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JP2009275339A - Fiber-producing apparatus and method for producing fiber - Google Patents

Fiber-producing apparatus and method for producing fiber Download PDF

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JP2009275339A
JP2009275339A JP2009098052A JP2009098052A JP2009275339A JP 2009275339 A JP2009275339 A JP 2009275339A JP 2009098052 A JP2009098052 A JP 2009098052A JP 2009098052 A JP2009098052 A JP 2009098052A JP 2009275339 A JP2009275339 A JP 2009275339A
Authority
JP
Japan
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melt
fiber
nozzle
gas
discharge nozzle
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009098052A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Nagayama
勝博 長山
Kunio Miyazawa
邦夫 宮澤
Toshiyuki Nakano
恵之 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyogo Prefectural Government
JFE Chemical Corp
Original Assignee
Hyogo Prefectural Government
JFE Chemical Corp
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Publication date
Application filed by Hyogo Prefectural Government, JFE Chemical Corp filed Critical Hyogo Prefectural Government
Priority to JP2009098052A priority Critical patent/JP2009275339A/en
Publication of JP2009275339A publication Critical patent/JP2009275339A/en
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/06Feeding liquid to the spinning head
    • D01D1/09Control of pressure, temperature or feeding rate
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0015Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/0023Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer melt

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  • Textile Engineering (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

【課題】より繊維径の細い繊維をエレクトロスピニング法により安定して製造することのできる繊維製造装置と繊維製造方法を提供する。
【解決手段】高分子物質またはピッチ系物質の溶融物を溶融物吐出ノズルから細糸状に吐出して繊維をエレクトロスピニング法により製造する際に、溶融物を細糸状に吐出する第1のノズル部51と、第1のノズル部51から吐出された溶融物をガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部52とを有してなる溶融物吐出ノズル5を用いる。
【選択図】図2
A fiber manufacturing apparatus and a fiber manufacturing method capable of stably manufacturing a fiber having a smaller fiber diameter by an electrospinning method.
A first nozzle portion that discharges a melt into a fine thread when a fiber is produced by electrospinning by discharging a melt of a polymer material or a pitch-based material into a fine thread from a melt discharge nozzle. A melt discharge nozzle 5 having a first nozzle unit 51 and a second nozzle unit 52 that discharges the melt discharged from the first nozzle unit 51 into a fine thread while pressurizing with a gas is used.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、エレクトロスピニング法(静電紡糸法)を用いた繊維の製造装置と製造方法に関する。   The present invention relates to a fiber manufacturing apparatus and manufacturing method using an electrospinning method (electrostatic spinning method).

近年、半導体基盤上の電線・発光体用電子銃、各種センサなどのエレクトロニクス分野、高性能フィルターなどの環境対応分野、再生医療用スキャッフォールド、傷口保護材などのメディカル分野などへの応用を期待して、サブマイクロメータ以下の直径を持つ極細繊維に対する要求が高まりつつある。
このような極細繊維を製造する手法として、海島複合紡糸やポリマーブレンドから海成分を適当な溶媒で溶解して除去し、島成分をサブマイクロメータオーダの繊維として取り出す手法があるが、海成分を溶解可能な溶媒を使用しなければならないため、ポリマーの種類に制限を受け、汎用性に乏しいという欠点がある。そこで、複合紡糸法やブレンド紡糸法を使わずに繊維径がサブマイクロメータ以下の極細繊維を紡糸する方法として、エレクトロスピニング法の重要性が見直され、注目が集まっている。
In recent years, it is expected to be applied to electronics fields such as electric guns for electric wires and light emitters on semiconductor substrates, various sensors, environment-friendly fields such as high-performance filters, medical fields such as scaffolds for regenerative medicine, wound protection materials, etc. Thus, there is an increasing demand for ultrafine fibers having a diameter of sub-micrometer or less.
As a method for producing such ultrafine fibers, there is a method of removing sea components from sea-island composite spinning or polymer blends by dissolving them with a suitable solvent and taking out the island components as sub-micrometer order fibers. Since a solvent that can be dissolved has to be used, there is a drawback in that the type of polymer is limited and the versatility is poor. Therefore, the importance of the electrospinning method has been reconsidered as a method for spinning ultrafine fibers having a fiber diameter of sub-micrometer or less without using a composite spinning method or a blend spinning method, and has attracted attention.

エレクトロスピニング法を利用した極細繊維の紡糸方法としては、光学的等方性ピッチまたは/および光学的異方性ピッチからなる紡糸原料ピッチを、紡糸原料ピッチの粘度が10ポイズ以下となる温度条件下で紡糸ノズルから吐出するとともに、紡糸原料ピッチの粘度が10ポイズ以下となる温度よりも50℃低い温度かそれ以上の温度に予熱されたガスを、紡糸ノズルの周囲から紡糸原料ピッチの吐出方向と同方向でかつ吐出繊維に平行に流出させることによって、紡糸原料ピッチを極細の炭素繊維に紡糸する方法が知られている(特許文献1参照)。
また、極細繊維を紡糸する他の技術としては、高分子物質を溶媒に溶かして溶液とし、高電圧が印加された出糸ノズルから吐出させながら、圧縮空気を噴射させて極細繊維を形成する技術も知られている(特許文献2参照)。
As a spinning method of ultrafine fibers using an electrospinning method, a spinning raw material pitch composed of an optically isotropic pitch and / or an optically anisotropic pitch is used under a temperature condition where the viscosity of the spinning raw material pitch is 10 poises or less. And a gas preheated to a temperature lower by 50 ° C. or higher than the temperature at which the viscosity of the spinning raw material pitch becomes 10 poises or less, and the discharge direction of the spinning raw material pitch from the periphery of the spinning nozzle. A method is known in which a spinning raw material pitch is spun into ultrafine carbon fibers by flowing out in the same direction and parallel to the discharged fibers (see Patent Document 1).
In addition, as another technique for spinning ultrafine fibers, a technique in which a polymer substance is dissolved in a solvent to form a solution, and compressed air is ejected while discharging from a spinning nozzle to which a high voltage is applied to form ultrafine fibers. Is also known (see Patent Document 2).

