JP4904083B2 - 静電紡糸法により高分子化合物繊維構造体を製造する装置 - Google Patents
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Description
1. 正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡糸部(A)、
(A)とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)、
紡糸部(A)を電極(B)の回転軸に対し平行に等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)とからなる、
紡糸部(A)から電極(B)に向けて高分子化合物含有溶液を吐出し、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上に当該高分子化合物よりなる繊維構造体を堆積させる繊維構造体の製造装置であって、
当該回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)は、両端が固定されており、かつ回転速度が0.5〜100rpmの範囲であり、そして
当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の外径D(mm)および回転時における該回転軸が最も歪む部分の半径方向の最大の振れ幅W(mm)が、下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする高分子化合物繊維構造体の製造装置。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3)
2. 回転軸が最も歪む部分が、当該回転する電極(B)の長さ方向の中心であることを特徴とする1に記載の製造装置。
3. 除電処理を有することを特徴とする1または2に記載の製造装置。
4. 紡糸部(A)において、紡糸部(A)と円柱状もしくは円筒状電極(B)の間に生じる電気的引力、および/または紡糸部(A)にて保持する当該高分子化合物含有溶液の液頭にかかる圧力によって、高分子化合物含有溶液を供給することを特徴とする1〜3のいずれかに記載の製造装置。
5. 当該紡糸部(A)、電極(B)、紡糸部(A)を等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)を保持する、および/または包囲する製造装置架台の構造物の体積固有抵抗率が10 10 〜10 20 Ω・mの範囲にあることを特徴とする1〜4のいずれかに記載の製造装置。
6. 正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡出部(A)より、当該部位とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)に向けて高分子化合物含有溶液を吐出し、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上に当該高分子化合物よりなる繊維構造体を堆積させ、回転軸と平行に当該繊維構造体を押し出して円筒状の繊維構造体を得ることを特徴とする繊維構造体の製造方法であって、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の回転軸に対し、当該紡出部(A)は平行に等速揺動する機能を有し、当該回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)は、両端が固定されており、かつ回転速度が0.5〜100rpmの範囲であり、さらに当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の外径D(mm)および回転時における該回転軸が最も歪む部分の半径方向の最大の振れ幅W(mm)が、下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする高分子化合物繊維構造体の製造方法。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3)
7. 当該円筒状の繊維構造体の管壁構造が蛇腹状であることを特徴とする6に記載の製造方法。
8. 当該紡出部(A)より紡出した当該高分子化合物の繊維、および/または当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上の当該高分子化合物の繊維構造体に対し、除電処理を行うことを特徴とする6または7に記載の製造方法。
9. 当該紡出部(A)の揺動範囲において、当該円筒状の繊維構造体の、50箇所以上の任意点における管壁厚みの標準偏差σ(μm)が15未満の範囲内にあることを特徴とする、6〜8のいずれかに記載の製造方法により得られる高分子化合物繊維構造体。
本発明の装置は、正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡糸部(A)、
(A)とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)、
紡糸部(A)を電極(B)の回転軸に対し平行に等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)とからなる。
また円柱状もしくは円筒状電極(B)は、その表面上にて当該高分子化合物よりなる繊維構造体得るための金属製丸棒もしくはパイプ材である。また高電圧印加に伴って生じる電気的引力により当該高分子化合物の紡出が可能となるよう、紡糸ノズルに印加した極性とは逆の極性の電圧を印加させるか、もしくは接地させるための電極としての役割も併せ持つ。
また電極(B)の回転駆動装置(D)は、その中心に回転軸が具備された回転モーターであり、当該回転軸と当該電極(B)をカップリングで接続し、当該回転軸を回転させることにより、当該電極(B)を当該回転軸と同等に回転せしめる装置である。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3)
まず紡糸ノズル1に高分子化合物含有溶液を投入し、当該紡糸ノズル1を紡糸ノズル用ホルダー2に固定する。
ガラス製容器(内容積:50mL)内にポリアクリロニトリル2gを投入し、さらにエタノール6gとN,N−ジメチルホルムアミド12gを投入した。当該容器を密栓した後、70℃の温水浴内で振盪攪拌し、ポリアクリロ二トリルが既述溶媒に均一溶解したことを確認した。当該容器を開放し、既述手法で調製した溶液を吸引ゴム栓付きガラスピペットで5mL吸い上げ、これをガラス管で作製した紡糸ノズル1(全長:120mm、紡出側端部断面積:0.2mm2、他方端部断面積:20mm2)に全量投入した。当該紡糸ノズル1を、図1および2に例示した装置の紡糸ノズル用ホルダー2に取り付け、さらに直径が8mmであるSUS316製円柱状電極14を、電極用軸受11および電極用ホルダー15間に取り付け、当該紡糸ノズル1の揺動速度が10mm/秒、円柱状電極14の回転速度が60rpm、調製溶液への印加電圧が10kVとなるように、紡糸ノズル揺動用モーター4、電極用回転モーター16、および高電圧供給装置10の出力値を調整した。尚、既述円柱状電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hは200mmとし、当該ホルダー2の材質はテフロン(登録商標)(体積固有抵抗率:1018Ω・m)、ベースプレート7および13の材質はMCナイロン(登録商標)(体積固有抵抗率:1013Ω・m)、当該電極用軸受支持部防護カバー19および当該電極用回転モーター防護カバー20の材質はアクリル(体積固有抵抗率:1015Ω・m)とした。全てのモーター駆動用電源および高電圧供給装置10の電源を投入し、高分子化合物繊維構造体の製造を開始した。紡糸ノズル1の先端では調製溶液が紡出する様子が、また当該円柱状電極14上では極細繊維が堆積し、繊維構造体が形成される様子が確認できた。また当該繊維構造体の製造の間、当該円柱状電極14の回転の様子を超高速度カメラ(撮影速度:35万コマ/秒)で終始撮影し、得られる静止画像から最大の振れ幅Wを特定した。製造時間を3分間とし、製造開始から3分経過した時点で全ての電源を遮断し、当該円柱状電極14を当該装置より取り外した。当該電極14の一方の端点を固定し、もう一方の端点より均等な力を与えながら得られた繊維構造体を押し出したところ、管壁構造が蛇腹状である円筒状の繊維構造体が得られた。そして当該繊維構造体の管壁厚みの均一性を確認すべく、当該繊維構造体を円筒の中心軸方向に切開し、任意点50箇所の厚みをマイクロゲージで測定し、これらの平均値tavおよび標準偏差σを算出した。当該平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
