纳米纤维网制造装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米纤维网制造装置，所述装置包括：旋转轴；设置成能够以所述旋转轴为中心进行圆周运动的多个纺丝喷嘴；用于使所述旋转轴进行枢转的旋转单元；用于给所述多个纺丝喷嘴供给聚合物熔融液的分配单元；与所述纺丝喷嘴的前端相隔一定距离并形成为曲面形状的积聚板；以及用于在所述纺丝喷嘴和所述积聚板之间的空间中形成电场的高电压发生装置，从而能够通过提高纳米纤维网的拉伸力来改善物性，并且能够沿着一定方向排列纳米纤维，并且还能够以较少的喷嘴数量来制造宽幅大的纳米纤维网。
【专利说明】纳米纤维网制造装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米纤维网制造装置及其方法。特别是涉及一种通过将聚合物熔融液排出到电场内而生成并收集纳米纤维来制造纳米纤维网的制造装置及其方法。
【背景技术】
[0002]通常，利用电纺丝的纳米纤维网制造装置是将作为纳米纤维原料的聚合物熔融液排出到电场内来制造纳米纤维网的装置，而在韩国注册专利第10-0549140号(现有文献)中已经公开了这种纳米纤维网制造装置中的一种例子。
[0003]在以往的现有文献中所公开的纳米纤维网制造装置中，是使用熔融挤出机I将热塑性聚合物加热熔融后挤出纺丝熔融液，并通过纺丝喷嘴部4的前端喷嘴5将从熔融挤出机I挤出的纺丝熔融液排出到施加有高电压的电纺丝区域中，排出的纺丝熔融液受电纺丝区域的电场中的电场力的作用而被纺丝为极细纤维并被积聚到下方的积聚板10上。
[0004]在现有技术中是在喷嘴5被固定的状态下进行纺丝，在这种情况下因纳米纤维的拉伸力低而导致容易断裂，而且为了卷取纳米纤维网必须使用用于收集纳米纤维的原纸，并且在对纳米纤维网进行后续加工的过程中也存在着作业艰难的问题。
[0005]此外，因为现有技术的积聚板10被形成为平板形状，所以需要沿着宽度方向以一定间隔设置多个纺丝喷嘴部4以制造宽幅大的纳米纤维网。但是，当宽幅达到数米时，不仅需要设置数十个纺丝喷嘴部4，而且还将导致难以同时给数十个纺丝喷嘴部4供给压力均匀的熔融液，由此导致了在沿着宽度方向具有均匀厚度的纳米纤维网的制造中的诸多局限。
[0006]另外，当用于溶解聚合物熔融液的溶剂有害时，还需要单独执行用于使纳米纤维网中的上述溶剂挥发的工艺，而这导致了工艺的繁杂。
[0007]而且，在现有技术中如图1所示纳米纤维会被形成为没有方向性地、无规律地缠结在一起的纳米纤维网，而当对同一单位面积的纳米纤维之间的空间进行比较时将发现空间的偏差很大。这意味着纳米纤维的分布不均匀，从而存在着纳米纤维网的质量低下的问题。
[0008]也就是说，当用于使物质从纳米纤维之间的空间通过或过滤时，将导致通过率或过滤率不稳定。特别是，在专利注册第10-1115686号中公开的“异方性导电薄膜”中可以看出，其是以将导电粒子固定在纳米纤维上作为特征，但是导电粒子的分布度将根据纳米纤维的分布度而有所不同，进而导致了导电率根据每单位面积中导电粒子数量而有所不同，因此无法发挥出电子零件中所要求的良好的电接触性能。
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]本发明是为了改善如上所述的现有技术的纳米纤维网制造装置及其方法中存在的问题而被创出，其目的在于提供纳米纤维网制造装置及其方法，能够通过提高纳米纤维网的拉伸力来改善物性并且能够以较少的喷嘴数量来制造宽幅大的纳米纤维网。
[0011]解决问题的手段
[0012]为了实现上述目的，根据本发明的纳米纤维网制造装置，其特征在于，包括:旋转轴；多个纺丝喷嘴，以所述旋转轴为中心进行圆周运动，并且包括用于容纳聚合物熔融液的排出流路，并且沿着横跨所述旋转轴的方向排出聚合物熔融液；旋转单元，用于使所述旋转轴进行枢转；积聚板，设置成与所述纺丝喷嘴的前端相隔一定距离；以及高电压发生装置，用于在所述纺丝喷嘴和积聚板之间的空间中形成电场。
[0013]所述纺丝喷嘴可沿着所述旋转轴的圆周方向以放射状相互之间呈一定角度地设置为多个。
[0014]所述纺丝喷嘴可沿着所述旋转轴的轴向方向以一定间隔设置为多列。
[0015]优选地，本发明还包括用于给所述多个纺丝喷嘴的排出流路供给聚合物熔融液的分配单元。
[0016]更优选地，所述纺丝喷嘴被设置成在横跨所述旋转轴的方向上可自由调节相对于所述积聚板的距离。
[0017]所述纳米纤维网制造装置可包括原纸，用于在所述纺丝喷嘴和积聚板之间的电场中收集从所述纺丝喷嘴排出的纳米纤维，所述原纸沿着所述旋转轴的圆周方向可移动地附接于所述积聚部件的内壁上。此时，优选的是所述的聚部件被弯曲成圆弧形状。
[0018]此外，所述原纸可沿着所述旋转轴的轴向方向可移动地附接于所述积聚板的内壁上，此时，所述积聚板可被形成为圆筒形状。
