나노물질은 작은 크기와 공기필터 응용장치의 초고표면적과 함께 기계적, 물리적, 화학적 특성을 가진다. 전기방사는 나노섬유중합체를 제조하는데 있어 가장 효율적인 기술로 인식되어왔다. 최적의 제조 조건을 찾기 위해, 여러 전기방사 공정 파라미터의 효과에 따른 폴리아크릴로니트릴(PAN) 나노섬유의 직경, 성향 및 분포를 분석했다. 층간파괴 인성 향상시키고 히트롤러로 적층된 부직포의 형태로 박리를 억제하고, PAN 나노섬유 공기필터의 여과효율과 압력강하 성능을 실험적으로 평가하였다.
나노물질은 작은 크기와 공기필터 응용장치의 초고표면적과 함께 기계적, 물리적, 화학적 특성을 가진다. 전기방사는 나노섬유 중합체를 제조하는데 있어 가장 효율적인 기술로 인식되어왔다. 최적의 제조 조건을 찾기 위해, 여러 전기방사 공정 파라미터의 효과에 따른 폴리아크릴로니트릴(PAN) 나노섬유의 직경, 성향 및 분포를 분석했다. 층간파괴 인성 향상시키고 히트롤러로 적층된 부직포의 형태로 박리를 억제하고, PAN 나노섬유 공기필터의 여과효율과 압력강하 성능을 실험적으로 평가하였다.
Nanomaterials possess unique mechanical, physical, and chemical properties. They are small, and have an ultrahigh surface area, making them suitable for air filter applications. Electrospinning has been recognized as an efficient technique for fabricating polymer nanofibers. In order to determine th...
Nanomaterials possess unique mechanical, physical, and chemical properties. They are small, and have an ultrahigh surface area, making them suitable for air filter applications. Electrospinning has been recognized as an efficient technique for fabricating polymer nanofibers. In order to determine the optimum manufacturing conditions, the effects of several electrospinning process parameters on the diameter, orientation, and distribution of polyacrylonitrile (PAN) nanofiber are analyzed. To improve interlaminar fracture toughness and suppress delamination in the form of laminated non-woven fibers by using a heat roller, the performances of filter efficiency and pressure drop achieved with PAN nanofiber air filter are evaluated experimentally.
Nanomaterials possess unique mechanical, physical, and chemical properties. They are small, and have an ultrahigh surface area, making them suitable for air filter applications. Electrospinning has been recognized as an efficient technique for fabricating polymer nanofibers. In order to determine the optimum manufacturing conditions, the effects of several electrospinning process parameters on the diameter, orientation, and distribution of polyacrylonitrile (PAN) nanofiber are analyzed. To improve interlaminar fracture toughness and suppress delamination in the form of laminated non-woven fibers by using a heat roller, the performances of filter efficiency and pressure drop achieved with PAN nanofiber air filter are evaluated experimentally.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
(1,2) 본 연구에서는 전기방사법을 이용하여 제조한 폴리아크릴로니트릴(PAN; Ployacrylonitrile) 나노필터의 형상을 알아보고, 히트롤러로 부직포와 PAN 나노섬유를 적층한 공기필터의 여과효율 및 압력손실을 실험적인 분석을 통하여 PAN 나노섬유 공기필터가 고성능 공기필터로서 적용 가능한지 성능평가 하였다.
히트롤러의 적층 가공법은 회전하는 롤러 사이에 공기필터 제작을 위한 소재를 통과시킴으로써 롤러의 압력과 열을 이용하는 방법으로 다른 공정에 비해 단순하고 비용이 저렴하고, 낮은 에너지를 소비하며, 얇은 두께로 가공이 가능하다.(7,8) 가공 공정은 원경 15 cm2 크기로 제작된 부직포 필터와 PAN 나노섬유를 넣어 양면온도 140 ℃, 압출 속도 3.3mm/s, 적층 4회 반복하여 제조하며 PAN 나노섬유 공기필터 A는 1개의 부직포와 나노섬유, PAN나노섬유 공기필터 B는 2개의 부직포 사이에 나노섬유를 각각 히트롤러에 넣어 적층 가공법으로 압력 및 열융착을 통해 제조하였다.
3 mm/s, 적층 4회 반복하여 제조하며 PAN 나노섬유 공기필터 A는 1개의 부직포와 나노섬유, PAN 나노섬유 공기필터 B는 2개의 부직포 사이에 나노섬유를 각각 히트롤러에 넣어 적층 가공법으로 압력 및 열융착을 통해 제조하였다. PAN 나노섬유 공기필터 A는 PAN 나노섬유 + 부직포를 적층한 구조로 불순물 여과 시 전처리 과정에서 입자입경이 큰 불순물(PM 2.0 이상)을 제거하고, 입자입경이 작은 불순물(PM 2.0 이하)을 PAN 나노섬유로 여과하는 구조로 제작하였다. PAN 나노섬유 공기필터 A는 PAN 나노섬유 + 부직포를 적층한 구조로 불순물 여과 시 전처리 과정에서 입자입경이 큰 불순물(PM 2.
