KR20220049207A - 나노섬유 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노섬유 제조장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 리머가 용매에 용해된 상태의 폴리머 용액이 저장되는 폴리머 저장탱크, 및 상기 폴리머 저장탱크에 폴리머 공급관으로 연결되는 분사노즐을 통해 폴리머 용액을 방사하는 방사구금을 포함하는 복수의 폴리머 분사모듈; 상기 각각의 방사구금에 연결된 에어 공급관을 통해 에어를 공급하여 방사되는 폴리머 용액을 연신시키는 에어 공급모듈; 및 상기 방사구금에 대향하게 배치되며 원단이 롤러에 의해 순환하는 컬렉터 모듈을 포함하며, 상기 분사노즐은 상기 방사구금을 관통하여 배치되고, 상기 방사구금의 내부 공간은 상기 분사노즐 내측의 제1 공간, 및 상기 분사노즐 외벽과 상기 방사구금 내벽 사이의 제2 공간을 포함하며, 상기 제1 공간은 상기 폴리머 공급관과 연결되고, 상기 제2 공간은 상기 에어 공급관과 연결되며, 상기 컬렉터 모듈을 향한 상기 분사노즐의 일측 단부는 상기 방사구금의 단부보다 설정 길이만큼 돌출되며, 상기 분사노즐의 타측 단부에는 상기 분사노즐의 상기 설정 길이를 조절하는 길이조절부가 구비될 수 있다.

Description

나노섬유 제조장치{NANOFIBER MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 고온, 고속의 가스상 유체의 흐름을 이용하여 폴리머 용액의 용매를 증발시킴과 동시에 연신시켜 나노섬유를 형성하는 나노섬유 제조장치에 관한 것이다.
최근 코로나 19가 빠르게 확산되고 있는 추세이며, 코로나 바이러스는 인체 간의 확진자의 비말로 전염되므로 이를 방지하기 위해 대다수의 사람들이 마스크를 착용하고 있다.
인체로부터 기침 등으로 인해 발생되는 비말의 크기는 약 대략 5-10 마이크로미터(㎛) 정도이지만, 비말보다 더 작은 '에어로졸' 형태의 초미세 침방울도 관찰되므로 코로나 바이러스의 확산을 보다 효과적으로 방지하기 위해서는 마스크의 분진 포집 효율이 높아야 한다. '분진 포집 효율'이란 마스크가 입자를 얼마나 걸러낼 수 있는가를 나타낸 수치이다.
작은 확률의 감염 위험이라도 방지하기 위해, KF80, KF94 등의 분진 포집 효율이 높은 마스크가 주로 사용되고 있다. 분진 포집 효율 시험은 입자 크기 평균이 0.6μm인 물방울을 이용하는데, KF80은 이와 같은 입자의 80%를 걸러내야 하고, KF94는 94%를 걸러내야 '적합' 판정을 받을 수 있다.
그러나, 분진 포집 효율이 높을수록 안면부 흡기저항이 높아지게 된다. '안면부 흡기저항'이란 들숨시 마스크에 걸리는 압력을 나타내는 수치로서, '안면부 흡기저항'이 높을수록 마스크를 착용했을 때 숨쉬기가 어려워지게 된다. 아무리 분진을 잘 포집한다고 하더라도, 착용하는 사람의 호흡이 곤란하면 마스크를 오래 착용하기 어렵다.
이와 같은 일반적인 마스크는 멜트블로운 필터(meltblown filter, MB filter)라고 불리는 필터층이 적용된다. 이는, 폴리프로필렌(polypropylene, PP)이라 불리는 고분자 합성 단위체를 멜트블로운(meltblown)이라는 방식을 이용하여 거미줄 형태의 섬유들이 수백, 수천 겹 중첩된 형태로 제조된다.
