纳米纤维制造方法及制造装置的制作方法

专利名称：纳米纤维制造方法及制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米纤维制造方法及制造装置，更详细地说，涉及一种利用静电 纺丝(electrospirming)法制造纳米纤维的技术。
背景技术：
近年来，由于能够容易地制造直径为亚微米尺寸的纤维状物质即纳米纤维，静电 纺丝法(电荷感应纺丝法)受到关注。在静电纺丝法中，将在溶剂中分散或溶解有高分子 材料的原料液向空中放出。如果在放出时通过高电压使原料液带电，则能够使原料液在空 中电延伸而获得纳米纤维。(例如参考专利文献1)更详细地说，通过电场而带电并被放出到空气中的原料液在空中飞翔期间，溶剂 蒸发，原料液的体积减少。另一方面，赋予原料液的电荷不受溶剂蒸发的影响而被维持。由 此，随着溶剂的蒸发，原料液的电荷密度增大。不久，原料液内部的排斥方向的库仑力超过 原料液的表面张力。此时，产生原料液爆炸性地线状延伸的现象(以下称为静电延伸现 象)。这种静电延伸现象在空中连续发生，原料液呈几何级数地细分化为线状，从而形成直 径为亚微米尺寸的细小的纤维。又，在专利文献2中，提出了一种从旋转式的容器放出原料液、通过静电纺丝法制 造纳米纤维的制造装置。如图9所示，该装置具有喷头102，该喷头102在周壁上具有至少 一个推出单元101 ；以及圆筒状的收集体103，该收集体103将喷头102配置在内部。在喷 头102与收集体103之间，通过高压电源104施加有电压，以在喷头102与收集体103之间 产生电场。在此状态下，使喷头102旋转。由此，经由管105向喷头102内部供给的原料液 106通过电场被从推出单元101的顶端抽出，生成纳米纤维。所生成的纳米纤维堆积在收集 体103的内周面上而被收集。又，在专利文献3中，提出了使在周壁上贯穿设置有多个细孔的圆筒形的容器旋 转、利用其离心力使纳米纤维的原料液从上述细孔放出的技术。在专利文献3中，如图10 所示，通过在周壁上具有孔11 的供给管112将纳米纤维的原料液114供给到圆筒状容器 111的内部，该容器111在周壁上设有多个细孔113。并且，使容器111旋转，利用其离心力 将原料液114从细孔113放出。又，本发明的发明人等，如专利文献4所示的这样(参考图11)，开发了在接地的圆 筒状容器121的周围配置环状电极122、在容器121与环状电极122之间施加高电压的技 术，并进行了实施。由此，能够在容器121上感应出更大的电荷。由此，即使从容器121的 细孔喷出的原料液的喷出量略微变化，也能够向该原料液赋予用于静电延伸现象的足够电 荷。因此，能够制造出不含原料原状的高分子物质块的高质量的纳米纤维。向容器121的径向呈放射状放出的原料液的前进方向由于与径向大致垂直的方 向的气流123而偏转。在偏转的原料液前进目的地配置有接地的鼓124。鼓124由于对环 状电极122施加高压电而带电，上述原料液或由其生成的纤维状物质被向鼓124吸引。在 容器121与鼓IM之间配置有长条状的收集体125。被向鼓IM吸引的纤维状物质堆积在沿长度方向传送的收集体125上而被收集。专利文献1 日本特开2005-330624号公报专利文献2 日本特开2007-532790号公报专利文献3 日本特开2008-316 号公报
专利文献4 :W02008-062784号公报发明要解决的问题如上述所述，在专利文献2的装置中，纳米纤维的原料液通过设置在圆筒型的容 器(喷头102)的周壁上的喷嘴(推出单元101)放出。因此，在电荷集中的喷嘴的顶端部， 向原料液赋予足够的电荷。因此，能够比较容易地向原料液赋予产生静电延伸现象所需的 足够的电荷。然而，喷头102旋转，通过该旋转，原料液利用离心力从推出单元100放出。此时， 由于在推出单元101的内侧存在有大量的原料液，因此该内侧的原料液自身也受到离心力 的作用。由于该离心力，经常会一段时间推出大量的原料液，在原料液的放出过程中频繁地 发生中断。当发生中断时，产生电荷难以滞留在紧接着从推出单元101放出的原料液中、或 者发生液体滞留而电荷难以集中等不良现象。其结果，不易产生原料液的延伸，或者完全不 产生原料液的延伸，原料液本身附着在周围的收集体上。又，在专利文献3的技术中，由于也难以使从各细孔113放出的原料液114的量保 持一定，因此会产生同样的问题。S卩，如图10所示，原料液114从供给管112的孔11 向容器111的内部滴下而被 供给。由于原料液114的流动性较低，因此，原料液114以不均勻的厚度堆积在容器111的 内周壁上。当内周壁上的原料液114的厚度不均勻时，从细孔113放出的原料液114受到 的离心力也不均勻。由此，从各细孔113放出的原料液114的量产生变动，放出会中断，或 者会放出预定量以上的原料液114。其结果，赋予原料液114的电荷密度不够。于是，原料 液114就那样以不经过静电延伸现象的液滴的状态固化，固化后的块会混入纳米纤维中。采用专利文献4的方法时，向容器121的内部供给的原料液的量也会变动。即使 该变动在设定的范围内时，被放出的原料液的量也会发生大的变动。并且，容器高速旋转， 由旋转产生的离心力和由重力产生的力累加起来作用于容器内的原料液。由此，原料液在 容器内变得不均勻。其结果，难以完全防止生成未产生静电延伸现象的状态的原料液块。