PAN 1 g, DMF 10 ml를 혼합하여 24시간 물리적으로 교반하여(350 rpm, 40 ℃) 용액을 제조하고 제조된 용액은 점도계를 이용하여 점도를 측정하였다. PAN 나노섬유는 제조한 PAN 고분자 용액으로 유량 0.3 ml/h, 전압 10 kV, 분사노즐과 집진판 거리 28 cm로 5시간 전기방사를 실시하여 제작하였다.
방사된 PAN 나노섬유는 비드가 형성되지 않고 섬유가 엉키거나 끊어짐 없이 안정적인 형상을 가지며 섬유직경이 200 ~ 300 nm를 가질 수 있었다. 공기필터를 제작하기 위해 히트롤러를 이용하여 부직포와 PAN 나노섬유를 적층 공정으로 압력 및 열융착 시켜 원경 15 cm2의 PAN 나노섬유 공기필터 A와 B를 제작하였다. 공기필터 성능시험에서는 NaCl 입자입경 0.
본 연구에서는 PAN 고분자로 전기방사 하여 제작된 PAN 나노섬유를 히트롤러에 넣어 공기필터를 제작하여 성능 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. PAN 1 g, DMF 10 ml를 교반한 고분자 용액으로 PAN 나노섬유를 제작하기 위한 최적의 조건은 전압 10 kV, 분사노즐과 집진판의 거리 28 cm, 유량 0.
본 연구에서는 여과효율과 압력손실을 평가하기 위해서 한국생산기술연구원 TSI-Fractional 3160 장비로 PAN 나노섬유 공기필터 A와 PAN 나노섬유 공기필터 B를 온도 25 ℃, 습도 40 %, 유량 32 l/m, 면속도 5.3 cm/s, 시험입자로는 0.1 ~ 0.6 μm 입경의 NaCl로 성능시험 하였다.
6과 7은 히트롤러를 이용하여 제조한 PAN 나노섬유 공기필터의 측면 SEM 이미지이다. 적층 가공은 양면온도 140 ℃, 압출 속도 3.3 mm/s, 적층 4회 반복하여 제조하며 PAN 나노섬유 공기필터 A는 1개의 부직포와 나노섬유, PAN 나노섬유 공기필터 B는 2개의 부직포 사이에 나노섬유를 각각 히트롤러에 넣어 적층 가공법으로 압력 및 열융착을 통해 제조하였다. PAN 나노섬유 공기필터 A는 PAN 나노섬유 + 부직포를 적층한 구조로 불순물 여과 시 전처리 과정에서 입자입경이 큰 불순물(PM 2.
(12) PAN 1 g, DMF 10 ml를 혼합하여 24시간 교반한 PAN + DMF 용액을 아래 Table 4와 같은 조건으로 방사하였다. 전기방사기로 유량, 전압, 분사노즐과 집진판의 거리를 조절하여 각각 15분씩 방사하고 포집된 섬유 현상을 Fig. 4와 같이 주사현미경 (SEM; Scanning Electron Microscope) 이미지로 촬영하였다. Sample (A), (B)와 같이 유량을 조절하여 전기방사를 실시한 경우 테일러 콘이 불안정하나 나노섬유 포집이 잘 이루어졌다.
3 cm/s로 유입된다. 테스터 필터 홀더부에 원경 15 cm2의 PAN 나노섬유 공기필터 A와 B를 각각 설치하고 상․하류부에 입자 계수기와 마이크로마노미터를 설치하여 여과효율 및 압력손실을 측청하였다.(10) 시험방법은 영국 표준 및 유럽 표준 (BS EN 1822-3; British Standard European Norm 1822-3)으로 실시하였으며 성능시험 조건은 Table 3에 나타내었다.
대상 데이터
전기방사는 Nano NC 사의 NNC-ESP 100을 이용하여 실시하였다. 본 전기방사에 사용한 고분자와 용매는 Sigma Aldrich 사의 PAN 고분자와 Macron사의 디메틸포름아미드(DMF; Dimethylformamide)이다. PAN 1 g, DMF 10 ml를 혼합하여 24시간 물리적으로 교반하여(350 rpm, 40 ℃) 용액을 제조하고 제조된 용액은 점도계를 이용하여 점도를 측정하였다.
테스터 필터 홀더부에 원경 15 cm2의 PAN 나노섬유 공기필터 A와 B를 각각 설치하고 상․하류부에 입자 계수기와 마이크로마노미터를 설치하여 여과효율 및 압력손실을 측청하였다.(10) 시험방법은 영국 표준 및 유럽 표준 (BS EN 1822-3; British Standard European Norm 1822-3)으로 실시하였으며 성능시험 조건은 Table 3에 나타내었다.
