JP4907571B2 - Nanofiber manufacturing equipment, non-woven fabric manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本願発明は、エレクトロスピニング法(静電爆発)を用いてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置、及び、エレクトロスピニング法で製造されるナノファイバを堆積させて不織布を製造する不織布製造装置に関する。 The present invention relates to a nanofiber manufacturing apparatus that manufactures nanofibers using an electrospinning method (electrostatic explosion), and a non-woven fabric manufacturing apparatus that manufactures nonwoven fabrics by depositing nanofibers manufactured by an electrospinning method.
高分子物質などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状(繊維状)物質(ナノファイバ)を製造する方法として、エレクトロスピニング(電荷誘導紡糸)法が知られている。 An electrospinning (charge-induced spinning) method is known as a method for producing a filamentous (fibrous) material (nanofiber) made of a polymer material or the like and having a submicron-scale diameter.
このエレクトロスピニング法とは、溶媒中に高分子物質などを分散または溶解させた原料液を空間中に噴射(吐出)させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させ、空間を飛行中の原料液を静電爆発させることにより、ナノファイバを得る方法である。 This electrospinning method is a method in which a raw material liquid in which a polymer substance or the like is dispersed or dissolved in a solvent is ejected (discharged) into the space, and a charge is imparted to the raw material liquid to charge it. In this method, nanofibers are obtained by electrostatic explosion of a liquid.
より具体的には、空間を飛行中の原料液の粒から溶媒が蒸発するに伴い原料液の体積は減少していくが、原料液に付与された電荷は維持されるため、結果として原料液の粒の電荷密度が上昇する。そして、溶媒は、継続して蒸発するため、原料液の粒の電荷密度がさらに高まり、原料液の粒の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力より勝った時点で高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象(静電爆発)が生じる。この静電爆発が、空間において次々とねずみ算式に発生することで、直径がサブミクロンの高分子から成るナノファイバが製造される(例えば、特許文献1参照)。 More specifically, the volume of the raw material liquid decreases as the solvent evaporates from the particles of the raw material liquid in flight, but the charge imparted to the raw material liquid is maintained. The charge density of the grains increases. Since the solvent continuously evaporates, the charge density of the raw material liquid particles is further increased, and the polymer is rebounded when the repulsive Coulomb force generated in the raw material liquid grains exceeds the surface tension of the raw material liquid. A phenomenon (electrostatic explosion) in which the solution is stretched linearly occurs. This electrostatic explosion is generated in a spiral manner one after another in the space, thereby producing a nanofiber made of a polymer having a submicron diameter (for example, see Patent Document 1).
前記エレクトロスピニング法により製造されるナノファイバを糸や不織布の原料として用いる場合、大量のナノファイバを高密度で収集する必要がある。そのために、例えば特許文献2には、ナノファイバを収集するための電極に向けて原料液を噴射する多数のノズルを配置し、多量のナノファイバを高密度で製造する発明が記載されている。 When nanofibers manufactured by the electrospinning method are used as raw materials for yarns and nonwoven fabrics, it is necessary to collect a large amount of nanofibers at high density. For this purpose, for example, Patent Document 2 describes an invention in which a large number of nanofibers are manufactured at a high density by arranging a large number of nozzles for injecting a raw material liquid toward an electrode for collecting the nanofibers.
しかし、ナノファイバを収集する収集手段に向けて多数のノズルを配置する場合、単位面積あたりに配置されるノズルの数には限度があるため、収集できるナノファイバの密度をあまり高めることができない。 However, when a large number of nozzles are arranged toward a collecting means for collecting nanofibers, the number of nozzles arranged per unit area is limited, so that the density of nanofibers that can be collected cannot be increased so much.
そこで、周壁に多数の噴射口を設けた円筒形の容器をナノファイバを収集する方向と当該容器の軸とが一致するように配置し、当該軸を回転軸として高速に回転させることで前記容器の噴射口から原料液を噴射させる手段を発明し、さらに、ナノファイバを収集する方向と交差する方向に噴射される原料液の飛行方向を、ナノファイバを収集する方向に変更するために気体流を変更する発明を行い、別途当該発明に関する出願を行っている。
ところが上記発明に関しさらに実験と研究とを進めたところ、前記回転する容器を支持するための支持体の形態によりナノファイバの製造状態やナノファイバの収集状態に影響を及ぼすことを見いだし本願発明をするに至った。 However, as a result of further experiments and research on the above-described invention, the present invention is found out that the form of the support for supporting the rotating container affects the production state of the nanofiber and the collection state of the nanofiber. It came to.