发明内容
本发明鉴于上述问题而做成，其目的在于，提供一种纳米纤维制造方法及制造装 置，能够以较高的生产效率制造高质量的纳米纤维，这种纳米纤维不含有未产生静电延伸 现象的状态的原料液块。用于解决技术问题的手段因此，本发明提供一种纳米纤维制造方法，该方法包括使在外周壁上形成有多个 细孔的容器旋转的工序；利用离心力将原料液经由所述细孔从所述容器的内部向外部放出 的工序，所述原料液含有高分子材料且带电；以及从所述被放出的原料液生成纤维状物质 的工序，该纳米纤维制造方法的特征在于，所述放出工序，在原料液填充于所述容器的内部 空间的状态下，对所述空间内的所述原料液进行加压，所述容器的内部空间与所述多个细孑L连通。而且，本发明提供一种纳米纤维制造装置，该装置具有旋转容器，该旋转容器具 有筒状的外周壁，在该外周壁上设有多个细孔，这些细孔用于利用离心力将含有高分子材 料的原料液向径向外侧放出，该旋转容器具有与所述多个细孔连通的空间，并且至少所述 细孔的开口部由导体形成；旋转驱动装置，该旋转驱动装置对所述容器进行旋转驱动；加 压装置，该加压装置在原料液填充于所述空间的状态下，对所述空间内的原料液进行加压； 电极，该电极配设在距离所述容器规定距离处；电位差赋予装置，该电位差赋予装置向所述 容器与所述电极之间赋予电位差，以在所述容器与所述电极之间产生电场；以及收集装置， 该收集装置收集纤维状物质，该纤维状物质由因所述容器上产生的电荷而带电、并从所述 细孔放出的所述原料液生成。发明效果采用本发明，在容器的周壁上设有多个细孔，该容器的内部空间与这些细孔连通， 在原料液填充于容器的内部空间的状态下，对该内部空间的原料液进行加压并将其从细孔 放出。由此，能够不使原料液中断地放出一定量的原料液。因此，能够使赋予原料液的电荷 的密度均勻。其结果，能够更加大量地制造高质量的纳米纤维，该纳米纤维不含有未产生静 电延伸现象的状态的原料液块。


图1是表示本发明实施形态1的纳米纤维制造装置的大致结构的、局部剖开的侧 视图。图2是表示图1的装置所使用的容器的详细结构的剖视图。图3是表示可代替上述容器的其它容器的详细结构的剖视图。图4是表示本发明实施形态2的纳米纤维制造装置的大致结构的、局部剖开的侧 视图。图5是表示本发明实施形态3的纳米纤维制造装置的大致结构的、局部剖开的侧 视图。图6是将图4的装置的变形例局部剖开的侧视图。图7是表示本发明实施形态6的纳米纤维制造装置的容器的详细结构的剖视图。图8是表示本发明的实施例和比较例的细孔直径与转速之间的关系的图表。图9是表示以往的纳米纤维制造装置的一例的侧视图。图10是表示以往的纳米纤维制造装置的另一例的结构的剖视图。图11是表示以往的纳米纤维制造装置的又一例的侧视图。符号说明1纳米纤维制造装置2 容器2a 细孔3环状电极4高压电源5收集器
7原料液导入空间8旋转接头16电动机19原料液罐20原料液泵22压力传感器24控制部26 气流F原料液Fl纤维状物质
具体实施例方式下面，参考附图对本发明的实施形态进行详细说明。(实施形态1)图1表示本发明的实施形态1的纳米纤维制造装置的大致结构的、局部剖开的侧 视图。图2是表示容器的详细结构的剖视图。制造装置1具有由金属等导体构成的大致圆筒形的容器2。容器2是将原料液F 暂时保持在内部空间的结构，该原料液F通过将作为纳米纤维原料的高分子材料分散或溶 解在规定的分散剂或溶剂中而形成。在容器2的周壁上形成有多个细孔2a(参考图2)，这 些细孔加与容器2的内部空间连通，用于将保持在该空间中的原料液F向外部放出。容器 2是以其圆筒形的轴心为中心轴可旋转地被支撑的旋转容器。通过其离心力，将保持在容器 2内部空间中的原料液F从细孔加放出。并且，在容器2的周围，同轴地配设有环状电极3，该环状电极3的内周面与容器2 的外周面隔开一定的距离并彼此相对，该环状电极3是将长板的长度方向的两端部接合而 形成环状的形状。环状电极3与高压电源4的一个端子(在图示的例子中为负极端子)连 接。并且，高压电源4的另一个端子(在图示的例子中为正极端子)接地。另一方面，容器 2被接地，由此在容器2的外周面、环状电极3的内周面分别感应出极性相反的电荷，在两者 之间产生电场。