特許第2680183号公報Japanese Patent No. 2680183 特許第4047286号公報Japanese Patent No. 4047286

しかしながら、特許文献1に開示された方法では、繊維径が1.1〜1.2μmの炭素繊維は得られるものの、繊維径がサブマイクロメータ以下の極細繊維は得られないという問題があった。一方、特許文献2に開示された技術では、高分子物質溶液を紡糸するので、紡糸原料である高分子物質を特段加熱して紡糸する必要がない。このため、紡糸口金の絶縁は容易であるが、すべてが溶剤に溶けない高分子物質またはピッチ系物質は紡糸できないという問題があった。すなわち、高電圧を印加する部位(通常は、導電性を有する金属)、あるいは溶液が通液される部位が高温とならないので、絶縁材料として、プラスチック、セラミック等を利用できる。なお、セラミックは高温にも耐え得るが、金属との熱膨張率が異なるため、接合が難しいほか、絶縁破壊が起こる場合もある。また、液晶性の高分子/ピッチ系物質については、液晶状態で紡糸できなく、溶液紡糸であるため、高弾性、高熱伝導性等の特性が発現しないという問題があった。
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、より繊維径の細く、特性の発現が期待される繊維をエレクトロスピニング法により安定して製造することのできる繊維製造装置と繊維製造方法を提供することである。
However, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem that although a carbon fiber having a fiber diameter of 1.1 to 1.2 μm is obtained, an ultrafine fiber having a fiber diameter of sub-micrometer or less cannot be obtained. On the other hand, in the technique disclosed in Patent Document 2, since the polymer material solution is spun, it is not necessary to spin the polymer material, which is a spinning raw material, by special heating. For this reason, although the spinneret is easy to insulate, there is a problem that a high-molecular material or a pitch-based material that is not completely soluble in a solvent cannot be spun. That is, since a portion to which a high voltage is applied (usually a metal having conductivity) or a portion through which a solution is passed does not reach a high temperature, plastic, ceramic, or the like can be used as an insulating material. Although ceramics can withstand high temperatures, the coefficient of thermal expansion differs from that of metal, so that bonding is difficult and dielectric breakdown may occur. In addition, the liquid crystalline polymer / pitch-based material cannot be spun in a liquid crystal state, and has a problem that properties such as high elasticity and high thermal conductivity are not exhibited because it is solution spinning.
The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems, and its purpose is to produce fibers that can stably produce fibers that are finer in fiber diameter and are expected to exhibit characteristics by electrospinning. It is to provide an apparatus and a fiber manufacturing method.

上記課題を解決するために、請求項1記載の発明に係る繊維製造装置は、高分子物質またはピッチ系物質の溶融物から繊維をエレクトロスピニング法により製造するときに用いられる繊維製造装置であって、前記溶融物を貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された溶融物を細糸状に吐出する溶融物吐出ノズルと、前記溶融物吐出ノズルに対向して配置されたコレクタと、前記溶融物吐出ノズルと前記コレクタとの間に電圧を印加して前記溶融物を帯電せしめる溶融物帯電手段とを備え、かつ前記溶融物吐出ノズルが第1のノズル部と、前記第1のノズル部から細糸状に吐出された溶融物をガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部とを有することを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problem, a fiber manufacturing apparatus according to the invention described in claim 1 is a fiber manufacturing apparatus used when a fiber is manufactured from a melt of a polymer material or a pitch-based material by an electrospinning method. A storage container for storing the melt, a melt discharge nozzle for discharging the melt stored in the storage container in a thin thread shape, a collector disposed opposite to the melt discharge nozzle, and the melt And a melt charging means for charging the melt by applying a voltage between the discharge nozzle and the collector, and the melt discharge nozzle is narrowed from the first nozzle portion and the first nozzle portion. And a second nozzle portion that discharges the melt discharged in the form of a thread into a fine thread while pressurizing the melt with a gas.

請求項2記載の発明に係る繊維製造装置は、請求項1に記載の繊維製造装置において、前記ガスが不活性ガスであり、該ガスの下限温度を前記溶融物の融点または軟化点−50℃、上限温度を前記溶融物の融点または軟化点+130℃に温度調整するガス温度調整手段を有することを特徴とするものである。
請求項3記載の発明に係る繊維製造装置は、請求項1または2に記載の繊維製造装置において、前記溶融物を加熱するための電磁誘導加熱手段を有することを特徴とするものである。
A fiber manufacturing apparatus according to a second aspect of the present invention is the fiber manufacturing apparatus according to the first aspect, wherein the gas is an inert gas, and the lower limit temperature of the gas is the melting point or softening point of the melt −50 ° C. And a gas temperature adjusting means for adjusting the upper limit temperature to the melting point or softening point of the melt + 130 ° C.
A fiber manufacturing apparatus according to a third aspect of the present invention is the fiber manufacturing apparatus according to the first or second aspect, further comprising electromagnetic induction heating means for heating the melt.

請求項4記載の発明に係る繊維製造方法は、高分子物質またはピッチ系物質の溶融物から繊維をエレクトロスピニング法により製造するに際して、前記溶融物を貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された溶融物を細糸状に吐出する溶融物吐出ノズルと、前記溶融物吐出ノズルに対向して配置されたコレクタと、前記溶融物吐出ノズルと前記コレクタとの間に電圧を印加して前記溶融物吐出ノズルから吐出される溶融物を帯電せしめる溶融物帯電手段とを備え、かつ前記溶融物吐出ノズルが第1のノズル部と、前記第1のノズル部から細糸状に吐出された溶融物をガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部とを有する繊維製造装置を用いて繊維を製造することを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fiber manufacturing method in which a fiber is produced from a melt of a polymer material or a pitch-based material by an electrospinning method. A melt discharge nozzle that discharges the molten material into a thin thread shape, a collector that is disposed to face the melt discharge nozzle, and a voltage that is applied between the melt discharge nozzle and the collector, A melt charging means for charging the melt discharged from the discharge nozzle, wherein the melt discharge nozzle gasses the melt discharged from the first nozzle portion in the form of a fine thread. A fiber is manufactured using a fiber manufacturing apparatus having a second nozzle portion that discharges in a fine thread shape while being pressurized by the above.

請求項5記載の発明に係る繊維製造方法は、請求項4に記載の繊維製造方法において、前記ガスが不活性ガスであり、該ガスの下限温度が前記溶融物の融点または軟化点−50℃、上限温度が前記溶融物の融点または軟化点+130℃であることを特徴とするものである。
請求項6記載の発明に係る繊維製造方法は、請求項4または5に記載の繊維製造方法において、前記溶融物を電磁誘導加熱手段で加熱することを特徴とするものである。
請求項7記載の発明に係る繊維製造方法は、請求項4〜6のいずれか一項に記載の繊維製造方法において、前記コレクタで捕集された繊維を不融化した後、炭素化、あるいは炭素化および黒鉛化することを特徴とするものである。
The fiber manufacturing method according to the invention described in claim 5 is the fiber manufacturing method according to claim 4, wherein the gas is an inert gas, and the minimum temperature of the gas is the melting point or softening point of the melt of -50 ° C. The upper limit temperature is the melting point or softening point of the melt + 130 ° C.
A fiber manufacturing method according to a sixth aspect of the present invention is the fiber manufacturing method according to the fourth or fifth aspect, wherein the melt is heated by electromagnetic induction heating means.
The fiber manufacturing method according to the invention described in claim 7 is the fiber manufacturing method according to any one of claims 4 to 6, wherein the fibers collected by the collector are infusibilized, carbonized, or carbonized. And graphitizing.

