專利名稱：納米纖維和高分子網(wǎng)狀物的制造方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由高分子物質(zhì)形成的納米纖維及由該納米纖維堆積形成 的高孔隙率的高分子網(wǎng)狀物(polymer web)的制造方法和裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為制造由高分子物質(zhì)形成的具有亞微米級(subraicron scale)直 徑的納米纖維的方法，已知的是靜電紡絲法(電荷感應(yīng)紡絲法)。在以往的靜電 紡絲法中，通過朝被施加了高電壓的針狀噴嘴供給高分子溶液，使從該針狀噴 嘴呈線狀流出的高分子溶液帶上電荷，隨著高分子溶液的溶劑的蒸發(fā)，帶電電 荷間的距離變小，起作用的庫侖力變大，在該庫侖力超過線狀高分子溶液的表 面張力的時刻，出現(xiàn)線狀高分子溶液爆發(fā)性延伸的現(xiàn)象，通過使該稱作靜電爆 發(fā)的現(xiàn)象出現(xiàn)一次、二次，或根據(jù)情況出現(xiàn)三次等反復(fù)出現(xiàn)，來制造由亞微米 直徑的高分子形成的納米纖維。
通過將這樣制造出的納米纖維堆積在電氣性接地的基板上，能得到具有立 體網(wǎng)孔的三維構(gòu)造的薄膜，另外，通過形成得較厚，還能制造出具有亞微米網(wǎng) 孔的高孔隙率網(wǎng)狀物。這樣制造出的高孔隙率網(wǎng)狀物適用于過濾器、電池的隔 膜(s印arator)、燃料電池的高分子電解質(zhì)膜和電極等，而且，通過應(yīng)用該由 納米纖維形成的高孔隙率網(wǎng)狀物，還有可能顯著提高各項性能。
然而，以往的靜電紡絲法只能從一個噴嘴的前端制造一 數(shù)條納米纖維， 因此，即使想要生產(chǎn)高孔隙率的高分子網(wǎng)狀物，也會因生產(chǎn)率提不高而存在無 法實現(xiàn)的問題。因此，例如作為大量生成納米纖維來制造高分子網(wǎng)狀物的方法， 曾提出了使用多個噴嘴的方法(參照專利文獻l)。
參照圖21對上述專利文獻所記載的高分子網(wǎng)狀物制造裝置的結(jié)構(gòu)進行說 明，利用泵84將筒83內(nèi)的液態(tài)高分子物質(zhì)朝具有多個噴嘴81的紡絲部82提供，從高電壓產(chǎn)生部85對噴嘴81施加5 50kV的高電壓，使從噴嘴81排出 的纖維堆積在接地或帶上極性與噴嘴81不同的電荷的集電極86上而形成網(wǎng)狀 物，并利用集電極86轉(zhuǎn)移所形成的網(wǎng)狀物來制造高分子網(wǎng)狀物。另外，還記 載了如下內(nèi)容在噴嘴81的前端附近配設(shè)電荷分配板87以使噴嘴81間的電 氣性干擾最小化，并對電荷分配板87與集電極86之間施加高電壓，建立對帶 電的纖維朝集電極86施力的電場。
另外，如圖22A、圖22B所示，還披露了如下結(jié)構(gòu)在紡絲部82上設(shè)置 多個由多個噴嘴81形成的多噴嘴81A而不是設(shè)置多個單噴嘴，并分別從各多 噴嘴81A生成多條納米纖維。
專利文獻1:日本專利特開2002 — 201559號公報
然而，在圖21和圖22A、圖22B所示的結(jié)構(gòu)中，當為了以更高的生產(chǎn) 率來制造高分子網(wǎng)狀物而縮小紡絲部82上的噴嘴81的配置間隔和各多噴 嘴81A中的噴嘴81的配置間隔、從而增加單位面積的噴嘴個數(shù)時，如圖23 所示，由于從各噴嘴81流出的高分子物質(zhì)帶有相同極性的電荷，因此，如 箭頭G所示，高分子物質(zhì)彼此相斥，來自中央部的噴嘴81的高分子物質(zhì)的 流出受到阻礙，同時，來自周邊部的噴嘴81的高分子物質(zhì)的流出方向會朝 向外側(cè)，使納米纖維在集電極86上的堆積分布在中央部極端變少而集中于 周邊部，存在無法制造均勻的高分子網(wǎng)狀物的問題。
另外，在噴嘴81的前端附近配設(shè)電荷分配板87時，如圖24所示，可 減少噴嘴81間的電氣性干擾，并且，通過形成從電荷分配板87朝向集電 極86的電場E，可起到使從各噴嘴81流出的高分子物質(zhì)朝集電極86加速 的作用，與圖23時相比，能在某種程度上實現(xiàn)中央部和周邊部的納米纖維 的堆積分布的均勻化，但另一方面，噴嘴81的配置圖案會直接投影到堆積 分布上，存在無法在堆積分布的均勻化中充分發(fā)揮效果的問題。
另外，在提高噴嘴81的配置密度時，纖維可能會在溶劑尚未充分蒸發(fā) 的狀態(tài)下彼此接觸而彼此熔敷，并且，在噴嘴附近的空間中蒸發(fā)的溶劑濃 度變高，絕緣性下降，存在可能會產(chǎn)生電暈放電而無法形成纖維的問題。
另外，在配設(shè)許多噴嘴81時，很難對各噴嘴81均勻地供給液態(tài)高分子物質(zhì)，因此，存在裝置結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜而導(dǎo)致設(shè)備成本上升的問題。并且， 為了使從噴嘴81流出的液態(tài)高分子物質(zhì)產(chǎn)生靜電爆發(fā)，需要使電荷集中，
因此，將各噴嘴81形成為細而長的形狀，但將許多細而長的噴嘴81始終
維持在適當?shù)臓顟B(tài)所需的維護也是極為困難的，存在這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能以較高的生產(chǎn)率均勻地以簡 單的結(jié)構(gòu)來制造納米纖維和使用納米纖維的高分子網(wǎng)狀物的納米纖維和高分 子網(wǎng)狀物的制造方法和裝置。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
本發(fā)明的納米纖維的制造方法包括一邊朝具有多個小孔的導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn) 容器內(nèi)供給將高分子物質(zhì)溶解在溶劑中的高分子溶液一邊使旋轉(zhuǎn)容器旋轉(zhuǎn)，使 從旋轉(zhuǎn)容器的小孔流出的高分子溶液帶上電荷，利用離心力和溶劑蒸發(fā)時產(chǎn)生 的靜電爆發(fā)使流出的線狀的高分子溶液延伸，從而生成由高分子物質(zhì)形成的納 米纖維的納米纖維生成工序；以及使生成工序中的納米纖維從旋轉(zhuǎn)容器的軸心
方向的一側(cè)朝另一側(cè)偏轉(zhuǎn)流動的偏轉(zhuǎn)流動工序。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在高分子溶液從旋轉(zhuǎn)容器的多個小孔帶上電荷而線狀流出 時，首先通過離心力的作用而延伸，因此，與僅通過靜電爆發(fā)使高分子溶液從 最初開始延伸的結(jié)構(gòu)不同，不需要用于使高分子溶液帶上電荷的細長的噴嘴。 另外，由于高分子溶液輻射狀流出，不容易受到電場干擾的影響，因此即使高 密度地配設(shè)小孔，也能可靠且高效地使高分子溶液延伸。之后，高分子溶液因 離心力而延伸，直徑變細，同時，溶劑蒸發(fā)，使帶上的電荷集中，在其庫侖力 超過表面張力的時刻，產(chǎn)生一次靜電爆發(fā)而使高分子溶液爆發(fā)性地延伸，其后 溶劑繼續(xù)蒸發(fā)，同樣地產(chǎn)生二次靜電爆發(fā)而使高分子溶液爆發(fā)性地延伸，根據(jù) 情況繼續(xù)產(chǎn)生三次靜電爆發(fā)等，使高分子溶液延伸，從而能利用從多個小孔流 出的線狀的高分子溶液高效地制造出由具有亞微米直徑的高分子物質(zhì)形成的 納米纖維。如上所述地在離心力的作用下延伸后，高分子溶液欲直接輻射狀擴 展，但被朝旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向偏轉(zhuǎn)流動，因此，能容易地將所生成的納米纖維收集到需要的范圍內(nèi)。即使出現(xiàn)未成為纖維的液滴等，其也會通過離心力的 作用而直接朝周圍飛散，僅有合適的納米纖維會偏轉(zhuǎn)流動，從而能僅收集品質(zhì) 優(yōu)良的納米纖維。如上所述，能高密度地配設(shè)小孔，因此，能以簡單且緊湊的 結(jié)構(gòu)高效地制造大量的納米纖維。另外，從小孔流出的高分子溶液首先通過離 心力的作用而延伸，因此不用將小孔形成得極小，并且，不用如上所述地為了 使高分子溶液帶上電荷而設(shè)置較長的噴嘴，因此只需配置較短的噴嘴部件或者 在旋轉(zhuǎn)容器上設(shè)置小孔即可，能容易且廉價地進行制造，并且，即使設(shè)置有許 多小孔，也能簡單地進行維護。