그러나, 이런 방식의 필터는 다음과 같은 문제점이 있다. 거미줄 형태의 섬유들의 구멍이 촘촘할수록 먼지를 걸러내는 것에는 효과적이지만, 그만큼 숨을 쉬기도 어려워진다. 즉, 상술한 '안면부 흡기저항'이 매우 커지게 된다.
이를 해결하기 위해서, 종래에는 전기방사법을 통하여 정전기를 하전시킨 멜트블로운 필터를 사용하였다. 이를 통해, 미세한 먼지들이 정전기를 띤 필터에 들러붙어 더 잘 흡착된다. 그러나, 정전기를 하전시킨 멜트블로운 필터는 고온과 높은 습도에 놓이면 정전기가 상당 부분 소실된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 마스크 필터에 정전기를 인가하지 않고도, 예를 들어 50nm 이하의 미세한 나노단위의 직경을 갖는 나노섬유를 생성하여 마스크를 제조함으로써, '분진 포집 효율'은 높이면서도 '안면부 흡기저항'은 줄일 수 있도록 하는 나노섬유 제조장치가 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1321215호
본 발명의 목적은 미세한 나노단위의 폭을 갖는 나노섬유를 생성하여 마스크를 제조함으로써, '분진 포집 효율'은 높이면서도 '안면부 흡기저항'은 줄일 수 있도록 하는 나노섬유 제조장치를 제공함에 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 나노섬유 제조장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 폴리머가 용매에 용해된 상태의 폴리머 용액이 저장되는 폴리머 저장탱크, 및 상기 폴리머 저장탱크에 폴리머 공급관으로 연결되는 분사노즐을 통해 폴리머 용액을 방사하는 방사구금을 각각 포함하는 복수의 폴리머 분사모듈; 상기 각각의 방사구금에 연결된 에어 공급관을 통해 에어를 공급하여 방사되는 폴리머 용액을 연신시키는 에어 공급모듈; 및 상기 방사구금에 대향하게 배치되며 원단이 롤러에 의해 순환하는 컬렉터 모듈을 포함하며, 상기 분사노즐은 상기 방사구금을 관통하여 배치되고, 상기 방사구금의 내부 공간은 상기 분사노즐 내측의 제1 공간, 및 상기 분사노즐 외벽과 상기 방사구금 내벽 사이의 제2 공간을 포함하며, 상기 제1 공간은 상기 폴리머 공급관과 연결되고, 상기 제2 공간은 상기 에어 공급관과 연결되며, 상기 컬렉터 모듈을 향한 상기 분사노즐의 일측 단부는 상기 방사구금의 단부보다 설정 길이만큼 돌출되며, 상기 분사노즐의 타측 단부에는 상기 분사노즐의 상기 설정 길이를 조절하는 길이조절부가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 길이조절부는 스페이서를 포함하며, 상기 분사노즐의 타측 단부는 상기 방사구금에 장착되며, 상기 분사노즐이 장착되는 상기 방사구금의 장착면과 상기 분사노즐의 타측 단부 사이에는 상기 스페이서가 끼워질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 각 분사노즐에 제공되는 상기 스페이서는 상기 길이조절바에 장착되며, 상기 길이조절바는 상기 스페이서와 상기 방사구금의 이격거리를 조절하여 상기 설정 길이를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 길이조절바는 상기 복수의 분사노즐에 장착되어 상기 복수의 분사노즐의 설정 길이를 동시에 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방사구금의 내벽에는 나선형 홈 또는 돌기가 길이방향을 따라 형성되어, 상기 에어 공급관으로부터 공급되는 에어에 나선형의 와류를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분사노즐의 외벽에는 나선형 홈 또는 돌기가 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 컬렉터 모듈을 향하여 상기 폴리머 용액의 방사 경로를 둘러싸며 연장되는 터널형 하우징을 포함하며, 상기 하우징의 내측에서 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 배치되어, 연신되는 폴리머 용액의 방사 경로상에서 상기 폴리머 용액에 열을 인가하는 복수의 열원을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수의 열원은 상기 하우징의 길이방향을 따라 연장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 에어 공급관은 메인 에어 공급관과 복수의 서브 에어 공급관을 포함하며, 상기 메인 에어 공급관은 상기 폴리머 공급관과 직교하는 방향으로 연장되며, 상기 각각의 서브 에어 공급관은 상기 메인 에어 공급관과 상기 각각의 방사구금을 연결하며, 상기 제2 공간으로 연통될 수 있다.