[0019]此外，为了实现上述目的，根据本发明的纳米纤维网制造装置作为将聚合物熔融液排出到电场内而生成并收集纳米纤维来制造纳米纤维网的纳米纤维网制造装置，其特征在于，包括:旋转轴；旋转单元，用于使所述旋转轴进行枢转；纺丝喷嘴，设置成能够以所述旋转轴为中心进行圆周运动，并且包括用于容纳聚合物熔融液的排出流路，并且沿着横跨所述旋转轴的方向排出聚合物熔融液；引出单元，用于沿着所述旋转轴的轴向方向引出从所述纺丝喷嘴排出到电场内而形成的纳米纤维从而形成管状的纳米纤维网；以及折叠部件，用于按压通过所述弓丨出单元引出为管状的纳米纤维网的一侧而使其被叠成双层。
[0020]优选地,所述引出单元包括沿着所述旋转轴的轴向方向移动并收集从所述纺丝喷嘴排出的纳米纤维的收集部件。
[0021 ] 所述收集部件可被设置成能够以覆带式进行移动。
[0022]此外，所述收集部件可被形成为线形，尤其是，所述收集部件可由金属丝、带和丝线中的任一种构成。
[0023]另外，所述收集部件可沿着所述旋转轴的圆周方向以一定间隔设置为多个。
[0024]优选地，所述引出单元还包括用于沿着所述旋转轴的轴向拉动从所述纺丝喷嘴排出并被收集为环状的纳米纤维网的拉动部件。
[0025]更优选地，根据本发明的纳米纤维网制造装置还包括用于向通过所述弓丨出单元引出为管状的纳米纤维网的内部供给空气以使得所述管状的纳米纤维网膨胀的送风单元。
[0026]此外，优选地，根据本发明的纳米纤维网制造装置还包括用于以其内径逐渐变小的方式引导通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网而将所述纳米纤维网引接至所述折叠部件的引导部件。
[0027]为了实现上述目的，根据本发明的纳米纤维网制造方法，其特征在于，包括:使纺丝喷嘴以旋转轴为中心在电场内进行圆周运动从而沿着圆周运动的旋转轴的圆周方向收集从所述纺丝喷嘴排出的纳米纤维；从以与所述旋转轴呈一定夹角的另一旋转轴为中心进行圆周运动的另一纺丝喷嘴将聚合物熔融液排出至通过所述纺丝喷嘴的圆周运动而沿着所述旋转轴的圆周方向形成的纳米纤维表面上从而以多层形式形成纳米纤维网，其中各层的纳米纤维与其它层的纳米纤维之间相互呈一定夹角。
[0028]此外，为了实现上述目的，根据本发明的纳米纤维网制造方法作为将聚合物熔融液排出到电场内而生成并收集纳米纤维来制造纳米纤维网的纳米纤维网制造方法，其特征在于，包括:从以旋转轴为中心在电场内进行圆周运动的纺丝喷嘴排出聚合物熔融液而以环状收集纳米纤维的收集步骤；沿着旋转轴的轴向方向输送在所述收集步骤中形成为环状的纳米纤维网而形成管状的纳米纤维网的引出步骤；以及将在所述引出步骤中形成为管状的纳米纤维网叠成双层的折叠步骤。
[0029]优选地，根据本发明的纳米纤维网制造方法还包括对在所述折叠步骤中被折叠的纳米纤维网的一侧进行切割以制造单层的纳米纤维网的切割步骤。
[0030]更优选地，根据本发明的纳米纤维网制造方法还包括向在所述引出步骤中形成为管状的纳米纤维网的内部注入空气而使所述纳米纤维网膨胀的送风步骤。
[0031]根据本发明的纳米纤维网结构体，其特征在于，包括以一定间隔相隔开的多个收集部件，用于收集通过对聚合物熔融液进行电纺丝而形成的纳米纤维，其中纳米纤维网被电纺丝并固接于所述多个收集部件的一侧上。
[0032]所述的收集部件可被形成为线形，此外，所述收集部件可由金属丝、带和丝线中的任一种构成。
[0033]优选地，所述纳米纤维网被形成为管状，所述收集部件沿着管状的纳米纤维网的圆周方向以一定间隔设置为多个，其中各个收集部件沿着纳米纤维网的轴向方向设置为线形。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为根据现有技术制造的纳米纤维网的实物照片；
[0035]图2为根据本发明一实施例的纳米纤维网制造装置的概念示意图；
[0036]图3为图2中沿着A-A线切开的示意性侧剖视图；
[0037]图4、图5为图3所示的纺丝喷嘴的纺丝形态的概念示意图；
[0038]图6为以图5所示形态纺丝形成的实物照片；
[0039]图7为图2所示的纺丝喷嘴的放大示意图；
[0040]图8为图3所示的纺丝喷嘴的展开时的状态示意图；
[0041]图9为根据本发明另一实施例中的纺丝喷嘴的断面示意图示意性剖视图；
[0042]图10为根据本发明另一实施例的纳米纤维网制造装置的概念示意图；
[0043]图11为图10所示的原纸的出入形态的斜视图立体图；
[0044]图12为根据本发明一实施例中的纳米纤维网制造方法的概念示意图；
[0045]图13为根据本发明一实施例的纳米纤维网制造装置的概念示意图。；
[0046]图14为图13中沿着A-A线切开的示意性横剖视图；
[0047]图15为图13的B部分的放大示意图；
[0048]图16为根据本发明另一实施例的纳米纤维网制造装置的概念示意图；
[0049]图17为图16中沿着C-C线切开的示意性横剖视图；
[0050]图18为图17中在D点查看的示意性立体图；