从细孔加放出的原料液F在细孔加的开口部被赋予电荷。被赋予电荷的原料液 F在空中飞翔期间，溶剂蒸发，内部的排斥方向的库仑力增大，连续引起静电延伸现象而被 细化为纤维状。这样一来，通过静电延伸现象由原料液F形成纤维状物质F1。这里，细孔加最好规则地形成在容器2的周壁上。例如，在容器2的轴向上以等 间隔排列，在周向上以等间距形成。图2表示容器2的详细结构。如图2所示，容器2包括内部具有空间的双重壁结 构的圆筒形周壁部11、以及内部具有空间的双重壁结构的圆形壁部12。周壁部11的一端 部与圆形壁部12的外周部连接，周壁部11的内部空间与圆形壁部12的内部空间在其连接 部分是连通的。而且，连通的这些空间构成导入有原料液的原料液导入空间7。此外，容器2在圆形壁部12的中央安装有原料液供给管13的一端部，该原料液供 给管13与圆形壁部12垂直且兼作旋转轴使用。原料液供给管13的管路13a与容器2的原料液导入空间7通过连通孔12b连通，该连通孔12b贯穿设置在圆形壁部12的外侧壁1 的中央。如图1所示，原料液供给管13通过支撑部6被旋转自如地支撑。支撑部6包括旋 转接头8和电动机16。原料液供给管13的另一端部与旋转接头8的一端部连接。旋转接 头8的另一端部与原料液配管10的一端部连接。原料液供给管13与原料液配管10通过 旋转接头8连通。而且，对于原料液供给管13外装有从动齿轮14。从动齿轮14与安装在 电动机16的输出轴16a上的主动齿轮18啮合。通过此结构，原料液供给管13通过电动机 16的旋转输出而旋转，容器2被旋转驱动。原料液配管10的另一端部与原料液罐19连接。而且，在原料液配管10上配设有 原料液泵20和压力传感器22。原料液罐19内的原料液F通过原料液泵20经由旋转接头 8和原料液供给管13被输送到容器2内。压力传感器22配设在原料液配管10的原料液泵 20的下游侧，对原料液泵20的排出压力进行检测，输出与该检测结果相对应的信号。压力 传感器22的输出信号被输入控制部M。控制部M根据压力传感器22的检测结果控制原料液泵20，以使原料液泵20的排 出压力为规定压力。这里，作为原料液泵20，最好使用内装有压力调节阀的结构，以使含有 沸点低的溶剂或分散剂的原料液F能够以一定的压力向容器2供给。而且，作为原料液泵 20，最好是通过使用变流器装置，对构成原料液泵20的交流电动机(感应电动机/同步电 动机)进行可变速/可变转矩的控制，从而能进行控制的泵。通过以上的结构，原料液F通过原料液配管10、旋转接头8及原料液供给管13以 规定压力从原料液罐19向容器2的原料液导入空间7供给。由此，原料液导入空间7内的 原料液F被加压。而且，如图2所示，容器2的原料液导入空间7，尤其是与细孔加相对应的部位即 周壁部11的内部空间最好形成为径向深度一定，以使从细孔加放出的原料液F受到的离 心力保持一定。由此，原料液利用离心力从细孔放出的放出压力为一定。其结果，可以使原 料液的放出量为一定。也就是说，从各个细孔加放出的原料液F的量不会随时间变化而保 持一定，并且从各个细孔加放出的原料液F的量彼此相等，是均勻的。而且，由于细孔开口部附近的原料液被抑制为规定量，因此由旋转产生的离心力 不均勻地作用于细孔开口部附近的原料液所带来的影响能够降低。其结果，能够进一步将 原料液的放出量保持一定。另外，在图1中，为了方便说明，将原料液F和纤维状物质Fl区别开。但是，在实 际的纳米纤维的制造中，原料液F和纤维状物质Fl的区别并不明显，对于它们的存在区域 的明确划分是困难的。因此，在下面的说明中，只在尤其需要区别的情况下记载为原料液F、 纤维状物质F1，在除此以外的情况下，将原料液F和纤维状物质Fl统称为原料液F等进行记载。在容器2的设有原料液供给管13的一侧(在图示的例子中为左侧)，配设有一个 以上的鼓风机23，通过鼓风机23所产生的气流26，原料液F等的前进方向向与放出方向 (容器2的径向)大致垂直的方向(容器2的轴向)偏转。在原料液F等的偏转方向(在 图示的例子中为右方)上，配置有用于收集纤维状物质Fl的未图示的收集器。该收集器与 后面的实施形态3的收集器5结构相同，其详细结构在实施形态3中进行说明。
