纳米纤维和高分子网状物的制造方法和装置制造方法及图纸

一种纳米纤维和高分子网状物的制造方法和装置，一边朝具有多个小孔（３）的导电性的旋转容器（１、３６）内供给将高分子物质溶解在溶剂中的高分子溶液（１１）一边使旋转容器（１、３６）旋转，利用带电装置（１４、１９）使从旋转容器（１、３６）的小孔（３）流出的高分子溶液（１１）带上电荷，利用离心力和溶剂蒸发时产生的静电爆发使流出的线状的高分子溶液（１１）延伸，从而生成由高分子物质形成的纳米纤维（ｆ），利用反射电极（１６）和／或送风装置（３４、４６、５９）使该生成工序中的纳米纤维（ｆ）从旋转容器（１、３６）的轴心方向的一侧朝另一侧偏转流动，并使该纳米纤维堆积来制造高分子网状物，能以较高的生产率均匀地以简单的结构来制造纳米纤维和使用纳米纤维的高分子网状物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由高分子物质形成的纳米纤维及由该纳米纤维堆积形成 的高孔隙率的高分子网状物(polymer web)的制造方法和装置。
技术介绍
以往，作为制造由高分子物质形成的具有亚微米级(subraicron scale)直 径的纳米纤维的方法，已知的是静电纺丝法(电荷感应纺丝法)。在以往的静电 纺丝法中，通过朝被施加了高电压的针状喷嘴供给高分子溶液，使从该针状喷 嘴呈线状流出的高分子溶液带上电荷，随着高分子溶液的溶剂的蒸发，带电电 荷间的距离变小，起作用的库仑力变大，在该库仑力超过线状高分子溶液的表 面张力的时刻，出现线状高分子溶液爆发性延伸的现象，通过使该称作静电爆 发的现象出现一次、二次，或根据情况出现三次等反复出现，来制造由亚微米 直径的高分子形成的纳米纤维。通过将这样制造出的纳米纤维堆积在电气性接地的基板上，能得到具有立 体网孔的三维构造的薄膜，另外，通过形成得较厚，还能制造出具有亚微米网 孔的高孔隙率网状物。这样制造出的高孔隙率网状物适用于过滤器、电池的隔 膜(s印arator)、燃料电池的高分子电解质膜和电极等，而且，通过应用该由 纳米纤维形成的高孔隙率网状物，还有可能显著提高各项性能。然而，以往的静电纺丝法只能从一个喷嘴的前端制造一 数条纳米纤维， 因此，即使想要生产高孔隙率的高分子网状物，也会因生产率提不高而存在无 法实现的问题。因此，例如作为大量生成纳米纤维来制造高分子网状物的方法， 曾提出了使用多个喷嘴的方法(参照专利文献l)。参照图21对上述专利文献所记载的高分子网状物制造装置的结构进行说 明，利用泵84将筒83内的液态高分子物质朝具有多个喷嘴81的纺丝部82提供，从高电压产生部85对喷嘴81施加5 50kV的高电压，使从喷嘴81排出 的纤维堆积在接地或带上极性与喷嘴81不同的电荷的集电极86上而形成网状 物，并利用集电极86转移所形成的网状物来制造高分子网状物。另外，还记 载了如下内容在喷嘴81的前端附近配设电荷分配板87以使喷嘴81间的电 气性干扰最小化，并对电荷分配板87与集电极86之间施加高电压，建立对带 电的纤维朝集电极86施力的电场。另外，如图22A、图22B所示，还披露了如下结构在纺丝部82上设置 多个由多个喷嘴81形成的多喷嘴81A而不是设置多个单喷嘴，并分别从各多 喷嘴81A生成多条纳米纤维。专利文献1:日本专利特开2002 — 201559号公报然而，在图21和图22A、图22B所示的结构中，当为了以更高的生产 率来制造高分子网状物而縮小纺丝部82上的喷嘴81的配置间隔和各多喷 嘴81A中的喷嘴81的配置间隔、从而增加单位面积的喷嘴个数时，如图23 所示，由于从各喷嘴81流出的高分子物质带有相同极性的电荷，因此，如 箭头G所示，高分子物质彼此相斥，来自中央部的喷嘴81的高分子物质的 流出受到阻碍，同时，来自周边部的喷嘴81的高分子物质的流出方向会朝 向外侧，使纳米纤维在集电极86上的堆积分布在中央部极端变少而集中于 周边部，存在无法制造均匀的高分子网状物的问题。另外，在喷嘴81的前端附近配设电荷分配板87时，如图24所示，可 减少喷嘴81间的电气性干扰，并且，通过形成从电荷分配板87朝向集电 极86的电场E，可起到使从各喷嘴81流出的高分子物质朝集电极86加速 的作用，与图23时相比，能在某种程度上实现中央部和周边部的纳米纤维 的堆积分布的均匀化，但另一方面，喷嘴81的配置图案会直接投影到堆积 分布上，存在无法在堆积分布的均匀化中充分发挥效果的问题。另外，在提高喷嘴81的配置密度时，纤维可能会在溶剂尚未充分蒸发 的状态下彼此接触而彼此熔敷，并且，在喷嘴附近的空间中蒸发的溶剂浓 度变高，绝缘性下降，存在可能会产生电晕放电而无法形成纤维的问题。