼 생성 수단의 일 실시 예를 나타낸 것이다.10 shows an embodiment of an air curtain generating means in the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, an electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 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.As shown in FIG. 3, the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention includes a polymer solution supply unit 100, a polymer solution distribution unit 200, a nozzle unit 300, a nanofiber guide unit ( 400), a high voltage supply unit 500, a nanofiber transfer unit 600, a high-speed transmission unit 700, a temperature/pressure control unit 800, and a nanofiber collection unit 900.
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.First, the polymer solution supply unit 100 may function to store a polymer solution or the like and supply the stored polymer solution to the polymer solution distribution unit 200 .
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.As an example of the polymer solution supply means 100, the polymer solution supply means 100 can be divided into a polymer solution tank 120 and a syringe pump 110, and the polymer solution tank 120 The stored polymer solution may be supplied to the polymer solution dispensing means 200 with the pump pressure of the silage pump.
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.Next, the polymer solution dispensing unit 200 receives the polymer solution from the polymer solution supply unit 100 and distributes the polymer solution to a plurality of nozzle units 300 provided in the polymer solution supply unit 100. function can be
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.The nozzle part 300 receives the polymer solution from the polymer solution dispensing means 200, and the distributed polymer solution may be pushed up to one end of the nozzle part 300 by the pressure of the syringe pump 110. The polymer solution is formed into a Taylor cone at one end of the nozzle unit 300, and is spun in the form of nanofibers by electrical force from the Taylor cone.
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.3 and 4 as an example of the polymer solution distributing means 200, the polymer solution distributing means 200 includes an electrode plate 210 having an inner space 220, the inner space 220 It may include a polymer solution distribution pipe 230 provided in).
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.The electrode plate 210 is a plate-shaped body in which one side communicates with the polymer solution supply means 100, and in a preferred embodiment, it may be a cylindrical shape in which an internal space 220 is formed. However, the shape of the electrode plate 210 is not limited to a cylindrical shape, and may be provided with electrode plates 210 of various shapes.
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.The nozzle unit 300 may be directly connected to the inner space 220 formed in the electrode plate 210, and may receive a polymer solution accommodated in the inner space 220 to emit nanofibers.
도 4는 상기 폴리머 용액 공급 수단(100)의 단면도로서, 상기 내부공간(220)에 구비된 폴리머 용액 분배관(230)이 나타나도록 한 것이다.4 is a cross-sectional view of the polymer solution supply means 100, showing the polymer solution distribution pipe 230 provided in the inner space 220.
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.As shown in FIG. 4 , the polymer solution distribution pipe 230 may be provided to connect only an area where the nozzle unit 300 is provided. That is, the location where the polymer solution distribution pipe 230 is provided may be changed according to the area where the nozzle unit 300 is provided.
이를 통해, 폴리머 용액을 복수 개의 상기 노즐부(300)로 상호간에 동일한 압력으로 공급하는 데 도움을 주는 기능을 할 수 있다.Through this, a function of helping to supply the polymer solution to the plurality of nozzle parts 300 at the same pressure can be performed.
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.As an example of the polymer solution distribution pipe 230, the polymer solution distribution pipe 230 may be divided into an edge distribution pipe 231 and a cross distribution pipe 232. The edge distribution pipe 231 is provided along the circumference of the electrode plate 210, and one or more cross distribution pipes 232 cross the edge distribution pipe 231, and may be provided.
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.As an embodiment of the polymer solution distribution pipe 230 as described above, the polymer solution distribution pipe 230 may be provided only in an area where the nozzle unit 300 is provided.
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.Therefore, the nozzle part 300 provided in a symmetrical arrangement on the edge distribution pipe 231, the nozzle part 300 provided in a symmetrical arrangement on the cross distribution pipe 232, and the plurality of cross distribution pipes 232 The nozzle units 300 provided at intersections are provided at set arrangement positions so that a plurality of strands of nanofibers can be respectively spun from each nozzle unit 300 .
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.That is, the polymer solution distribution pipe 230 and the nozzle so that the plurality of nanofibers are radiated from the set arrangement position of each nozzle unit 300 so that the plurality of nanofibers are formed into one uniform nanofiber bundle. The unit 300 may be provided.
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.Next, as shown in FIG. 6 as an example of the nozzle unit 300, the nozzle unit 300 includes a nozzle body 310, a nozzle tube 330, a Taylor cone forming unit 320, and a nozzle tube. 330 and a nozzle fastening means 340 may be included.
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.As shown in FIG. 6 , the nozzle unit 300 is integrally provided in the nozzle body 310 . The nozzle body 310 may be provided as a cylinder with both sides open.
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.The nozzle pipe 330 is provided inside the nozzle body 310, and one end communicates with the inner space 220 of the polymer solution distribution unit 200 or the polymer solution distribution pipe 230.
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.As an example of the nozzle pipe 330, it may be divided into a first nozzle pipe 331 and a second nozzle pipe 332. The first nozzle pipe 331 is formed to have a predetermined cross-sectional area, and one end communicates with the inner space 220 of the polymer solution distribution means 200 or the polymer solution distribution pipe 230 .
