KR100356411B1 - 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진용 공기 청정기에 사용되는 필터 여재에 관한 것이다. 본 자동차 엔진용 공기 청정기 필터여재는 합성섬유의 원료를 사용하여 섬유의 직경이 1∼5㎛이고 중량이 10~30g/㎡인 초극세 섬유층(Meltblown)과, 중량이 50~120g/㎡의 부직포가 수직접착제에 의하여 부착되어 전체중량이 70~150g/㎡, 두께가 0.5~1.5㎜로 이루어지고, 본 필터여재 제조방법은 섬유직경이 1~5㎛이고 중량이 10∼30g/㎡으로 폴리프로필렌계의 초극세 섬유층의 분진 포집사이에 폴리에틸렌계의 핫멜트파우더를 균일하게 뿌려주는 파우더 분사단계와, 상기 핫멜트 파우더가 있는 면위에서 전기 히터나 적외선 히터로 열원을 공급하여 핫멜트 파우더를 살짝 녹인 상태에서 초극세 섬유층을 그 위에 합지시키면서 약한 압력을 가해주는 합지단계를 포함한다. 이에 따라 가격이 저렴하면서도 높은 포집효율을 유지시키고, 압력손실을 낮게하는 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재와 그 제조방법를 제공한다.

Description

자동차 엔진용 공기청정기 필터여재와 그 제조방법{Engine intake air filtering and It's Manufacturing method }