본 발명에 따르면, 폴리머 용액이 분사 경로를 향해 직진성을 가지면서도 폴리머 용액을 원주방향으로 둘러싸는 고속 및 고온의 에어의 흐름을 통해 효과적으로 연신될 수 있도록 한다.
또한, 폴리머 용액은 배합되는 폴리머와 용매의 비율 및 종류에 따라 용매를 증발시켜야 하는 시점이 달라지므로, 방사구금의 단부보다 돌출되는 복수의 분사노즐의 설정 길이를 조절함으로써, 적용되는 폴리머 용액에 따라 적절한 연신 정도를 설정할 수 있다.
또한, 방사구금 내부로 유동하는 에어에 나선형의 와류를 형성하여 분사되는 폴리머 용액의 직진성을 향상시키는 동시에, 폴리머 용액이 와류 형태로 둘러싸는 에어의 흐름을 통해 더욱 가늘게 연신될 수 있다.
또한, 방사되는 폴리머 용액의 경로상에서 폴리머 용액에 균일하게 열을 침투시키면서 연신시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치를 예시적으로 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1에서 분사노즐을 통해 폴리머 용액을 방사하는 방사구금을 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 1에서 분사노즐의 일측 단부가 길이조절부를 통해 방사구금의 단부보다 설정 길이만큼 돌출되도록 한 구성을 도시한 측단면도이다.
도 4는 도 3의 길이조절부의 상세 구성을 도시한 측단면도이다.
도 5는 도 1에서 방사구금의 내벽에 형성되는 나선형 홈 또는 돌기를 도시한 측단면도이다.
도 6은 도 1에서 터널형 하우징에 제공되며 방사되는 폴리머 용액에 열을 인가하기 위한 열원의 구성을 도시한 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치를 예시적으로 도시한 측단면도이다. 도 2는 도 1에서 분사노즐을 통해 폴리머 용액을 방사하는 방사구금을 도시한 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치는 복수의 폴리머 분사모듈(100), 에어 공급모듈(200), 및 컬렉터 모듈(300)을 포함한다.
각각의 폴리머 분사모듈(100)은 폴리머 저장탱크(110) 및 방사구금(120)을 포함한다. 폴리머 분사모듈(100)은 서로 다른 높이를 갖도록 배열된다. 방사구금(120)은 길이방향으로 양 단부에 관통부를 가지며, 폴리머 저장탱크(110) 측의 일 단부로는 폴리머 저장탱크(110)로부터 폴리머 용액을 제공받는다. 한편, 컬렉터 모듈(300) 측의 타 단부로는 폴리머 용액을 분사한다.
방사구금(120)은 수평방향으로 정해진 길이를 갖고 연장되는 원통형상으로 형성될 수 있다. 각각의 폴리머 분사모듈(100)에 속하는 폴리머 저장탱크(110)와 방사구금(120)은 서로 수평하게 배치된다.
폴리머 저장탱크(110)에는 폴리머가 용매에 용해된 상태의 폴리머 용액이 저장된다. 폴리머는 이소불화비닐(PVDF: polyvinylidene fluoride)과 같은 임의의 고분자가 사용될 수 있으며, 용매 또한 본 기술분야에서 사용되는 용매가 적용된다. 복수의 폴리머 저장탱크(110)는 복수개의 관을 통해 교반기(111)에 연결된다. 교반기(111)에는 폴리머 및 용매가 함께 투입되어 폴리머 용액이 생성된다. 폴리머 용액은 교반기(111)에 설치되는 폴리머 히터(113)를 통해 고온으로 가열된다.