すなわち本願発明は、ナノファイバの製造状態やナノファイバの収集状態に影響を及ぼしにくい形態を備えた支持体を備えるナノファイバ製造装置などの提供を目的としている。 That is, this invention aims at provision of a nanofiber manufacturing apparatus provided with the support body provided with the form which is hard to influence the manufacture state of a nanofiber, and the collection state of a nanofiber.
上記目的を達成することのできるナノファイバ製造装置は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と、前記噴射された原料液または製造されたナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生手段とを備えるナノファイバ製造装置であって、前記噴射手段は、周壁に噴射口を備え遠心力により原料液を噴射する円筒形の噴射容器を備え、前記噴射口よりも前記気体流の上流に配置され、前記気体流の流れる方向に対し垂直方向の厚みが前記噴射容器の径よりも小さい、前記噴射手段を支持する支持体を備えることを特徴としている。 The nanofiber manufacturing apparatus that can achieve the above object includes an injection unit that injects a raw material liquid, which is a raw material of nanofibers, into a space, a charging unit that imparts an electric charge to the raw material liquid, and the injection unit And a gas flow generating means for generating a gas flow for guiding the manufactured nanofiber, and the injection means has an injection port on a peripheral wall and injects the raw material liquid by centrifugal force A cylindrical injection container that is disposed upstream of the gas flow with respect to the injection port and has a thickness perpendicular to the direction of flow of the gas flow that is smaller than the diameter of the injection container to support the injection means It is characterized by comprising a support body.
これにより、支持体は気体流を可及的に乱すことなく噴射手段を支持することが可能となる。ひいては、ナノファイバが空間中を乱れること無く気体流によって案内されるため、安定した状態でナノファイバを収集することが可能となり、むらのない高品質な状態でナノファイバを提供することが可能となる。 As a result, the support can support the ejecting means without disturbing the gas flow as much as possible. As a result, since the nanofibers are guided by the gas flow without being disturbed in the space, it becomes possible to collect the nanofibers in a stable state, and it is possible to provide the nanofibers in a uniform and high-quality state. Become.
また、前記支持体は、気体流の上流側に流線型の流線部を備えることが望ましい。 The support preferably includes a streamlined streamline portion on the upstream side of the gas flow.
これにより、さらに気体流に対する影響を抑止することが可能となる。 Thereby, it becomes possible to further suppress the influence on the gas flow.
また、前記噴射手段は、複数の支持体により支持され、前記支持体の前記気体流の流れる方向に対し垂直方向の厚みの合計が前記噴射容器の径よりも小さいことが望ましい。 In addition, it is preferable that the ejection unit is supported by a plurality of supports, and the total thickness of the support in the direction perpendicular to the gas flow direction is smaller than the diameter of the ejection container.
これによれば、噴射手段を多くの方向から支持することが可能となり、気体流に対する影響を可及的に防ぐことができると共に、回転する噴射容器を備える噴射手段の振動を効果的に抑止する態様を採用することも可能となる。 According to this, it becomes possible to support an injection means from many directions, the influence with respect to a gas flow can be prevented as much as possible, and the vibration of an injection means provided with the rotating injection container is suppressed effectively. It is also possible to adopt an aspect.
さらに前記支持体は、前記気体流の流れを制御するフィンであることが好ましい。これにより、気体流を所定の部分、例えば、噴射容器の噴射口近傍などに到達しないようにするなどが可能となり、加えて、乱れた気体流を支持体により整流することも期待できる。 Further, the support is preferably a fin that controls the flow of the gas flow. Thereby, it is possible to prevent the gas flow from reaching a predetermined portion, for example, the vicinity of the injection port of the injection container, and in addition, it can be expected that the turbulent gas flow is rectified by the support.
また、前記支持体は、内方に前記噴射容器に原料液を供給する原料液供給路を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said support body is equipped with the raw material liquid supply path which supplies a raw material liquid to the said injection container inside.
これにより、支持体以外の気体流を乱す要因を可及的に減少させることができ、ナノファイバ収集の均一性などに資することが可能となる。 Thereby, the factors that disturb the gas flow other than the support can be reduced as much as possible, which contributes to the uniformity of nanofiber collection and the like.
また、上記ナノファイバ製造装置を備えた不織布製造装置とすれば、ナノファイバを均一、かつ、厚く堆積させることが可能となるため、所望の特性の不織布を容易に得ることが可能となる。 Moreover, since it becomes possible to deposit nanofiber uniformly and thickly if it is set as the nonwoven fabric manufacturing apparatus provided with the said nanofiber manufacturing apparatus, it becomes possible to obtain the nonwoven fabric of a desired characteristic easily.