[0051]图19为根据本发明的引出单元的另一实施例的概念示意图；
[0052]图20为图19中沿着E-E线查看的示意性横剖视图；
[0053]图21为本发明引出单元的另一实施例的概念示意图；
[0054]图22为图21所示的纳米纤维网制造装置的示意性立体图。
【具体实施方式】
[0055]以下参考附图详细说明本发明的优选实施例。
[0056]如图2至图5所示，根据本发明一实施例的纳米纤维网制造装置包括旋转轴10、设置成能够以所述旋转轴10为中心进行圆周运动的多个纺丝喷嘴20、用于使所述旋转轴10进行枢转的旋转单元、用于给所述多个纺丝喷嘴20供给聚合物熔融液的分配单元、与所述喷射喷嘴20的前端相隔一定距离并形成为曲面形状的积聚板40、以及用于在所述纺丝喷嘴20和所述积聚板40之间的空间中形成电场的高电压发生装置50。
[0057]所述旋转轴10通过旋转单元可枢转地设于所述积聚板40的内部。
[0058]所述旋转单元包括旋转支撑部件11和驱动电机12，所述旋转支撑部件11可枢转地支撑所述旋转轴10，所述驱动电机12用于使所述旋转轴10枢转。所述驱动电机12通过连接支架13固接于所述旋转支撑部件11上。
[0059]所述纺丝喷嘴20具有用于容纳聚合物熔融液的排出流路21。所述排出流路21以横跨所述旋转轴10的方向形成，从而以横跨旋转轴10的方向排出聚合物熔融液。
[0060]所述分配单元是用于给纺丝喷嘴20供给聚合物熔融液的装置，其包括与纺丝喷嘴20的排出流路21相连通分配流路31。填充到所述分配流路31中的聚合物熔融液被供给到纺丝喷嘴20的排出流路21，并且聚合物熔融液通过纺丝喷嘴20的排出流路21被纺丝到外部。
[0061]此外，所述分配单元还可包括用于储藏聚合物熔融液的溶液储槽32、用于对所述溶液储槽32中的聚合物熔融液加压以送到所述分配流路31中的加压供给装置33、以及用于连接所述分配流路31和加压供给装置33的供给流路34。此时，加压供给装置33可以是在所述分配流路31上设置活塞(图中未显示)并利用流体(气)压加压的方式，也可以是使用齿轮泵等泵装置每次给分配流路31供给一定量的聚合物熔融液的方式。
[0062]所述分配流路31设在所述旋转轴10的轴上并与所述旋转轴10 —体地枢转。所述分配流路31与所述供给流路34的连接部分设有旋转接头35，从而可以在供给流路34被固定的状态下只让分配流路31进行旋转并将聚合物溶液从供给流路34供给到分配流路31。
[0063]即，所述旋转接头35由固定部和旋转部构成并在使旋转部相对于固定部进行旋转运动的同时使流体流通，所述旋转接头35的一端与分配流路31连接、另一端与供给流路34连接，聚合物熔融液从固定的供给流路34供给到旋转的分配流路31。
[0064]多个纺丝喷嘴20的各排出流路21与所述分配流路31相连通以从分配流路31接收聚合物熔融液。各排出流路21沿旋转轴的径向方向(横跨旋转轴的方向中的一个例子)延伸形成。各排出流路21的前端与旋转轴10的轴中心线相隔一定距离，因此在旋转轴10旋转时各排出流路21的前端以旋转轴10的中心线为中心进行圆周运动。
[0065]此外，所述积聚板40以旋转轴10作为中心在与所述纺丝喷嘴20相隔一定距离处弯曲成圆弧形状。因此，从所述纺丝喷嘴20排出的聚合物熔融液沿着旋转轴10的径向方向朝着积聚部件40处纺丝而形成纳米纤维。
[0066]所述纺丝喷嘴20在沿着所述旋转轴10的圆周方向上以放射状相互之间呈一定角度地设置为多个的同时沿着所述旋转轴10的轴向方向上以一定间隔设置为多列。在此，相邻的纺丝喷嘴20的排出流路21之间需要维持一定距离以上的间隔以防止在纺丝时产生相互的电干扰，同时排出流路21需要被布置成使从每个排出流路21纺丝而成的纳米纤维网之间不形成空的空间而是重叠一定部分。
[0067]例如，图4所示的六棱柱形状的纺丝喷嘴20和分配流路31中排出流路21分别形成在六角形的棱角上，如图5所示在每个棱角上以一定间隔形成为多个。因此，排出流路21维持一定距离的间隔。
[0068]此外，形成在相邻的棱角上的排出流路21被形成在不同的高度处。例如，如图5所示，棱角2上的排出流路21设在比棱角I上的排出流路21低但比棱角3上的排出流路21高的位置处。相邻的棱角上的排出流路21之间的高度差相当于同一棱角上各个排出流路21之间间隔的I/η。由此，在通过同一棱角上的排出流路21制成的纳米纤维网之间的空间中将进一步形成有η-1个纳米纤维网，因此，通过各排出流路21制成的纳米纤维网将填满空间以防止发生空的空间。
[0069]综上，当排出流路21沿着六棱柱的周面以一定间隔整体地构成螺旋状时，不仅可以维持排出流路21之间的一定间隔，而且还可以重叠地形成纳米纤维网。
[0070]图6示出了纺丝喷嘴的另一实施例。