請求項1,3,4,6記載の発明によれば、第1のノズル部から細糸状に吐出された溶融物がガスにより加圧されながら第2のノズル部から細糸状に吐出される。これにより、溶融物吐出ノズルからコレクタに向けて細糸状に吐出される溶融物の径がより細くなるため、より繊維径の細い繊維をエレクトロスピニング法により安定して製造することができる。その結果、炭素ナノ繊維の製造による水素貯蔵材料、キャパシターや燃料電池の電極材料、太陽電池電極材料、生分解性高分子ナノ繊維による再生医療用スキャッフォールド、各種高性能フィルターや電池用セパレーターなどの具体的な応用分野に利用できる。   According to the first, third, fourth, and sixth aspects of the invention, the melt discharged from the first nozzle portion in the form of a fine thread is discharged from the second nozzle portion in the form of a fine thread while being pressurized by the gas. Thereby, since the diameter of the melt discharged in the form of a fine thread from the melt discharge nozzle toward the collector becomes thinner, fibers with a smaller fiber diameter can be stably manufactured by the electrospinning method. As a result, hydrogen storage materials from the production of carbon nanofibers, electrode materials for capacitors and fuel cells, solar cell electrode materials, scaffolds for regenerative medicine using biodegradable polymer nanofibers, various high-performance filters and battery separators, etc. It can be used for specific application fields.

請求項2及び5記載の発明によれば、第2のノズル部から細糸状に吐出される溶融物を加圧するガスとして不活性ガスを用いることで、繊維の急激な酸化・爆発等を防止することができる。
請求項7記載の発明によれば、より繊維径の細い炭素系繊維をエレクトロスピニング法により安定して製造することができる。
According to invention of Claim 2 and 5, by using inert gas as a gas which pressurizes the melt discharged from a 2nd nozzle part in a thin thread form, rapid oxidation, explosion, etc. of a fiber are prevented. be able to.
According to the seventh aspect of the present invention, a carbon fiber having a smaller fiber diameter can be stably produced by the electrospinning method.

本発明に係る繊維製造装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the fiber manufacturing apparatus which concerns on this invention. 溶融物吐出ノズルの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of a melt discharge nozzle. 実施例1で得られたピッチ系繊維の繊維径を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the fiber diameter of pitch-based fibers obtained in Example 1. 比較例1で得られたピッチ系繊維の繊維径を示す図である。FIG. 3 is a view showing the fiber diameter of pitch-based fibers obtained in Comparative Example 1. 比較例2で得られたピッチ系繊維の繊維径を示す図である。5 is a diagram showing the fiber diameter of pitch-based fibers obtained in Comparative Example 2. FIG.

以下、図1〜図5を参照して本発明に係る繊維製造装置と繊維製造方法について説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る繊維製造装置の概略構成を示す図、図2は本発明の一実施形態に係る繊維製造装置の要部を示す図であり、図1に示すように、本発明の一実施形態に係る繊維製造装置は高分子物質またはピッチ系物質の溶融物1として貯蔵する貯蔵容器2を備えている。
貯蔵容器2は例えばステンレス鋼で形成されており、この貯蔵容器2の外周面には、貯蔵容器2に貯蔵された溶融物1を溶融状態に保つために、電熱ヒータ3が巻装されている。
Hereinafter, the fiber manufacturing apparatus and the fiber manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fiber manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a main part of the fiber manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. The fiber manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a storage container 2 that stores the polymer material or the pitch-based material melt 1.
The storage container 2 is made of, for example, stainless steel, and an electric heater 3 is wound around the outer peripheral surface of the storage container 2 in order to keep the melt 1 stored in the storage container 2 in a molten state. .

貯蔵容器2を電磁誘導加熱する場合、電気抵抗がある程度大きい金属でないと電磁誘導による加熱効果が低くなるという点で、鉄やステンレス鋼で貯蔵容器2が形成されることが好ましく、アルミニウムや銅などは電気抵抗が小さいため誘導加熱に使う金属としては適さない。この場合、貯蔵容器2の外側には、貯蔵容器2に貯蔵された溶融物1を溶融状態に保つために、例えばコイルが電磁誘導加熱手段として非接触で巻装される。
また、貯蔵容器2は密閉構造となっており、この貯蔵容器2には、例えば0.3〜0.7MPa程度に加圧された窒素ガスが窒素ガス供給ライン4から供給されるようになっている。なお、溶融物1は貯蔵容器2とは別の容器で溶解された後、ギヤポンプ等により貯蔵容器2内に供給されるようになっている。
When the storage container 2 is heated by electromagnetic induction, it is preferable that the storage container 2 is formed of iron or stainless steel in that the heating effect by electromagnetic induction is reduced unless the metal has a certain large electrical resistance, such as aluminum or copper. Is not suitable as a metal for induction heating because of its low electrical resistance. In this case, in order to keep the melt 1 stored in the storage container 2 in a molten state, for example, a coil is wound in a non-contact manner as electromagnetic induction heating means on the outside of the storage container 2.
Further, the storage container 2 has a sealed structure, and for example, nitrogen gas pressurized to about 0.3 to 0.7 MPa is supplied from the nitrogen gas supply line 4 to the storage container 2. Yes. The melt 1 is melted in a container different from the storage container 2 and then supplied into the storage container 2 by a gear pump or the like.

貯蔵容器2に貯蔵された溶融物1は、溶融物吐出ノズル5から細糸状に吐出されるようになっている。この溶融物吐出ノズル5は貯蔵容器2の図中下端部に設けられており、溶融物吐出ノズル5の図中右方には、溶融物吐出ノズル5から吐出された溶融物1を繊維として捕集する平板状のコレクタ6が配置されている。
また、図2に示すように、溶融物吐出ノズル5は貯蔵容器2に貯蔵された溶融物1を細糸状に吐出する第1のノズル部51を有しており、この第1のノズル部51の外周には、第1のノズル部51から吐出された溶融物1を窒素ガスなどの加圧ガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部52が設けられている。
The melt 1 stored in the storage container 2 is discharged in the form of a fine thread from the melt discharge nozzle 5. The melt discharge nozzle 5 is provided at the lower end of the storage container 2 in the figure, and the melt 1 discharged from the melt discharge nozzle 5 is captured as a fiber on the right side of the melt discharge nozzle 5 in the figure. A flat plate-shaped collector 6 is arranged.
As shown in FIG. 2, the melt discharge nozzle 5 has a first nozzle portion 51 that discharges the melt 1 stored in the storage container 2 in the form of a fine thread, and the first nozzle portion 51. Is provided with a second nozzle portion 52 for discharging the melt 1 discharged from the first nozzle portion 51 into a fine thread shape while being pressurized with a pressurized gas such as nitrogen gas.

第2のノズル部52は第1のノズル部51の外周に形成された円筒状のバレル52aと、このバレル52aの先端側に例えば0.5mm程度のノズル口53を形成するノズルガイド52bとで形成されており、バレル52aには、窒素ガス等の加圧ガスを第2のノズル部52内に供給する加圧ガス供給口54が設けられている。
バレル52aは熱伝導性の良好な材料(例えばステンレス鋼)で形成されており、このバレル52aの外周面には、貯蔵容器2から第1のノズル部51内に供給された溶融物1を溶融状態に保つために、電熱ヒータ(図示せず)が巻装されている。
The second nozzle portion 52 includes a cylindrical barrel 52a formed on the outer periphery of the first nozzle portion 51, and a nozzle guide 52b that forms a nozzle port 53 of about 0.5 mm on the tip side of the barrel 52a. The barrel 52a is provided with a pressurized gas supply port 54 for supplying a pressurized gas such as nitrogen gas into the second nozzle portion 52.
The barrel 52a is formed of a material having good thermal conductivity (for example, stainless steel), and the melt 1 supplied from the storage container 2 into the first nozzle portion 51 is melted on the outer peripheral surface of the barrel 52a. In order to maintain the state, an electric heater (not shown) is wound.