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.The second nozzle pipe 332 has one end connected to the other end of the first nozzle pipe 331 and the other end communicates with the Taylor cone forming means 320, and the cross-sectional area of the first nozzle pipe 331 It is formed to have a smaller cross-sectional area.
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.As described above, the nozzle pipe 330 may be divided into a plurality of nozzle pipes 330 having a small cross-sectional area, and the polymer solution flows from the first nozzle pipe 331 to the second nozzle pipe 332. Shearing force is formed while passing through, so that the radioactivity is maximized.
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.In the case of a polymer melt (non-Newtonian fluid), the polymer chain is arranged in the shear direction at a high shear rate, so it shows a strong shear thinning phenomenon. Therefore, since the viscosity of the polymer melt decreases as the shear rate increases, spinnability can be maximized by dividing the nozzle tube 330 into a plurality of nozzle tubes 330 having smaller cross-sectional areas, as described above.
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.The Taylor cone forming unit 320 is provided at the end of the nozzle body 310 and is provided in a bowl shape at the end of the nozzle pipe 330 so that the polymer solution is formed in the Taylor cone at the Taylor cone forming unit 320. can be formed
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.As an example of the Taylor cone forming unit 320, the Taylor cone forming unit 320 may be formed such that a bowl-shaped portion with a large cross-sectional area faces a direction in which nanofibers are spun.
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.When the polymer solution accommodated in the bowl of the Taylor cone forming unit 320 is spun into nanofibers, the amount of the polymer solution accommodated in the Taylor cone forming unit 320 is maintained at a predetermined amount.
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.That is, when nanofibers are generated, the amount of polymer solution tends to decrease rapidly, which can be an obstacle to continuous production of nanofibers. It is formed in a "bowl shape" to prevent the amount of polymer solution from rapidly decreasing when nanofibers are generated, and has an effect of continuously maintaining the jet generated from the taylor cone.
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.As another embodiment of the nozzle unit 300, a rotating hinge member capable of adjusting a nozzle angle by having a rotating hinge provided at one end of the nozzle unit 300 may be provided.
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.The nozzle fastening unit 340 may be provided at a lower end of the nozzle unit 300 so that the nozzle unit 300 and the polymer solution distributing unit 200 are fastened.
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.On the other hand, the nozzle unit 300 according to the present invention includes a syringe pump 110 (syringe pump), a DC high voltage generator 510 (power supply), and a needle for extracting nanofibers as shown in FIG. ) and other electrospinning devices including a grounded lower substrate.
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.Next, the nanofiber guide part 400 functions as a grounded lower substrate. When nanofibers are spun from the nozzle part 300, the nanofibers are spun toward the nanofiber guide part 400 by electric force. approach
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.In addition, a high voltage supply unit 500 is provided to generate a potential difference so that the polymer solution accommodated in the polymer solution distribution unit 200 is formed into spinnable nanofibers.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 나노섬유 유도부(400)는 상기 노즐부(300)로부터 나노섬유가 방사되는 방사방향으로 소정의 이격거리를 형성하도록 설치된다. As shown in FIG. 3 , the nanofiber guide part 400 is installed to form a predetermined separation distance in a radial direction in which nanofibers are emitted from the nozzle part 300 .
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.Here, since the radiation direction of the nanofibers emitted from the nozzle part 300 is provided to include the opposite direction of gravity, the nanofiber guide part 400 forms a predetermined distance upward from the nozzle part 300, can be installed
즉, 상기 노즐부(300)로부터 방사된 나노섬유는 소정의 이격거리를 형성하도록 설치된 상기 나노섬유 유도부(400)를 향해 전기적 힘에 의해 접근된다.That is, the nanofibers spun from the nozzle part 300 are approached by electric force towards the nanofiber guide part 400 installed to form a predetermined separation distance.
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.Also, as an example of the high voltage providing unit 500 , the voltage providing unit may include a high voltage generator 510 and an electric field adjusting unit 520 .
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.An example of the electric field control means 520 may include a height adjusting member for adjusting the separation distance between the nanofiber guide part 400 and the nozzle part 300 .
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.The height adjusting member is divided into a first height adjusting member and a second height adjusting member, the height is primarily adjusted through the first height adjusting member, and the height is secondarily finely adjusted through the second height member. intensity can be adjusted.
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.In addition, when the separation distance between the nanofiber guide part 400 and the nozzle part 300 increases, after nanofibers are spun from the nozzle part 300, nanofibers move from the nozzle part 300 to the nanofiber guide part. Since the time to approach 400 increases, it is possible to secure the time for volatilization or removal of the solvent remaining in the nanofibers.
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. As an embodiment of the nanofiber induction unit 400, the nanofiber induction unit 400 may be formed in a tubular shape as shown in FIGS. 3 and 5, and the diameter of the tube increases in the direction in which the nanofibers are transported. It can be formed to be small.
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.In an embodiment of the nanofiber induction unit 400, the diameter of the tubular shape is reduced, so that when fluid passes through the tube, the flow of the fluid may be formed toward the center of the tube along the tubular shape.