교반기(111)에서 생성된 폴리머 용액은 펌프(112)를 통해 폴리머 저장탱크(110)에 전달된다. 전달된 폴리머 용액은 폴리머 저장탱크(110)에 임시 저장된다. 각각의 폴리머 저장탱크(110)는 폴리머 공급관(131)을 통해 방사구금(120)에 연결된다.
방사구금(120)은 폴리머 저장탱크(110)에 폴리머 공급관(131)으로 연결되는 분사노즐(130)을 통해 폴리머 용액을 방사한다. 분사노즐(130)은 방사구금(120)보다 직경이 작은 원통형상으로 형성된다. 분사노즐(130)은 방사구금(120)의 길이방향을 따라 연장되는 방식으로 방사구금(120) 내에 삽입된다. 방사구금(120)과 분사노즐(130)은 동심을 갖도록 배치될 수 있다.
폴리머 용액은 상기 펌프의 동력을 제공받아 분사노즐(130)을 통해 컬렉터 모듈(300)을 향해 분사된다. 폴리머 분사모듈(100)은 복수개이므로, 폴리머 분사모듈(100)에 포함되는 폴리머 저장탱크(110) 및 방사구금(120)도 각각 복수개로 구성된다. 각각의 폴리머 분사모듈(100) 내의 폴리머 저장탱크(110)와 방사구금(120)은 서로 연결된다.
에어 공급모듈(200)은 각각의 방사구금(120)에 연결된 에어 공급관(210)을 통해 에어를 공급하여 방사되는 폴리머 용액을 연신시킨다. 에어 공급모듈(200)은 에어 압축기(220)를 포함하며, 에어 압축기(220) 내의 압축 공기가 에어 공급관(210)을 통해 각각의 방사구금(120)에 전달된다. 에어 공급관(210)에는 밸브(230)가 설치되어 고속의 에어를 생성한다. 에어는 에어 압축기(220) 에 설치되는 에어 히터(221)를 통해 고온으로 가열된다. 제어부(700)는 폴리머 용액을 생성하기 위한 용매 및/또는 폴리머의 종류에 따라 에어의 압력 및/또는 온도를 조절할 수 있다.
분사노즐(130)은 방사구금(120)을 관통하여 배치되고, 방사구금(120)의 내부 공간은 분사노즐(130) 내측의 제1 공간(P1), 및 분사노즐(130) 외벽과 방사구금(120) 내벽 사이의 제2 공간(P2)을 포함한다. 제1 공간(P1)은 폴리머 공급관(131)과 연결되고, 제2 공간(P2)은 에어 공급관(210)과 연결된다. 제1 공간(P1)과 제2 공간(P2)은 방사구금(120)의 길이방향으로 연장 형성된다. 제2 공간(P2)은 제1 공간(P1)의 외주를 둘러싸는 형상으로 연장된다.
폴리머 공급관(131)을 통해 제공되는 고온의 폴리머 용액은 제1 공간(P1)을 통해 컬렉터 모듈(300) 측으로 분사된다. 에어 공급관(210)을 통해 제공되는 고속의 에어는 제2 공간(P2)을 통해 컬렉터 모듈(300) 측으로 분사된다. 제2 공간(P2)을 통해 분사되는 에어는 고온, 고속의 가스상 유체의 흐름을 가지며, 제1 공간(P1)을 통해 분사되는 고온의 폴리머 용액 중 용매를 증발시킴과 동시에 폴리머 용액을 연신시켜 미세한 나노단위의 직경을 갖는 나노섬유를 생성할 수 있다.