本願発明の支持体を備えたナノファイバ製造装置、不織布製造装置とすれば、支持体によるナノファイバの製造状態やナノファイバの収集状態に影響を可及的に回避し、安定した状態でナノファイバを製造することが可能となる。 If the nanofiber production apparatus and the nonwoven fabric production apparatus provided with the support of the present invention are used, the influence of the nanofiber production state and the nanofiber collection state by the support is avoided as much as possible, and the nanofiber is stably maintained. Can be manufactured.
次に、本願発明にかかるナノファイバ製造装置、及び、ナノファイバ製造装置を備える不織布製造装置の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。 Next, an embodiment of a nanofiber manufacturing apparatus according to the present invention and a nonwoven fabric manufacturing apparatus including the nanofiber manufacturing apparatus will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本願発明の実施の形態である不織布製造装置を模式的に示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a nonwoven fabric production apparatus according to an embodiment of the present invention.
同図に示すように、不織布製造装置100は、ナノファイバ製造装置200と、収集体101と、吸引手段102と、領域規制手段103と、搬送手段104と、吸引制御手段105と、溶剤回収装置106とを備えている。
As shown in the figure, the nonwoven
収集体101は、空間中で製造されるナノファイバが堆積する対象となる部材であり、気体流(図1において、204と図示)により案内されるナノファイバを収集するため、通気性を備えた部材となされている。本実施の形態の場合、収集体101は、堆積したナノファイバと容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシート状の部材である。具体的には、収集体101として、アラミド繊維からなる長尺の網を例示することができる。さらに、表面にテフロン(登録商標)コートを行うと、収集したナノファイバの剥離性が向上するため好ましい。また、収集体101は、ロール状に巻き付けられた状態で供給ロール111から供給されるものとなっている。
The
搬送手段104は、長尺の収集体101を巻き取りながら供給ロール111から引き出し、ナノファイバ製造装置200の近傍をゆっくりと移動させ、収集体101上に堆積するナノファイバを搬送するものとなっている。搬送手段104は、ナノファイバが堆積してなる不織布を収集体101とともに巻き取ることができるものとなっている。
The
吸引手段102は、収集体101のナノファイバが収集される側と反対側、すなわち、ナノファイバ製造装置200が配置される側と反対側に配置され、ナノファイバ製造装置200から収集体101を通過して流れ来る気体流を構成する気体を吸引する装置である。本実施の形態では、不織布製造装置100は、吸引手段102として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機を備えている。また、吸引手段102は、ダクト121の内部に配置されており、蒸発した溶媒が混ざった気体流を吸引すると共に、ダクト121を通過して溶剤回収装置106まで搬送することができるものとなっている。
The suction means 102 is arranged on the side opposite to the side on which the nanofibers are collected of the
吸引制御手段105は、吸引手段102と電気的に接続され、吸引手段102の吸引量を制御する装置である。本実施の形態では吸引手段102として送風機が採用されており、吸引制御手段105は、前記送風機の回転数を制御することにより気体の吸引量を制御している。 The suction control means 105 is an apparatus that is electrically connected to the suction means 102 and controls the suction amount of the suction means 102. In this embodiment, a blower is employed as the suction means 102, and the suction control means 105 controls the amount of gas suction by controlling the rotational speed of the blower.
領域規制手段103は、吸引手段102の吸引領域を規制する機能を有し、収集体101のナノファイバが収集される側と反対側にあって、収集体101と吸引手段102との間に配置される両端が開放状態の筒体である。領域規制手段103の形状は、ナノファイバ製造装置200のナノファイバが放出される端部形状に対応することが好ましく、例えば、前記端部形状が矩形であれば、領域規制手段103も矩形の筒体が好ましい。また、前記端部形状が円筒形であれば、領域規制手段103も円筒形が好ましい。
The area regulating means 103 has a function of regulating the suction area of the suction means 102, and is disposed on the opposite side of the
ナノファイバ製造装置200は、帯電させた原料液300を空間中に噴射し、空間中で静電爆発を発生させてナノファイバ301を製造する装置であり、噴射手段201と、帯電手段202と、気体流発生手段203と、加熱手段205と、案内体206と、除電手段207と、支持体208とを備えている。
The
なお、ナノファイバを製造するための原料液については原料液300と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ301と記すが、製造に際しては原料液300とナノファイバ301との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。
In addition, although the raw material liquid for manufacturing a nanofiber is described as the
図2は、原料液放出部を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the raw material liquid discharge portion.