[0071]在本实施例中，纺丝喷嘴20’和分配流路31’以三棱柱形状形成，多个排出流路21’沿着三个棱角构成螺旋状。本实施例的纺丝喷嘴20’的外侧设有具有空气流路25a的空气喷嘴25，以将空气喷射到纺丝喷嘴20’的前端。此时，当以从排出流路21’前端排出聚合物熔融液的进行方向喷射空气时将增加聚合物熔融液的排出速度，从而不仅可以增加纺丝速度而且还可以增加纺丝方向的直进性。
[0072]另外，在所述纺丝喷嘴20和分配流路31被固定的状态下通过纺丝喷嘴20的排出流路21排出聚合物熔融液时，将以如图3a所示的形状纺丝而制成纳米纤维。在这种情况下形成的纳米纤维网具有如图1所示纳米纤维无规律地缠结在一起的形态。
[0073]但是，当所述纺丝喷嘴20和分配流路31以旋转轴10为中心进行旋转来进行圆周运动时，将以如图3b所示的螺旋状纺丝。此时，如果将转速(rpm)提高到一定数值以上，则可得到如图3c的实物照片所示接近直线的纳米纤维排列形态。图3c所示的纳米纤维与纺丝喷嘴20的圆周运动轨迹平行，而直线程度以及平行程度，即，直线度或者平行度与旋转转速成比例。
[0074]此处，无论是如图3b所示通过纺丝喷嘴20的圆周运动而制成的、具有如图3c所示的平行形状的纳米纤维网还是如图1所示无规律地缠结在一起的形状均表现出了高拉伸力。
[0075]所述积聚板40的内壁上设有原纸F，原纸F用于在所述纺丝喷嘴20和积聚板40之间的电场中收集从所述纺丝喷嘴20中排出的纳米纤维。
[0076]如图3所示，所述原纸F沿着所述旋转轴10的圆周方向可移动地附接于所述积聚板40的内壁上。此时，积聚板40以圆弧形状形成以留有原纸的出入口 Fl，积聚板40的一侧形成有空气吸入口 41以利用空气负压使原纸F吸附在积聚板40的内壁上。当在所述原纸F吸附在积聚板40的状态下启动原纸移动装置60时，原纸F在沿着积聚板40内壁收集纳米纤维网的同时进行移动。
[0077]此外，如图8和图9所示，所述原纸F可被设置成沿着所述旋转轴10的轴向方向可移动地附接于所述积聚板40’的内壁上。此时，所述积聚板40’以圆筒形状形成。
[0078]所述积聚板40’两端设有引导部件45，引导部件45用于将原纸F卷成圆弧形状并导入所述积聚板40’。所述引导部件45作为端面为半圆形状的板，其在原纸F通过所述引导部件进入积聚板40’时使原纸F在宽度方向上被卷取。在本实施例中，设有一对引导部件45和原纸F并且原纸F通过引导部件45分别被卷取成半圆形状并通过所述积聚板40’。
[0079]另外，所述旋转轴10的一侧设有送风机70，送风机70用于使所述积聚板40’的内部空气沿着一定方向流动。例如，可以启动所述送风机70以使得空气沿着原纸F通过的方向流动。所述送风机70可通过单独的驱动部与旋转轴10独立地被启动。
[0080]所述高电压发生装置50用于将高电压施于聚合物熔融液中。所述高电压发生装置与所述分配流路31电连接以将电施于所述纺丝喷嘴20和聚合物熔融液中，而所述积聚板40被接地从而与从所述纺丝喷嘴20排出的聚合物熔融液产生电势差而形成电场。
[0081]在根据本发明一实施例的纳米纤维网制造方法中，沿着旋转轴10的圆周方向排列通过使纺丝喷嘴20以旋转轴10为中心在电场内进行圆周运动而从纺丝喷嘴20排出并被纺丝的纳米纤维。图3c示出了沿着旋转轴10的圆周方向排列的纳米纤维。
[0082]此外，从以与所述旋转轴10呈一定夹角的另一旋转轴10为中心进行圆周运动的纺丝喷嘴10将聚合物熔融液排出至通过纺丝喷嘴20的圆周运动而沿着旋转轴10的圆周方向形成的纳米纤维表面上从而以多层形式形成纳米纤维网，其中各层的纳米纤维与其它层的纳米纤维之间相互呈一定夹角。
[0083]例如，将沿着所述旋转轴10的圆周方向排列的纳米纤维排列成横跨所述旋转轴的方向，将聚合物熔融液从所述纺丝喷嘴20排出至沿着圆周方向排列的纳米纤维表面上从而使纳米纤维排列成与上一步骤中形成的纳米纤维呈一定夹角并重叠。
[0084]如图10所示，通过结合图3所示装置和图8所示装置以连续工艺制造层叠的纳米纤维网。此处，第一电场I内的旋转轴与第二电场II内的旋转轴互相垂直(呈90°夹角)。
[0085]首先，使纺丝喷嘴20在第一电场I内以旋转轴为中心进行圆周运动，从而沿着该旋转轴的圆周方向排列第一纳米纤维NI而形成第一纳米纤维网。
[0086]然后，使所述第一纳米纤维NI通过第二电场II内而使得第二纳米纤维N2被收集在第一纳米纤维NI的表面上从而可以得到整体上呈格子形状的纳米纤维网。
[0087]以如上所述以格子形状形成的纳米纤维网可减小分布于每单元面积中的纳米纤维的根数偏差，并且当在纳米纤维上固定导电粒子等的异物时可显著减小导电粒子的分布偏差。
[0088]第一纳米纤维NI和第二纳米纤维N2之间的夹角与第一电场I内的旋转轴和第二电场II内的旋转轴之间的夹角相同。即，第一纳米纤维NI与第二纳米纤维N2之间的夹角将根据第二电场II内的旋转轴相对于第一电场I内的旋转轴倾斜的角度而有所不同。