另外，在配设许多喷嘴81时，很难对各喷嘴81均匀地供给液态高分子物质，因此，存在装置结构变得复杂而导致设备成本上升的问题。并且， 为了使从喷嘴81流出的液态高分子物质产生静电爆发，需要使电荷集中，因此，将各喷嘴81形成为细而长的形状，但将许多细而长的喷嘴81始终维持在适当的状态所需的维护也是极为困难的，存在这样的问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能以较高的生产率均匀地以简 单的结构来制造纳米纤维和使用纳米纤维的高分子网状物的纳米纤维和高分 子网状物的制造方法和装置。解决技术问题所采用的技术方案本专利技术的纳米纤维的制造方法包括一边朝具有多个小孔的导电性的旋转 容器内供给将高分子物质溶解在溶剂中的高分子溶液一边使旋转容器旋转，使 从旋转容器的小孔流出的高分子溶液带上电荷，利用离心力和溶剂蒸发时产生 的静电爆发使流出的线状的高分子溶液延伸，从而生成由高分子物质形成的纳 米纤维的纳米纤维生成工序；以及使生成工序中的纳米纤维从旋转容器的轴心方向的一侧朝另一侧偏转流动的偏转流动工序。根据该结构，在高分子溶液从旋转容器的多个小孔带上电荷而线状流出 时，首先通过离心力的作用而延伸，因此，与仅通过静电爆发使高分子溶液从 最初开始延伸的结构不同，不需要用于使高分子溶液带上电荷的细长的喷嘴。 另外，由于高分子溶液辐射状流出，不容易受到电场干扰的影响，因此即使高 密度地配设小孔，也能可靠且高效地使高分子溶液延伸。之后，高分子溶液因 离心力而延伸，直径变细，同时，溶剂蒸发，使带上的电荷集中，在其库仑力 超过表面张力的时刻，产生一次静电爆发而使高分子溶液爆发性地延伸，其后 溶剂继续蒸发，同样地产生二次静电爆发而使高分子溶液爆发性地延伸，根据 情况继续产生三次静电爆发等，使高分子溶液延伸，从而能利用从多个小孔流 出的线状的高分子溶液高效地制造出由具有亚微米直径的高分子物质形成的 纳米纤维。如上所述地在离心力的作用下延伸后，高分子溶液欲直接辐射状扩 展，但被朝旋转容器的轴心方向偏转流动，因此，能容易地将所生成的纳米纤维收集到需要的范围内。即使出现未成为纤维的液滴等，其也会通过离心力的 作用而直接朝周围飞散，仅有合适的纳米纤维会偏转流动，从而能仅收集品质 优良的纳米纤维。如上所述，能高密度地配设小孔，因此，能以简单且紧凑的 结构高效地制造大量的纳米纤维。另外，从小孔流出的高分子溶液首先通过离 心力的作用而延伸，因此不用将小孔形成得极小，并且，不用如上所述地为了 使高分子溶液带上电荷而设置较长的喷嘴，因此只需配置较短的喷嘴部件或者 在旋转容器上设置小孔即可，能容易且廉价地进行制造，并且，即使设置有许 多小孔，也能简单地进行维护。另外，较为理想的是，在偏转流动工序中，对配设在旋转容器的轴心方向 一侧部的反射电极施加极性与高分子溶液的带电电荷相同的电压、和/或、从 旋转容器的轴心方向一侧进行送风而使纳米纤维偏转流动。通过在不与带电的 高分子溶液的流出方向相对的一侧部配设反射电极，高分子溶液的流出不会被 反射电极的电荷阻碍，从而能稳定且高效地制造纳米纤维。并且，在通过送风 使纳米纤维偏转流动时，生成工序中的纳米纤维会被空气的流动带动，从而能 更有效地使纳米纤维偏转流动，而且，通过空气的流动，蒸发的溶剂被快速排 出，周边环境中的溶剂浓度不会增大，溶剂的蒸发能顺利地进行，能可靠地实 现静电爆发作用，可靠地生成期望的纳米纤维。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米纤维的制造方法，其特征在于，包括：　一边朝具有多个小孔（３）的导电性的旋转容器（１、３６）内供给将高分子物质溶解在溶剂中的高分子溶液（１１）一边使旋转容器（１、３６）旋转，使从旋转容器（１、３６）的小孔（３）流出的高分子溶液（１１）带上电荷，利用离心力和溶剂蒸发时产生的静电爆发使流出的线状的高分子溶液（１１）延伸，从而生成由高分子物质形成的纳米纤维（ｆ）的纳米纤维生成工序；以及　使生成工序中的纳米纤维（ｆ）从旋转容器（１、３６）的轴心方向的一侧朝另一侧偏转流动的偏转流动工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥光弘，竹泽幹夫，冨永善章，黑川崇裕，石川和宜，住田宽人，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]