なお、原料液放出部290とは、噴射手段201、帯電手段202、気体流発生手段203(下記参照)、案内体206(下記参照)、加熱手段205(下記参照)、案内体206などの部材群の総称である。
In addition, the raw material liquid discharge | release
噴射手段201は、原料液300を空間中に噴射する装置であり、噴射容器211と、回転軸体212と、モータ213とを備えている。
The
噴射容器211は、原料液300を一時的に貯留し、貯留する原料液300を空間中に噴射することのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には噴射口216を多数備えている。噴射容器211の他端部は、内方に突出するフランジ部214を備えている。当該フランジ部214は、噴射容器211の内部に所定量の原料液300を貯留するための堤として機能するものである。また、噴射容器211は、貯留する原料液300に電荷を付与するため、導電体で形成されている。噴射容器211は支持体208に設けられるベアリング281により回転可能に支持されている。具体的にはなお、噴射容器211の直径は、10mmから100mm位が好適である。あまり大きすぎると気体流により原料液300やナノファイバ301を集中させることが困難になるからである。一方、小さすぎると遠心力により原料液300を噴射させるための回転を高めなければならず、モータの負荷や振動など問題が発生するためである。さらに20mm以上50mmの直径が好ましい。また、噴射口216の直径は、0.01mmから2mm位が好適である。
The
回転軸体212は、噴射容器211を回転させ遠心力により原料液300を噴射させるための駆動力を伝達するための軸体であり、噴射容器211の他端から噴射容器211の内部に挿通され、噴射容器211の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端はモータ213の回転軸と接合されている。
The
モータ213の回転数は、噴射口216の口径などとの関係により、数rpmから10000rpmの間から選定される。
The rotation speed of the
帯電手段202は、原料液300に電荷を付与して帯電させる装置であり、誘導電極221と、誘導電源222と、接地手段223とを備えている。
The charging
誘導電極221は、自身がアースに対し高い電圧または低い電圧となることで、近傍に配置され接地されている噴射容器211に電荷を誘導するための部材であり、噴射容器211の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。
The
誘導電源222は、誘導電極221に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源222は、一般には、直流電源であるが、発生させるファイバの帯電極性に影響受けないような場合、すなわち、生成したファイバの帯電を利用して、電極上に回収するような場合には、直流電源が好ましいが、それ以外の場合には、直流でも交流でもかまわない。
The
接地手段223は、噴射容器211と電気的に接続され、噴射容器211を接地電位に維持することができる部材であり、その一端は噴射容器211が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。
The grounding means 223 is a member that is electrically connected to the
誘導電極221の大きさは、噴射容器211の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、200mmから600mmの間が好適である。誘導電源222の電圧は、10KVから200KVの中で、設定されるのが好適である。
The size of the
本実施の形態のように帯電手段202に誘導方式を採用すれば、噴射容器211を接地電位に維持したまま原料液300に電荷を付与することができる。噴射容器211が接地電位の状態であれば、噴射容器211に接続される回転軸体212やモータ213などの部材を噴射容器211から電気的に絶縁する必要が無くなり、噴射手段201として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。
If an induction method is employed for the charging means 202 as in the present embodiment, it is possible to apply a charge to the
なお、帯電手段として、噴射容器211に直接電源を接続し、噴射容器211を高電圧に維持して原料液300に電荷を付与してもよい。また、噴射容器211を絶縁体で形成すると共に、噴射容器211に貯留される原料液300に直接接触する電極を噴射容器211内部に配置し、当該電極を用いて原料液300に電荷を付与するものでもよい。
In addition, as a charging unit, a power source may be directly connected to the
気体流発生手段203は、噴射容器211から噴射される原料液300の飛行方向をナノファイバ301を堆積させる方向に変更するための気体流を発生させる装置である。本実施の形態の場合、気体流発生手段203は、周りにある雰囲気(空気)を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。気体流発生手段203は、モータ213の背部に備えられ、モータ213から噴射容器211の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段203は、遠心力により噴射容器211から径方向に噴射される原料液300を誘導電極221に到達するまでに軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。気体流発生手段は、これに限定するものではなく、203の気体流発生手段を取り除き、図1における吸引手段102のみを用いて、気体流204を発生させることもできる。
The gas flow generation means 203 is a device that generates a gas flow for changing the flight direction of the
なお、図2において、気体流は矢印で示している。また、気体流発生手段203は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。 In FIG. 2, the gas flow is indicated by arrows. Further, the gas flow generating means 203 may be constituted by another blower such as a sirocco fan.