另外，較為理想的是，在偏轉(zhuǎn)流動工序中，對配設(shè)在旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向 一側(cè)部的反射電極施加極性與高分子溶液的帶電電荷相同的電壓、和/或、從 旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向一側(cè)進行送風(fēng)而使納米纖維偏轉(zhuǎn)流動。通過在不與帶電的 高分子溶液的流出方向相對的一側(cè)部配設(shè)反射電極，高分子溶液的流出不會被 反射電極的電荷阻礙，從而能穩(wěn)定且高效地制造納米纖維。并且，在通過送風(fēng) 使納米纖維偏轉(zhuǎn)流動時，生成工序中的納米纖維會被空氣的流動帶動，從而能 更有效地使納米纖維偏轉(zhuǎn)流動，而且，通過空氣的流動，蒸發(fā)的溶劑被快速排 出，周邊環(huán)境中的溶劑濃度不會增大，溶劑的蒸發(fā)能順利地進行，能可靠地實 現(xiàn)靜電爆發(fā)作用，可靠地生成期望的納米纖維。
另外，較為理想的是，旋轉(zhuǎn)容器是在周面上具有多個小孔并繞軸心旋轉(zhuǎn)的 圓筒狀容器，或者是小孔以旋轉(zhuǎn)半徑從軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)變小的形態(tài)配 置的筒狀容器。若是圓筒狀容器，則能從整個圓周均勻地一次性制造大量的納 米纖維，能確保較高的生產(chǎn)率，且形狀、結(jié)構(gòu)簡單，因此，能實現(xiàn)設(shè)備成本的 低廉化。若是將小孔以旋轉(zhuǎn)半徑從軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)變小的形態(tài)配置的 筒狀容器，則由于從各小孔流出的高分子溶液受到的離心力之差，由一側(cè)的小 孔形成的納米纖維在徑向外側(cè)位置向另一側(cè)流動，由另一側(cè)的小孔形成的納米 纖維在徑向內(nèi)側(cè)位置向另一側(cè)流動，兩者并不重疊，能使納米纖維的流動域的 截面形狀從寬度較窄的圈形變?yōu)榻咏鼒A形。
另外，為了使納米纖維的流動域的截面形狀從圈形會聚成為中心空洞部減 小的形狀或矩形等任意的截面形狀，也可以利用配設(shè)在旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向另一側(cè)部的、納米纖維的筒狀流動域的軸心部和外周部中的至少一方上的集束電 極來使納米纖維的筒狀流動域會聚。這種情況下，對配設(shè)在軸心部的集束電極 施加比旋轉(zhuǎn)容器低的相同極性的電壓甚至是不同極性的電壓，對配設(shè)在外周部 的集束電極施加極性與旋轉(zhuǎn)容器相同的電壓。
另外，較為理想的是，在納米纖維生成工序中，使旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)收容有大致 一定量的高分子溶液。這樣一來，作用于被從圓筒容器的小孔壓出的高分子溶 液的離心力恒定，能使高分子溶液均勻地線狀流出，在圓筒容器的軸心方向上 能均勻地制造納米纖維。
另外，作為使高分子溶液的收容量恒定的方法之一，有一種檢測旋轉(zhuǎn)容器 內(nèi)所收容的高分子溶液的量，并控制高分子溶液朝旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)的供給量，以使 旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)收容有大致一定量的高分子溶液的方法。
另外，也可根據(jù)旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)所收容的高分子溶液的粘度來控制旋轉(zhuǎn)容器的 轉(zhuǎn)速。這樣一來，便能在不變更旋轉(zhuǎn)容器的情況下，根據(jù)高分子溶液的粘度使 必要的離心力作用于高分子溶液，可靠并高效地制造納米纖維。另外，還可根 據(jù)旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)所收容的高分子溶液的粘度來確定旋轉(zhuǎn)容器的旋轉(zhuǎn)軸心和小孔 間的半徑距離。這樣一來，便能在不用使旋轉(zhuǎn)容器的轉(zhuǎn)速極端變化的情況下， 根據(jù)高分子溶液的粘度使必要的離心力作用于高分子溶液，可靠并高效地制造 納米纖維。
另外，較為理想的是，以將旋轉(zhuǎn)容器的周圍圍住的形態(tài)配設(shè)環(huán)狀電極，在 環(huán)狀電極與旋轉(zhuǎn)容器之間產(chǎn)生電場而使從旋轉(zhuǎn)容器流出的高分子溶液帶上電 荷，并使生成工序中的納米纖維偏轉(zhuǎn)流動而從旋轉(zhuǎn)容器與環(huán)狀電極之間的紡絲 空間排出。這樣一來，通過旋轉(zhuǎn)容器與在其周圍大致等距離地大致相對配置的 環(huán)狀電極之間的紡絲空間中產(chǎn)生的均勻且較強的電場的作用，能使流出的高分 子溶液均勻且較強地帶上電荷，并且，其后能立即將生成工序中的納米纖維從 紡絲空間排出，因此，無需在旋轉(zhuǎn)容器與環(huán)狀電極間設(shè)定反復(fù)進行靜電爆發(fā)所 需的較大的距離，即使不對它們之間施加極高的高電壓，也能產(chǎn)生必要強度的 電場，能大量且高效地生成納米纖維。這樣，能以簡單且緊湊的結(jié)構(gòu)來高效地 制造大量的納米纖維。另外，環(huán)狀電極可以用由導(dǎo)電性部件形成的圓筒體、網(wǎng)狀環(huán)形體和線狀環(huán)形體等構(gòu)成。
另外，本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造方法包括利用上述納米纖維的制造 方法生成納米纖維的工序；以及相對于旋轉(zhuǎn)容器在其軸心方向另一側(cè)隔開間隔 地配置導(dǎo)電性的集電極，對集電極施加相對于納米纖維的帶電電荷具有電位差 的電壓或者將集電極接地，使所生成的納米纖維堆積在集電極上的工序。朝集 電極上堆積納米纖維包括使納米纖維直接堆積在集電極上的情況、以及使納 米纖維堆積到配置在集電極上的部件或在集電極上移動的片材上的情況，此 外，集電極也可以具有將堆積在其上的高分子網(wǎng)狀物依次轉(zhuǎn)移的功能。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于如上所述地在帶上電荷的狀態(tài)下大量制造出的納米纖維 受到電場的作用而朝集電極移動并高效地堆積在集電極上，因此能以較高的生 產(chǎn)率制造出高孔隙率的高分子網(wǎng)狀物。若使片材沿著集電極上表面以規(guī)定的速 度移動，則能連續(xù)地制造形成有所需厚度的高分子網(wǎng)狀物的薄片。
另外，若使生成納米纖維并使其朝集電極流動的納米纖維生成部在與至少 集電極的一邊平行的方向或與在集電極上移動的片材的移動方向正交的方向 上相對地往復(fù)移動，則能通過一道制造工序使納米纖維均勻地堆積于面積較大 的集電極或?qū)挾容^大的片材上的整個表面，能使用結(jié)構(gòu)緊湊的納米纖維生成部 以較高的生產(chǎn)率來制造大面積的高分子網(wǎng)狀物。
另外，本發(fā)明的納米纖維的制造裝置包括可自由旋轉(zhuǎn)地得到支撐并與旋
轉(zhuǎn)軸心在徑向上隔開距離地具有多個小孔的導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)容器；朝旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)
供給將高分子物質(zhì)溶解在溶劑中的高分子溶液的高分子溶液供給裝置；驅(qū)動旋 轉(zhuǎn)容器旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置；使從旋轉(zhuǎn)容器的小孔流出的高分子溶液帶上電荷