본 발명은 자동차 엔진용 공기 청정기에 사용되는 필터 여재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다층구조의 부직포 필터 여재를 종이 여재와 같이 두께를 얇게하여 유니트 제작시 생산성을 높여 필터 유니트의 가격을 낮출 수 있으며, 종이 여재의 단점인 통기도를 개선하여 압력손실을 낮춤으로써, 가격이 저렴하면서도 높은 포집효율을 유지시키고 압력손실을 낮게하는 필터 여재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래에 자동차 엔진용 공기 청정기에 사용되는 필터여재는 단층 구조의 종이 필터 여재와 다층 구조로 된 부직포 필터 여재가 있다. 상기 종이필터 여재는 두께가 0.5㎜ 정도이며, 구조가 단층을 이루고 있어 초기 포집 효율은 높게 유지되며, 절곡성등의 생산성이 높은 장점을 가지고 있는데 반하여 통기도가 20∼30㏄/㎠/sec 정도로 낮게 유지가 되어 압력손실이 높고 단위면적당 분진 포집량이 적어 필터 유니트제조시 여재면적이 많이 소요된다. 그리고 다층구조로된 부직포여재는 두께가 2.0~3.5㎜이며, 통기도가 50~100㏄/㎠/sec으로 높아 압력손실이 낮게 유지되어, 분진포집량 또한 단층구조의 종이 여재보다 3∼4배 정도로 높아 필터의 수명을 길게 할 수 있고, 필터 유니트의 제조시에도 여재 면적이 적게 소요된다. 그러나 초기 청정효율이 낮고, 필터 유니트 제조시 생산성이 떨어지며, 유니트의 제조시 재료비를 비롯한 가공비가 높아지는 문제가 있다.한편, 공기정화장치용 여재 및 제조방법에 관한 기술이 일본 공개특허공보 특개평 6-343809호에 게재되어 있다.이는 소수성 섬유를 주성분으로 하고, 저밀도의 섬유구조체로 된 외층과, 친수성 섬유를 주성분으로 하고 고밀도의 섬유구조체로된 중간층과, 고밀도의 습식부직포로 된 내층을 포함하고, 상기 각층이 폴리에스테르계 수지로 함침된 여재와, 소수성 섬유를 주성분으로 하고, 저밀도의 섬유웹으로 된 제1층과 친수성섬유를 주성분으로 하고, 중간 정도의 밀도 섬유웹으로 된 제2층과 고밀도의 습식부직포로 된 제3층을 차례로 적층하고, 얻어지는 적층체를 폴리에스테르계 수지의 수성 에멀션으로 함침한 여재의 제조방법으로 이루어지고 있으나, 상기 기술은 제품구성이 소수성 섬유(Fiber)를 주성분으로 한 외간층(공기가 닿는면)과 친수성 섬유(Fiber)를 주성분으로 한 중간층, 그리고 습식 부직포를 조밀층으로 하는 3층 구조로 구성되어 있으며, 상기 습식 부직포는 여러가지 부직포 제조 방법중의 한가지 방법으로서 섬유의 길이가 짧은 PVA 혹은 PET, 바이오컴퍼넌트파이버(Bi-component fiber)등을 사용하여 제조되어 다층구조에 비하여 포집효율이 떨어지므로 성능이 저하되는 문제가 있다.그리고 제품전체의 구조도 외각층, 중간층, 습식부직포층의 3층 구조(일반적인 에어크리너 제품에 보편화되어 있는 방식)로 이루어져 자연스러운 밀도구배를 통하여 먼지 포집성능을 향상시킬 수 있으나 구조가 복잡하고 제작공수가 길어지는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 초극세 섬유층과 수지 접착부직포의 이층구조를 가지면서 높은 분진포집효율을 갖도록 함으로써, 초극세 섬유층이 99% 이상의 포집효율을 가지면서 종이 필터여재와 같이 두께가 얇은 형태로 제조를 해서 유니트 제조시 값싼 폴리우레탄 발포 형태의필터유니트의 제조를 이루게 하며, 가격이 저렴하면서도 높은 포집효율을 유지시키고, 압력손실을 낮게하는 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재와 그 제조방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기청정기 필터여재는 자동차에 적용되는 공기청정용 필터여재에 있어서, 합성섬유로서 비스코스레이온0.8~3.0d와, 폴리에스터1.0~6.0d가 혼방되어 있는 원료를 사용하여 섬유의 직경이 1∼5㎛이고 중량이 10~30g/㎡인 초극세 섬유층(Meltblown)과, 중량이 50~120g/㎡의 부직포가 수직접착제에 의하여 부착되어 전체중량이 70~150g/㎡, 두께가 0.5~1.5㎜로 이루어지는 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재가 제공되는 특징이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 필터여재 제조방법은 초극세섬유와 부직포가 아크릴수지접착제로 합지되는 공기청정기 필터여재를 제조함에 있어서, 섬유직경이 1~5㎛이고 중량이 10∼30g/㎡으로 폴리프로필렌계의 초극세 섬유층의 분진 포집사이에 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계, 에틸렌비닐아세테이트계 중 적어도 하나의 핫멜트파우더를 균일하게 뿌려주는 파우더 분사단계와, 상기 핫멜트파우더가 있는 면위에서 전기 히터나 적외선 히터로 열원을 공급하여 핫멜트파우더를 살짝 녹인 상태에서 초극세 섬유층을 그 위에 합지시키면서 약한 압력을 가해주는 합지단계를 포함하여 이루어지는 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재 제조방법이 제공되는 특징이 있다.

도 1 은 본 발명에 의한 필터여재의 제조공정 블럭도이고,

도 2 는 본 발명에 의한 필터여재의 요부 단면도이고,

도 3 은 본 발명에 의한 거품공정을 보인 개략정인 공정도이고,

도 4 는 본 발명에 의한 필터여재의 제조공정을 보인 개략적인 공정도이고,

도 5 는 본 발명에 의한 절곡공정을 보인 개략적인 공정도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10; 부직포 12; 초극세섬유층

20; 핫멜트파우더 30; 히터

50; 분사기 52; 파우더탱크

54; 브러쉬롤

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재와 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 도 1 은 본 발명에 의한 필터여재의 제조공정 블럭도이고, 도 2 는 본 발명에 의한 필터여재의 요부 단면도이고, 도 3 은 본 발명에 의한 거품공정을 보인 개략정인 공정도이고, 도 4 는 본 발명에 의한 필터여재의 제조공정을 보인 개략적인 공정도이고, 도 5 는 본 발명에 의한 절곡공정을 보인 개략적인 공정도이다.