貯蔵容器2を電磁誘導加熱する場合、バレル5は導電性があり、熱伝導性の良好な材料(例えば鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等)で形成されているのが好ましく、この場合は貯蔵容器2からの伝熱で高分子物質またはピッチ系物質が溶融状態に維持されるほか、バレル52a等への高電圧の印加により高分子物質またはピッチ系物質が帯電する。また、ステンレス鋼等の電気抵抗がある程度大きい金属でバレル52aが形成されている場合は、電磁誘導加熱を起こすためのコイルを非接触でバレル52aに巻装することで、上記と同様に高分子物質またはピッチ系物質の加熱・溶融状態を保つこともできる。   When the storage container 2 is heated by electromagnetic induction, the barrel 5 is preferably made of a material having electrical conductivity and good thermal conductivity (for example, iron, stainless steel, aluminum, copper, etc.). In addition to maintaining the polymer material or pitch material in a molten state by heat transfer from the container 2, the polymer material or pitch material is charged by applying a high voltage to the barrel 52a or the like. Further, when the barrel 52a is formed of a metal having a certain degree of electrical resistance such as stainless steel, a polymer for causing electromagnetic induction heating is wound around the barrel 52a in a non-contact manner so that the polymer is the same as above. It is also possible to keep the material or pitch-based material in a heated / molten state.

電磁誘導加熱する場合、加熱ヒータに関する電気系統は高電圧に耐える仕様(普通は、ヒータ線を太くする。)の必要がなくなるほか、高電圧を印加する電圧発生部に生じた電流が、近接する電気ヒータに流れ込み、電気ヒータの電源に逆流するおそれもない。
コレクタ6は溶融物吐出ノズル5と対向して配置されており、このコレクタ6と溶融物吐出ノズル5との間には、溶融物吐出ノズル5から吐出された溶融物1を帯電させるために、溶融物帯電手段としての電圧発生器7から電圧が印加されるようになっている。
When electromagnetic induction heating is used, the electrical system related to the heater is not required to have a specification that can withstand high voltages (usually, the heater wire is thickened), and the current generated in the voltage generator that applies the high voltage is close. There is no risk of flowing into the electric heater and backflowing to the power source of the electric heater.
The collector 6 is disposed so as to face the melt discharge nozzle 5, and between the collector 6 and the melt discharge nozzle 5, in order to charge the melt 1 discharged from the melt discharge nozzle 5, A voltage is applied from a voltage generator 7 as a melt charging means.

上述のように、貯蔵容器2に貯蔵された溶融物1を細糸状に吐出する溶融物吐出ノズルとして、図2に示すような溶融物吐出ノズル5、すなわち溶融物1を細糸状に吐出する第1のノズル部51と、この第1のノズル部51から溶融物1をガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部52とを有する溶融物吐出ノズル5を用いると、第1のノズル部51から細糸状に吐出された溶融物1がガスにより加圧されながら第2のノズル部52から細糸状に吐出される。これにより、溶融物吐出ノズルからコレクタに向けて細糸状に吐出される溶融物の径がより細くなるため、より繊維径の細い繊維をエレクトロスピニング法により得ることができる。   As described above, as a melt discharge nozzle that discharges the melt 1 stored in the storage container 2 in the form of a fine thread, the melt discharge nozzle 5 as shown in FIG. 2, that is, the melt 1 that discharges the melt 1 in the form of a thin thread. When a melt discharge nozzle 5 having one nozzle portion 51 and a second nozzle portion 52 that discharges the melt 1 from the first nozzle portion 51 with a gas while being pressurized with a gas is used, The melt 1 discharged in a fine thread form from the nozzle part 51 is discharged in a fine thread form from the second nozzle part 52 while being pressurized by gas. Thereby, since the diameter of the melt discharged in the form of a fine thread from the melt discharge nozzle toward the collector becomes thinner, fibers having a smaller fiber diameter can be obtained by the electrospinning method.

貯蔵容器2に貯蔵される溶融物1として軟化温度が200℃のコールタールピッチ系物質を用い、貯蔵容器:ステンレス鋼製貯蔵容器(容量:10mL)、溶融物吐出ノズル口径:0.20mm、貯蔵容器内原材料温度:330℃、溶融物吐出ノズル内原材料温度:330℃、加圧ガス:窒素ガス、加圧ガス予熱温度:330℃、溶融物吐出速度:1000mm/s、電圧印加条件:コレクタをアース電極として貯蔵容器と溶融物吐出ノズルに35kVの電圧を印加、溶融物吐出ノズル先端からコレクタまでの距離:80mm、貯蔵容器内窒素ガス圧:0.3MPaの条件で溶融物1を溶融物吐出ノズル5から細糸状に吐出した。そして、溶融物吐出ノズル5から吐出された溶融物1を繊維としてコレクタ6で捕集し、捕集された繊維を180℃の空気中で不融化してから、不活性ガス(窒素ガス)雰囲気で1000℃まで加熱して炭素化し、さらにアルゴンガス雰囲気で2700℃の温度条件で黒鉛化して得られた炭素繊維の繊維径を走査型電子顕微鏡で測定した。その結果、炭素繊維の繊維径は、図3に示すように、500nm前後であった。   A coal tar pitch material having a softening temperature of 200 ° C. is used as the melt 1 stored in the storage container 2. Storage container: stainless steel storage container (capacity: 10 mL), melt discharge nozzle diameter: 0.20 mm, storage Raw material temperature in the container: 330 ° C., raw material temperature in the melt discharge nozzle: 330 ° C., pressurized gas: nitrogen gas, pressurized gas preheating temperature: 330 ° C., melt discharge speed: 1000 mm / s, voltage application condition: collector As a ground electrode, a voltage of 35 kV is applied to the storage container and the melt discharge nozzle, the distance from the melt discharge nozzle tip to the collector is 80 mm, and the nitrogen gas pressure in the storage container is 0.3 MPa. From the nozzle 5, it discharged in the form of a fine thread. Then, the melt 1 discharged from the melt discharge nozzle 5 is collected as a fiber by the collector 6, and the collected fiber is infusible in air at 180 ° C., and then an inert gas (nitrogen gas) atmosphere. The carbon fiber diameter obtained by heating to 1000 ° C. and carbonizing and graphitizing at 2700 ° C. in an argon gas atmosphere was measured with a scanning electron microscope. As a result, the fiber diameter of the carbon fiber was around 500 nm as shown in FIG.

加圧ガス予熱温度を150℃とした以外は、実施例1と同じ条件で、溶融物を繊維として捕集し、その後、実施例1と同じ条件で、不融化、炭素化、黒鉛化して炭素繊維を得た。得られた炭素繊維の繊維径を走査型電子顕微鏡で測定した。その結果、炭素繊維の繊維径は550nm前後であった。   The melt is collected as a fiber under the same conditions as in Example 1 except that the pressurized gas preheating temperature is 150 ° C., and then infusible, carbonized, graphitized and carbonized under the same conditions as in Example 1. Fiber was obtained. The fiber diameter of the obtained carbon fiber was measured with a scanning electron microscope. As a result, the fiber diameter of the carbon fiber was around 550 nm.