案内体206は、気体流発生手段203により発生する気体流を所定の方向に案内する機能を有するものである。案内体206は、気体流発生手段203で発生する気体流が導入される円環状の導入口241を備え、前記気体流が噴射容器211から径方向に噴射される原料液300を軸方向に変換できるように気体流を導出する導出口242を備えている。なお、案内体206の内部に、噴射口216の風上に配置され気体流が噴射口216近傍に到達することを防止する防風壁を設けてもかまわない。
The
加熱手段205は、気体流発生手段203が発生させる気体流を構成する気体(安全ガス)を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段205は、風路243内の導入口241近傍に配置される円環状のヒータであり、加熱手段205を通過する気体を加熱することができるものとなっている。
The
加熱手段205により気体流を加熱することにより、空間中に噴射される原料液300は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。
By heating the gas flow by the heating means 205, the
図3は、噴射手段の外観を示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the ejection means.
図4は、噴射手段を概略的に示す正面図である。 FIG. 4 is a front view schematically showing the ejection means.
同図は、原料液放出部290から、案内体206、帯電手段202等を省略した状態を示している。
This figure shows a state in which the
支持体208は、噴射手段201を支持するための部材であり、噴射口216と気体流発生手段203との間に配置されている。支持体208は、気体流発生手段203により発生する気体流の流れる方向(同図中矢印)に対し垂直方向の厚み(図4中w)が噴射容器211の径(図4中d)よりも小さく、気体流に沿って長く伸びた形状となされている。これは、できる限り気体流を乱すことなく、かつ、噴射手段201を強固に支持するための形状である。また、支持体208は、気体流の上流側端部に流線型の流線部282を備えている。さらに支持体208は、下流側端部にも流線部282を備えている。これら流線部282により、さらに気体流が乱れることを防止している。
The
また、支持体208は、原料液300を噴射容器211に供給するための原料液供給路217を内部に備えている。さらに支持体208は、モータ213に電力を供給するための導線等を挿通するための挿通孔283を備えている。このように原料液供給路217や挿通孔283を支持体208の内部に備えることで、支持体208以外の要因で気体流が乱れることを回避することが可能となる。
In addition, the
さらに支持体208は、ベアリング281とケーシング284とを下端縁に備えている。
Further, the
ベアリング281は、支持体208の側端部の下部に噴射容器211を回転可能に支持するためのものである。
The
ケーシング284は、モータ213や回転軸体212を内部に収容しうる円筒形となされ、モータ213を支持すると共に、内部に備えるベアリングを介し回転軸体212を支持している。また、ケーシング284は、気体流の上流に向かって径が小さくなる縮径部285を備えている。当該ケーシング284を備えることで、気体流が乱れることを可及的に防止している。
The
図1の参照に戻る。 Returning to FIG.
風洞体261は、原料液放出部290から放出される原料液300やナノファイバ301が所定の飛行経路を通過するように案内する風洞を形成する部材である。風洞体261は、原料液放出部290から放出される原料液300やナノファイバ301を気体流発生手段203が発生させる気体流と共に受け入れることのできる導入開口部を基端部に備え、これに続き原料液300が十分に静電爆発し、ナノファイバ301が製造できる空間を形成する静電爆発部を備えている。また風洞体261は、静電爆発部に続き、静電爆発により製造され、未だ帯電状態にあるナノファイバ301を除電するための空間を形成する除電部を備えている。除電部は、ナノファイバ301が自然に除電される十分な長さを備えても良く、また、ナノファイバ301を強制的に除電する除電手段207を備えてもかまわない。
The
除電手段207は、帯電しているナノファイバ301を強制的に除電する装置であり、帯電しているナノファイバ301の極性と逆の極性を備えるイオンや粒子を空間中に放出することができる装置である。具体的には、コロナ放電方式や電圧印加方式、交流方式、定常直流方式、パルス直流方式、自己放電式、軟X線方式、紫外線式、放射線方式など任意の方式からなる除電手段207を採用して良い。
The neutralization means 207 is a device that forcibly neutralizes the charged
風洞体261は、除電部263に続き、気体流の上流から下流に向けて口径(面積)が徐々に小さくなる収縮部を備えている。収縮部は、当該テーパ形状により、ナノファイバが空間中に存在する密度を向上させる機能を備えている。収縮部の上流側と下流側には、それぞれ気体流導入口233を備えている。気体流導入口233は、高圧ガス発生手段232に接続され風洞体261の内部に高速の気体流を導入するための開口である。気体流導入口233は、収縮部の口径の大きい側から口径の小さい側に向かって気体流を噴出できる方向に向かって設けられている。
The
高圧ガス発生手段232は、高圧ガスを風洞体261内部に導入することで気体流を発生させる装置である。具体的には、高圧ガス発生手段232は、高圧ガスを貯留しうるタンク(ボンベ)と、タンクにガスを強制的に導入するポンプと、タンク内の高圧ガスの圧力を調節するバルブを有するガス導出手段を備える装置を例示することができる。
The high pressure gas generating means 232 is a device that generates a gas flow by introducing high pressure gas into the
なお、高圧ガス発生手段232が供給するガスは、空気でもかまわないが、酸素含有比率が空気よりも低い安全ガスが望ましい。原料液300から蒸発する溶媒による爆発を回避するためである。安全ガスとしては、空気から酸素を樹脂膜(中空糸膜)によりある程度除去した低酸素濃度ガスや、過熱水蒸気を挙示することができる。なお、本記載は酸素の含有がほとんどない高純度なガスなどの使用を除外するものではなく、液体や気体等の状態でボンベに封印された高純度な窒素やドライアイスから供給される二酸化炭素なども利用可能である。
The gas supplied from the high-pressure gas generating means 232 may be air, but a safety gas having an oxygen content ratio lower than that of air is desirable. This is to avoid explosion caused by the solvent evaporating from the