[0089]参考图13至图15，根据本发明一实施例的纳米纤维网制造装置包括旋转轴110、用于使所述旋转轴110进行枢转的旋转单元、用于沿着横跨所述旋转轴110的方向排出聚合物熔融液的纺丝喷嘴130、用于在与所述纺丝喷嘴130之间的空间中形成电场的积聚部件140、用于沿着所述旋转轴的轴向方向引出从所述纺丝喷嘴130排出到电场内而形成的纳米纤维从而形成管状的纳米纤维网的引出单元、用于按压通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网的一侧而使其被叠成双层的折叠部件160、用于以其内径逐渐变小的方式引导通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网而将其引接至所述折叠部件的引导部件170、用于向纳米纤维网的内部供给空气以使得通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网膨胀的送风单元、以及用于给从所述纺丝喷嘴130排出的聚合物熔融液施以高电压的高电压发生装置180。
[0090]所述旋转轴110通过旋转单元可枢转地设于积聚部件140内部。
[0091]所述旋转单元设有驱动电机126，并通过传动带127和滑轮128将驱动电机126的动力传送至旋转轴110。因为所述旋转轴110上施加有来自高电压发生装置180的高电压，所以通过所述传动带127和滑轮128传送动力可切断高电压被施加到驱动电机126。施加到所述旋转轴110的高电压被传送到与所述旋转轴110的外周面结合的纺丝喷嘴130上，从而将电力施于纺丝喷嘴130内的聚合物熔融液而实现电纺丝。
[0092]所述纺丝喷嘴130被设置成能够以所述旋转轴110为轴中心进行圆周运动。即，所述纺丝喷嘴130以悬臂梁形状突出并螺纹连接在所述旋转轴110外周面上，因此当旋转轴110枢转时将以旋转轴110为中心进行圆周运动。所述排出流路沿着横跨所述旋转轴110的方向形成，从而以横跨旋转轴110的方向排出聚合物熔融液。
[0093]所述旋转轴110内部形成有聚合物熔融液供给流路111，所述各纺丝喷嘴130还设有与所述聚合物熔融液供给流路111相连通并用于容纳聚合物熔融液的排出流路。聚合物熔融液在从聚合物熔融液供给源121经由所述旋转轴110的聚合物熔融液供给流路111而供给至各个纺丝喷嘴130并通过各个排出流路被排出到纺丝喷嘴130的外部的同时被电纺丝。
[0094]如图13和图15所示，所述旋转轴110的内部设有用于使来自外部的空气通过的空气供给流路113、和用于使来自聚合物熔融液供给源121的聚合物熔融液通过的聚合物熔融液供给流路111。
[0095]所述空气供给流路113位于旋转轴110的轴中心处，所述聚合物熔融液供给流路111被设置成偏心于轴中心。
[0096]所述旋转轴110的外周面设有被设置成可相对于旋转轴110进行旋转的环状旋转接头122，以使得从所述聚合物熔融液供给源121供给的聚合物熔融液可被传送至旋转的旋转轴110中。即，所述旋转轴110的聚合物熔融液供给流路111的一侧设有聚合物熔融液入口 112，所述旋转接头122设有与所述聚合物熔融液入口 112相连通的连接流路122a并形成有与来自所述聚合物熔融液供给源121的熔融液供给流路121a相连接的线接合部122b。所述旋转接头122的连接流路122a沿着所述旋转轴110的外周面形成为环状，因此即使是在旋转轴100旋转时也能够将聚合物熔融液供给到所述聚合物熔融液入口 112。所述旋转轴在所述旋转接头122被固定状态下进行枢转，从所述聚合物熔融液供给源121经由所述熔融液供给流路121a供给到所述线接合部122b的聚合物熔融液通过环状的连接流路122a沿着所述旋转轴的外周面被供给到所述聚合物熔融液入口 112。
[0097]所述积聚部件140以圆筒形状设置成与所述纺丝喷嘴130的前端相隔一定距离并且被接地。因此，与通过高电压发生装置180施加高电压的所述纺丝喷嘴130产生电势差，从而使从所述纺丝喷嘴130排出的聚合物熔融液沿着旋转轴110的径向方向朝着积聚部件140进行纺丝。即，所述积聚部件140和纺丝喷嘴130以及旋转轴110之间会产生电势差，从而在圆筒内部空间形成电场进而构成电纺丝。
[0098]如图13所示，在所述积聚部件140内壁上收集从所述纺丝喷嘴130排出并朝着所述积聚部件140纺丝的纳米纤维。
[0099]所述引出单元包括拉动部件151,拉动部件151用于沿着所述旋转轴的轴向方向拉动从所述纺丝喷嘴130排出并收集为环状的纳米纤维网以形成管状的纳米纤维网。
[0100]本实施例中的拉动部件151为用于卷取被收集为环状的纳米纤维网的前端并拉动的卷取辊。卷取辊仅仅是拉动部件151的一个例子，并且只要是用于拉动并输送纳米纤维网的装置均可用作拉动部件151。
[0101]在本实施例中，在所述积聚部件140的内壁上收集纳米纤维，随着所述旋转轴110的旋转，在纺丝喷嘴130进行圆周运动的同时形成了纳米纤维，进而形成了环状的纳米纤维网N。