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.Therefore, when the nanofibers emitted from one or more of the nozzle parts 300 pass through the nanofiber guide part 400, the nanofibers are guided toward the center of the tube of the nanofiber guide part 400, and the plurality of nanofiber strands It can be formed as a bundle of nanofibers in an aligned form.
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.In addition, since the nanofibers simultaneously spun from the plurality of nozzle units 300 are guided to be centrally aligned along the tubular shape of the nanofiber guide unit 400, mass production of aligned nanofibers can be promoted. .
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.In one embodiment of the nanofiber induction part 400, the nanofiber induction part 400 may be divided into an induction part inlet 410, an induction part outlet 420, an induction part inclined surface 430, and an induction part fastening means 440. .
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.The area of the induction part inlet 410 is larger than the area of the induction part outlet 420, and the induction part inlet 410 and the induction part outlet 420 are connected by the inclined surface 430 of the induction part to form a funnel. It is possible to configure the nanofiber induction unit 400 of.
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.Here, the size of the area of the inlet 410 of the induction unit is such that all the nanofibers emitted from the nozzle unit 300 are formed in the nanofiber induction unit 400 by the electric force formed in the nanofiber induction unit 400 or the nanofibers. It is preferable to be formed in a size that can be transferred to the inside of the induction part 400.
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.As an example of the size of the area of the inlet of the induction part 410, the cross-sectional area formed by the extension line connecting the ends of the plurality of nozzle parts 300 may be smaller than the cross-sectional area of the inlet of the induction part 410. .
본 발명에 따른 나노섬유 전기방사 제조장치에서, 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.In the nanofiber electrospinning apparatus according to the present invention, when power is applied to the high voltage supply unit 500, nanofibers are spun from the nozzle unit 300, and the nanofibers are spun through the nanofiber guide unit 400. It has a characteristic of being transported upward.
상술한 바와 같은 구성을 통해서 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 기존의 부직포 형태의 나노섬유를 개선하여 정렬된 형태의 나노섬유를 대량 생산하는 효과가 있다.Through the configuration as described above, the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention has an effect of mass-producing aligned nanofibers by improving existing nonwoven nanofibers.
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.In addition, the radiation direction of the nanofibers emitted from the nozzle unit 300 is provided to include the opposite direction of gravity so that the nanofibers are transported upward toward the nanofiber guide unit 400, so that the residual solvent can be volatilized or removed for sufficient time. This can be ensured, and the phenomenon of dropping droplets in the form of droplets can be prevented.
그리고, 나노섬유가 상향 이송되면서 신장되어 나노섬유의 물성을 향상시킬 있고, 나노섬유가 일 방향으로 정렬되면서 포집되어 대량생산된 나노섬유의 활용 가치를 높일 수 있다.In addition, the nanofibers can be elongated while being transported upward to improve the physical properties of the nanofibers, and the nanofibers can be collected while being aligned in one direction to increase the utilization value of the mass-produced nanofibers.
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.Next, as the nanofiber transfer unit 600 approaches the nanofiber guide unit 400 or passes through the nanofiber guide unit 400, the aligned nanofiber bundles are additionally transported, and the nanofiber bundles are twisted with each other. It may function to form a nanofiber yarn to be created.
상기 나노섬유 이송부(600)의 일 실시 예로서, 도 3 및 도 9을 참조하면 상기 나노섬유 이송부(600)는 이송관(610), 나선형 유체 흐름 생성 부재(620), 이송관 스케일 조절 수단(630)을 포함할 수 있다.As an example of the nanofiber transfer unit 600, referring to FIGS. 3 and 9, the nanofiber transfer unit 600 includes a transport pipe 610, a spiral fluid flow generating member 620, and a transport pipe scale control unit ( 630) may be included.
상기 이송관(610)은 상기 나노섬유 유도부(400)로 접근되거나 상기 나노섬유 유도부(400)를 통과한 정렬된 나노섬유 다발이 추가로 이송되는 관체이다.The transfer pipe 610 is a tube through which aligned nanofiber bundles approaching the nanofiber guide unit 400 or passing through the nanofiber guide unit 400 are additionally transported.
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.The transport pipe 610 is provided with a spiral fluid flow generating member 620 formed along the transport direction of the nanofiber bundle to form a spiral flow of the fluid passing through the transport pipe 610 .
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.As an embodiment of the spiral fluid flow generating member 620, the spiral fluid flow generating member 620 includes a screw thread 621 and a screw bone ( 622) can be distinguished. That is, a helical fluid flow is generated along the screw thread 621 and the screw bone 622, and nanofiber bundles are twisted along the fluid flow to generate nanofiber yarns.
종래에 나노섬유 얀을 생성하기 위해서는 직접 꼬임을 형성하는 방식을 취하거나, 이송관(610)의 입구에서 프로펠러 등의 회전에 의해 나노섬유 얀의 생성을 유도하는 방식을 취하였다.Conventionally, in order to produce nanofiber yarn, a method of directly twisting or inducing generation of nanofiber yarn by rotation of a propeller or the like at the inlet of the transfer pipe 610 has been taken.