また、高圧ガス発生手段232により発生する気体流を加熱する加熱手段を設けてもかまわない。 Further, a heating means for heating the gas flow generated by the high-pressure gas generation means 232 may be provided.
図5は、支持体により噴射手段が取り付けられた状態を概略的に示す図である。 FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a state in which the ejection unit is attached by the support.
同図に示すように、噴射手段201は、チャンバ109の天井に吊り下げられる梁108に支持体208を介して取り付けられている。
As shown in the figure, the injection means 201 is attached to a
以上の支持体208を用い、噴射手段201を支持すれば、気体流発生手段203により発生した気体流を可及的に乱すことなく、噴射手段201から噴射される原料液300やナノファイバ301に到達させることが可能となる。従って、原料液300やナノファイバ301の飛行方向は、整然と変更され風洞体261の方向に乱れることなく向かうこととなり、ナノファイバ301の空間密度を均一に保ちながら、収集体101に到達させることが可能となる。
If the above-described
次に、ナノファイバ301の製造方法の概略を説明する。
Next, an outline of a manufacturing method of the
まず、気体流発生手段203により、原料液放出部290や案内体206内部に気体流を発生させる。一方、吸引手段102により、収集体101よりも下流側から前記気体流を吸引する。
First, a gas flow is generated inside the raw material
次に、噴射容器211に原料液300を供給する。原料液300は、別途タンク(図示せず)に蓄えられており、原料液供給路217を通過して噴射容器211の他端部から噴射容器211内部に供給される。次に、誘導電源222により噴射容器211に貯留される原料液300に電荷を供給しつつ、噴射容器211をモータ213により回転させて、遠心力により噴射口216から帯電した原料液300を噴射する。
Next, the
ここで、ナノファイバ301を製造するための原料液300としては、エポキシ系樹脂や、ポリイミド系樹脂、LCP(液晶ポリマー)樹脂などに、有機溶媒を溶解、混合するものが例示できる。
Here, as the
さらに、他の溶質として例示できる物質は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−m−フェニレンテレフタレート、ポリ−p−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等である。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 Further, examples of other solute materials include polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isophthalate, polyvinylidene fluoride, Polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, nylon, aramid, polycaprolactone, Examples thereof include polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, and polypeptide. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
また、原料液に無機質固体材料を添加してもかまわない。無機質固体材料により得られるナノファイバの特性を変えることが可能である。無機質固体材料としては、金属、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を例示することができる。さらに、無機質固体材料の具体例としては、Al2O3、SiO2、TiO2、Li2O、Na2O、MgO、CaO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、SnO2、ZrO2、K2O、Cs2O、ZnO、Sb2O3、As2O3、CeO2、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、Y2O3、Lu2O3、Yb2O3、HfO2、Nb2O5等を挙示できる。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 Moreover, you may add an inorganic solid material to a raw material liquid. It is possible to change the properties of nanofibers obtained from inorganic solid materials. Examples of inorganic solid materials include metals, oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, fluorides, sulfides, and the like. Furthermore, specific examples of the inorganic solid material include Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, B 2 O 3 , P 2 O 5 , SnO 2. , ZrO 2, K 2 O, Cs 2 O, ZnO, Sb 2 O 3, As 2 O 3, CeO 2, V 2 O 5, Cr 2 O 3, MnO, Fe 2 O 3, CoO, NiO, Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , HfO 2 , Nb 2 O 5 and the like can be listed. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