的帶電裝置；配置在旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向一側(cè)、并使從旋轉(zhuǎn)容器的小孔帶電流 出的高分子溶液所生成的納米纖維朝旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向另一側(cè)面偏轉(zhuǎn)流動 的偏轉(zhuǎn)流動裝置；以及對高分子溶液供給裝置、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、帶電裝置和偏 轉(zhuǎn)流動裝置進行控制的控制部，通過實施上述納米纖維的制造方法，能起到其 效果。帶電裝置由對旋轉(zhuǎn)容器施加高電壓、或者對與旋轉(zhuǎn)容器隔開間隔配設(shè)的 納米纖維的集電極等部件施加高電壓以在集電極與旋轉(zhuǎn)容器之間產(chǎn)生電場的 高電壓產(chǎn)生裝置構(gòu)成。另外，較為理想的是，偏轉(zhuǎn)流動裝置具有被施加極性與從旋轉(zhuǎn)容器的小 孔流出的高分子溶液的帶電電荷相同的電壓的反射電極、和/或、從旋轉(zhuǎn)容器 的軸心方向一側(cè)朝另一側(cè)送風(fēng)的送風(fēng)裝置。若具有反射電極，則能利用反射電 極使帶上電荷的納米纖維可靠地偏轉(zhuǎn)流動，并且，高分子溶液的流出不會被反 射電極的電荷阻礙，能穩(wěn)定且高效地制造納米纖維。若具有送風(fēng)裝置，則生成 工序中的納米纖維會被空氣的流動帶動，從而能更有效地使納米纖維偏轉(zhuǎn)流 動，而且，通過空氣的流動，蒸發(fā)的溶劑被快速排出，周邊環(huán)境中的溶劑濃度 不會增大，溶劑的蒸發(fā)能順利地進行，能可靠地實現(xiàn)靜電爆發(fā)作用，可靠地生 成期望的納米纖維。
另外，較為理想的是，旋轉(zhuǎn)容器由在周面上具有多個小孔的圓筒狀容器構(gòu) 成，或者由將小孔以旋轉(zhuǎn)半徑從旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)變小的形 態(tài)配置的筒狀容器構(gòu)成。若旋轉(zhuǎn)容器由圓筒狀容器構(gòu)成，則能從整個圓周均勻 地一次性制造大量的納米纖維，能確保較高的生產(chǎn)率，且形狀、結(jié)構(gòu)簡單，因 此，能實現(xiàn)設(shè)備成本的低廉化。若旋轉(zhuǎn)容器由上述筒狀容器構(gòu)成，則由于從各 小孔流出的高分子溶液受到的離心力之差，由一側(cè)的小孔形成的納米纖維在徑 向外側(cè)位置向另一側(cè)流動，由另一側(cè)的小孔形成的納米纖維在徑向內(nèi)側(cè)位置向 另一側(cè)流動，兩者并不重疊，能使納米纖維的流動域的截面形狀從寬度較窄的 圈形變?yōu)榻咏鼒A形。
另外，為了使納米纖維的流動域的截面形狀從圈形會聚成為中心空洞部減 小的形狀或矩形截面等任意的截面形狀，也可以在旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向另一側(cè) 部的、納米纖維的筒狀流動域的軸心部和外周部中的至少一方上配設(shè)使納米纖 維的筒狀流動域會聚的集束電極，對配設(shè)在軸心部的集束電極施加比旋轉(zhuǎn)容器 低的相同極性的電壓甚至是不同極性的電壓，對配設(shè)在外周部的集束電極施加 極性與旋轉(zhuǎn)容器相同的電壓。
另外，還可以將供給高分子溶液的供給管從圓筒容器一端的軸心開口部插 入進行配置，并將該供給管的前端部在圓筒容器內(nèi)形成為大致L字形。這樣一 來，所生成的納米纖維的流動方向不僅可以是水平方向，還可以是朝下方向和 朝上方向，即便使圓筒容器的方向任意變化，也能將高分子溶液在不會從圓筒容器一端的軸心開口部漏出的情況下朝圓筒容器內(nèi)供給。
另外，還可以設(shè)置將旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)所收容的高分子溶液的量控制成恒定的裝 置。這樣一來，作用于被從圓筒容器的小孔壓出的高分子溶液的離心力恒定， 能使高分子溶液均勻地線狀流出，能制造均勻的納米纖維。作為該將旋轉(zhuǎn)容器 內(nèi)的高分子溶液量控制成恒定的裝置之一，可以考慮包括檢測旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)所收 容的高分子溶液的量的收容量檢測裝置以及根據(jù)檢測出的收容量來控制高分 子溶液供給裝置的供給量控制裝置的結(jié)構(gòu)。
另外，較為理想的是，以將旋轉(zhuǎn)容器的周圍圍住的形態(tài)配設(shè)環(huán)狀電極，并 設(shè)置對旋轉(zhuǎn)容器與環(huán)狀電極之間施加高電壓的高電壓產(chǎn)生裝置。這樣一來，如 上所述，通過在旋轉(zhuǎn)容器與環(huán)狀電極之間產(chǎn)生的均勻且較強的電場的作用，能 使流出的高分子溶液均勻且較強地帶上電荷，并且，其后能立即將生成工序中 的納米纖維從紡絲空間排出，因此，無需在旋轉(zhuǎn)容器與環(huán)狀電極間設(shè)定反復(fù)進 行靜電爆發(fā)所需的較大的距離，即使不對旋轉(zhuǎn)容器與環(huán)狀電極間施加極高的高 電壓，也能產(chǎn)生必要強度的電場，能大量且高效地生成納米纖維。
另外，本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置是一種應(yīng)用上述納米纖維的制造 裝置的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置，相對于旋轉(zhuǎn)容器在其軸心方向另一側(cè)隔開間 隔地配設(shè)有集電極，該集電極具有導(dǎo)電性，并被施加相對于納米纖維的帶電電 荷具有電位差的電壓或者被接地，如上所述地制造出的納米纖維被堆積在集電 極上，能高效地制造高分子網(wǎng)狀物。
另外，還可以設(shè)置使供納米纖維附著堆積的片材在集電極上以規(guī)定的速度 移動的片材移動裝置。這樣一來，能連續(xù)地制造形成有所需厚度的高分子網(wǎng)狀 物的薄片。
另外，還可以設(shè)置使生成納米纖維并使其朝集電極流動的納米纖維的制造 裝置在與至少集電極的一邊平行的方向或者與片材的移動方向正交的方向上 相對地往復(fù)移動的堆積移動裝置。這樣一來，能通過單個制造工序使納米纖維 均勻地堆積于面積較大的集電極或?qū)挾容^大的片材上的整個表面，能使用結(jié)構(gòu) 緊湊的納米纖維生成部以較高的生產(chǎn)率來制造大面積的高分子網(wǎng)狀物。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的高分子網(wǎng)狀物制造裝置的立體圖。 圖2是上述實施方式的高分子網(wǎng)狀物制造裝置的縱剖主視圖。 圖3是表示上述實施方式的高分子網(wǎng)狀物的制造狀態(tài)的立體圖。 圖4是表示上述實施方式的控制結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖5是表示上述實施方式的其它結(jié)構(gòu)例的縱剖主視圖。 圖6A 圖6C是表示上述實施方式的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的各種配置
結(jié)構(gòu)的縱剖主視圖。
圖7是本發(fā)明的實施方式2的高分子網(wǎng)狀物制造裝置的縱剖主視圖。 圖8A 圖8B表示上述實施方式的旋轉(zhuǎn)板，圖8A是其側(cè)視圖，圖8B是其
主視圖。
圖9A 圖9B表示上述實施方式的旋轉(zhuǎn)檢測裝置，圖9A是其檢測板的主 視圖，圖9B是該旋轉(zhuǎn)檢測裝置的側(cè)視圖。
圖io是上述實施方式的高分子溶液量的控制動作的說明圖。
圖11是本發(fā)明的實施方式3的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的立體圖。
圖12是表示本發(fā)明的實施方式4的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的概略結(jié)構(gòu)
的縱剖主視圖。
圖13是表示上述實施方式的變形結(jié)構(gòu)例的縱剖主視圖。
圖14是本發(fā)明的實施方式5的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的立體圖。
圖15是本發(fā)明的實施方式6的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的立體圖。
圖16是納米纖維的堆積狀態(tài)的說明圖。
圖17是上述實施方式的更為理想的結(jié)構(gòu)例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖18是表示本發(fā)明的實施方式7的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的概略結(jié)構(gòu)
的縱剖主視圖。
圖19是上述實施方式的主要部分結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖20是設(shè)置在上述實施方式的環(huán)狀電極上的電極棒的作用說明圖。