제2 공간(P2)은 제1 공간(P1)을 둘러싸는 링 형상으로 방사구금(120) 내에서 연장되므로, 제1 공간(P1)을 통해 분사되는 고온의 폴리머 용액을 둘러싸는 제2 공간(P2)을 통해 분사되는 고속의 에어의 흐름이 생성된다. 이에 따라, 폴리머 용액이 분사 경로를 향해 직진성을 가지면서도 폴리머 용액을 원주방향으로 둘러싸는 고속 및 고온의 에어의 흐름을 통해 효과적으로 연신될 수 있다.
에어 공급관(210)은 메인 에어 공급관(211)과 복수의 서브 에어 공급관(212)을 포함할 수 있다. 메인 에어 공급관(211)은 폴리머 공급관(131)과 직교하는 방향으로 연장된다. 각각의 서브 에어 공급관(212)은 메인 에어 공급관(211)과 각각의 방사구금(120)을 연결하며, 제2 공간(P2)으로 연통된다.
폴리머 용액을 효과적으로 연신시키기 위하여, 에어는 전달 과정에서 고속 및 고온의 특성을 유지해야 한다. 메인 에어 공급관(211)을 통해 일차적으로 에어가 통과되고, 그 후, 각각의 방사구금(120)에 에어가 전달되도록 함으로써, 에어의 온도 및 속력의 손실을 최소화시킬 수 있다.
컬렉터 모듈(300)은 방사구금(120)에 대향하게 배치되어 원단(F)이 롤러에 의해 순환한다. 컬렉터 모듈(300)은 원단공급부(310), 집진판(320), 롤러(330), 라미네이터(340), 및 리와인더(350)를 포함한다. 원단공급부(310)는 원단(F)을 롤러(330)를 향해 정해진 경로로 공급한다. 롤러(330)는 복수개로 구성되며, 원단공급부(310)와 리와인더(350) 사이에서 감겨 순환하는 원단(F)에 장력을 인가한다.
집진판(320)은 원단(F)의 순환 경로를 사이에 두고 방사구금(120)의 맞은편에 흡입 압력인 음압을 인가하여 원단이 집진판(320) 측으로 끌어당겨지도록 한다. 라미네이터(340)는 대향하는 2개의 롤러로 구성되며, 2개의 롤러 사이에 원단(F)이 통과하며 복수개의 부직포로 이루어진 원단(F)이 접착되도록 한다. 라미네이터(340)를 통과한 원단(F)은 리와인더(350)에 도달하여 되감긴다.
도 3은 도 1에서 분사노즐의 일측 단부가 길이조절부를 통해 방사구금의 단부보다 설정 길이만큼 돌출되도록 한 구성을 도시한 측단면도이다. 도 4는 도 3의 길이조절부의 상세 구성을 도시한 측단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 컬렉터 모듈(300)을 향한 분사노즐(130)의 일측 단부는 방사구금(120)의 단부보다 설정 길이만큼 돌출된다. 분사노즐(130)은 길이가 방사구금(120)의 길이보다 더 크게 형성된다. 분사노즐(130)의 타측 단부에는 분사노즐(130)의 설정 길이를 조절하는 길이조절부(400)가 구비된다. 설정 길이는 예를 들어 3mm 내지 5mm일 수 있다.
길이조절부(400)는 스페이서(410) 및 길이조절바(420)를 포함할 수 있다. 분사노즐(130)의 일측 단부는 컬렉터 모듈(300) 측을 향하고 타측 단부는 폴리머 공급관(131) 측을 향하도록 수평으로 배향된다. 분사노즐(130)의 타측 단부는 끼움 결합 또는 나사결합에 의해 방사구금(120)에 장착된다.
분사노즐(130)이 장착되는 방사구금(120)의 장착면(121)은 폴리머 공급관(131)을 향한 방사구금(120)의 일측면에 해당한다. 방사구금(120)의 장착면(121)에는 관통공이 형성되며, 분사노즐(130)은 관통공을 통과하며 방사구금(120)에 장착된다. 손잡이 역할을 하는 분사노즐(130)의 타측 단부의 직경은 방사구금(120)의 관통공의 직경보다 크게 형성된다.