[0102]另外，所述纺丝喷嘴130沿着所述旋转轴110的轴向方向以一定间隔设置为多个，因此所述环状的纳米纤维网N横跨所述积聚部件140的内侧面整体形成为圆筒形，并且在所述拉动部件151拉动被形成为圆筒形的纳米纤维网N的前端时，可连续地制造出管(tube)状的纳米纤维网。虽然可以如上所述直接拉动来引出被收集在所述积聚部件140的表面上而被形成的纳米纤维网，但是也可以设置单独的引出装置。
[0103]例如,如图16至图22所示,所述引出单元还可包括在电场内沿着所述旋转轴110的轴向方向移动的同时收集从所述纺丝喷嘴130排出而形成的纳米纤维的收集部件52、53,54ο
[0104]所述收集部件52、53、54由诸如金属丝、丝线、绳，带等的材料形成为线形，并且在沿着所述旋转轴110的轴向方向贯通电场内的同时输送纳米纤维网。
[0105]参考图16和图17，所述收集部件152由丝线形成并且设于所述积聚部件140的内部，其中所述收集部件152沿着所述积聚部件140的圆周方向相互以一定间隔设置为多个。由丝线构成的收集部件152在被辊卷取再被展开的同时通过所述积聚部件140的内部，之后在通过所述拉动部件151而被卷取的同时输送管状的纳米纤维网。
[0106]此外，纳米纤维网被收集在所述多个收集部件152的一侧而形成了多个收集部件152和环状的纳米纤维网被一体结合的纳米纤维网结构体。S卩，当参考图17的放大部分和图18时，纳米纤维网结构体是通过设置由丝线构成的、相互以一定间隔相隔的多个收集部件152并对纳米纤维进行电纺丝而固接于该收集部件152的内侧而制成的。如上所述，当在多个收集部件152和纳米纤维网被一体结合的状态下移动收集部件152时将能够与该收集部件152 —同输送纳米纤维网。
[0107]在图19和图20中示出了收集部件的另一实施例。图19和图20所示的收集部件153被设置成能够以覆带方式进行移动，从而在与纳米纤维网一同移动一定距离的同时输送纳米纤维网。即，本实施例的收集部件153与在其一侧被收集并结合的纳米纤维网一同移动，但是在通过所述积聚部件140后则与纳米纤维网分离并以覆带方式进行循环。
[0108]在图21和图22中示出了收集部件的又另一实施例。图9和图10所示的收集部件154是由与薄膜或无纺布相同的面料制成，其在被卷在所述积聚部件140上的状态下被引入，然后收集纳米纤维网后一同被输送。此时，纳米纤维被收集在圆筒形的收集部件154的内侧面上并构成管状的纳米纤维网。所述收集部件154在与纳米纤维网一同移动的同时被卷取到所述拉动部件151上。
[0109]所述折叠部件160通过一对辊来按压通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网的一侧而使其被叠成双层。当使形成为管状的纳米纤维网通过由一对辊构成的折叠部件160时，能够获得叠成双层形态的纳米纤维网。此外，当在折叠状态下通过多个辊对纳米纤维网进行轧制工艺时，能够获得改善纳米纤维网的物性的效果。即，当管状的纳米纤维网被折叠时，能够通过轧制工艺容易地拉伸纳米纤维网，由此能够加强拉伸强度。
[0110]另外，当在用刀切开叠成双层的纳米纤维网中被折叠的一端后展开时，能够制成一张呈平面形态的纳米纤维网。即，能够展开圆形而获得宽幅大的纳米纤维网。
[0111]所述引导部件170由多个辊构成，从而引导管状的纳米纤维网而使其内径随着越接近所述拉动部件160而变得越小。即，因为由多个辊构成的引导部件170在所述积聚部件140被设置成相互间的间隔随着越接近所述折叠部件160而变得越小，所以能够以容易折叠的方式朝着折叠部件160引导管状的纳米纤维网。
[0112]所述送风单元包括用于向该纳米纤维网的内部供给空气以使得纳米纤维网膨胀的空气供给流路113、用于强制性地向所述空气供给流路133供给空气的空气供给源124、以及用于对从所述空气供给源124排出的空气进行加热的空气加热器125。
[0113]如图16所示，所述空气供给流路113设在所述旋转轴110的一侧。所述旋转轴110的一端设有用于向旋转的所述旋转轴110的空气供给流路113供给空气的回转接头123。所述回转接头123在被固定的状态下使旋转轴110进行旋转的同时将外部空气供给到空气供给流路113中。所述空气供给流路113是贯穿所述旋转轴110而成，旋转轴110的一端设有用于排出供给到空气供给流路113中的空气的空气出口 113a。S卩，旋转轴110的一端接合有回转接头123，另一端形成有空气出口 113a。为了给所述旋转轴110的空气供给流路113供给高温空气，还设有空气供给源124和空气加热器125。所述空气供给源124产生高压空气，在高压空气通过空气加热器125而被高温加热后，经由回转接头123供给到旋转轴110的空气供给流路113中，并经由所述空气出口 113a供给到纳米纤维网的内部。流入到管状的纳米纤维网内部的高温空气使纳米纤维网膨胀而增加其表面积，因此能够增加纳米纤维网的拉伸力。此外，随着高温空气通过纳米纤维网而被排出到外部，不仅能够对纳米纤维网进行干燥而且还能够挥发纳米纤维网中含有的有害溶剂(solvent)。