圖21是現(xiàn)有例的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖22A 圖22B表示上述現(xiàn)有例的其它結(jié)構(gòu)例的主要部分結(jié)構(gòu)，圖22A是主視圖，圖22B是局部放大仰視圖。
圖23是上述現(xiàn)有例的問題的說明圖。
圖24是上述現(xiàn)有例的其它問題的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照圖1 圖20對本發(fā)明的納米纖維和高分子網(wǎng)狀物的制造方法 和裝置的各實施方式進行說明。 (實施方式1)
首先，參照圖1 圖6C對本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的實施方式1 進行說明。
在圖1 圖3中，符號1是作為旋轉(zhuǎn)容器的、直徑為20 500mm的圓筒狀 容器，其一端的軸心部被旋轉(zhuǎn)筒體2的端部貫穿而與旋轉(zhuǎn)筒體2—體固定，以 可繞軸心像箭頭R那樣旋轉(zhuǎn)的形態(tài)被旋轉(zhuǎn)筒體2支撐。旋轉(zhuǎn)筒體2由絕緣性較 好的材料構(gòu)成。圓筒狀容器1的另一端被封閉，在周面上以數(shù)mm的間距形成 有直徑為0.01 2腦左右的許多小孔3。另外，小孔3既可以由在圓筒狀容器 1的周壁上直接開口的孔構(gòu)成，也可以由安裝在周壁上的短尺寸的噴嘴部件構(gòu) 成。旋轉(zhuǎn)筒體2通過軸承5被由絕緣性較好的材料構(gòu)成的支撐框架4可自由旋 轉(zhuǎn)地支撐，并通過巻繞于設(shè)置在其外周上的帶輪6與設(shè)置在電動機9的輸出軸 上的帶輪7之間的皮帶8被作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電動機9以數(shù)100 10000rpm 的轉(zhuǎn)速驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。作為電動機9，由于傳感器可能會受到高壓噪聲的影響而 產(chǎn)生誤動作，因此適合應(yīng)用不帶傳感器的直流電動機。
經(jīng)由貫穿旋轉(zhuǎn)筒體2而插入圓筒狀容器1內(nèi)的溶液供給管10，朝圓筒狀 容器1內(nèi)供給將作為納米纖維材料的高分子物質(zhì)溶解于溶劑而成的高分子溶液 11。溶液供給管10的前端部形成為L字彎曲部20，其前端位于朝圓筒狀容器 1內(nèi)突出的旋轉(zhuǎn)筒體2的插入端部2a的外周的徑向外側(cè)。高分子溶液11從儲 藏容器12由作為高分子溶液供給裝置的供給泵13以規(guī)定流量朝溶液供給管10 提供。 一般而言，溶劑的量為60%至98%左右的比例，但其比例也可根據(jù)所使 用的高分子溶液的種類和所生成的納米纖維的直徑等的不同而改變。較為理想的是溶劑的比例為80%至95%左右。
作為構(gòu)成高分子溶液11的高分子物質(zhì)，較為理想的例如有聚丙烯、聚乙 烯、聚苯乙烯、聚環(huán)氧乙垸、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸二丁酯、聚 萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸間苯二酯、聚間苯二甲酸對苯二酯、聚偏氟 乙烯、聚偏氟乙烯一六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯一丙烯酸酯共聚 物、聚丙烯腈、聚丙烯腈一甲基丙烯酸酯共聚物、聚碳酸酯、聚芳酯、聚酯碳 酸酯、尼龍、芳族聚酰胺、聚己酸內(nèi)酯、聚乳酸、聚乙醇酸、膠原、聚羥基丁 酸酯、聚乙酸乙烯酯、多肽等作為合適的高分子物質(zhì)，此外，例如還有核酸和 蛋白質(zhì)等生物高分子等，可以使用選自其中的至少一種，但不特別限定于此。
另外，作為能使用的溶劑，例如有甲醇、乙醇、1_丙醇、2 —丙醇、六氟 異丙醇、四甘醇、三甘醇、二芐醇、1,3 — 二氧雜戊環(huán)、1，4一二噁垸、甲基乙 基酮、甲基異丁基酮、甲基正己基酮、甲基正丙基酮、二異丙基酮、二異丁基 酮、丙酮、六氟丙酮、苯酚、甲酸、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、苯甲酸 甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、鄰苯二甲 酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丙酯、氯甲垸、氯乙垸、二氯甲 垸、三氯甲垸、鄰氯甲苯、對氯甲苯、四氯化碳、l，l一二氯乙烷、1，2 — 二氯 乙垸、三氯乙烷、二氯丙垸、二溴乙烷、二溴丙垸、溴甲垸、溴乙烷、溴丙烷、 乙酸、苯、甲苯、己烷、環(huán)己烷、環(huán)己酮、環(huán)戊垸、鄰二甲苯、對二甲苯、間 二甲苯、乙腈、四氫呋喃、N，N—二甲基甲酰胺、吡啶、水等，可使用選自其 中的至少一種，但不特別限定于此。
另外，在高分子溶液11中還可以摻入無機質(zhì)固體材料。作為該無機質(zhì)固 體材料，例如有氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氟化物、硫化物 等，但從耐熱性、加工性等觀點出發(fā)，使用氧化物時較為理想。作為氧化物， 例如有A1203、 Si02、 Ti02、 Li20、 Na20、 Mg0、 Ca0、 Sr0、 Ba0、 B203、 P205、 Sn02、 Zr02、 K20、 Cs20、 Zn0、 Sb203、 As203、 Ce02、 V205、 Cr203、 Mn0、 Fe203、 CoO、 Ni0、 Y203、 Lu203、 Yb203、 Hf02、 Nb205等，可以使用選自其中的至少 一種，但不特別限定于此。
由第一高電壓產(chǎn)生裝置14產(chǎn)生的lkV 100kV、理想的是10kV 100kV的高電壓通過軸承5、導(dǎo)電部件15施加在圓筒狀容器1上，使其內(nèi)部收容的高分
子溶液11帶電。在圓筒狀容器1被電動機9驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)時，帶上電荷的 高分子溶液11受到離心力的作用而從各小孔3線狀流出，繼而通過離心力的
作用而延伸生成較細的高分子線狀體，同時，其溶劑蒸發(fā)，從而使高分子線狀 體的直徑變細。相應(yīng)地，所帶的電荷集中，在其庫侖力超過高分子溶液的表面 張力的時刻，產(chǎn)生一次靜電爆發(fā)而使高分子線狀體爆發(fā)性地延伸，其后溶劑繼 續(xù)蒸發(fā)，同樣地產(chǎn)生二次靜電爆發(fā)而使高分子線狀體爆發(fā)性地延伸，根據(jù)情況 繼續(xù)產(chǎn)生三次靜電爆發(fā)等而使高分子線狀體延伸，從而可高效地制造出由具有 亞微米直徑的高分子物質(zhì)形成的納米纖維。
在圓筒狀容器1的一側(cè)部以隔開適當間隔相對的形態(tài)在支撐框架4上配設(shè) 有反射電極16，對該反射電極16施加由第二高電壓產(chǎn)生裝置17產(chǎn)生的高電壓。 該第二高電壓產(chǎn)生裝置17以與第一高電壓產(chǎn)生裝置14相同的極性產(chǎn)生大致相 同的高電壓并施加在反射電極16上，如圖3所示，利用反射電極16使從圓筒 狀容器1流出、延伸而生成的高分子線狀體及其后通過靜電爆發(fā)生成的納米纖 維f如箭頭F所示地朝圓筒狀容器1的另一側(cè)流動。
在圓筒狀容器1的另一側(cè)以隔開適當距離相對的形態(tài)配設(shè)有具有導(dǎo)電性 的集電極18，對其施加由第三高電壓產(chǎn)生裝置19產(chǎn)生的、極性與作用于圓筒 狀容器1的施加電壓相反的高電壓。通過該圓筒狀容器1和反射電極16與集 電極18之間的較大電位差的作用，如圖3所示，使帶電的納米纖維f朝集電 極18移動并堆積在其上。通過對集電極18施加極性與圓筒狀容器1相反的高 電壓，即使圓筒狀容器l與集電極18彼此離開例如2m左右的距離，也能使所 生成的納米纖維f堆積在集電極18上。另外，作為第一 第三高電壓產(chǎn)生裝 置14、 17、 19，較為理想的是能根據(jù)需要由開關(guān)SW1、 SW2、 SW3任意地進行接 通、斷開切換。
另外，由于只要使圓筒狀容器1和反射電極16與集電極18之間具有較大 的電位差即可，因此也可以只是將集電極18接地。反之，在由第三高電壓產(chǎn) 生裝置19對集電極18施加正或負的高電壓時，也可采用將圓筒狀容器1電氣 性接地的結(jié)構(gòu)。這種情況下，圓筒狀容器1與集電極18之間產(chǎn)生的電場使從圓筒狀容器1的小孔3流出的高分子溶液11帶上極性與集電極18相反的電荷。