방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이에는 스페이서(410)가 끼워진다. 스페이서(410)는 와셔와 같은 조절구의 형태를 가진다. 스페이서(410)는 방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이의 길이를 조절할 수 있다. 이를 위해, 다음과 같은 실시예들이 적용될 수 있다.
스페이서(410)는 사전에 설정된 서로 다른 두께로 제작되어 교체 가능하게 구성될 수 있다. 상대적으로 얇은 두께로 제작된 스페이서(410)를 적용하는 경우, 방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이의 거리가 상대적으로 더 작아진다. 이에 따라, 그 반대편에서 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 분사노즐(130)의 설정 길이가 커진다.
상대적으로 두꺼운 두께로 제작된 스페이서(420)를 적용하는 경우, 방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이의 거리가 상대적으로 더 커진다. 이에 따라, 그 반대편에서 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 방사노즐(130)의 설정 길이가 작아진다. 서로 다른 두께를 갖는 스페이서(410)는 탈착 가능하도록 구성되므로, 폴리머 용액의 종류에 따라 적절한 두께의 스페이서(410)가 선택적으로 적용될 수 있다.
스페이서(410)는 분사노즐(130)에 나사결합되어 장착 위치를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 분사노즐(130)과 스페이서(410) 중 어느 하나에는 나사산이 형성되고, 다른 하나에는 나사골이 형성될 수 있다. 스페이서(410)가 일측으로 회전하면 방사구금(120)의 장착면(121)에 가까워지고, 타측으로 회전하면 방사구금(120)의 장착면(121)으로부터 멀어지는 경우를 예로 들면 다음과 같다.
스페이서(410)가 일측으로 회전하면 스페이서(410)는 방사구금(120)의 장착면(121)에 가까워지게 되며, 방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이의 거리가 상대적으로 더 작아진다. 이에 따라, 그 반대편에서 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 분사노즐(130)의 설정 길이가 커진다.
스페이서(410)가 타측으로 회전하면 스페이서(410)는 방사구금(120)의 장착면(121)으로부터 멀어지게 되며, 방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이의 거리가 상대적으로 더 커진다. 이에 따라, 그 반대편에서 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 분사노즐(130)의 설정 길이가 작아진다.
각 분사노즐(130)에 제공되는 스페이서(410)는 길이조절바(420)에 장착될 수 있다. 길이조절바(420)는 스페이서(410)와 방사구금(120)의 이격거리를 조절하여 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 분사노즐(130)의 설정 길이를 조절할 수 있다. 길이조절바(420)는 일측이 이동 가능하도록 하는 가이드부(421)에 장착된다. 길이조절바(420)는 사용자에 의해 위치가 조절되거나, 또는 제어부(700)의 구동 신호를 받아 모터(미도시)를 통해 제어될 수 있다.
길이조절바(420)가 스페이서(410)를 방사구금(120)의 장착면(121)에 가까워지도록 위치 조절하면, 방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이의 거리가 상대적으로 더 작아진다. 이에 따라, 그 반대편에서 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 분사노즐(130)의 설정 길이가 커진다.
길이조절바(420)가 스페이서(410)를 방사구금(120)의 장착면(121)으로부터 멀어지도록 위치 조절하면, 방사구금(120)의 장착면(121)과 분사노즐(130)의 타측 단부 사이의 거리가 상대적으로 더 커진다. 이에 따라, 그 반대편에서 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 분사노즐(130)의 설정 길이가 작아진다.