接下来，对具有以上结构的纳米纤维制造装置的动作进行说明。原料液罐19内的原料液F通过原料液泵20经由原料液配管10、旋转接头8及原 料液供给管13以规定的压力向容器2的原料液导入空间7供给。由此，原料液F在原料液 导入空间7的内部被加压。而且，容器2通过电动机16的旋转输出以规定速度旋转。通过 由容器2的旋转产生的离心力、以及由原料液泵20产生的原料液F的供给压力，供给到容 器2的原料液导入空间7中的原料液F被从细孔加推出。而且，在接地的容器2和通过电 源4施加有高电压的环状电极3上，分别感应出极性相反的电荷。在图示的例子中，在容器 2上感应出正电荷，在环状电极3上感应出负电荷。由于离心力和原料液F的供给压力从细孔加被推出的原料液F因容器2感应产 生的电荷而带电。带了电的原料液F由于容器2与环状电极3之间的电场而受到朝向环状 电极3的作用力。由于供给压力、离心力和电场，原料液F从细孔加向环状电极3呈放射状放出。 从细孔加放出的原料液F在空中飞翔期间，分散剂或溶剂蒸发，原料液F的体积减少，并且 电荷密度逐渐增高。原料液F内部的排斥方向的库仑力超过其表面张力而产生静电延伸现 象，通过重复该过程而使原料液F细分为纤维状，形成纤维状物质Fl (纳米纤维)。另一方面，通过气流沈，从细孔加放出的原料液F或由该原料液F形成的纤维状 物质Fl的前进方向变成与放出方向(容器2的径向)大致垂直的方向(容器2的轴向)， 并被输送到上述收集器中。这样，在本实施形态1中，原料液F通过原料液泵20以一定的压力向原料液导入 空间7供给，由此在离心力的作用下经由细孔加放出的原料液F通过原料液泵20的供给 压力被加压。因此，可以使原料液F不间断地从细孔加放出。而且，由于向与多个细孔加 连通的原料液导入空间7施加有一定的压力，因此能够使从各细孔加放出的原料液F的放 出量保持均勻。此外，如图2所示，在设有细孔加的所有位置，原料液导入空间7位于距离 容器2的旋转轴相等的距离处，且径向的深度也形成为一定。因此，不但作用于从细孔加 放出的原料液F的离心力保持一定，并且也可以使存在于细孔加的内侧的原料液F受到的 离心力也保持一定。由此，能够使经由细孔加放出的原料液F的流量保持一定。因此，能够使赋予原料液F的电荷密度也保持一定，能够不易产生以下不良现象 原料液的一部分不发生静电延伸现象、该部分的原料液保持块状地被收集器收集。容器2 的转速越快，这种不良现象越容易产生。另一方面，如果容器2的转速变快，则所放出的原 料液F的量就增大。因此，可以提高生产性能。结果，采用图1的装置，能够以更高的生产性能制造不含原料液块的高质量纳米 纤维(参考后面的实施例)。这里，容器2不限于图2所示的结构，在本发明的范围内可以进行各种改变。例如， 也可以将容器2替换为图3所示的容器2A。容器2A包括原料液放出部32，该原料液放出 部32在周壁上形成有1列细孔加；以及加压部34，该加压部34对原料液F进行加压，以将 原料液F按规定的压力向原料液放出部32的内部空间3 供给。原料液放出部32和加压部34分别为大致圆筒状，内部的空间3 和3 通过连 通部36互相连通。在加压部34的内部，配置有圆形的加压用部件38，该加压用部件38的 外径略小于加压部34的内径。加压用部件38通过从未图示的空气泵供给的空气压力对加压部34内部的原料液F进行加压，并将其向原料放出部32的空间3 输送。输送到原料 放出部32的空间32a的原料液F从设置在原料液放出部32的周壁上的细孔加向外部放
出ο另外，原料液F的加压，除了利用空气的压力以外，与容器2(图2)的情况相同，可 以利用由于泵20产生的原料液F的供给压力。这时，不需要加压用部件38。这里，容器2或2A(以下，统称为容器2)的外径最好为IOmm 300mm。如果容器2 的直径超过300mm的话，则难以通过上述气流将原料液F等适度地集中。而且，当容器2的 直径超过300mm时，为了使容器2稳定地旋转，支撑容器2的支撑构造的刚性需要非常高， 装置会大型化。另一方面，当容器的直径小于IOmm时，为了获得使原料液放出的足够离心 力，需要提高转速。因此，电动机的负荷和振动增大，需要实施振动对策等。考虑到以上的 问题，容器2的外径为20 IOOmm更佳。又，细孔加的直径最好为0.01 2mm。而且，细孔加的形状最好为圆形，也可以 是多边形或星形等。而且，根据原料液F的粘度、原料液F的组成(高分子物质的种类)、以 及细孔加的直径，容器2的转速可以在例如Irpm以上、10. OOOrpm以下的范围内调节。又，环状电极3的内径最好为例如200 1000mm。又，较佳的是从电源4向环状电极3施加1 200kV的电压。更佳的是施加IOkV 以上200kV以下的高电压。为了获得高质量的纳米纤维，容器2与环状电极3之间的电场 强度尤为重要，最好设定施加电压并配置环状电极3以使电场强度达到lkV/cm以上。由此， 能够在容器2与环状电极3之间产生均勻且较强的电场。另外，环状电极3不需要一定为圆环状，例如，从轴向看的形状也可以是多边形。 而且，环状电极3只要配置成在离开容器2的周面规定距离的位置处包围容器2即可，例 如，也可以将环状的金属线配置成包围容器2。