原料液に使用できる溶媒としては、原料液が空間を飛行中に蒸発(揮発)するものが好ましい。具体的には、アセトニトリル、トルエン、ジクロロメタン、メタノール、エタノールなどのアルコール、アセトンなどが例示できる。さらには、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、メチル−n−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、o−クロロトルエン、p−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、o−キシレン、p−キシレン、m−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ピリジン、水等を例示することができる。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 As the solvent that can be used for the raw material liquid, a solvent in which the raw material liquid evaporates (volatilizes) while flying in the space is preferable. Specific examples include acetonitrile, toluene, dichloromethane, alcohols such as methanol and ethanol, and acetone. Furthermore, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl -N-hexyl ketone, methyl-n-propyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, acetone, hexafluoroacetone, phenol, formic acid, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, ethyl benzoate, propyl benzoate, Methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, methyl chloride, ethyl chloride, methylene chloride, chloroform, o-chlorotoluene, p Chlorotoluene, chloroform, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, acetic acid, benzene, toluene, Examples include hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, pyridine, water and the like. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
原料液の中の溶媒の占める割合は、60%位から98%位が好適で、使用するファイバの材料、溶媒の種類、生成するファイバの径等で決定を行う。 The proportion of the solvent in the raw material liquid is preferably about 60% to 98%, and is determined by the fiber material to be used, the type of solvent, the diameter of the fiber to be produced, and the like.
噴射された原料液300は、気体流により飛行方向が変更される。これにより、ナノファイバ301の堆積面に対し垂直または略垂直に噴射口216を並べることができ、一定の空間中に多量の原料液300を噴射することが可能となる。また、気体流が加熱されているため、溶媒の蒸発が促進され、静電爆発が促進され効率よくナノファイバ301を製造することが可能となる。
The direction of flight of the injected
ここで、原料液300の飛行方向を変更し溶媒の蒸発を促進させる気体流は、噴射口216およびその近傍に到達しないように制御されることが好ましい。これは、噴射口216の近傍では原料液300に含まれる溶媒の蒸発が促進されにくい状態となるため、溶質により噴射口216が狭められ、また、封鎖されることが無いためである。よって、噴射容器211から長期間原料液300を噴射し続けても、噴射量が低下することを可及的に抑止することができる。つまり、空間中の原料液300やナノファイバ301の濃度を高い状態で長期間維持することが可能となる。
Here, the gas flow that changes the flight direction of the
そして、製造されたナノファイバ301は、風洞体261の内方を気体流に乗って搬送され、高密度状態で収集体101到達する。収集体101は、背部(下流側)から気体流が吸引手段102により吸引されているため、フィルタとして機能し、ナノファイバ301と気体流とを分離してナノファイバ301のみを堆積させながら収集する。ナノファイバ301が堆積する収集体101は、搬送手段104の巻き取りにより一定の移動速度で移動しており、収集体101の上に堆積したナノファイバ301は、不織布を形成しながら収集体101と共に移動し、搬送手段104に巻き取られる。
Then, the manufactured
以上のように、本実施の形態に係る不織布製造装置100は、原料液300や製造されたナノファイバ301の空間中の濃度を高く均一な状態にし、かつ、当該高い濃度状態のナノファイバ301を収集することが可能となる。従って、高い品質の不織布を安定して製造し続けることが可能となる。
As described above, the nonwoven
なお、本実施の形態では、支持体208は、噴射手段201を吊り下げ状態で支持しているが、本願発明は、これに限定されるわけではない。例えば、支持体208は、床などに取り付けられており、噴射手段201を載置するような状態で支持してもかまわない。
In the present embodiment, the
(実施の形態2)
次に、他の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態と共通する部分はその説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, another embodiment will be described. Note that in this embodiment, description of portions common to the above embodiment is omitted.
図6は、原料液放出部の外観を示す斜視図である。 FIG. 6 is a perspective view showing an appearance of the raw material liquid discharge portion.
図7は、原料液放出部の正面図である。 FIG. 7 is a front view of the raw material liquid discharge part.