길이조절바(420)는 복수개의 분사노즐(120)에 장착되어 복수의 분사노즐(120)의 설정 길이를 동시에 조절할 수 있다. 즉, 복수의 분사노즐(120)이 하나의 길이조절바(420)에 장착되므로, 하나의 길이조절바(420)의 위치를 조절함으로써, 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 복수의 분사노즐(130)의 설정 길이를 동시에 조절할 수 있다. 길이조절바(420)는 1mm부터 각 mm단위의 길이별로 순차적으로 원하는 설정 길이로 복수개의 분사노즐(120)을 한번에 조절할 수 있다.
방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 복수의 분사노즐(130)의 설정 길이가 커지면, 폴리머 용액 중 용매가 증발하는 시간이 줄어든다. 반면, 방사구금(120)의 단부보다 돌출되는 복수의 분사노즐(130)의 설정 길이가 작아지면, 폴리머 용액 중 용매가 증발하는 시간이 늘어난다. 폴리머 용액은 배합되는 폴리머와 용매의 비율 및 종류에 따라 용매를 증발시켜야 하는 시점이 달라지므로, 복수의 분사노즐(130)의 설정 길이를 조절함으로써, 적용되는 폴리머 용액에 따라 적절한 연신 정도를 설정할 수 있다.
도 5는 도 1에서 방사구금의 내벽에 형성되는 나선형 홈 또는 돌기를 도시한 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 방사구금(120)의 내벽에는 나선형 홈 또는 돌기(122)가 길이방향을 따라 형성되어, 에어 공급관(210)으로부터 공급되는 에어에 나선형의 와류를 형성할 수 있다. 나선형 홈 또는 돌기(122)는 방사구금(120)의 장착면(121)으로부터 컬렉터 모듈(300)을 향한 방사구금(120)의 단부까지 연장 형성된다. 한편, 나선형 홈 또는 돌기(122)는 단일 또는 복수개로 형성될 수 있으며, 복수개로 형성되는 경우에는 서로 평행하게 연장된다.
이에 따라, 방사구금(120)의 링 형상의 제2 공간(P2)을 통해 유동하는 에어에 나선형의 와류가 형성되며 분사되는 폴리머 용액의 직진성을 향상시키는 동시에, 폴리머 용액이 와류 형태로 둘러싸는 에어의 흐름을 통해 더욱 가늘게 연신될 수 있다.
분사노즐(130)의 외벽에도 나선형 홈 또는 돌기(미도시)가 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 이를 통해, 제2 공간(P2)을 통해 유동하는 에어에 폭방향의 양측에서 동시에 와류를 발생시킬 수 있다.
도 6은 도 1에서 터널형 하우징에 제공되며 방사되는 폴리머 용액에 열을 인가하기 위한 열원의 구성을 도시한 측단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 나노섬유 제조장치는 터널형 하우징(500) 및 열원(600)을 더 포함할 수 있다. 터널형 하우징(500)는 컬렉터 모듈(300)을 향하여 폴리머 용액의 방사 경로를 둘러싸며 연장된다. 터널형 하우징(500)은 길이방향의 양측으로 개구되고 단면이 원통형 또는 사각형인 통 형상으로 형성된다.
열원(600)은 복수개이며, 하우징(500)의 내측에서 하우징(500)의 내측벽 둘레를 따라 배치되어, 연신되는 폴리머 용액의 방사 경로상에서 폴리머 용액에 열을 인가한다. 열원(600)은 원적외선 광원일 수 있다. 열원(600)은 하우징(500)의 길이방향을 따라 연장된다. 원적외선 광원은 열작용이 크며 침투력이 강할 뿐만 아니라 유기화합물에 대한 공진 및 공명 작용이 강한 특성을 갖는다.
따라서, 열원(600)은 하우징(500) 내부로 방사되는 폴리머 용액의 경로상에서 폴리머 용액에 균일하게 열을 침투시키면서 연신시킬 수 있다. 또한, 폴리머 용액이 연신되고 나노 섬유가 되어 부직포에 흡착되는 중간과정에서 열손실을 최소화하여 미세한 나노단위의 직경을 갖는 나노섬유를 일정하게 제조할 수 있도록 한다.