コールタールを原料として調製した軟化点が280℃の液晶ピッチを用いた。これをステンレス鋼製の容器(容量10mL)に充填し、容器の下端にはステンレス鋼製の27Gのノズル(内径0.20mm)を付け、その外側に予熱ガスが流通できるよう、図2に示すような外筒を取り付けた。また、外筒の外側には温度制御ができる電磁誘導方式のヒータを巻いた。なお、通常の温度調節器(複数)を配置して容器の中のピッチ温度を350℃とノズルの温度を350℃に制御し、350℃に予熱した窒素ガスを、ノズルの先端の間隔で100m/sの線速度となるように流した。容器には、高電圧発生器で発生した25kVの電圧を印加し、ノズルの直下120mmの位置にアース電極を置いた。その後、密閉してある容器に0.5MPaの窒素圧をかけて紡糸した。紡糸は、良好に進み、極細のピッチ繊維が得られた。これを不融化、炭素化した後、2700℃で黒鉛化したところ、400〜600W/mKの熱伝導率を有する極細の炭素繊維となった。   A liquid crystal pitch having a softening point of 280 ° C. prepared using coal tar as a raw material was used. This is filled in a stainless steel container (capacity 10 mL), a stainless steel 27G nozzle (inner diameter 0.20 mm) is attached to the lower end of the container, and the preheated gas can be circulated to the outside as shown in FIG. An outer cylinder like this was attached. In addition, an electromagnetic induction heater capable of temperature control was wound around the outer cylinder. It should be noted that a normal temperature controller (plurality) is arranged to control the pitch temperature in the container to 350 ° C. and the nozzle temperature to 350 ° C., and nitrogen gas preheated to 350 ° C. is 100 m at the nozzle tip interval. The flow rate was set to a linear velocity of / s. A voltage of 25 kV generated by a high voltage generator was applied to the container, and a ground electrode was placed at a position 120 mm directly below the nozzle. Thereafter, the sealed container was spun by applying a nitrogen pressure of 0.5 MPa. Spinning proceeded well and very fine pitch fibers were obtained. When this was infusibilized and carbonized, and graphitized at 2700 ° C., ultrafine carbon fibers having a thermal conductivity of 400 to 600 W / mK were obtained.

比較例1Comparative Example 1

溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に高電圧を印加しない以外は、実施例1と同じ条件で炭素繊維を得、得られた炭素繊維の繊維径を走査型電子顕微鏡で測定した。その結果、炭素繊維の繊維径は、図4に示すように、1〜2μmであった。   Except not applying a high voltage between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6, carbon fiber was obtained on the same conditions as Example 1, and the fiber diameter of the obtained carbon fiber was measured with the scanning electron microscope. As a result, the fiber diameter of the carbon fiber was 1-2 μm as shown in FIG.

比較例2Comparative Example 2

溶融物吐出ノズル5の第2のノズル部52に加圧ガスを供給しない以外は、上記と同じ条件で炭素繊維を得、得られた炭素繊維の繊維径を走査型電子顕微鏡で測定した。その結果、炭素繊維の繊維径は、図5に示すように、1μm前後であった。
なお、図4と図5において、一部の太い繊維は、紡糸を開始した直後の温度が定常に達していないときに発生したものであり、コンタミである。
Carbon fibers were obtained under the same conditions as described above except that no pressurized gas was supplied to the second nozzle portion 52 of the melt discharge nozzle 5, and the fiber diameter of the obtained carbon fibers was measured with a scanning electron microscope. As a result, the fiber diameter of the carbon fiber was around 1 μm as shown in FIG.
In FIGS. 4 and 5, some thick fibers are generated when the temperature immediately after the start of spinning does not reach a steady state and are contaminated.

比較例3Comparative Example 3

実施例2で用いた液晶ピッチをキノリン溶解して溶液とし、室温で紡糸した。なお、この際、加熱する必要がないため、電磁誘導方式のヒータは取り外した。実施例2と同様に、ノズルの先端の間隔で100m/sの線速度となるように180〜200℃の窒素ガスを流し(絶縁性があり、260℃までの耐熱性を有するPTFEチューブを介してガス予熱器から供給)、印加電圧を25kVとしてノズルの直下120mmの位置にアース電極を置いた。窒素ガスの温度を180〜200℃としたのは、紡糸直後にキノリンを揮散させて細糸状の形状を保つためである。生成した極細のピッチ繊維を不融化、炭素化した後、黒鉛化して得られた炭素繊維の熱伝導率は、20〜50W/mKであった。
実施例1と比較例1とを比較すると、実施例1は繊維径がサブマイクロメータ以下の炭素繊維を得られるのに対し、比較例1は繊維径がサブマイクロメータ以下の炭素繊維を得られないことがわかる。これは、実施例1は溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に電圧を印加して炭素繊維を紡糸したのに対し、比較例1は溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に電圧を印加しないで炭素繊維を紡糸したためである。
The liquid crystal pitch used in Example 2 was dissolved in quinoline to form a solution and spun at room temperature. At this time, since there is no need to heat, the electromagnetic induction heater was removed. As in Example 2, a nitrogen gas of 180 to 200 ° C. was flowed so as to obtain a linear velocity of 100 m / s at the interval between the nozzle tips (through a PTFE tube having insulation properties and heat resistance up to 260 ° C. The ground electrode was placed at a position 120 mm directly below the nozzle with an applied voltage of 25 kV. The reason for setting the temperature of the nitrogen gas to 180 to 200 ° C. is to volatilize quinoline immediately after spinning to maintain a fine thread shape. The produced ultrafine pitch fibers were infusibilized, carbonized, and then graphitized, and the carbon fibers obtained had a thermal conductivity of 20 to 50 W / mK.
When Example 1 and Comparative Example 1 are compared, Example 1 can obtain a carbon fiber having a fiber diameter of submicrometer or less, while Comparative Example 1 can obtain a carbon fiber having a fiber diameter of submicrometer or less. I understand that there is no. This is because Example 1 applied a voltage between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6 to spin the carbon fiber, whereas Comparative Example 1 applied a voltage between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6. This is because the carbon fiber was spun without application of.

次に、実施例1と比較例2とを比較すると、実施例1は繊維径がサブマイクロメータ以下の炭素繊維を得られるのに対し、比較例2は繊維径がサブマイクロメータ以下の炭素繊維を得られないことがわかる。これは、実施例1は溶融物吐出ノズル5の第1のノズル部51から吐出された溶融物1をガスにより加圧しながら第2のノズル部52から細糸状に吐出させて炭素繊維を紡糸したのに対し、比較例2は溶融物吐出ノズル5の第1のノズル部51から吐出された溶融物1をガスにより加圧せずに第2のノズル部52から細糸状に吐出させて炭素繊維を紡糸したためである。   Next, when Example 1 and Comparative Example 2 are compared, Example 1 can obtain a carbon fiber having a fiber diameter of submicrometer or less, whereas Comparative Example 2 has a fiber diameter of submicrometer or less. It turns out that it cannot be obtained. In the first embodiment, the melt 1 discharged from the first nozzle portion 51 of the melt discharge nozzle 5 is spouted from the second nozzle portion 52 while being compressed with gas to spin carbon fibers. On the other hand, in the comparative example 2, the melt 1 discharged from the first nozzle portion 51 of the melt discharge nozzle 5 is discharged from the second nozzle portion 52 in a fine thread shape without being pressurized by the gas, and thus carbon fiber. This is because of spinning.