除電装置を併用すべく、図4に記載の製造装置を用いること、および円柱状電極14の直径Dを120mm、回転速度を10rpm、当該円柱状電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hを150mm、製造時間を5分とする以外は実施例1と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
円柱状電極14の直径Dを12mm、回転速度を20rpm、製造時間を3分とする以外は実施例2と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
円柱状電極14の直径Dを3mmとする以外は実施例1と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
円柱状電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hを50mm、製造時間を8分とする以外は実施例2と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
円柱状電極用軸受支持部防護カバー19および当該電極用回転モーター防護カバー20の材質をSUS304に変更し、当該電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hを200mmとする以外は実施例3と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
実施例1で使用した装置より、円柱状電極用軸受11および当該軸受支持部12を取り外し、円柱状電極14が当該電極用ホルダー15のみで支持されるように当該装置の変更を行い、当該電極14の回転速度を100rpmとする以外は実施例4と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
円柱状電極14の直径Dを5mm、回転速度を400rpmとする以外は実施例1と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
2. 紡糸ノズル用ホルダー
3. 高電圧印加用電極
4. 紡糸ノズル揺動用モーター
5. スライドレール
6. 紡糸ノズル用ホルダー支持部
7. 紡糸ノズル部用ベースプレート
8. 高電圧印加用配線結束部
9. 高電圧印加用配線
10. 高電圧供給装置
11. 円柱状もしくは円筒状電極用軸受
12. 円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部
13. 繊維構造体回収部用ベースプレート
14. 円柱状もしくは円筒状電極
15. 円柱状もしくは円筒状電極用ホルダー
16. 円柱状もしくは円筒状電極用回転モーター
17. 接地配線
18. 接地極
19. 円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部用防護カバー
20. 円柱状もしくは円筒状電極回転モーター用防護カバー
21. 除電装置
Claims (9)
- 正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡糸部(A)、
(A)とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)、
紡糸部(A)を電極(B)の回転軸に対し平行に等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)とからなる、
紡糸部(A)から電極(B)に向けて高分子化合物含有溶液を吐出し、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上に当該高分子化合物よりなる繊維構造体を堆積させる繊維構造体の製造装置であって、
当該回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)は、両端が固定されており、かつ回転速度が0.5〜100rpmの範囲であり、そして
当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の外径D(mm)および回転時における該回転軸が最も歪む部分の半径方向の最大の振れ幅W(mm)が、下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする高分子化合物繊維構造体の製造装置。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3) - 回転軸が最も歪む部分が、当該回転する電極(B)の長さ方向の中心である、請求項1に記載の製造装置。
- 除電装置を有する、請求項1または2に記載の製造装置。
- 紡糸部(A)において、紡糸部(A)と円柱状もしくは円筒状電極(B)の間に生じる電気的引力、および/または紡糸部(A)にて保持する当該高分子化合物含有溶液の液頭にかかる圧力によって、高分子化合物含有溶液を供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の製造装置。
- 当該紡糸部(A)、電極(B)、紡糸部(A)を等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)を保持する、および/または包囲する製造装置架台の構造物の体積固有抵抗率が1010〜1020Ω・mの範囲にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の製造装置。
- 正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡出部(A)より、当該部位とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)に向けて高分子化合物含有溶液を吐出し、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上に当該高分子化合物よりなる繊維構造体を堆積させ、回転軸と平行に当該繊維構造体を押し出して円筒状の繊維構造体を得ることを特徴とする繊維構造体の製造方法であって、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の回転軸に対し、当該紡出部(A)は平行に等速揺動する機能を有し、当該回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)は、両端が固定されており、かつ回転速度が0.5〜100rpmの範囲であり、さらに当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の外径D(mm)および回転時における該回転軸が最も歪む部分の半径方向の最大の振れ幅W(mm)が、下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする高分子化合物繊維構造体の製造方法。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3) - 当該円筒状の繊維構造体の管壁構造が蛇腹状であることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
- 当該紡出部(A)より紡出した当該高分子化合物の繊維、および/または当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上の当該高分子化合物の繊維構造体に対し、除電処理を行うことを特徴とする請求項6または7に記載の製造方法。
- 当該紡出部(A)の揺動範囲において、当該円筒状の繊維構造体の、50箇所以上の任意点における管壁厚みの標準偏差σ(μm)が15未満の範囲内にあることを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載の製造方法により得られる高分子化合物繊維構造体。
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