이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
100: 폴리머 분사모듈 110: 폴리머 저장탱크
111: 교반기 112: 펌프
113: 폴리머 히터 120: 방사구금
121: 에어 히터 122: 나선형 홈 또는 돌기
130: 분사노즐 131: 폴리머 공급관
200: 에어 공급모듈 210: 에어 공급관
211: 메인 에어 공급관 212: 서브 에어 공급관
300: 컬렉터 모듈 310: 원단공급부
320: 집진판 330: 롤러
340: 라미네이터 350: 리와인더
400: 길이조절부 410: 스페이서
420: 길이조절바 500: 하우징
600: 열원 700: 제어부
P1: 제1 공간 P2: 제2 공간
F: 원단

Claims (9)

  1. 폴리머가 용매에 용해된 상태의 폴리머 용액이 저장되는 폴리머 저장탱크, 및 상기 폴리머 저장탱크에 폴리머 공급관으로 연결되는 분사노즐을 통해 폴리머 용액을 방사하는 방사구금을 포함하는 복수의 폴리머 분사모듈;
    상기 각각의 방사구금에 연결된 에어 공급관을 통해 에어를 공급하여 방사되는 폴리머 용액을 연신시키는 에어 공급모듈; 및
    상기 방사구금에 대향하게 배치되며 원단이 롤러에 의해 순환하는 컬렉터 모듈을 포함하며,
    상기 분사노즐은 상기 방사구금을 관통하여 배치되고, 상기 방사구금의 내부 공간은 상기 분사노즐 내측의 제1 공간, 및 상기 분사노즐 외벽과 상기 방사구금 내벽 사이의 제2 공간을 포함하며,
    상기 제1 공간은 상기 폴리머 공급관과 연결되고, 상기 제2 공간은 상기 에어 공급관과 연결되며,
    상기 컬렉터 모듈을 향한 상기 분사노즐의 일측 단부는 상기 방사구금의 단부보다 설정 길이만큼 돌출되며,
    상기 분사노즐의 타측 단부에는 상기 분사노즐의 상기 설정 길이를 조절하는 길이조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 길이조절부는 스페이서를 포함하며,
    상기 분사노즐의 타측 단부는 상기 방사구금에 장착되며, 상기 분사노즐이 장착되는 상기 방사구금의 장착면과 상기 분사노즐의 타측 단부 사이에는 상기 스페이서가 끼워지는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 길이조절부는 길이조절바를 더 포함하며,
    상기 각 분사노즐에 제공되는 상기 스페이서는 상기 길이조절바에 장착되며, 상기 길이조절바는 상기 스페이서와 상기 방사구금의 이격거리를 조절하여 상기 설정 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 길이조절바는 상기 복수의 분사노즐에 장착되어 상기 복수의 분사노즐의 설정 길이를 동시에 조절하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방사구금의 내벽에는 나선형 홈 또는 돌기가 길이방향을 따라 형성되어, 상기 에어 공급관으로부터 공급되는 에어에 나선형의 와류를 형성하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사노즐의 외벽에는 나선형 홈 또는 돌기가 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컬렉터 모듈을 향하여 상기 폴리머 용액의 방사 경로를 둘러싸며 연장되는 터널형 하우징을 포함하며,
    상기 하우징의 내측에서 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 배치되어, 연신되는 폴리머 용액의 방사 경로상에서 상기 폴리머 용액에 열을 인가하는 복수의 열원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 열원은 상기 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에어 공급관은 메인 에어 공급관과 복수의 서브 에어 공급관을 포함하며,
    상기 메인 에어 공급관은 상기 폴리머 공급관과 직교하는 방향으로 연장되며,
    상기 각각의 서브 에어 공급관은 상기 메인 에어 공급관과 상기 각각의 방사구금을 연결하며, 상기 제2 공간으로 연통되는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 제조장치.
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