同図に示すように、支持体208は、風洞体261の内壁から噴射容器211の回転軸に向かって伸び、かつ、気体流発生手段203により発生する気体流に沿って伸びた薄板状のフィンである。支持体208は、風洞体261内に複数備えられており、それぞれの支持体208の先端に取り付けられるベアリング281やケーシング284(図示せず)を介して噴射手段201を支持している。また、支持体208の気体流の流れる方向に対し垂直方向の厚み(図7中w)の合計が噴射容器の径(図7中d)よりも小さい。支持体208は、風洞体261の中心軸に噴射手段201が配置されるように支持し、気体流発生手段203からの気体流を整流する機能を併有している。なお、支持体208は、風洞体261の外壁に取り付けられる取付体262を介して、チャンバなどに取り付けられる。
As shown in the figure, the
以上のような支持体208を採用することにより、気体流発生手段203により発生する気体流を乱すことなく、回転による振動を効果的に抑えて噴射容器211を支持することが可能となる。さらに、支持体208により気体流を整流することができるため、噴射容器211から噴射される原料液300の飛行方向を乱すことなく原料液300を気体流により案内することが可能となる。
By adopting the
なお、取付体262は、上側から支えるように構成されているが、これに限定するものではなく、風洞体261を下側から支えるように構成し、原料液を噴射容器211よりも下側から供給するようにしてもよい。
The
本発明は、ナノファイバ製造装置や、製造されたナノファイバを用いて紡糸する装置、製造されたナノファイバを用いて不織布を製造する装置などに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to a nanofiber manufacturing apparatus, an apparatus for spinning using the manufactured nanofiber, an apparatus for manufacturing a nonwoven fabric using the manufactured nanofiber, and the like.
100 不織布製造装置
101 収集体
102 吸引手段
103 領域規制手段
104 搬送手段
105 吸引制御手段
106 溶剤回収装置
108 梁
109 チャンバ
111 ロール
121 ダクト
200 ナノファイバ製造装置
201 噴射手段
202 帯電手段
203 気体流発生手段
205 加熱手段
206 案内体
207 除電手段
208 支持体
211 噴射容器
212 回転軸体
213 モータ
214 フランジ部
216 噴射口
217 原料液供給路
221 誘導電極
222 誘導電源
223 接地手段
232 高圧ガス発生手段
233 気体流導入口
241 導入口
242 導出口
243 風路
261 風洞体
262 取付体
263 除電部
281 ベアリング
282 流線部
283 挿通孔
284 ケーシング
285 縮径部
290 原料液放出部
300 原料液
301 ナノファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記噴射手段は、周壁に噴射口を備え遠心力により原料液を噴射する円筒形の噴射容器を備え、
さらにナノファイバ製造装置は、
前記噴射口よりも前記気体流の上流に配置され、前記気体流の流れる方向に対し垂直方向の厚みが前記噴射容器の径よりも小さい、前記噴射手段を支持する支持体を備えるナノファイバ製造装置。 Injecting means for injecting a raw material liquid as a raw material of the nanofiber into the space, a charging means for applying a charge to the raw material liquid for charging, and a gas flow for guiding the injected raw material liquid or the manufactured nanofiber A nanofiber manufacturing apparatus comprising a gas flow generating means for generating
The injection means includes a cylindrical injection container that has an injection port on a peripheral wall and injects a raw material liquid by centrifugal force,
Furthermore, nanofiber manufacturing equipment
A nanofiber manufacturing apparatus provided with a support body that supports the jetting unit, which is disposed upstream of the jetting gas and upstream of the jetting gas and has a thickness perpendicular to the gas flowing direction that is smaller than the diameter of the jetting container. .
前記支持体の前記気体流の流れる方向に対し垂直方向の厚みの合計が前記噴射容器の径よりも小さい請求項1に記載のナノファイバ製造装置。 The ejection means is supported by a plurality of supports.
The nanofiber manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the total thickness of the support in the direction perpendicular to the gas flow direction is smaller than the diameter of the injection container.
前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と、
前記噴射された原料液または製造されたナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生手段と、
前記噴射口と前記気体流発生手段との間に配置され、前記気体流の流れる方向に対し垂直方向の厚みが前記噴射容器の径よりも小さい、前記噴射手段を支持する支持体と、
前記空間中で製造されたナノファイバを収集する収集手段と、
収集されるナノファイバを搬送する搬送手段と
を備える不織布製造装置。 An injection means comprising a cylindrical injection container for injecting a raw material liquid by centrifugal force having an injection port in the peripheral wall for injecting a raw material liquid as a raw material of nanofibers into the space;
Charging means for charging by charging the raw material liquid;
A gas flow generating means for generating a gas flow for guiding the injected raw material liquid or the manufactured nanofiber;
A support body, which is disposed between the injection port and the gas flow generation means, and which supports the injection means, wherein the thickness in the direction perpendicular to the flow direction of the gas flow is smaller than the diameter of the injection container;
A collecting means for collecting nanofibers produced in the space;
A non-woven fabric manufacturing apparatus comprising: transport means for transporting collected nanofibers.
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