[0114]根据本发明的另一实施例的纳米纤维网制造方法包括以环状收集纳米纤维的收集步骤、将在所述收集步骤中形成为环状的纳米纤维网形成为管状的纳米纤维网的引出步骤、将在所述引出步骤中形成为管状的纳米纤维网叠成双层的折叠步骤、和对在所述折叠步骤中折叠的纳米纤维网的一侧进行切割以制造单层的纳米纤维网的切割步骤。
[0115]在所述收集步骤中，通过从以所述旋转轴110为轴中心进行圆周运动的纺丝喷嘴130排出聚合物熔融液而以环状形成纳米纤维。
[0116]在所述引出步骤中，通过沿着所述旋转轴110的轴方向输送被形成为环状的纳米纤维网而制成连续的管状的纳米纤维网。此处，当通过卷取辊来卷取管状的纳米纤维网的前端时能够连续地制造管状的纳米纤维网。
[0117]此处，执行使在所述弓丨出步骤中形成为管状的纳米纤维网膨胀的送风步骤。即，在所述送风步骤中，通过向管状的纳米纤维网的内部注入高温空气而使纳米纤维网膨胀的同时进行高温干燥来挥发溶剂。
[0118]在所述折叠步骤中按压管状的纳米纤维网的一侧而使其被叠成双层后，在切割步骤中对折叠的纳米纤维网进行切割以获得呈平面状的、宽幅大的纳米纤维网。
[0119]在所述折叠步骤中，使管状的纳米纤维网通过一对辊之间并被压缩而使其被叠成双层。为了使管状的纳米纤维网被导入到一对辊之间，能够使用引导部件来使管状的纳米纤维网变为椭圆状，其中优选地以长度方向引导以使得椭圆的长轴与一对辊相邻。
[0120]另外，在连续的生产工艺中，在对纳米纤维网的一侧进行所述折叠步骤期间，对纳米纤维网的整体执行引出步骤来拉伸纳米纤维网。即，因为所述折叠步骤还会起到压缩定位的作用，所以在纳米纤维网的一侧正在被折叠的状态下通过卷取辊拉动纳米纤维网并引出时将使得纳米纤维网被拉伸并增加拉伸力。
[0121]在所述切割步骤中，用刀连续地切开叠成双层的纳米纤维网的两端或一端。此时，当切开两端时则能够获得两张纳米纤维网，而当只切开一端时则能够通过展开双层而获得一张宽幅大的纳米纤维网。
[0122]产业可利用性
[0123]如上所述，通过根据本发明的纳米纤维网制造装置，能够提高所述纳米纤维网的拉伸力来改善物性，并且能够沿着一定方向排列纳米纤维，并且不仅能够通过减少每单位面积种所分布的纳米纤维的根数偏差来改善纳米纤维网的品质，而且还能够以较少的喷嘴数量来制造宽幅大的纳米纤维网。而且，能够以较少量的喷嘴来制造宽幅大的纳米纤维网，并且通过向管状的纳米纤维内部通入高温空气使其膨胀成如气球一样，能够易于从纳米纤维网中去除溶剂，进而能够易于干燥纳米纤维网。
【权利要求】
1.一种将聚合物熔融液排出到电场内而生成并收集纳米纤维来制造纳米纤维网的纳米纤维网制造装置，其特征在于，包括: 旋转轴； 纺丝喷嘴，设置成以所述旋转轴为中心进行圆周运动，并包括用于容纳聚合物熔融液的排出流路，并且沿着横跨所述旋转轴的方向排出聚合物熔融液； 分配单元，用于给所述纺丝喷嘴的排出流路供给聚合物熔融液； 旋转单元，用于使所述旋转轴进行枢转； 积聚部件，设置成与所述纺丝喷嘴的前端相隔一定距离；以及 高电压发生装置，用 于在所述纺丝喷嘴和所述积聚部件之间的空间中形成电场。
2.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述纺丝喷嘴沿着所述旋转轴的圆周方向以放射状相互之间呈一定角度地设置为多个。
3.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述纺丝喷嘴沿着所述旋转轴的轴向方向以一定间隔设置为多列。
4.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述纺丝喷嘴沿着所述旋转轴的圆周方向以放射状相互之间呈一定角度地设置为多个并且沿着所述旋转轴的轴向方向以一定间隔设置为多列，其中，所述纺丝喷嘴沿着所述旋转轴的外周面被整体地排列成螺旋状。
5.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述积聚部件被弯曲成圆弧形状。
6.如权利要求5所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，包括: 原纸，用于在所述纺丝喷嘴和所述积聚部件之间的电场中收集从所述纺丝喷嘴排出的纳米纤维，所述原纸沿着所述旋转轴的圆周方向可移动地附接于所述积聚部件的内壁上。
7.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述积聚部件被形成为圆筒形状。
8.如权利要求7所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，包括: 原纸，用于在所述纺丝喷嘴和所述积聚部件之间的电场中收集从所述纺丝喷嘴排出的纳米纤维，所述原纸沿着所述旋转轴的轴向方向可移动地附接于所述积聚部件的内壁上。
