[发明专利]纺丝区域温度湿度可调的、制造纳米纤维的电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造纳米纤维的电纺丝装置，尤其涉及一种电纺丝装置，通过将层流状的工程气体提供给纺丝区域，从而将纺丝区域(spinning zone)的温度和湿度调节在适于通过电纺丝制造纳米纤维的一定的范围。

背景技术

一般而言，用于制造纳米纤维的电纺丝装置包括：纺丝溶液(聚合物溶液)储藏箱、纺丝溶液定量移送装置、喷头基座、设置在喷头基座的多个喷头、将通过喷头被纺丝出来的纳米纤维予以整合的采集器、以及用于给所述喷头基座和采集器施加电压的电源部。

当通过现有的电纺丝装置制造纳米纤维时，所使用的高分子和溶媒(solvent)的种类、高分子溶液的浓度、纺丝屋的温度和湿度会影响被纺丝出来的纳米纤维的纤维直径和可纺丝性。以下，“湿度”是指“相对湿度”。

一般而言，对于高分子溶液，高分子的分子量越大，高分子溶液的粘度越高，从而会增加被纺丝出来的纳米纤维的直径。并且，高分子溶液溶媒的沸点(挥发温度)会影响被纺丝的高分子溶液的固化速度，因此在通过射流(jet stream)形成纳米纤维的区间(即，纺丝区域)高分子溶液直接影响纳米纤维的直径。即，若溶媒的沸点低，则溶媒的挥发速度快，从而会形成纤维直径相对较粗的纤维。相反地，若溶媒的沸点高，则会形成纤维直径相对较细的纤维。

对于溶液的浓度而言，浓度越高，溶液的表面张力越大，并且使活性能量上升，从而会形成纤维直径相对较粗的纳米纤维。相反地，浓度越低，会形成纤维直径对较细的纤维。

对于电纺丝区域的温度和湿度而言，出现电纺丝的区域(以下称为“纺丝区域”)的温度会改变纺丝溶液的粘度，从而改变纺丝溶液的表面张力，因此会影响被纺丝出来的纤维直径。

即，若纺丝区域的温度相对较高，则溶液的粘度相对较低，从而会形成纤维直径相对较细的纳米纤维；若温度相对较低，则溶液的粘度相对较高，从而会形成纤维直径相对较粗的纳米纤维。

虽然为了制造纤维直径细的纳米纤维而使纺丝区域维持高湿度就可以制造出直径细的纳米纤维，但是由于溶媒的挥发速度缓慢而无法充分地实现溶媒的挥发，因此造不出干净的产品，并且容易产生膜层缺陷(film defect)。为了克服这种膜层缺陷，需要减少溶液的吐出量，但是这样会导致纳米纤维生产性的下降。相反地，降低纺丝区域的湿度，虽然可以提高纳米纤维的生产性，但是溶媒的挥发速度加快，导致纤维的固化速度也加快，从而会形成直径相对较粗的纳米纤维。

如上所述，为了在电纺丝中制造出品质均匀的纳米纤维，在产生电纺丝的空间，即纺丝区域将温度和湿度维持在一定的范围尤为重要。

另外，韩国专利号为10-549140的专利公开了电吹纺丝(eletro-blowing spinning)技术，其中，在高分子溶液被纺丝出来的纺丝喷头周围设置用于高速喷射气体的气体喷射口，以将压缩空气高速喷射至从纺丝喷头被纺丝出来的纳米纤维。

但是，对于上述现有的电吹纺丝装置(electro-blowing spinning)而言，虽然适于纳米纤维的大规模生产，但是由于空气的喷射流速位于紊流(turbulence flow)和迁移区域，因此在纺丝区域产生湍流气体(air turbulence)，从而使纤维的固化速度不均匀。结果，如图7和图8所示，存在所制造出的纳米纤维的纤维直径变化较大、使纤维直径变粗的缺陷。

并且，对于上述现有的电吹纺丝装置而言，为了获得纤维直径分布均匀的纳米纤维，需要控制纺丝屋(spinning room)整体温度和湿度维持在设定的条件范围内。为此，其还需要额外地设置纺丝屋的空调系统。这种空调系统存在导致高设备投入和高能耗的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于制造纳米纤维的电纺丝装置，通过将控制在设定温度和湿度的工程气体当作纺丝区域的层流状工程气体以控制纺丝区域的温度和湿度，从而以高生产性制造纤维直径均匀的纳米纤维。

并且，本发明的另一目的在于，提供一种用于制造纳米纤维的电纺丝装置，从而克服从纺丝喷头末端被纺丝出来的纳米纤维朝纺丝方向的反方向逆流并附着在纺丝喷头基座上的缺陷。