接著，參照圖4對控制結(jié)構(gòu)進行說明。在圖4中，電動機9、供給泵13、 第一 第三高電壓產(chǎn)生裝置14、 17、 19由控制部21進行控制?？刂撇?1根 據(jù)來自操作部22的作業(yè)指令，根據(jù)存儲部23所存儲的動作程序和從操作部22 輸入并存儲的各種數(shù)據(jù)進行動作控制，使其動作狀態(tài)和各種數(shù)據(jù)在顯示部24 中顯示。
在以上的結(jié)構(gòu)中，通過由供給泵13將規(guī)定量的高分子溶液11朝圓筒狀容 器1內(nèi)供給，從第一高電壓產(chǎn)生裝置14對圓筒狀容器1施加規(guī)定的高電壓， 來使圓筒狀容器1內(nèi)所收容的高分子溶液11帶電。在此狀態(tài)下，通過利用電 動機9使圓筒狀容器1高速旋轉(zhuǎn)，如上所述，帶上電荷的高分子溶液11從多 個小孔3線狀流出而形成的高分子線狀體首先通過離心力的作用而大幅度延 伸，其后通過延伸使直徑變細、溶劑蒸發(fā)，產(chǎn)生一次靜電爆發(fā)而爆發(fā)性地延伸， 其后溶劑繼續(xù)蒸發(fā)，同樣地產(chǎn)生二次靜電爆發(fā)而繼續(xù)爆發(fā)性地延伸，根據(jù)情況 繼續(xù)產(chǎn)生三次靜電爆發(fā)等而使高分子溶液11延伸，從而利用從多個小孔3流 出的高分子溶液線狀體制造出由具有亞微米直徑的高分子物質(zhì)形成的納米纖 維f。
另外，生成上述納米纖維f時，高分子溶液線狀體在離心力的作用下延伸 后欲直接輻射狀擴展，但在反射電極16的作用下朝圓筒狀容器1的軸向的另 一側(cè)偏轉(zhuǎn)流動，因此，能容易地將所生成的納米纖維f收集到集電極18的所 需范圍內(nèi)。而且，由于反射電極16配設(shè)在圓筒狀容器1的一側(cè)部，因此不像 以與圓筒狀容器1的外周面相對的形態(tài)配設(shè)拋物線狀的反射電極時那樣使反射 電極16與帶上電荷的高分子溶液11的流出方向相對，高分子溶液11的流出 不會被反射電極16的電荷阻礙，從而能穩(wěn)定且高效地制造納米纖維f 。另外， 即使出現(xiàn)未成為纖維的液滴等，其也會通過離心力的作用而直接朝周圍飛散， 僅有適當?shù)募{米纖維f會朝集電極18偏轉(zhuǎn)并流動，從而能僅收集品質(zhì)優(yōu)良的 納米纖維f 。通過使這樣制成的帶上電荷的納米纖維f堆積在集電極18上，能 以較高的生產(chǎn)率制造出高孔隙率的高分子網(wǎng)狀物。
此處，由于從圓筒狀容器1的小孔3流出形成的高分子溶液線狀體通過離
17心力的作用而大幅度延伸，因此可以將小孔3的直徑形成為0. 01 2mrn左右而 不必將其形成得極小，而且，與最初產(chǎn)生靜電爆發(fā)時不同，由于不必使電荷集 中，因此小孔3不必形成為細長的噴嘴，此外，由于不容易受到電場干擾的影 響，因此即使高密度地配設(shè)，也能使高分子溶液線狀體可靠且高效地延伸，從 而能以簡單且緊湊的結(jié)構(gòu)高效地制造大量的納米纖維f。另外，能從圓筒狀容 器1的整周均勻地一次性制造大量的納米纖維，能確保較高的生產(chǎn)率，且形狀、 結(jié)構(gòu)簡單，因此，能實現(xiàn)設(shè)備成本的低廉化。此外，由于小孔3不必形成得很 長，因此只需在圓筒狀容器1的外周壁上簡單地設(shè)置小孔3即可，能容易且廉 價地制作，并且即使設(shè)置有許多小孔3，也能簡單地進行維護。
另外，電動機9能根據(jù)圓筒狀容器1內(nèi)所收容的高分子溶液11的粘度來 控制圓筒狀容器1的轉(zhuǎn)速，由此，根據(jù)高分子溶液11的粘度使必要的離心力 作用于高分子溶液ll，能可靠且高效地制造納米纖維f 。另外，根據(jù)圓筒狀容 器1的內(nèi)部所收容的高分子溶液11的粘度來確定圓筒狀容器1自身的直徑， 無需使轉(zhuǎn)速極端變化，能根據(jù)高分子溶液11的粘度來產(chǎn)生必要的離心力。
另外，在以上的圖示例中，表示了將反射電極16固定地配設(shè)在與圓筒狀 容器1絕緣的支撐框架4上、對反射電極16施加由第二高電壓產(chǎn)生裝置17產(chǎn) 生的高電壓的例子，但也可以如圖5所示，將反射電極16固定在旋轉(zhuǎn)筒體2 的外周上并與導(dǎo)電部件15電連接，對反射電極16和導(dǎo)電部件15均施加由第 一高電壓產(chǎn)生裝置14產(chǎn)生的與圓筒狀容器1相同的高電壓。這種情況下，反 射電極16也與圓筒狀容器1 一起旋轉(zhuǎn)，但這在功能方面不會有任何影響。
另外，在以上的說明中，如圖6A所示，表示了將圓筒狀容器1配設(shè)成使 其軸向成為水平的例子，但圓筒狀容器l的軸心的配設(shè)方向可以是任意的，例 如，既可以如圖6B所示，使圓筒狀容器1的軸心沿著鉛垂方向，從下方朝上 方供給高分子溶液11，利用配設(shè)在圓筒狀容器1的下側(cè)的反射電極16來使生 成的納米纖維f朝上方流動，也可以如圖6C所示，從上方朝下方供給高分子 溶液11，利用配設(shè)在圓筒狀容器1的上側(cè)的反射電極16來使生成的納米纖維 f朝下方流動。這些情況下，通過在溶液供給管10的前端設(shè)置L字彎曲部20， 使旋轉(zhuǎn)筒體2的插入端部2a突出至圓筒狀容器l內(nèi)，高分子溶液ll能與圓筒狀容器1的方向無關(guān)地在不泄漏到外部的情況下朝內(nèi)部供給，使圓筒狀容器1 的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用于其整個內(nèi)周面，使高分子溶液11從所有的小 孔3大致均勻地流出。 (實施方式2)
接著，參照圖7 圖10對本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的實施方式2
進行說明。另外，在以下的實施方式的說明中，對與上述實施方式相同的構(gòu)成 要素標注相同的符號標記而省略說明，僅對主要不同點進行說明。
在上述實施方式中，說明了根據(jù)高分子網(wǎng)狀物的制造量朝圓筒狀容器1 內(nèi)供給規(guī)定量的高分子溶液11的例子，而本實施方式則是對圓筒狀容器1內(nèi)
所收容的高分子溶液11的量進行檢測，根據(jù)其檢測結(jié)果來進行供給泵13的動 作控制，使圓筒狀容器l內(nèi)收容有大致一定量的高分子溶液ll。
在圖7中，設(shè)置有收容量檢測裝置25，該收容量檢測裝置25由配設(shè)成在 圓筒狀容器1內(nèi)的高分子溶液11的量達到規(guī)定量時與其接觸而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)板 26、以及檢測該旋轉(zhuǎn)板26的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)檢測裝置27形成，旋轉(zhuǎn)檢測裝置27 的檢測信號輸入控制部21，進行供給泵13的動作控制。由此，能利用簡單的 結(jié)構(gòu)將圓筒狀容器1內(nèi)的高分子溶液11的量控制在規(guī)定量，使一定的離心力 作用于圓筒狀容器1內(nèi)的高分子溶液11，從而能制造均勻的納米纖維f。
收容量檢測裝置25的具體結(jié)構(gòu)是可自由旋轉(zhuǎn)地被配設(shè)在支撐框架4上 的軸承29支撐的軸體28貫穿旋轉(zhuǎn)筒體2而插入圓筒狀容器1內(nèi)，在其前端固 定有旋轉(zhuǎn)板26。如圖8A、圖8B所示，旋轉(zhuǎn)板26由圓板26a構(gòu)成，該圓板26a 在外周部具有以與旋轉(zhuǎn)方向正交的形態(tài)切起成形的葉片26b。
如圖9A所示，在軸體28的另一端固定有在周向上等間隔地配置形成有多 個開口 30a的檢測板30，如圖9B所示，在該檢測板30的兩側(cè)配設(shè)有由以夾著 開口 30a相對的形態(tài)配設(shè)的投光器31a和受光器31b形成的光檢測器31，這些 檢測板30和光檢測器31構(gòu)成旋轉(zhuǎn)檢測裝置27。
在以上的結(jié)構(gòu)中，在利用供給泵13朝圓筒狀容器1內(nèi)供給高分子溶液ll 時，如圖10所示，高分子溶液11的量慢慢增加，在T1時刻，當高分子溶液 11的量達到規(guī)定的Ll時，其液面與旋轉(zhuǎn)板26接觸，旋轉(zhuǎn)板26與圓筒狀容器1的旋轉(zhuǎn)連動地開始旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)檢測裝置27檢測出，其檢測信號被輸