9.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，还包括: 空气喷嘴，用于向所述纺丝喷嘴的前端喷射空气。
10.一种将聚合物熔融液排出到电场内而生成并收集纳米纤维来制造纳米纤维网的纳米纤维网制造方法，其特征在于，包括: 使纺丝喷嘴以旋转轴为中心在电场内进行圆周运动从而沿着圆周运动的旋转轴的圆周方向收集从所述纺丝喷嘴排出的纳米纤维； 从以与所述旋转轴呈一定夹角的另一旋转轴为中心进行圆周运动的另一纺丝喷嘴将聚合物熔融液排出至通过所述纺丝喷嘴的圆周运动而沿着所述旋转轴的圆周方向形成的纳米纤维表面上从而以多层形式形成纳米纤维网，其中各层的纳米纤维与其它层的纳米纤维之间相互呈一定夹角。
11.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，还包括: 引出单元，用于沿着所述旋转轴的轴向方向引出从所述纺丝喷嘴排出到电场内而形成的纳米纤维从而形成管状的纳米纤维网；以及 折叠部件，用于按压通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网的一侧而使其被叠成双层。
12.如权利要求1所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述引出单元包括: 收集部件，沿着所述旋转轴的轴向方向移动并收集从所述纺丝喷嘴排出的纳米纤维。
13.如权利要求12所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述收集部件被设置成能够以覆带方式进行移动。
14.如权利要求12所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述收集部件被形成为线形。
15.如权利要求12所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述收集部件由金属丝、带和丝线中的任一种构成。
16.如权利要求12所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述收集部件沿着所述旋转轴的圆周方向以一定间隔设置为多个。
17.如权利要求12所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，所述引出单元还包括: 拉动部件，用于沿着所 述旋转轴的轴向方向拉动从所述纺丝喷嘴排出并被收集为环状的纳米纤维网而形成管状的纳米纤维网。
18.如权利要求12所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，还包括: 送风单元，用于向通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网的内部供给空气以使得所述管状的纳米纤维网膨胀。
19.如权利要求12所述的纳米纤维网制造装置，其特征在于，还包括: 引导部件，用于以其内径逐渐变小的方式引导通过所述引出单元引出为管状的纳米纤维网而将所述纳米纤维网引接至所述折叠部件。
20.一种将聚合物熔融液喷入电场内形成纳米纤维后收集制造纳米纤维网的纳米纤维网制造方法，其特征在于，包括: 从以旋转轴为中心在电场内进行圆周运动的纺丝喷嘴排出聚合物熔融液而以环状收集纳米纤维的收集步骤； 沿着所述旋转轴的轴向方向输送在所述收集步骤中形成为环状的纳米纤维网而形成管状的纳米纤维网的引出步骤；以及 将在所述引出步骤中形成为管状的纳米纤维网叠成双层的折叠步骤。
21.如权利要求20所述的纳米纤维网制造方法，其特征在于，还包括: 对在所述折叠步骤中被折叠的纳米纤维网的一侧进行切割以制造单层的纳米纤维网的切割步骤。
22.如权利要求20所述的纳米纤维网制造方法，其特征在于，还包括: 向在所述引出步骤中形成为管状的纳米纤维网的内部注入空气而使所述纳米纤维网膨胀的送风步骤。
23.—种纳米纤维网结构体，包括: 以一定间隔相隔开的多个收集部件，用于收集通过对聚合物熔融液进行电纺丝而形成的纳米纤维，其中纳米纤维网被电纺丝并固接于所述多个收集部件的一侧上。
24.如权利要求23所述的纳米纤维网结构体，其特征在于，所述收集部件被形成为线形。
25.如权利要求23所述的纳米纤维网结构体，其特征在于，所述收集部件由金属丝、带和丝线中的任一种构成。
26.如权利要求23所述的纳米纤维网结构体，其特征在于，所述纳米纤维网被形成为管状，所述收集部件沿着管状的纳米纤维网的圆周方向以一定间隔设置为多个，各个收集部件沿着所述纳米纤维 网的轴向方向形成为线形。
【文档编号】D01D5/00GK104053831SQ201280064418
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】成永彬 申请人:Mns 21有限公司