又，为了促进分散剂或溶剂从原料液F等蒸发，能够从原料液F迅速生成纤维状物 质F1，最好在产生气流沈的鼓风机与容器2之间设置用于加热气流沈的未图示的加热器。 这样一来，能够促进已带电的原料液F的蒸发，尽早引起静电爆炸。其结果，所生成的纤维 状物质Fl的纤维直径更小，能够稳定地生成微小的纤维状物质F1。又，最好在容器2及环状电极3、与收集器之间设置筒体(未图示)，该筒体用于限 定通过送风所形成的原料液F等的流路。最好筒体的向容器2开口的开口部比向收集器开 口的开口部小，并且筒体的直径从上游侧向下游侧渐渐增大。这样，通过将从上游侧向下游 侧直径渐渐增大的筒体配置在容器2与收集器之间而将原料液F等的流路限定为渐渐扩 大，从而可以以高密度稳定且均勻地收集纤维状物质F1。另外，在本实施形态1中，将容器2接地且通过电源4向环状电极3施加高电压。 不限于此，也可以通过电源4向容器2施加高电压而将环状电极3接地。但是，在这种情况 下，由于在旋转的容器2上施加有高电压，因此，需要用于使容器2与其他部件绝缘的特殊 机构。又，也可以将容器2和环状电极3分别与电源4的两个端子连接，向容器2和环状 电极3双方施加电压。总之，只要是能够向容器2与环状电极3之间赋予电位差、在它们之 间产生电场、由此对从细孔加流出的原料液F予以电荷的结构，什么样的结构都可以。这里，原料液F中所含有的高分子材料可以例示出以下的较佳材料聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二 酯、聚对苯二甲酸间苯二酯(poly-m-phenylene ter印hthalate)、聚间苯二甲酸对苯二酯 (poly p-phenylene isophthalate)、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、 聚偏二氯乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯腈、聚丙烯腈-异丁烯酸酯共聚物、聚碳酸酯、多芳 基化合物、聚酯碳酸酯、尼龙、芳族聚酰胺、聚己酸内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、胶原、聚羟基丁 酸、聚醋酸乙烯酯、多肽等，可以使用从这些材料中选出的至少一种材料。然而，能够包含在 原料液F中的高分子材料不限于这些材料，可以适当地使用已有物质中作为纳米纤维的原 料的适用性新被认可的材料、或今后将要开发的物质中作为纳米纤维的原料的适用性能被 认可的材料。并且，用于使高分子材料分散或溶解的分散剂或溶剂可以例示出以下的较佳的材 料甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、六氟异丙醇、四甘醇、三甘醇、二苯甲醇、1，3- 二氧环戊烷、 1,4- 二恶烷、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基正己基酮、甲基正丙基酮、二异丙基酮、二异 丁基酮、丙酮、六氟丙酮、苯酚、甲酸、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙 酯、苯甲酸丙酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻 苯二甲酸二丙酯、氯甲烷、氯乙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、邻氯甲苯、对氯甲苯、四氯化碳、1， 1-二氯乙烷、1，2_ 二氯乙烷、三氯乙烷、二氯丙烷、二溴乙烷、二溴丙烷、溴甲烷、溴乙烷、溴 丙烷、醋酸、苯、甲苯、己烷、环己烷、环己酮、环戊烷、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、乙腈、 四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、吡啶、水等，可以使用从这些材料中选择的至少一种材料。然 而，用于使高分子材料分散或溶解的分散剂或溶剂不限于这些材料，可以适当地使用已有 物质中作为静电纺丝法的高分子材料的分散剂或溶剂的适用性新被认可的材料、或今后将 要开发的物质中作为分散剂或溶剂的适用性能被认可的材料。并且，也可以在原料液F中混入无机固体材料。作为可混入的无机固体材料，可 以列举氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氟化物、硫化物等。从耐热性、加工性等观 点考虑，最好使用氧化物。