入控制部21。在T2時刻，當旋轉(zhuǎn)板26的轉(zhuǎn)速超過F1時，控制部21使供給泵 13的動作停下，停止高分子溶液ll的供給。之后，隨著高分子網(wǎng)狀物制造的 進行，圓筒狀容器l內(nèi)的高分子溶液ll的量慢慢減少，在T3時刻，當高分子 溶液11的量下降至L1時，旋轉(zhuǎn)板26不再與高分子溶液11的液面接觸，旋轉(zhuǎn) 板26的轉(zhuǎn)速下降，之后，在T4時刻，當旋轉(zhuǎn)板26的轉(zhuǎn)速下降至F2時，供給 泵13再次進行高分子溶液11的供給動作，其后通過反復(fù)進行T1 T4時刻的 動作，將圓筒狀容器1內(nèi)的高分子溶液11的量始終控制在大致一定值。
根據(jù)本實施方式，通過如上所述地設(shè)置結(jié)構(gòu)簡單的收容量檢測裝置25， 能將圓筒狀容器1內(nèi)的高分子溶液11的量控制成規(guī)定量，因此，使一定的離 心力作用于圓筒狀容器1內(nèi)的高分子溶液ll，作用于被從圓筒狀容器1的小孔 3壓出的高分子溶液11的離心力恒定，能使高分子溶液11均勻地線狀流出， 能均勻地制造納米纖維和高分子網(wǎng)狀物。
(實施方式3)
接著，參照圖11對本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的實施方式3進行 說明。
在本實施方式中，如圖11所示，在圓筒狀容器1與其一側(cè)的反射電極16 之間配設(shè)有送風(fēng)裝置34。具體而言，在反射電極16與圓筒狀容器1之間的位 置在旋轉(zhuǎn)筒體2上安裝送風(fēng)葉片35，隨著旋轉(zhuǎn)筒體2的旋轉(zhuǎn)，像箭頭D那樣朝 圓筒狀容器1的另一側(cè)送風(fēng)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過送風(fēng)裝置34的送風(fēng)而蒸發(fā)的溶劑被快速排出，周邊環(huán) 境中的溶劑濃度不會增大，因此，溶劑的蒸發(fā)能順利地進行，能可靠地實現(xiàn)靜 電爆發(fā)作用，可靠地生成期望的納米纖維f。另外，還能實現(xiàn)使生成工序中的 納米纖維f的流動方向更有效地偏轉(zhuǎn)的作用。
(實施方式4)
接著，參照圖12對本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的實施方式4進行 說明。
在上述實施方式中，表示的是旋轉(zhuǎn)容器由圓筒狀容器l構(gòu)成的例子，這種情況下，由圓筒狀容器1的軸心方向一側(cè)的小孔3和另一側(cè)的小孔3形成的納 米纖維f相對于旋轉(zhuǎn)軸心在徑向上的位置均是大致相同的位置，由這些小孔3 形成的納米纖維f在徑向上重疊，納米纖維f的筒狀流動域37的截面形狀成 為寬度較窄的圈形，還可能出現(xiàn)納米纖維f分布不均勻的情況。
因此，在本實施方式中，如圖12所示，用接頭圓錐筒狀容器36來構(gòu)成旋 轉(zhuǎn)容器，使小孔3以旋轉(zhuǎn)半徑從旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)變小的形 態(tài)配置。另外，在接頭圓錐筒狀容器36的軸心方向另一側(cè)部的、納米纖維f 的筒狀流動域37的軸心空洞部配設(shè)軸心集束電極38，并在筒狀流動域37的外 周部上配設(shè)外周集束電極39，對軸心集束電極38施加與集電極18極性相同的 比其低的電壓，對外周集束電極39施加與接頭圓錐筒狀容器36和反射電極16 極性相同的比其低的電壓。
根據(jù)本實施方式，由于從各小孔3流出的高分子溶液受到的離心力之差， 由一側(cè)的小孔3形成的納米纖維f在筒狀流動域37的徑向外側(cè)位置向另一側(cè) 流動，由另一側(cè)的小孔3形成的納米纖維f在筒狀流動域37的徑向內(nèi)側(cè)位置 向另一側(cè)流動，因此，由各小孔3形成的納米纖維f在徑向上不重疊，能使納 米纖維f的流動域的截面形狀從寬度較窄的圈形變?yōu)榻咏鼒A形。此外，通過配 設(shè)軸心集束電極38和外周集束電極39中的至少一方，能使納米纖維f的筒狀 流動域37的截面形狀的中心空洞部成為更小的形狀，另外，通過適當設(shè)定外 周集束電極39的形狀和配置，還能使納米纖維f的筒狀流動域37會聚成矩形 等任意的截面形狀。
在本實施方式4中，使用軸心集束電極38和外周集電電極39來使納米纖 維f附著堆積在集電極18上，但并不局限于此，如圖13所示，即使在沒有軸 心集束電極38和外周集束電極時，通過將旋轉(zhuǎn)容器形成為接頭圓錐筒狀容器 36，與圓筒狀容器時相比，也能減少不附著納米纖維f的中心部分的面積，另 外，附著堆積的納米纖維f也均勻地附著。
(實施方式5)
接著，參照圖14對本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的實施方式5進行 說明。
21在上述實施方式中，表示的是使納米纖維f堆積在集電極18上并將形成 在集電極18上的高分子網(wǎng)狀物回收、或者在集電極18上配置用于形成高分子 網(wǎng)狀物的部件、形成高分子網(wǎng)狀物并將其回收的例子，但在本實施方式中，如
圖14所示，設(shè)置有片材移動裝置42，該片材移動裝置42使附著堆積有納米纖 維f的片材41沿著集電極18上表面以規(guī)定的速度移動。這樣構(gòu)成時，能連續(xù) 地制造形成有所需厚度的高分子網(wǎng)狀物的薄片。 (實施方式6)
接著，參照圖15 圖17對本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的實施方式 6進行說明。
在上述實施方式5中，表示的是利用片材移動裝置42使片材41沿著平板 狀的集電極18的上表面移動的例子，但在本實施方式中，采用與圓筒狀容器1 的直徑相比具有很大的直徑和寬度尺寸的滾筒狀集電極43，在滾筒狀集電極 43的外周的一部分上纏著片材41的狀態(tài)下，隨著滾筒狀集電極43的旋轉(zhuǎn)而使 片材41移動。g卩，滾筒狀集電極43起到作為集電極的功能和片材移動裝置的 兩種功能。在與圓筒狀容器l的軸心方向另一側(cè)隔開適當距離的位置上，滾筒 狀集電極43受到驅(qū)動而繞與圓筒狀容器1的旋轉(zhuǎn)軸心和片材41的移動方向正 交的軸心朝箭頭Q方向以規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。片材41從片材供給輥44朝滾筒狀 集電極43的外周供給，在堆積了由納米纖維f形成的高分子網(wǎng)狀物W的狀態(tài) 下，由片材巻繞輥45進行巻繞。片材41在滾筒狀集電極43的與圓筒狀容器1 相對的位置的、片材移動方向上游側(cè)隔開適當距離的位置上開始纏在滾筒狀集 電極43的外周上，并在滾筒狀集電極43的與圓筒狀容器1相對的位置的、片 材移動方向下游側(cè)隔開適當距離的位置上從滾筒狀集電極43的外周離開。
另外，本實施方式中，在支撐框架4上，在將圓筒狀容器1可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動地 支撐的旋轉(zhuǎn)筒體2的一側(cè)部上配設(shè)送風(fēng)風(fēng)扇46，從圓筒狀容器1的一側(cè)朝另一 側(cè)像箭頭D那樣進行送風(fēng)，利用該送風(fēng)、圓筒狀容器1與滾筒狀集電極43之 間的電場，使納米纖維f像箭頭F那樣偏轉(zhuǎn)流動。并且，在本實施方式中，將 包括支撐框架4、旋轉(zhuǎn)筒體2和圓筒狀容器1的整個納米纖維制造裝置50接地， 利用第三高電壓產(chǎn)生裝置19對滾筒狀集電極43施加高電壓。在這樣的結(jié)構(gòu)中，進行如下實驗例如將圓筒狀容器1的直徑設(shè)為30mm,
將圓筒狀容器1的另一端與滾筒狀集電極43的外周之間的距離設(shè)為500mm，使 用由高分子物質(zhì)PVA(聚乙烯醇)占10%、溶劑(水)占90%形成的高分子溶液11， 使圓筒狀容器1以3000rpra旋轉(zhuǎn)來生成納米纖維f ，并使其在滾筒狀集電極43 上堆積10分鐘，結(jié)果可以確認，成為如圖16所示的堆積狀態(tài)，堆積分布呈中 央的頂部有點凹陷的、半徑為500mm左右的大致梯形，最大堆積量為200 " m 左右。
此處，為了在一道制造工序中制造出寬度尺寸比上述堆積分布的頂部的、 堆積量大致均勻的范圍的尺寸大的高分子網(wǎng)狀物W，在本實施方式中，利用堆 積移動裝置51使納米纖維制造裝置50沿著與滾筒狀集電極43的軸心方向、 即片材41的寬度方向平行的箭頭S的方向往復(fù)移動。
另外，在圖15的例子中，表示的是在滾筒狀集電極43的外周上配置片材 41、并使納米纖維f堆積在片材41上而制造被片材41支承的高分子網(wǎng)狀物W 的例子，但也可以使納米纖維f直接堆積在滾筒狀集電極43的外周上，并將 制造好的高分子網(wǎng)狀物W在滾筒狀集電極43的旋轉(zhuǎn)方向下游側(cè)從外周剝下、 回收。