したがって、高分子物質またはピッチ系物質の溶融物から繊維をエレクトロスピニング法により製造する際に、高分子物質またはピッチ系物質の溶融物を細糸状に吐出する溶融物吐出ノズルとして、溶融物1を細糸状に吐出する第1のノズル部51と、第1のノズル部51から吐出された溶融物1を窒素ガスなどのガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部52とを有してなる溶融物吐出ノズル5を用いることで、より繊維径の細い繊維をエレクトロスピニング法により得ることができる。   Accordingly, when a fiber is produced from a melt of a polymer material or a pitch-based material by an electrospinning method, the melt 1 is used as a melt discharge nozzle that discharges the melt of the polymer material or the pitch-based material into a thin thread shape. There are provided a first nozzle portion 51 that discharges in a fine thread shape, and a second nozzle portion 52 that discharges the melt 1 discharged from the first nozzle portion 51 in a thin thread shape while pressurizing it with a gas such as nitrogen gas. By using the melt discharge nozzle 5 formed as described above, a fiber having a smaller fiber diameter can be obtained by an electrospinning method.

また、実施例3と比較例3との比較では、比較例3では溶液状態で紡糸しているので、折角の液晶ピッチが分子配向せずに紡糸されるのに対して、実施例3では液晶ピッチが分子配向した状態で紡糸される。そのため、高い熱伝導率となった、と理解できる。
図1に示した本発明の一実施形態では、貯蔵容器2とは別の容器で固体状態の高分子物質またはピッチ系物質を融解しておき、これをギヤポンプ等で貯蔵容器2に供給するようにしたが、貯蔵容器2で固体状態の高分子物質またはピッチ系物質を融解するようにしてもよい。
Further, in the comparison between Example 3 and Comparative Example 3, since Comparative Example 3 is spun in a solution state, the liquid crystal pitch at the corner is spun without molecular orientation, whereas in Example 3, the liquid crystal is spun. Spinning is performed while the pitch is molecularly oriented. Therefore, it can be understood that the thermal conductivity was high.
In one embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a solid polymer material or pitch-based material is melted in a container different from the storage container 2 and supplied to the storage container 2 with a gear pump or the like. However, you may make it melt | dissolve the polymer substance or pitch type substance of a solid state with the storage container 2. FIG.

高分子物質またはピッチ系物質の溶融物1を貯蔵する貯蔵容器2として、図1に示した本発明の一実施形態では、ステンレス鋼で形成されたものを示したが、貯蔵容器2の材質は特に制限されるものではなく、高分子物質やピッチ系物質の種類に応じて任意に選択可能である。さらに、貯蔵容器2をステンレス鋼やガラス等で形成すると、貯蔵容器2を安価に製作できるが、貯蔵容器2に貯蔵される溶融物が腐食性の高い溶融物である場合には白金、ニッケル等の貴金属またはセラミック等で貯蔵容器2を形成してもよい。   In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the storage container 2 that stores the melt 1 of the polymer material or the pitch-based material is formed of stainless steel. The material is not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the type of polymer material or pitch-based material. Furthermore, when the storage container 2 is formed of stainless steel, glass, or the like, the storage container 2 can be manufactured at low cost. However, when the melt stored in the storage container 2 is a highly corrosive melt, platinum, nickel, etc. The storage container 2 may be formed of a noble metal or ceramic.

高分子物質またはピッチ系物質の溶融物1を貯蔵する貯蔵容器2として、図1に示した本発明の一実施形態では、ステンレス鋼で一体的に形成されたものを示したが、これに限られるものではなく、例えばメンテナンスを考慮して複数のパーツから貯蔵容器2を構成してもよい。この場合、内圧によって溶融物が漏れないように工夫することが望ましく、各パーツの間にアルミニウム製、銅製あるいはPTFE製などのパッキンを介在させることが好ましい。
図1に示した本発明の一実施形態では、貯蔵容器2に貯蔵された溶融物1を一つの溶融物吐出ノズル5から細糸状に吐出するようにしたが、溶融物吐出ノズル5の数は単数または複数の何れでも構わない。ただし、生産性が向上するという点では複数のほうが好ましい。
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 as the storage container 2 for storing the melt 1 of the polymer material or the pitch-based material, the one integrally formed of stainless steel is shown. For example, the storage container 2 may be composed of a plurality of parts in consideration of maintenance. In this case, it is desirable to devise so that the melt does not leak due to the internal pressure, and it is preferable to interpose a packing made of aluminum, copper or PTFE between the parts.
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the melt 1 stored in the storage container 2 is discharged in a thin thread form from one melt discharge nozzle 5, but the number of the melt discharge nozzles 5 is Either singular or plural may be used. However, a plurality is more preferable in terms of productivity.

実施例1では、溶融物吐出ノズル5から吐出される溶融物1の温度を330℃に設定して極細繊維を製造するようにしたが、これに限られるものでなく、溶融物吐出ノズル5から吐出される溶融物1の粘度が1〜100ポイズとなる温度条件で溶融物1を溶融物吐出ノズル5から細糸状に吐出するようにすれば、実施例1と同様に、繊維径がサブマイクロメータ以下の極細繊維を得ることができる。   In the first embodiment, the temperature of the melt 1 discharged from the melt discharge nozzle 5 is set to 330 ° C. to produce ultrafine fibers. However, the present invention is not limited to this, and from the melt discharge nozzle 5 If the melt 1 is discharged in the form of a fine thread from the melt discharge nozzle 5 under a temperature condition in which the viscosity of the discharged melt 1 is 1 to 100 poise, the fiber diameter is sub-micrometer as in the first embodiment. An ultrafine fiber of a meter or less can be obtained.

溶融物吐出ノズル5の第2のノズル部52内に供給される加圧ガスとして、実施例1では、窒素ガスを用いたが、これに限られるものではなく、例えば空気、ヘリウムガス、アルゴンガスなどを窒素ガスの代りに用いてよい。ただし、300℃を超えるような高温では急激な酸化により繊維が発熱したり発火したり場合があるので、空気の使用を避けることが好ましい。
好ましいガスの種類は、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの繊維を酸化させない不活性ガスが好ましい。また、ガスの下限温度は溶融物の融点または軟化点から−50℃の温度が好ましく、ガスの上限温度は溶融物の融点または軟化点から+130℃の温度が好ましい。ここで、溶融物の融点または軟化点から−50℃の温度とは、溶融物の融点から−50℃または軟化点から−50℃の温度であり、溶融物の融点または軟化点から+130℃の温度とは、溶融物の融点から+130℃または軟化点から+130℃の温度をいう。
In the first embodiment, nitrogen gas is used as the pressurized gas supplied into the second nozzle portion 52 of the melt discharge nozzle 5. However, the present invention is not limited to this. For example, air, helium gas, argon gas is used. May be used instead of nitrogen gas. However, it is preferable to avoid the use of air because the fiber may generate heat or ignite at a high temperature exceeding 300 ° C. due to rapid oxidation.
A preferable type of gas is an inert gas that does not oxidize fibers, such as helium, nitrogen, and argon. The lower limit temperature of the gas is preferably −50 ° C. from the melting point or softening point of the melt, and the upper limit temperature of the gas is preferably + 130 ° C. from the melting point or softening point of the melt. Here, the temperature of −50 ° C. from the melting point or softening point of the melt is a temperature of −50 ° C. from the melting point of the melt or −50 ° C. from the softening point, and + 130 ° C. from the melting point or softening point of the melt. The temperature means a temperature of + 130 ° C. from the melting point of the melt or + 130 ° C. from the softening point.