作为氧化物，可以例示出Al203、Si02、Ti02、Li20、N￡i20、Mg0、Ca0、 SrO> BaO>B203、P205、SnO2> ZrO2> K2O> Cs20> ZnO> Sb2O3, As2O3, CeO2, V2O5> Cr2O3>MnO>Fe2O3^ CoO、 NiO、Y2O3, Lu2O3, Yb2O3, HfO2, Nb2O5等，可以使用从这些材料中选择的至少一种材料。然而， 混入原料液F的无机固体材料不限于这些材料。高分子材料与分散剂或溶剂的混合比例取决于它们的种类，但最好以分散剂或溶 剂的比例为60 98质量％的状态混合。(实施形态2)接下来，参考图4，对本发明实施形态2进行说明。实施形态2对实施形态1进行 了改变，下面，仅对与实施形态1不同的部分进行说明。图4是将本发明实施形态2的纳米纤维制造装置局部剖开后的侧视图。另外，在 本实施形态2中，也可以将容器2更换为容器2A。为了更可靠地防止经由容器2的细孔加放出的原料液F附着在环状电极3上，实 施形态2的纳米纤维制造装置IA设有两阶段的气流发生单元。即，在实施形态1中，为了赋 予从容器2放出的原料液F足够的电荷，在容器2的周围配置环状电极3。然而，由于环状 电极3是配置在原料液F从容器2放出的放出方向上的，因此仅利用鼓风机所产生的气流 26使原料液F等偏转的话，会存在原料液F的一部分附着于环状电极3的危险。如果原料液F等附着在环状电极3上，则为了去除原料液F需要定期进行维护，会使生产效率降低。本实施形态2通过设置两阶段的气流发生单元，使原料液F等附着在环状电极3 上的量尽量减小，由此减小维护频率，实现生产效率的提高。这里，两阶段的气流发生单元的一个是实施形态1的用于产生气流沈的鼓风机 23。并且，两阶段的气流发生单元的另一个是气体喷射机构27。气体喷射机构27包括环 状气体喷出部观，该气体喷出部观的内径比容器2的外径略大；以及空气源30，该空气源 30由例如空气泵构成，将所喷出的气体(例如空气)向气体喷出部观供给。气体喷出部 28具有将中空的方棒料的两端接合而形成环状的构造。更详细地说，气体喷出部观具有中空部^a，中空部28a中导入有来自空气源30 的气体；多个喷出孔^b，这些喷出孔28b在一个侧面上以规定的间距形成，以向轴向的一 个方向喷出气体；以及空气导入孔^c，该空气导入孔28c用于将气体从空气源30导入中 空部^a。从空气源30以规定压力向气体喷出部28供给的气体通过各喷出孔^b向从容 器2的细孔加放出的原料液F喷射。具有这种结构的气体喷射机构27，由于可以容易地使所喷射的气体的流速加快， 因此可以有效地使从容器2的细孔加呈放射状放出的原料液F偏转。这样一来，通过设置两阶段的气流发生单元，可以更加可靠地防止原料液F等附 着在环状电极3上。另外，不从多个喷出孔28b而从以环绕气体喷出部28的一个侧面一周 的状态设置的间隙(未图示)喷射气体的结构也可以获得同样的效果。(实施形态3)接下来，参考图5，对本发明实施形态3进行说明。实施形态3对实施形态1进行 了改变，下面，仅对与实施形态1不同的部分进行说明。图5是表示本发明实施形态3的纳 米纤维制造装置的大致结构的侧视图。另外，在本实施形态3中，也可以将容器2更换为容 器2A0在本实施形态3的纳米纤维制造装置IB中，不使用环状电极3，将用于收集纤维状 物质Fl的收集器5的鼓观作为与容器2成对的电极来使用。如上所述，收集器5配置在原料液F等通过气流沈而偏转的方向上，具有由导体 制成的鼓观。鼓观与高压电源4的一个端子(在图示的例子中是负极端子)连接，该高压 电源4的另一个端子(在图示的例子中是正极端子)接地。而且，容器2接地，在容器2与 鼓观之间产生电场。由此，在容器2和鼓观上分别感应出极性相反的电荷。在图示的例 子中，在鼓28上感应出负电荷，在容器2上感应出正电荷。在容器2与鼓观之间配置有长条带状的收集体30。收集体30是通过传送机构32 与鼓观的周面滑动接触地沿长度方向传送且具有可弯曲性的部件。从原料液F生成的纤 维状物质Fl堆积在沿长度方向传送的收集体30的表面，作为无纺布被收集。传送机构32 具有绕出收集体30的绕出辊34和将收集了纤维状物质Fl的收集体30绕回的绕回辊36。收集体30最好由薄且具有柔软性的材料构成，以便可以使气流沈通过，并且能够 容易地将堆积的纤维状物质Fl分离，该气流沈移送从原料液F生成的纤维状物质Fl (纳 米纤维)。作为较佳的材料，可以列举由芳族聚酰胺纤维形成的网状膜片。如果在该膜片上 涂布特氟隆(注册商标)涂层，则由于进一步提高了纤维状物质Fl (纳米纤维)的分离性， 因此更佳。