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. Since the spiral fluid flow generating member 620 according to the present invention is provided along the direction in which the nanofiber bundle is transported, it is expected that a uniform twist can be formed over the entire length of the nanofiber.
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.Meanwhile, as another embodiment of the transport pipe 610, the transport pipe 610 may be provided as a flat tubular body without the spiral fluid flow generating member 620 and transported as an aligned nanofiber bundle.
이로써 연속되고, 나노섬유 내부 고분자의 고차구조가 한 방향으로 배향된 나노섬유를 구현할 수 있다.As a result, it is possible to implement nanofibers in which the high-order structure of the polymer inside the nanofibers is oriented in one direction.
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.The conveying pipe scale adjusting unit 630 may include a conveying pipe length adjusting member 632 , a conveying pipe diameter adjusting member 632 , and a screw thread adjusting member 632 .
도 9에 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.As shown in FIG. 9, by changing the scale of the transfer tube 610 through the transfer tube length adjusting member 632 and the transfer tube diameter adjusting member 632, an aligned nanofiber bundle or an aligned nanofiber bundle The twist degree and physical properties of the fiber yarn can be formed in various ways.
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.In addition, by adjusting the distance between the thread 621 and the thread 622, the depth, and the number of the thread 621 or the thread 622, it is possible to form various physical properties of the aligned nanofiber yarn.
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.Specifically, in the case of the inside of the transfer pipe 610, the length ratio of the screw thread 621 to both screw bones 622 is adjusted, the shape of the screw thread 621 (angular, square, round, etc.), screw bone 622 The shape (angular, flat, round, etc.), the height of the screw thread 621, the depth of the screw bone 622, the number of screw threads 621 or screw bones 622 in the transfer pipe 610, the reference screw thread in the transfer direction ( 621) or the angle of the screw bone 622 can be adjusted.
이송관(610) 외부의 경우, 이송관(610)의 길이, 이송관(610)의 상하 송출구(710)의 직경비율, 이송관(610) 내부의 조도를 조절할 수 있다.In the case of the outside of the transfer pipe 610, the length of the transfer tube 610, the diameter ratio of the upper and lower outlets 710 of the transfer tube 610, and the roughness inside the transfer tube 610 can be adjusted.
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.As described above, by providing the transfer tube 610 in various shapes through the transfer tube scale control unit 630, it is possible to form various twisting directions of nanofibers, degree of alignment, and physical properties of nanofiber yarns.
상술한 바와 같은 구성을 통해 정렬된 형태의 나노섬유 얀을 대량으로 안정적인 생산을 함으로서 취할 수 있는 산업상 이용 가능성은 다음과 같다.Industrial applicability that can be taken by stable mass production of aligned nanofiber yarns through the configuration as described above is as follows.
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.Nanofiber yarns can be used in the form of yarns or woven in all fields of industry that require the characteristics of nanofibers, such as a large surface area to volume ratio, high porosity, and selective permeation control.
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,In detail, natural fibers such as cotton, wool, and raw silk, artificial silk, and synthetic fibers are made into yarns, and properties such as flexibility, uniform thickness, continuous length, appropriate strength, and elongation are imparted to yarns to make plied or woven fabrics. It will be the same way as using the form,
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.Nanofibers produced by the present invention can also be utilized in various forms. For example, it is expected to be applicable to various precision, high value-added industries and general industries such as medical materials, beauty materials, health materials, defense materials, separator materials, and sensors.
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.On the other hand, the nanofiber transfer unit 600 according to the present invention includes a syringe pump 110 (syringe pump), a DC high voltage generator 510 (power supply), and a needle for extracting the nanofibers as shown in FIG. needle) and grounded bottom substrate.
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.That is, by applying the nanofiber transfer unit 600 according to the present invention to another electrospinning device, aligned nanofibers (bundles) or aligned nanofiber yarns can be generated, and the scale of the nanofiber transfer unit 600 can be reduced. Various adjustments can be made to produce nanofibers or nanofiber yarns with various physical properties.
다음으로, 고속송출부(700)는 나노섬유가 이송되는 방향으로 고압을 송출하여 나노섬유의 고속 이동을 유도하는 기능을 할 수 있다.Next, the high-speed transmission unit 700 may function to induce high-speed movement of the nanofibers by transmitting high pressure in the direction in which the nanofibers are transported.
상기 고속송출부(700)의 일 실시 예로서, 상기 고속송출부(700)는 도 3, 도 7, 도 8에 도시된 바와 같이 송출구(710), 고압 송출 수단(720), 유체 방향 설정 수단(730)을 포함할 수 있다.As an embodiment of the high-speed delivery unit 700, the high-speed delivery unit 700 includes a delivery port 710, a high-pressure delivery means 720, and fluid direction setting as shown in FIGS. 3, 7, and 8 Means 730 may be included.
상기 고속송출부(700)는 상기 나노섬유 유도부(400) 또는 상기 나노섬유 이송부(600)의 일측에 구비되어 나노섬유의 고속이동을 유도할 수 있다.The high-speed delivery unit 700 is provided on one side of the nanofiber guide unit 400 or the nanofiber transfer unit 600 to induce high-speed movement of the nanofibers.