另外，在圖15的例子中，表示的是利用支撐框架4將固定有圓筒狀容器 1的旋轉(zhuǎn)筒體2可自由旋轉(zhuǎn)地支撐、利用配置在旋轉(zhuǎn)筒體2的側(cè)部的電動機9 來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)筒體2旋轉(zhuǎn)、并將送風(fēng)風(fēng)扇46配設(shè)在旋轉(zhuǎn)筒體2的一側(cè)部上的例 子，但為了使所生成的納米纖維f更有效地偏轉(zhuǎn)流動，較為理想的是將納米纖 維制造裝置50做成如圖17所 示的結(jié)構(gòu)。
在圖17中，轉(zhuǎn)軸52被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部53可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動地支撐，轉(zhuǎn)軸52經(jīng)由圓 筒狀容器1的一側(cè)端的開口部而貫穿圓筒狀容器1內(nèi)的軸心位置，并固定在另 一側(cè)壁的內(nèi)表面上。在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部53中，作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的電動機9和將 轉(zhuǎn)軸52可自由旋轉(zhuǎn)地支撐的軸承55在軸心方向上并列配置地內(nèi)置在支撐筒體 54內(nèi)，電動機9的輸出軸與轉(zhuǎn)軸52被軸接頭56連結(jié)。支撐筒體54通過輻射 狀配設(shè)在其外周的多片整流板57而同軸狀配設(shè)在風(fēng)洞筒體58內(nèi)從而得到支 撐。風(fēng)洞筒體58通過直徑朝著與圓筒狀容器1相反的一側(cè)減小的接頭圓錐部58a設(shè)置有風(fēng)扇配置筒部58b，并內(nèi)置有送風(fēng)風(fēng)扇59。該納米纖維制造裝置50 通過從風(fēng)洞筒體58的下端垂下的安裝腳60固定在堆積移動裝置51的移動體 51a上，可在滾筒狀集電極43的軸心方向上移動地得到支撐。另外，較為理想 的是將溶液供給管IO(未圖示)穿過轉(zhuǎn)軸52與圓筒狀容器1的一側(cè)端的開口部 的間隙而朝圓筒狀容器1內(nèi)供給高分子溶液11。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，納米纖維制造裝置50能構(gòu)成為緊湊的單元，并且，送風(fēng)風(fēng) 扇59的風(fēng)可在經(jīng)由風(fēng)洞筒體58而高效地被整流板57整流后，均勻地朝圓筒 狀容器l的外周的整個圓周送風(fēng)，因此，能使所生成的納米纖維f更有效地偏 轉(zhuǎn)流動。
(實施方式7)
接著，參照圖18 圖20對本發(fā)明的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置的實施方式 7進行說明。
在本實施方式中，如圖18、圖19所示，在圓筒狀容器l的外周以隔開紡 絲空間61而將圓筒狀容器1的周圍圍住的形態(tài)配設(shè)有環(huán)狀電極62。而且，在 環(huán)狀電極62的滾筒狀集電極43側(cè)的端緣上沿周向隔開間隔地配設(shè)有電力線控 制用的前端為圓形的電極棒63。之所以將電極棒63的前端形成為圓形，是為 了防止因電荷過度集中而產(chǎn)生電風(fēng)。
此處，通過將圓筒狀容器l接地，并對環(huán)狀電極62施加由高電壓產(chǎn)生裝 置64產(chǎn)生的正或負(圖示例中為負)的lkV 100kV、較為理想的是10kV 100kV 的高電壓，從而在圓筒狀容器1與環(huán)狀電極62之間的紡絲空間61中產(chǎn)生電場。 滾筒狀集電極43為了收集在紡絲空間61中處于帶電狀態(tài)的納米纖維f而接地。 由于只要在圓筒狀容器1與環(huán)狀電極62之間的紡絲空間61中產(chǎn)生電場即可， 因此也可以對圓筒狀容器1施加正或負的高電壓，并對環(huán)狀電極62施加極性 與圓筒狀容器1相反的高電壓或?qū)h(huán)狀電極62接地。另外，也可以對滾筒狀 集電極43施加極性與納米纖維f的帶電極性相反的高電壓，這樣能提高收集 效率。此外，在環(huán)狀電極62上設(shè)置電極棒63時，電荷集中在電極棒63的前 端，相應(yīng)地，在滾筒狀集電極43的與電極棒63相對的部分上產(chǎn)生極性相反的 電荷，因此，會在環(huán)狀電極62與滾筒狀集電極43之間如圖20所示地產(chǎn)生電力線65，由此，能利用將滾筒狀集電極43和圓筒狀容器1接地而僅對環(huán)狀電 極62施加高電壓的簡單而又安全的結(jié)構(gòu)，更強且穩(wěn)定地實現(xiàn)將帶上電荷的納 米纖維f朝滾筒狀集電極43誘導(dǎo)的作用。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，當一邊朝圓筒狀容器1內(nèi)供給高分子溶液11 一邊驅(qū)動圓筒 狀容器1旋轉(zhuǎn)、并利用高電壓產(chǎn)生裝置64對環(huán)狀電極62施加高電壓時，通過 圓筒狀容器1旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及在圓筒狀容器1與環(huán)狀電極62之間的紡 絲空間61中產(chǎn)生的強而又均勻的電場的作用，圓筒狀容器1內(nèi)的高分子溶液 11從多個小孔3朝環(huán)狀電極62輻射狀流出，在紡絲空間61中被較強地帶上電 荷的纖維大量且高效地進行紡絲。該纖維因從送風(fēng)風(fēng)扇59朝紡絲空間61送出 的氣流而從紡絲空間61朝滾筒狀集電極43偏轉(zhuǎn)流動并被排出。這樣，在氣流 的作用下紡絲形成的纖維被從紡絲空間61快速排出，因此，防止作用不會被 帶電的纖維阻礙，在紡絲空間62中能實現(xiàn)穩(wěn)定的紡絲作用。之后，在從紡絲 空間61朝滾筒狀集電極43偏轉(zhuǎn)流動期間，紡絲形成的纖維通過靜電爆發(fā)的作 用而延伸，從而可大量且高效地生成具有亞微米直徑的納米纖維f。這樣生成 的納米纖維f被收集在接地或者被施加了極性與纖維的帶電極性相反的電壓的 滾筒狀集電極43上。
另外，由于在環(huán)狀電極62的滾筒狀集電極43側(cè)的端緣上隔開間隔地配設(shè) 有電力線控制用的電極棒63，因此在環(huán)狀電極62與滾筒狀集電極43間產(chǎn)生的 電力線65可均勻而又穩(wěn)定地形成，納米纖維f的帶電電荷被該電力線誘導(dǎo)， 從而能將所生成的納米纖維f穩(wěn)定地堆積收集在滾筒狀集電極43上。
另外，在本實施方式中，將環(huán)狀電極62配置成與圓筒狀容器1的外周相 對并將其周圍圍住，但其配置位置可進行變更，也可相對于圓筒狀容器1使環(huán) 狀電極62的配置位置朝滾筒狀集電極43側(cè)偏移。此外，環(huán)狀電極62的寬度 尺寸也可以比圓筒狀容器l的軸心方向的長度短，只要棒狀的電極呈環(huán)狀，就 能起到其效果。
在以上的各實施方式的說明中，作為旋轉(zhuǎn)容器，表示的是被驅(qū)動而繞軸心 旋轉(zhuǎn)的圓筒狀容器1和接頭圓錐筒狀容器36等筒狀容器的例子，但旋轉(zhuǎn)容器 不一定局限于筒狀容器，總之，只要具有收容高分子溶液11進行旋轉(zhuǎn)，并通
25過離心力的作用使高分子溶液11從小孔3流出而形成高分子線狀體的功能， 則可以形成為任意的形狀。 工業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明的納米纖維和高分子網(wǎng)狀物的制造方法和裝置，可利用從旋轉(zhuǎn) 容器的多個小孔流出的線狀的高分子溶液高效地制造由具有亞微米直徑的高 分子物質(zhì)形成的納米纖維，而且，由于使生成的納米纖維朝旋轉(zhuǎn)容器的軸心方 向偏轉(zhuǎn)流動，因此能將納米纖維容易地收集在需要的范圍內(nèi)來制造高分子網(wǎng)狀 物，此外，由于僅良好的納米纖維偏轉(zhuǎn)流動，因而能僅收集品質(zhì)優(yōu)良的納米纖 維，因此適合在以較高的生產(chǎn)率來制造適用于過濾器、電池的隔膜、燃料電池 的高分子電解質(zhì)膜和電極等的高孔隙率網(wǎng)狀物時使用。
權(quán)利要求