一般来说，收集体30由绝缘性材料构成，但不限于此，也可以在长条的片状部件 中混合碳纳米纤维等导电性材料，使收集体30具有导电性。如上所述，取代环状电极3，将用于收集纤维状物质Fl的收集器5的鼓观作为与 容器2成对的电极来使用，由此能够避免原料液F或由其形成的纤维状物质Fl附着在环状 电极3上，不需要进行维护。因此，能够提高生产效率。相反，由于难于将容器2与电极接 近配置，因此与实施形态1相比生产性可能略有降低。另外，如图6所示，在本实施形态3中也可以通过电源4向容器2施加高电压，并 使鼓观接地。但是，此时也需要用于使容器2和其他部件绝缘的特殊机构。另外，当然可 以将实施形态2的结构与本实施形态3的结构组合。(实施形态4)接下来，参考图7，对本发明实施形态4进行说明。实施形态4对实施形态1进行 了改变，下面，仅对与实施形态1不同的部分进行说明。图7是表示本发明实施形态4的纳 米纤维制造装置的容器的详细结构的剖视图。在本实施形态4中使用的容器2B被做成外径在旋转的轴向上直线式变化且圆锥 的顶部被切除的外形。容器2B的原料液导入空间7A由形成在距离周壁9的表面一定深度 处且径向进深一定的间隙、以及形成在距离圆形壁15的表面一定深度处且轴向进深一定 的间隙构成，该圆形壁15相当于圆锥的底面。位于周壁9的内侧的原料液导入空间7A的 位置越靠近容器2B的顶端侧(图的右侧)，该原料液导入空间7A越接近容器2B的旋转轴。并且，原料液供给管13与圆形壁15的中央的外侧表面连接。原料液供给管13的 管路13a和容器2A的原料液导入空间7A通过设置在圆形壁15的中央的连通孔1 连通。当使用本实施形态4的容器2B时，越靠近气流沈的下游侧，从细孔加放出的原 料液F受到的离心力越小。因此，越靠近气流沈的下游侧，通过气流沈偏转的原料液F等 的轨迹越靠近径向内侧。由此，从各细孔加放出的原料液F等的轨迹在容器2A的径向上 分散开来。如果原料液F等的轨迹在容器2A的径向上不分散而集中的话，则会产生由于原 料液F所具有的电荷因而从下游侧的细孔加放出的原料液F的带电受到妨碍、或者原料液 F从下游侧的细孔加的放出受到妨碍等危害。因此，通过使原料液F等的轨迹在容器2B的 径向上分散，能够消除这些危害。这里，如图7所示，越靠近气流沈的下游侧，容器2B的外径越小，在这种情况下， 最好使细孔加的直径越靠近气流26的下游侧越大，以使从各细孔加放出的原料液F的流 量保持一定。由此，可以使所生成的纤维状物质Fl的纤维直径保持一定。另外，本实施形态的容器2B不仅能应用于实施形态1，也能应用于实施形态2或 3，此时也能获得相同的效果。而且，虽然容器2B的外径越靠近气流沈的下游侧越直线式变小，但容器2B的外 径也可以越靠近气流沈的下游侧越直线式变大，此时，也可以使通过气流沈偏转的原料液 F等的轨迹在容器2A的径向上分散。实施例下面，对本发明的实施例进行说明。另外，本发明不受以下实施例的限定。在外径60mm、内径57mm的大致圆筒状的容器2的周壁上，以沿容器2的轴向排列 6个细孔加而组成1列、沿容器2的周向排列18列的状态形成总计108个细孔2a。此时，细孔加的容器2周向的间距为大约20mm。而且，细孔加的容器2轴向的间距为10mm。制作细孔加的直径为0. 20mm(实施例1)、0· 30mm(实施例2)和0. 50mm(实施例 3)这三种的容器2。使用分别组装有这三种容器2的图1的纳米纤维制造装置(以下称为实施例装 置)，使容器2以各种转速旋转20分钟，制造纳米纤维。这里，环状电极3的直径为400mm， 电源7的电压为60kV，电源7的负极与环状电极3连接，正极接地。而且，收集体30的传送 量为5mm/分。作为高分子材料使用聚乙烯醇(PVA)，作为溶剂使用水，将二者混合，将浓度 为10质量％的聚乙烯醇的溶液调制成原料液F。另一方面，使用具有图10所示的容器111和供给管112的以往的纳米纤维制造装 置(比较例装置)，以与上述实施例1 3相同的条件制造纳米纤维。这里，容器111准备 细孔113的直径为上述三种(0. 20mm(比较例1)、0. 30mm(比较例2)和0. 50mm(比较例3))
的三种容器。对于上述实施例1 3和比较例1 3，通过显微镜观察所制造的纳米纤维，对能 否制造出未混入高分子物质块的高质量纳米纤维进行研究。其结果如图8所示。在该图中， 能够制造出上述高质量纳米纤维的容器2或容器111的转速上限以空心的双头箭头表示。如图8所示，在实施例1 3中，与细孔加直径相同的各个比较例1 3相比，即 使以较高的转速使容器2旋转，也能够制造出高质量的纳米纤维，这种纳米纤维不会混入 未产生静电延伸现象的状态的原料液块。这意味着，既能够从细孔加放出更多的原料液F 又能够制造出高质量的纳米纤维。这样一来，采用本发明，能够更多地生产高质量的纳米纤 维。这是因为，在实施例1 3中，能够使从容器2的各细孔加放出的原料液F的流 量保持一定。即，这是因为，在达到更高的转速之前，从各细孔加放出的原料液F中不会混 入电荷密度过少的原料液F。