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.As an example of the high pressure sending unit 720, the high pressure sending unit 720 may include a compressor and a pressure fine adjustment unit 721.
상기 유체 방향 설정 수단(730)은 음압챔버, 어댑터(732), 압력 이송관(733)을 포함할 수 있다.The fluid direction setting unit 730 may include a negative pressure chamber, an adapter 732, and a pressure transfer pipe 733.
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.The negative pressure chamber 731 may be coupled to one side of the nanofiber induction unit 400 or the nanofiber transfer unit 600 . Relative negative pressure is formed in the negative pressure chamber 731 in a direction opposite to the transporting direction of the nanofibers by high-pressure feeding formed in the transporting direction of the nanofibers.
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.The nanofiber induction unit 400 or the nanofiber transfer unit 600 is the first transfer unit, the nanofibers, before the nanofibers pass through the negative pressure chamber 731 based on the position where the negative pressure chamber 731 is coupled. After passing through the negative pressure chamber 731, it may be classified as a second transfer part.
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.That is, when a high pressure is sent to the second transport unit, a relative negative pressure may be formed in the negative pressure chamber 731 in a direction opposite to the transport direction of the nanofibers due to the high pressure transport formed in the direction in which the nanofibers are transported.
상기 음압 챔버(731)에서 상기 제2 이송부를 향해 고압송출의 방향을 설정하기 위한 일 실시 예로서 상기 어댑터(732)가 마련될 수 있다.The adapter 732 may be provided as an example for setting a direction of high pressure delivery from the negative pressure chamber 731 toward the second transfer unit.
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.As shown in FIG. 7 , the adapter 732 is connected to the adapter 732 installed inside the negative pressure chamber 731 when the high pressure supplied from the high pressure sending unit 720 is transferred along the pressure transfer pipe 733. It is possible to set the direction of high-pressure transmission in the direction in which the nanofibers are transported.
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.As another embodiment for setting the direction of high-pressure transmission in the direction in which the nanofibers are transferred to the negative pressure chamber 731, the direction in which the pressure transfer pipe 733 is directly inserted into the negative pressure chamber 731 and the direction in which the nanofibers are transferred It may be provided to be discharged as.
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.The outlet 710 is a through hole provided at a connection portion between the negative pressure chamber 731 and the second transport pipe 610 and communicates with the adapter 732 or the pressure transport pipe 733 .
상기 송출구(710)의 일 실시 예로서, 상기 송출구(710)는 제1 송출구(711) 및 제2 송출구(712)로 구분될 수 있다.As an example of the delivery port 710, the delivery port 710 may be divided into a first delivery port 711 and a second delivery port 712.
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. One or more second outlets 712 may be formed along the edge of the negative pressure chamber 731, and the first outlet 711 is a cylinder having a plurality of second outlets 712. formed in the center
도 7 및 도 9에 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.As shown in FIGS. 7 and 9 , the high-pressure fluid may pass through the adapter 732 or the pressure transfer pipe 733 and pass through the second outlet 712 . Through this, negative pressure is formed in the negative pressure chamber 731 and nanofibers or nanofiber yarns can be transferred at an increased speed through the first delivery port 711 .
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.Through the high-speed transmission unit 700 as described above, not only are the plurality of strands of nanofibers spun from the plurality of nozzles aligned, but high-speed movement is induced by negative pressure through the high-pressure transmission, thereby mass-producing nanofiber bundles or nanofiber yarns. can promote
나아가, 고압 송출에 의해 나노섬유에 잔존하는 용매가 휘발 또는 제거될 수 있도록 하는 효과가 있다.Furthermore, there is an effect of allowing the solvent remaining in the nanofibers to be volatilized or removed by high-pressure sending.
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.On the other hand, as another embodiment of the nanofiber conveying unit 600, the first conveying pipe 610 and the second conveying pipe 610 have different scales by the conveying pipe scale adjusting means 630 ( 610) may be set.
상기 고속송출부(700)는 고압을 통해 나노섬유의 고속 이동을 유도하는 구성으로서, 나노섬유가 상기 고속송출부(700)를 통과하기 전/후의 성질이 매우 달라질 수 있다.The high-speed delivery unit 700 induces high-speed movement of the nanofibers through high pressure, and the properties of the nanofibers before and after passing through the high-speed delivery unit 700 may be very different.
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.Utilizing this point, nanofibers or nanofiber yarns having various physical properties can be created according to the correlation between the scales of the first transport pipe 610 and the second transport pipe 610.
다음으로, 온도/압력 조절 수단(800)은 상기 나노섬유 또는 나노섬유 얀이 이송되는 과정에서 온도 또는 압력 환경을 조절하기 위한 수단이다.Next, the temperature/pressure control means 800 is a means for controlling the temperature or pressure environment in the process of transporting the nanofibers or nanofiber yarns.
상기 온도/압력 조절 수단(800)의 일 실시 예로서, 상기 온도/압력 조절 수단(800)은 에어히터(810), 에어커튼을 포함할 수 있다.As an example of the temperature/pressure control means 800, the temperature/pressure control means 800 may include an air heater 810 and an air curtain.