1.一種納米纖維的制造方法，其特征在于，包括一邊朝具有多個小孔(3)的導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)容器(1、36)內(nèi)供給將高分子物質(zhì)溶解在溶劑中的高分子溶液(11)一邊使旋轉(zhuǎn)容器(1、36)旋轉(zhuǎn)，使從旋轉(zhuǎn)容器(1、36)的小孔(3)流出的高分子溶液(11)帶上電荷，利用離心力和溶劑蒸發(fā)時產(chǎn)生的靜電爆發(fā)使流出的線狀的高分子溶液(11)延伸，從而生成由高分子物質(zhì)形成的納米纖維(f)的納米纖維生成工序；以及使生成工序中的納米纖維(f)從旋轉(zhuǎn)容器(1、36)的軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)偏轉(zhuǎn)流動的偏轉(zhuǎn)流動工序。
2. 如權(quán)利要求1所述的納米纖維的制造方法，其特征在于，在偏轉(zhuǎn)流 動工序中，對配設(shè)在旋轉(zhuǎn)容器(l、 36)的軸心方向一側(cè)部的反射電極(16)施 加極性與高分子溶液的帶電電荷相同的電壓、禾B/或、從旋轉(zhuǎn)容器(l、 36) 的軸心方向 一側(cè)進行送風(fēng)來使納米纖維(f)偏轉(zhuǎn)流動。
3. 如權(quán)利要求1所述的納米纖維的制造方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)容器 (1、 36)是在周面上具有多個小孔(3)并繞軸心旋轉(zhuǎn)的圓筒狀容器a)，或者 是小孔(3)以旋轉(zhuǎn)半徑從軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)變小的形態(tài)配置的筒狀 容器(36)。
4. 如權(quán)利要求1所述的納米纖維的制造方法，其特征在于，在納米纖 維生成工序中，使旋轉(zhuǎn)容器(l、 36)內(nèi)收容有大致一定量的高分子溶液(ll)。
5. 如權(quán)利要求1所述的納米纖維的制造方法，其特征在于，以將旋轉(zhuǎn) 容器(l、 36)的周圍圍住的形態(tài)配設(shè)環(huán)狀電極(62)，在環(huán)狀電極(62)與旋轉(zhuǎn) 容器(l、 36)之間產(chǎn)生電場而使從旋轉(zhuǎn)容器(1、 36)流出的高分子溶液(11) 帶上電荷，并使生成工序中的納米纖維(f)偏轉(zhuǎn)流動而從旋轉(zhuǎn)容器(l、 36) 與環(huán)狀電極(62)之間的紡絲空間(61)排出。
6. —種高分子網(wǎng)狀物的制造方法，其特征在于，包括 利用權(quán)利要求1所述的納米纖維的制造方法來生成納米纖維(f)的工序；以及相對于旋轉(zhuǎn)容器(l、 36)在其軸心方向另一側(cè)隔開間隔地配置導(dǎo)電性的集電極(18、 43)，對集電極(18、 43)施加相對于納米纖維(f)的帶電電荷具 有電位差的電壓或者將集電極(18、 43)接地，使所生成的納米纖維(f)堆積 在集電極(18、 43)上的工序。
7. 如權(quán)利要求6所述的高分子網(wǎng)狀物的制造方法，其特征在于，使生 成納米纖維(f)并使納米纖維(f)朝集電極(18、 43)流動的納米纖維生成部 (50)，在與至少集電極(18、 43)的一邊平行的方向或者與在集電極(18、 43) 上移動的片材(41)的移動方向正交的方向上相對地往復(fù)移動。
8. —種納米纖維的制造裝置，其特征在于，包括 導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)容器(l、 36)，該旋轉(zhuǎn)容器(l、 36)可自由旋轉(zhuǎn)地得到支撐，并與旋轉(zhuǎn)軸心在徑向上隔開距離地具有多個小孔(3);高分子溶液供給裝置(IO、 13)，該高分子溶液供給裝置(IO、 13)朝旋 轉(zhuǎn)容器(l、 36)內(nèi)供給將高分子物質(zhì)溶解在溶劑中的高分子溶液(11);旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(9)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(9)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)容器(1、 36)旋轉(zhuǎn)；帶電裝置(14、 19)，該帶電裝置(14、 19)使從旋轉(zhuǎn)容器(1、 36)的小孔 (3)流出的高分子溶液(11)帶上電荷；偏轉(zhuǎn)流動裝置(16、 34、 46、 59)，該偏轉(zhuǎn)流動裝置(16、 34、 46、 59) 配置在旋轉(zhuǎn)容器(l、 36)的軸心方向一側(cè)，并使從旋轉(zhuǎn)容器(l、 36)的小孔 (3)帶電流出的高分子溶液(11)所生成的納米纖維(f)朝旋轉(zhuǎn)容器(1 、 36)的 軸心方向另一側(cè)偏轉(zhuǎn)流動；以及控制部(21)，該控制部(21)對高分子溶液供給裝置(10、 13)、旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動裝置(9)、帶電裝置(14、 19)和偏轉(zhuǎn)流動裝置(16、 34、 46、 59)進行控制。
9. 如權(quán)利要求8所述的納米纖維的制造裝置，其特征在于，偏轉(zhuǎn)流動 裝置(16、 34、 46、 59)具有反射電極(16)和/或送風(fēng)裝置(34、 46、 59)，所 述反射電極(16)被施加極性與從旋轉(zhuǎn)容器(1、 36)的小孔(3)流出的高分子 溶液(ll)的帶電電荷相同的電壓，所述送風(fēng)裝置(34、 46、 59)從旋轉(zhuǎn)容器 (1、 36)的軸心方向一側(cè)朝另一側(cè)送風(fēng)。
10. 如權(quán)利要求8所述的納米纖維的制造裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)容器(1、 36)由在周面上具有多個小孔(3)的圓筒狀容器(1)構(gòu)成，或者由將小孔 (3)以旋轉(zhuǎn)半徑從旋轉(zhuǎn)容器的軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)變小的形態(tài)配置的 筒狀容器(36)構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求8所述的納米纖維的制造裝置，其特征在于，以將旋轉(zhuǎn) 容器(l、 36)的周圍圍住的形態(tài)配設(shè)有環(huán)狀電極(62)，并設(shè)置有對旋轉(zhuǎn)容器 (1、 36)與環(huán)狀電極(62)之間施加高電壓的高電壓產(chǎn)生裝置(64)。
12. —種高分子網(wǎng)狀物的制造裝置，其特征在于，是一種應(yīng)用權(quán)利要求 8所述的納米纖維的制造裝置的高分子網(wǎng)狀物的制造裝置，相對于旋轉(zhuǎn)容器 (1、 36)在其軸心方向另一側(cè)隔開間隔地配設(shè)有集電極(18、 43)，該集電極 (18、 43)具有導(dǎo)電性，并被施加相對于納米纖維(f)的帶電電荷具有電位差 的電壓或者被接地。
全文摘要
一種納米纖維和高分子網(wǎng)狀物的制造方法和裝置，一邊朝具有多個小孔(3)的導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)容器(1、36)內(nèi)供給將高分子物質(zhì)溶解在溶劑中的高分子溶液(11)一邊使旋轉(zhuǎn)容器(1、36)旋轉(zhuǎn)，利用帶電裝置(14、19)使從旋轉(zhuǎn)容器(1、36)的小孔(3)流出的高分子溶液(11)帶上電荷，利用離心力和溶劑蒸發(fā)時產(chǎn)生的靜電爆發(fā)使流出的線狀的高分子溶液(11)延伸，從而生成由高分子物質(zhì)形成的納米纖維(f)，利用反射電極(16)和/或送風(fēng)裝置(34、46、59)使該生成工序中的納米纖維(f)從旋轉(zhuǎn)容器(1、36)的軸心方向的一側(cè)朝另一側(cè)偏轉(zhuǎn)流動，并使該納米纖維堆積來制造高分子網(wǎng)狀物，能以較高的生產(chǎn)率均勻地以簡單的結(jié)構(gòu)來制造納米纖維和使用納米纖維的高分子網(wǎng)狀物。
文檔編號D04H1/728GK101542025SQ200780043349
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者住田寬人, 冨永善章, 石川和宜, 竹澤幹夫, 高橋光弘, 黑川崇裕 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社