而且，这是因为，在达到更高的转速之前，原料液在从细孔流出 时结块而流出的频率降低。而且，本发明的发明人将上述实施例1 3的各容器2应用到实施形态2的纳米 纤维制造装置IA中，以与上述实施例1 3相同的条件制造了纳米纤维。而且，对原料液F 等附着在环状电极3上的附着量进行了研究。其结果，在上述实施例1 3中，通过20分 钟的运行，在环状电极3上发现了少许原料液F等的附着，而与此相对，在使用实施形态2 的纳米纤维制造装置IA的实验中，即使运行20分钟后，也几乎不会发现原料液F等对于环 状电极3的附着。这样，在本发明的更佳的形态中，能够减少原料液F等对于环状电极3的 附着。另外，在上述实施形态及实施例中，记载了在外周壁上直接形成有多个细孔的容 器的情况，但在外周壁上设置喷嘴等突起部、使细孔在该突起部的顶端开口、从该细孔放出 原料液的结构也能获得本申请发明的效果。即，通过将处于细孔附近的容器内的原料液的 量限制为规定量，以规定压力向容器内部供给原料液，并使上述规定量的原料液受到的离 心力保持一定，从而能够稳定地将从细孔流出的原料液控制成固定量。由此，能够更加大 量地制造出高质量的纳米纤维，这种纳米纤维不含有未产生静电延伸现象的状态的原料液 块。产业上的实用性
根据本发明的纳米纤维制造装置以及制造方法，当通过静电纺丝法制造纳米纤维 时，能够以高生产性制造出高质量的纳米纤维。
权利要求
1.一种纳米纤维制造方法，包括使在外周壁上形成有多个细孔的容器旋转的工序；利用离心力将原料液经由所述细孔从所述容器的内部向外部放出的工序，所述原料液 含有高分子材料且带电；以及从所述被放出的原料液生成纤维状物质的工序，该纳米纤维制造方法的特征在于，所述放出工序，在原料液填充于所述容器的内部空间的状态下，对所述空间内的所述 原料液进行加压，所述容器的内部空间与所述多个细孔连通。
2.如权利要求1所述的纳米纤维制造方法，其特征在于，将所述容器的内部的形状设 定为，所述原料液从所述细孔放出的放出压力保持一定，该放出压力由施加给所述原料液 的所述离心力产生。
3.如权利要求1所述的纳米纤维制造方法，其特征在于，使从所述细孔放出的原料液 或由所述被放出的原料液生成的纤维状物质的前进方向从所述离心力方向偏转。
4.一种纳米纤维制造装置，其特征在于，具有旋转容器，该旋转容器具有筒状的外周壁，在该外周壁上设有多个细孔，这些细孔用于 利用离心力将含有高分子材料的原料液向径向外侧放出，该旋转容器具有与所述多个细孔 连通的空间，并且至少所述细孔的开口部由导体形成；旋转驱动装置，该旋转驱动装置对所述容器进行旋转驱动；加压装置，该加压装置在原料液填充于所述空间的状态下，对所述空间内的原料液进 行加压；电极，该电极配设在距离所述容器规定距离处；电位差赋予装置，该电位差赋予装置向所述容器与所述电极之间赋予电位差，以在所 述容器与所述电极之间产生电场；以及收集装置，该收集装置收集纤维状物质，该纤维状物质由因所述容器上产生的电荷而 带电、并从所述细孔放出的所述原料液生成。
5.如权利要求4所述的纳米纤维制造装置，其特征在于，所述空间由所述外周壁、设于 所述外周壁内侧的内周壁限定，所述空间的从所述多个细孔到所述内周壁的径向的进深相寸。
6.如权利要求4所述的纳米纤维制造装置，其特征在于，具有偏转装置，该偏转装置使 从所述细孔向径向外侧放出的原料液或由所述被放出的原料液生成的纤维状物质向与所 述径向不同的方向偏转。
7.如权利要求4所述的纳米纤维制造装置，其特征在于，所述开口部距离旋转轴的距离是一定的。
8.如权利要求4所述的纳米纤维制造装置，其特征在于，所述开口部距离旋转轴的距离根据所述细孔的与所述旋转轴平行的方向上的位置来 设定。
9.如权利要求7所述的纳米纤维制造装置，其特征在于，所述细孔在设置于所述外周壁的外侧面的突起部的顶端开口。
10.如权利要求8所述的纳米纤维制造装置，其特征在于，所述细孔在设置于所述外周壁的外侧面的突起部的顶端开口。
全文摘要
本发明提供一种纳米纤维制造方法和制造装置。该方法使在外周壁上形成有多个细孔的容器旋转，利用离心力将含有高分子材料且带电的原料液从容器内的空间经由与该空间连通的多个细孔向外部放出。由此，从带电的原料液生成纤维状物质。此时，通过原料液泵以规定的压力向填充有原料液的空间供给原料液，以将原料液从细孔以规定的压力推出。即，对空间内的原料液进行加压。并且，容器内的空间的形状被设定为对原料液施加的离心力保持一定。
文档编号D01D5/08GK102084043SQ20098013465
公开日2011年6月1日 申请日期2009年9月10日 优先权日2008年10月2日
发明者住田宽人, 横山政秀, 石川和宜, 黑川崇裕 申请人:松下电器产业株式会社