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.The air heater 810 is not limited to one as any means capable of providing heat, and as an example of receiving heat from the air heater 810, the heat provided from the air heater 810 is the pressure Heat is provided to the negative pressure chamber 731 through the transfer pipe 733 to create a high-temperature environment inside the negative pressure chamber 731 to help volatilize the remaining solvent.
또한, 나노섬유에 열을 제공함과 동시에 고속으로 이송되도록 하므로 나노섬유의 균일한 연신을 유도하여 강도 등의 기계적 물성이 향상되도록 할 수 있다.In addition, since heat is provided to the nanofibers and transported at a high speed at the same time, uniform stretching of the nanofibers may be induced to improve mechanical properties such as strength.
상기 에어커튼 생성 수단(820)은 도 10에 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.As shown in FIG. 10, the air curtain generating unit 820 is located outside the polymer solution distributing unit 200 or lower than the jet of the Taylorcon and blows air upward to create an air curtain. .
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.The air blowing direction can be controlled by adjusting the angle of the air delivery unit (not shown) provided in the air curtain generating unit 820, and the intensity of the air pressure to be injected can be controlled by the pressure fine adjustment unit 721.
상기 에어커튼 생성 수단(820)은 에어히터(810), 고압송출수단과 연결될 수 있다. 이를 통해, 에어커튼에서 분사되는 에어의 온도가 조절될 수 있다.The air curtain generating unit 820 may be connected to an air heater 810 and a high pressure sending unit. Through this, the temperature of the air injected from the air curtain may be adjusted.
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.The air curtain can affect the radial direction of the nanofibers generated by the Taylorcon jet, and has the effect of promoting the solidification of the nanofibers while playing a primary role in volatilizing the residual solvent of the generated nanofibers.
다음으로, 상기 나노섬유 포집 수단(900)은 상기 나노섬유 이송부(600)를 통과한 나노섬유 또는 나노섬유 얀을 최종적으로 포집하는 구성이다.Next, the nanofiber collecting unit 900 is configured to finally collect the nanofibers or nanofiber yarns passing through the nanofiber transfer unit 600 .
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.As an example of the nanofiber collecting means 900, the nanofiber collecting means 900 may be various types of flat plates, rollers or conveyor belts, or winding devices.
상술한 바와 같은 구성을 통해서 본 발명에 따른 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치는 기존의 부직포 형태의 나노섬유를 개선하여 정렬된 형태의 나노섬유를 대량 생산하는 효과가 있다.Through the configuration as described above, the electrospinning apparatus for mass production of aligned nanofibers according to the present invention has an effect of mass-producing aligned nanofibers by improving existing nonwoven nanofibers.
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.In addition, the radiation direction of the nanofibers emitted from the nozzle unit 300 is provided to include the opposite direction of gravity so that the nanofibers are transported upward toward the nanofiber guide unit 400, so that the residual solvent can be volatilized or removed for sufficient time. This can be ensured, and the phenomenon of dropping droplets in the form of droplets can be prevented.
그리고, 나노섬유가 상향 이송되면서 신장되어 나노섬유의 물성을 향상시키고, 일 방향 정렬되면서 포집되어 나노섬유의 활용 가치를 높일 수 있다.In addition, the nanofibers are elongated while being transported upward to improve the physical properties of the nanofibers, and are collected while being aligned in one direction, thereby increasing the utilization value of the nanofibers.
이상과 같이 본 발명은 정렬된 나노섬유의 대량 생산을 위한 전기방사장치를 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. As described above, the technical idea of the present invention is to provide an electrospinning device for mass production of aligned nanofibers, and each of the above-described embodiments with reference to the drawings is only one embodiment, a true right of the present invention. The scope should be determined by the claims set forth in the claims.