ガスの温度が溶融物の融点または軟化点から−50℃よりも低い場合、第1のノズル部51の先端にある溶融物の吐出部を冷却しすぎて、溶融物の粘度が高くなるため、溶融物が良好に吐出できないことがある。また、ガスの温度が溶融物の融点または軟化点から+130℃の温度を超える場合、溶融物の粘度が低くなり、吐出物が粒子状になったり、溶融物が熱変質・劣化する場合もある。
貯蔵容器・溶融物吐出ノズル等の温度および加圧ガス温度が260℃を下回る場合、ガス温度調節手段と溶融物吐出ノズルの間に耐熱性のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)管を挿入して絶縁できるので、ガス温度調節手段としては通常のガスヒーターを利用できる。260℃を超える場合、ガス温度調節手段としては電磁誘導方式が好ましい。
When the gas temperature is lower than −50 ° C. from the melting point or softening point of the melt, the melt discharge portion at the tip of the first nozzle portion 51 is cooled too much, and the viscosity of the melt increases. The melt may not be discharged well. Also, if the gas temperature exceeds + 130 ° C. from the melting point or softening point of the melt, the viscosity of the melt may be lowered, and the discharged material may become particulate, or the melt may be thermally altered or deteriorated. .
When the temperature of the storage container, melt discharge nozzle, etc. and the pressurized gas temperature are below 260 ° C, insulation is achieved by inserting a heat-resistant polytetrafluoroethylene (PTFE) tube between the gas temperature control means and the melt discharge nozzle. Therefore, a normal gas heater can be used as the gas temperature adjusting means. When it exceeds 260 ° C., an electromagnetic induction method is preferable as the gas temperature adjusting means.

実施例1では、安全性の観点からコレクタ6をグランドして溶融物吐出ノズル5に正電圧を印加するようにしたが、コレクタ6が正極であってもよいし負極であってもよい。
実施例1では、溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に35kVの電圧を印加して極細繊維を製造するようにしたが、これに限定されるものではない。ただし、溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に印加される電圧が0.5kV未満であると溶融物1が溶融物吐出ノズル5から離脱しにくくなり、100kVを超えると溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に放電が発生しやすくなるので、溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に印加される電圧は0.5〜100kVであることが好ましい。
In the first embodiment, the collector 6 is grounded to apply a positive voltage to the melt discharge nozzle 5 from the viewpoint of safety, but the collector 6 may be a positive electrode or a negative electrode.
In Example 1, a voltage of 35 kV was applied between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6 to produce ultrafine fibers, but the present invention is not limited to this. However, when the voltage applied between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6 is less than 0.5 kV, the melt 1 is difficult to separate from the melt discharge nozzle 5, and when the voltage exceeds 100 kV, the melt discharge nozzle 5. Therefore, it is preferable that the voltage applied between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6 is 0.5 to 100 kV.

実施例1では、溶融物吐出ノズル5の先端からコレクタ6までの距離を80mmに設定して極細繊維を製造するようにしたが、これに限定されるものではない。ただし、溶融物吐出ノズル5の先端からコレクタ6までの距離が10mm未満であると溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に絶縁破壊が発生しやすくなり、200mmを超えると電場による繊維の引きが弱くなって溶融物吐出ノズル5から吐出される溶融物の径が細くなりにくくなるので、溶融物吐出ノズル5の先端からコレクタ6までの距離は10〜200mmであることが好ましい。   In Example 1, although the distance from the front-end | tip of the melt discharge nozzle 5 to the collector 6 was set to 80 mm, an ultrafine fiber was manufactured, it is not limited to this. However, if the distance from the tip of the melt discharge nozzle 5 to the collector 6 is less than 10 mm, dielectric breakdown is likely to occur between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6, and if it exceeds 200 mm, the fiber is pulled by an electric field. Since the diameter of the melt discharged from the melt discharge nozzle 5 becomes difficult to be reduced, the distance from the tip of the melt discharge nozzle 5 to the collector 6 is preferably 10 to 200 mm.

貯蔵容器2に貯蔵される溶融物1として、実施例1では、軟化温度が200℃に調製されたコールタールピッチ系物質を用いたが、これに限られるものではない。例えば、貯蔵容器2に貯蔵される溶融物1が高分子物質であれば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレンテレフタレート(PPT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフッ化ビニリデン(FVDF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアクリル酸、ポリメチルメタクリレ−ト(PMMA)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアミド(ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610,ポリアミド12、ポリアミド46、ポリアミド9Tなど)、ポリウレタン、アラミド、ポリイミド(PI)、ポリベンゾイミダゾ−ル(PBI)、ポリベンズオキサゾール(PBO)、ポリビニルアルコ−ル(PVA)、セルロ−ス、酢酸セルロ−ス、酢酸酪酸セルロ−ス、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレンイミド(PEI)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリコハク酸エチレン、ポリ硫化エチレン、ポリ酸化プロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリアニリン、ポリテレフタル酸エチレン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酸化エチレン、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリカプロラクトン、ポリペプチド、タンパク質、コラーゲン、及びこれらのうち複数のコポリマーや混合物などが挙げられる。また、溶融物1がピッチ系物質であれば、コールタールピッチ、石油ピッチなどが挙げられる。また、上記の物質に有機物または無機物の粉末,ウイスカー等を混合させたものを高分子物質やピッチ系物質として用いてもよい。   As the melt 1 stored in the storage container 2, in Example 1, a coal tar pitch material having a softening temperature of 200 ° C. was used, but is not limited thereto. For example, if the melt 1 stored in the storage container 2 is a polymer substance, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene terephthalate (PPT), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinylidene fluoride (FVDF), polyacrylonitrile (PAN) ), Polyacrylic acid, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polycarbonate, polymethylpentene (PMP), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (polyamide) 6, polyamide 66, polyamide 610, polyamide 12, polyamide 46, polyamide 9T, etc.), polyurethane, aramid, polyimide (PI), polybenzoimidazole (PBI), polybenzoxazole (PBO), poly Vinyl alcohol (PVA), cellulose, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyethyleneimide (PEI), polyoxymethylene (POM), polyethylene oxide (PEO), ethylene polysuccinate , Polysulfide ethylene, polypropylene oxide, polyvinyl acetate, polyaniline, ethylene polyterephthalate, polyhydroxybutyric acid, polyethylene oxide, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polyethylene glycol (PEG), polycaprolactone, Examples thereof include polypeptides, proteins, collagen, and a plurality of copolymers and mixtures thereof. Moreover, if the melt 1 is a pitch-type substance, coal tar pitch, petroleum pitch, etc. are mentioned. Further, a material obtained by mixing organic or inorganic powder, whisker, or the like with the above material may be used as a polymer material or a pitch-based material.