전기방사는 Nano NC 사의 NNC-ESP 100을 이용하여 실시하였다. 본 전기방사에 사용한 고분자와 용매는 Sigma Aldrich 사의 PAN 고분자와 Macron사의 디메틸포름아미드(DMF; Dimethylformamide)이다.
성능/효과
(3) 전기방사기술은 새로운 기술이 아닐지라도 최근 과학 기술계 전반에 걸쳐 큰 이슈가 되고 있는 나노기술의 대두와 함께 수 nm ~ 수 μm의 섬유를 제조할 수 있는 방법으로 큰 관심을 모으고 있다.
섬유가 엉키거나 끊어짐 없이 안정적인 형상을 가지며 비드가 관찰되지 않고, 나노섬유의 직경이 200 ~ 300 nm로 형성되었다. 따라서 본 시험에서 PAN 나노섬유를 제작하기 위한 최적의 조건은 PAN 고분자 1 g과 DMF 용매 10 ml를 혼합, 전압 10kV, 분사노즐과 집진판의 거리 28 cm, 유량 0.3ml/h이다.
3 ml/h이다. 방사된 PAN 나노섬유는 비드가 형성되지 않고 섬유가 엉키거나 끊어짐 없이 안정적인 형상을 가지며 섬유직경이 200 ~ 300 nm를 가질 수 있었다. 공기필터를 제작하기 위해 히트롤러를 이용하여 부직포와 PAN 나노섬유를 적층 공정으로 압력 및 열융착 시켜 원경 15 cm2의 PAN 나노섬유 공기필터 A와 B를 제작하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
나노섬유의 장점은 무엇인가?
전기방사를 통해 얻어진 나노섬유는 질량대비 표면적이 넓어 여과효율이 높고 공극률이 매우 높아 필터링 중 발생하는 압력손실이 적으므로 이런 특성을 이용하여 서브 미크론의 입자나 유해가스 등을 제거할 수 있으며 반도체, 무균실, 집진용, 발전용, 정밀기계용등 여러 곳에서 사용될 수 있다.(1,2) 본 연구에서는 전기방사법을 이용하여 제조한 폴리아크릴로니트릴(PAN; Ployacrylonitrile) 나노필터의 형상을 알아보고, 히트롤러로 부직포와 PAN 나노섬유를 적층한 공기필터의 여과효율 및 압력손실을 실험적인 분석을 통하여 PAN 나노섬유 공기필터가 고성능 공기필터로서 적용 가능한지 성능평가 하였다.
나노물질은 어떤 특성을 갖는가?
나노물질은 작은 크기와 공기필터 응용장치의 초고표면적과 함께 기계적, 물리적, 화학적 특성을 가진다. 전기방사는 나노섬유 중합체를 제조하는데 있어 가장 효율적인 기술로 인식되어왔다.
전기방사는 무엇을 제조할 수 있는 방법인가?
(1) 전기방사는 전하 차이를 이용하여 제조하는 방법으로 다른 방법으로는 가공할 수 없는 극세 고분자섬유를 제조할 수 있는 기술로 각광받고 있다. 고분자, 세라믹, 복합재료, 금속 등의 용액이나 용융물을 나노미터에서 서브 미크로미터 직경을 가진 섬유를 제조할 수 있는 비교적 간단하고 쉬운 방법이다.(2)
참고문헌 (13)
Kim, G. T., Ahn, Y. C., Lee, J. Y., Choi, J. W., Shin, H. S., Lee, J. G. and Seong C. M., 2003, "Fabrication of Polymer Nanofibers Using Electrospinning," Proceedings of the KSME 2003 Fall Annual Meeting, pp. 1869-1874.
Lee, J. W., So, D. S. and Su, H. S., 2010, "Nanofibers : Preparations and Applications," The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 13, No. 1, pp. 32-49.
Christian, B., Benjamin S. H. and Benjamin C., 2006, "Nanofibrous Materials and Their Applications," Vol. 36, pp. 333-368.
Lee, S. G., Choi, S. S. and Joo, C. W., 2002, "Nanofiber Formation of Poly(etherimide) Under Various Electrospinning Conditions," Journal of the Korean Fiber Society, Vol. 39. pp. 1-2.
Deitzel, J. M., Kleinmeyer, J., Harris, D. and Beck Tan, N. C., 2001, "The Effect of Processing Variables on Morphology of Electrospun Nanofibers and Textiles," Polymer, Vol. 42, pp. 261-272.
Kim, S. K., Kim, G. T., Ahn, Y. C., Shin, K. W. and Lee, J. K., 2005, "Performance Evaluation of High Efficiency Nanofilters," Proceedings of the KSME 2005 Fall Annual Meeting, No. 4, pp. 725-729.
Kim, G. T., Park, S. K., Ahn, Y. C. and Lee, J. K., 2005, "Fabrication of Polycarbonate Nano Fibers Using Electrospinning," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 29, No. 4, pp. 512-518.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.