<부호의 설명><Description of codes>
10: 테일러 콘10: Taylor Cohn
11: 제트11: jet
100: 폴리머 용액 공급 수단100: polymer solution supply means
110: 실린지 펌프 110: syringe pump
120: 폴리머 용액 탱크 120: polymer solution tank
200: 폴리머 용액 분배 수단200: polymer solution dispensing means
210: 극판 210: pole plate
220: 내부공간 220: inner space
230: 폴리머 용액 분배관 230: polymer solution distribution pipe
231: 가장자리 분배관 231: edge distribution pipe
232: 교차 분배관 232 cross distribution pipe
300: 노즐부300: nozzle unit
310: 노즐 바디 310: nozzle body
320: 테일러콘 형성 수단 320 Taylor cone formation means
330: 노즐관 330: nozzle tube
331: 제1 노즐관 331: first nozzle pipe
332: 제2 노즐관 332: second nozzle pipe
340: 노즐 체결 수단 340: nozzle fastening means
400: 나노섬유 유도부400: nanofiber guide unit
410: 유도부 입구 410: induction unit entrance
420: 유도부 출구 420: induction unit exit
430: 유도부 경사면 430: induction part slope
440: 유도부 체결 수단 440: guide part fastening means
500: 고전압 제공 수단500: means for providing high voltage
510: 고전압 발생기 510: high voltage generator
520: 전기장 조절 수단 520: electric field adjusting means
600: 나노섬유 이송부600: nanofiber transfer unit
610: 이송관 610: transfer pipe
620: 나선형 유체 흐름 생성 부재 620: spiral fluid flow generating member
621: 나사산 621: thread
622: 나사골 622: screw bone
630: 이송관 스케일 조절 수단 630: transfer pipe scale control means
631: 이송관 길이 조절 부재 631: transfer pipe length adjusting member
632: 이송관 직경 조절 부재 632: transfer pipe diameter adjusting member
632: 나사산 조절 부재 632: thread adjusting member
700: 고속송출부700: high-speed transmission unit
710: 송출구 710: outlet
711: 제1 송출구 711: first outlet
712: 제2 송출구 712: second outlet
720: 고압 송출 수단 720: high pressure sending means
721: 압력 미세 조절 수단 721: pressure fine adjustment means
730: 유체 방향 설정 수단 730: fluid direction setting means
731: 음압 챔버 731: negative pressure chamber
732: 어댑터 732 adapter
733: 압력 이송관 733: pressure feed pipe
800: 온도/압력 조절 수단800: temperature/pressure control means
810: 에어히터 810: air heater
820: 에어커튼 생성 수단 820: air curtain generating means
900: 나노섬유 포집 수단900: nanofiber collecting means
910: 가이드 롤러 910: guide roller
920: 권취 롤러 920: take-up roller
<대표도><Representation>
도 3Figure 3

Claims (9)

  1. 폴리머 용액의 수용을 위한 내부공간이 마련되는 폴리머 용액 분배 수단;a polymer solution dispensing means provided with an inner space for accommodating the polymer solution;
    상기 폴리머 용액 분배 수단에 하나 이상 구비되고, 일측 단부가 상기 내부공간과 연통되며, 타측 단부를 통해 나노섬유가 방사되는 노즐부;one or more nozzles provided in the polymer solution distributing means, one end communicating with the inner space, and nanofibers radiating through the other end;
    상기 노즐부로부터 나노섬유가 방사되는 방사방향으로 소정의 이격거리를 형성하도록 설치되고 전기적으로 접지되어 상기 노즐부로부터 방사된 나노섬유가 접근되도록 하는 나노섬유 유도부;a nanofiber induction unit installed to form a predetermined separation distance in a radial direction in which the nanofibers are spun from the nozzle unit and electrically grounded so that the nanofibers emitted from the nozzle unit are approached;
    상기 폴리머 용액 분배 수단에 수용된 폴리머 용액이 방사 가능한 형태의 나노섬유로 형성되도록 전위차를 발생시키는 고전압 제공 수단;a high voltage providing means for generating a potential difference so that the polymer solution accommodated in the polymer solution distribution means is formed into spinnable nanofibers;
    상기 나노섬유 유도부로 접근된 나노섬유가 이송되는 나노섬유 이송부; 및a nanofiber transfer unit to which the nanofibers approaching the nanofiber guide unit are transported; and
    방사된 나노섬유를 포집하는 나노섬유 포집 수단;을 포함하며,Including; nanofiber collecting means for collecting the spun nanofibers,
    상기 고전압 제공 수단에 전원이 인가되면 상기 노즐부에서 나노섬유가 방사되고, 방사된 나노섬유는 상기 나노섬유 유도부를 향해 상향 이송되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 전기방사 제조장치.Nanofiber electrospinning manufacturing apparatus, characterized in that when power is applied to the high voltage providing means, nanofibers are spun from the nozzle part, and the spun nanofibers are transported upward toward the nanofiber guide part.
  2. 청구항 1에 있어서,The method of claim 1,
    상기 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간에는 상기 노즐부가 구비되는 영역을 연결하여 폴리머 용액이 상기 노즐부로 공급되는 통로인 폴리머 용액 분배관이 구비되는 나노섬유 전기방사 제조장치.Nanofiber electrospinning manufacturing apparatus wherein a polymer solution distribution pipe, which is a passage through which the polymer solution is supplied to the nozzle part by connecting the area where the nozzle part is provided, is provided in the inner space of the polymer solution distribution means.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,According to claim 1 or claim 2,
    상기 나노섬유 유도부는,The nanofiber induction unit,
    나노섬유가 이송되는 방향으로 갈수록 직경이 작아지는 관 형상으로 형성되어, It is formed in a tubular shape with a smaller diameter in the direction in which the nanofibers are transported,
    하나 이상의 상기 노즐부로부터 방사된 나노섬유가 상기 나노섬유 유도부를 통과하면서 상기 나노섬유 유도부의 관 중앙을 향해 유도되는 나노섬유 다발로 형성되는 특징을 갖는 나노섬유 전기방사 제조장치.Nanofiber electrospinning manufacturing apparatus characterized in that the nanofibers spun from at least one nozzle unit are formed into nanofiber bundles that are guided toward the center of the tube of the nanofiber guide unit while passing through the nanofiber guide unit.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3,
    상기 노즐부는,The nozzle part,
    일측 단부가 상기 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간과 연통되는 노즐관;a nozzle pipe having one end in communication with the inner space of the polymer solution distribution means;
    상기 노즐관의 타측 단부에 사발 형상으로 구비되어 폴리머 용액이 테일러 콘으로 형성되는 테일러콘 형성 수단;을 포함하고,A Taylor cone forming means provided in a bowl shape at the other end of the nozzle pipe to form a Taylor cone with a polymer solution;
    상기 테일러콘 형성 수단은,The Taylor cone forming means,
    사발 형상의 넓은 단면적 부분이 나노섬유가 방사되는 방향으로 향하도록 형성되며,A bowl-shaped large cross-sectional area is formed to face the direction in which the nanofibers are spun,
    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.When the polymer solution contained in the bowl of the Taylor cone forming means is spun into nanofibers, the amount of the polymer solution contained in the Taylor cone forming means is maintained at a predetermined amount.