溶融物吐出ノズル5とコレクタ6との間に電圧を印加して溶融物1を帯電させる方法としては、溶融物吐出ノズル5の先端部に電圧を加える方法と溶融物吐出ノズル5内の溶融物1に電圧を加える方法とがあるが、溶融物吐出ノズル5内の溶融物1に電圧を加えるほうが装置の簡易性の観点から好ましい。
図1に示した本発明の一実施形態では、溶融物吐出ノズル5から細糸状に吐出された溶融物1を繊維として捕集するコレクタ6として、平板状に形成されたものを示したが、これに限られるものではなく、例えば回転ドラム状あるいは回転ベルト(ベルトコンベア)状に形成されたものを用いてもよい。ただし、生産効率の観点からは静的平板よりも回転式のコレクタが好ましい。
コレクタ6により捕集される繊維集合体の形状は短繊維だけでなく、平面状不織布、フィラメント、例えばチューブ状の構造体のような三次元構造体などとくに制限はない。また、フィルムや不織布の上に本発明の方法で製造される極細繊維を直接積層させることも可能である。
As a method of charging the melt 1 by applying a voltage between the melt discharge nozzle 5 and the collector 6, a method of applying a voltage to the tip of the melt discharge nozzle 5 and a melt in the melt discharge nozzle 5 are used. 1 to apply a voltage, but it is preferable to apply a voltage to the melt 1 in the melt discharge nozzle 5 from the viewpoint of simplicity of the apparatus.
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the collector 6 that collects the melt 1 discharged as a fine thread from the melt discharge nozzle 5 as a fiber is shown as a flat plate. However, the present invention is not limited to this. For example, a rotating drum or a rotating belt (belt conveyor) may be used. However, from the viewpoint of production efficiency, a rotary collector is preferable to a static flat plate.
The shape of the fiber aggregate collected by the collector 6 is not limited to a short fiber, but is not particularly limited to a planar nonwoven fabric, a filament, a three-dimensional structure such as a tubular structure. Moreover, it is also possible to laminate | stack the ultrafine fiber manufactured by the method of this invention directly on a film or a nonwoven fabric.

1…溶融物、2…貯蔵容器、3…電熱ヒータ、4…窒素ガス供給ライン、5…溶融物吐出ノズル、51…第1のノズル部、52…第2のノズル部、6…コレクタ、7…電圧発生器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Melt, 2 ... Storage container, 3 ... Electric heater, 4 ... Nitrogen gas supply line, 5 ... Melt discharge nozzle, 51 ... 1st nozzle part, 52 ... 2nd nozzle part, 6 ... Collector, 7 ... voltage generator.

Claims (7)

高分子物質またはピッチ系物質の溶融物から繊維をエレクトロスピニング法により製造するときに用いられる繊維製造装置であって、
前記溶融物を貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された溶融物を細糸状に吐出する溶融物吐出ノズルと、前記溶融物吐出ノズルに対向して配置されたコレクタと、前記溶融物吐出ノズルと前記コレクタとの間に電圧を印加して前記溶融物を帯電せしめる溶融物帯電手段とを備え、かつ前記溶融物吐出ノズルが第1のノズル部と、前記第1のノズル部から細糸状に吐出された溶融物をガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部とを有することを特徴とする繊維製造装置。
A fiber manufacturing apparatus used when a fiber is manufactured from a melt of a polymer material or a pitch-based material by an electrospinning method,
A storage container for storing the melt; a melt discharge nozzle for discharging the melt stored in the storage container into a thin thread; a collector disposed opposite to the melt discharge nozzle; and the melt discharge A melt charging means for applying a voltage between the nozzle and the collector to charge the melt, and the melt discharge nozzle is formed of a first nozzle portion and a fine thread shape from the first nozzle portion And a second nozzle portion that discharges the melt discharged into a fine thread while pressurizing with a gas.
前記ガスが不活性ガスであり、該ガスの下限温度を前記溶融物の融点または軟化点−50℃、上限温度を前記溶融物の融点または軟化点+130℃に温度調整するガス温度調整手段を有することを特徴とする請求項1に記載の繊維製造装置。   The gas is an inert gas, and has gas temperature adjusting means for adjusting the lower limit temperature of the gas to the melting point or softening point of the melt of −50 ° C. and the upper limit temperature to the melting point or softening point of the melt of + 130 ° C. The fiber manufacturing apparatus according to claim 1. 前記溶融物を加熱するための電磁誘導加熱手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の繊維製造装置。   The fiber manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising electromagnetic induction heating means for heating the melt. 高分子物質またはピッチ系物質の溶融物から繊維をエレクトロスピニング法により製造するに際して、
前記溶融物を貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された溶融物を細糸状に吐出する溶融物吐出ノズルと、前記溶融物吐出ノズルに対向して配置されたコレクタと、前記溶融物吐出ノズルと前記コレクタとの間に電圧を印加して前記溶融物吐出ノズルから吐出される溶融物を帯電せしめる溶融物帯電手段とを備え、かつ前記溶融物吐出ノズルが第1のノズル部と、前記第1のノズル部から細糸状に吐出された溶融物をガスにより加圧しながら細糸状に吐出する第2のノズル部とを有する繊維製造装置を用いて繊維を製造することを特徴とする繊維製造方法。
When producing a fiber from a melt of a polymer material or a pitch material by an electrospinning method,
A storage container for storing the melt; a melt discharge nozzle for discharging the melt stored in the storage container into a thin thread; a collector disposed opposite to the melt discharge nozzle; and the melt discharge A melt charging means for charging a melt discharged from the melt discharge nozzle by applying a voltage between the nozzle and the collector, and the melt discharge nozzle includes a first nozzle portion; A fiber is manufactured using a fiber manufacturing apparatus having a second nozzle part that discharges the melt discharged in a thin thread form from the first nozzle part into a fine thread while pressurizing with a gas. Method.
前記ガスが不活性ガスであり、該ガスの下限温度が前記溶融物の融点または軟化点−50℃、上限温度が前記溶融物の融点または軟化点+130℃であることを特徴とする請求項4に記載の繊維製造方法。   The said gas is an inert gas, The minimum temperature of this gas is melting | fusing point or softening point -50 degreeC of the said melt, and upper limit temperature is melting | fusing point or softening point +130 degreeC of the said molten material, The fiber manufacturing method as described in 2. 前記溶融物を電磁誘導加熱手段で加熱することを特徴とする請求項4または5に記載の繊維製造方法。   The fiber manufacturing method according to claim 4 or 5, wherein the melt is heated by electromagnetic induction heating means. 前記コレクタで捕集された繊維を不融化した後、炭素化、あるいは炭素化および黒鉛化することを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の繊維製造方法。   The fiber production method according to any one of claims 4 to 6, wherein the fiber collected by the collector is infusibilized and then carbonized or carbonized and graphitized.
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