  5. 청구항 4에 있어서,The method of claim 4,
    상기 노즐관은,The nozzle tube,
    소정의 단면적을 갖도록 형성되고, 일측 단부가 상기 폴리머 용액 분배 수단의 내부공간과 연통되는 제1 노즐관, 일측 단부가 상기 제1 노즐관의 타측 단부와 연결되고 타측 단부가 상기 테일러콘 형성 수단과 연통되며 상기 제1 노즐관의 단면적 보다 작은 단면적을 갖도록 형성되는 제2 노즐관으로 구분되는 나노섬유 전기방사 제조장치.A first nozzle tube formed to have a predetermined cross-sectional area and one end communicating with the inner space of the polymer solution dispensing means, one end connected to the other end of the first nozzle pipe and the other end connected to the Taylor cone forming means Nanofiber electrospinning manufacturing apparatus divided into a second nozzle tube that communicates and is formed to have a cross-sectional area smaller than that of the first nozzle tube.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 or 5,
    상기 노즐부에는,In the nozzle part,
    양측이 개구된 통상으로 마련된 케이스;가 더 포함되어,A normally provided case with both sides open; is further included,
    상기 노즐관은 상기 케이스에 마련되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 전기방사 제조장치.The nozzle tube is nanofiber electrospinning manufacturing apparatus, characterized in that provided in the case.
  7. 청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 or 3,
    상기 나노섬유 이송부는,The nanofiber transfer unit,
    방사된 나노섬유가 이송되는 이송관;a transport pipe through which the spun nanofibers are transported;
    상기 이송관의 내벽에 나노섬유의 이송방향을 따라서 형성되고, 나사산 및 나사골로 구분되는 나선형 유체 흐름 생성 부재;를 포함하고,A spiral fluid flow generating member formed on the inner wall of the transfer pipe along the transfer direction of the nanofibers and divided into a screw thread and a screw bone;
    상기 나선형 유체 흐름 생성 부재를 따라 형성되는 유체의 나선형 유동에 의해 복수 개의 상기 나노섬유로 구성된 나노섬유 다발이 상호간에 꼬임을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 이송부.Nanofiber transfer unit, characterized in that the nanofiber bundles composed of a plurality of the nanofibers are twisted with each other by the spiral flow of the fluid formed along the spiral fluid flow generating member.
  8. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7,
    상기 나노섬유 이송부에는,In the nanofiber transfer unit,
    이송관 길이 조절 부재, 이송관 직경 조절 부재, 나사산 조절 부재로 구분되는 이송관 스케일 조절 수단;가 더 포함되어,A conveying pipe scale adjusting means divided into a conveying pipe length adjusting member, a conveying pipe diameter adjusting member, and a screw thread adjusting member; is further included,
    상기 이송관의 내부에는 나사산을 중심으로 양쪽 나사골까지의 길이 비율, 나사산의 형태, 나사골의 형태, 나사산의 높이, 나사골의 깊이, 나사산 또는 나사골의 수, 이송 방향 기준 나사산 또는 나사골의 각도를 조절하고,Inside the transport pipe, adjust the length ratio of the screw thread to both screw bones, the shape of the screw thread, the shape of the screw bone, the height of the screw thread, the depth of the screw bone, the number of screws or screws, and the angle of the screw thread or screw bone based on the transfer direction, ,
    상기 이송관의 외부에는 이송관의 길이, 이송관의 유출입구의 직경비율, 이송관 내부의 조도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 나노섬유 이송부.Outside the transfer pipe, the length of the transfer tube, the diameter ratio of the inlet of the transfer tube, and the nanofiber transfer unit, characterized in that the roughness inside the transfer tube can be adjusted.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8,
    상기 나노섬유 전기방사 제조장치에는,In the nanofiber electrospinning manufacturing apparatus,
    상기 나노섬유 유도부 또는 나노섬유 이송부의 일측에 구비되어, 나노섬유의 이송 방향을 향해 고압의 유체를 송출하는 고속송출부; 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 전기방사 제조장치.a high-speed delivery unit provided on one side of the nanofiber induction unit or the nanofiber transfer unit and sending a high-pressure fluid toward the transport direction of the nanofibers; Nanofiber electrospinning manufacturing apparatus characterized in that it further comprises.
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