본 발명의 필터여재는 도 2에서와 같이 초극세 섬유층(Meltblown)(12)과, 수지접착제에 의해 결속된 부직포(10)의 2층 구조로 되어 있으며, 수지 접착제에 의해 결속된 부직포(10)는 중량이 50∼120g/㎡의 범위를 가지며 사용되는 원료 섬유는 비스코스 레이온과 폴리에스테르를 혼합하여 사용된다. 여기서 비스코스레이온 섬유는 섬유의 직경이 0.8∼3.0d의 것을 사용하고, 폴리에스테르 섬유는 직경이 1.0∼6.0d을 혼합하여 원료섬유를 구성하며, 비스코 레이온 섬유는 전체 섬유중의 30％미만으로 하는 것이 재료비의 감소 측면에서 유리하며, 전체 원료 섬유의 중량은 30∼100g/㎡을 유지한다.

이와 같이 혼합된 섬유는 카드기에 의해서 웨브(web)로 성형되며, 이 웨브(web)는 아크릴계등의 수지접착제에 의해서 결속이 이루어진다. 결속 공정은 거품법에 의해서 이루어지는데 거품법 공정은 아크릴계 수지접착제에 의해서 결속이 이루어진다.

거품법 공정은 도 3에서와 같이 아크릴계 수지 접착제에 기포제, 가교제등의 조제를 혼합하여 에멀젼 상태의 수지 접착제를 완성한 후 교반기(70)로 저어주어 충분히 섞은 다음 펌프(72)로 수지접착제를 이송시키는데 이때 공기를 함께노즐(74)로 주입시켜 수지접착제를 거품형태로 만든 다음 두개의 롤(76)(76a) 위로 균일하게 이송을 하여 카드기에서 제조된 웨브(Web)를 거품이 형성되어 있는 수지 접착제 사이를 통과 시킨 후 건조시켜 제조한다. 이때 수지접착제의 폼 중량(Foam weight)은 100∼300g/l로 하며, 건조후 수지 접착제를 중량은 30∼100g/㎡을 유지하고, 웨브와의 중량비는 수지 접착제가 전체 부직포 중량의 30∼50% 범위로 한다.

제품의 건조는 캔 형상의 건조기를 160℃에서 건조를 시킨다. 부직포의 결속 방법중 거품법 공정은 생산설비가 타 결속 공정에 비해 간단하고, 제조 속도가 빨라 생산비가 저렴한 공정이다. 여기서 제조된 부직포의 총 중량은 60∼150g/㎡이며, 자동차 엔진용 공기 청정기 필터 성능에서는 분진 포집량을 두께가 0.7∼1.0㎜를 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 부직포는 도 4에서와 같이 초극세 섬유층(Meltblown)과 합지가 이루어지는데 초극세 섬유층은 중량이 10∼30g/㎡의 것을 사용하는데 원료 조성이 폴리프로필렌 100％의 것을 사용하며, 섬유의 직경이 1∼5㎛ 정도로 얇기 때문에 높은 분진 포집사이에 뿌려서 접착을 한다. 이때 사용하는 핫멜트파우더(20)는 폴리에틸렌계, 폴리 올레핀계, 에틸렌비닐아세테이트계 중 적어도 하나 또는 그 이상을 사용한다. 본 발명에서는 폴리에틸렌계(LDPE)가 사용되며 폴리에틸렌계의 녹는점은 100℃이므로 수지접착제에 의해 결속된 부직포 위에 폴리에틸렌 파우더를 균일하게 뿌려주고 핫멜트파우더(20)가 있는 면위에서 전기 히터 또는 적외선 히터(30)로 열원을 공급하여 핫멜트파우더(20)를 살짝 녹인 상태에서 초극세 섬유층(12)을 그 위에 합지시키면서 약한 압력을 가해주어서 합지를 시킨다. 이때 핫멜트파우더(20)를 뿌려 주는 분사기(50)장치 파우더를 담겨있는 파우더탱크(52) 밑에 브러시롤(54)이 있어 이것이 호전을 하면서 핫멜트파우더(20)를 파우더탱크(52)로 부터 부직포(10)로 이송을 시켜서 부직포(10) 위에 균일하게 뿌려주는데 핫멜트파우더(20)의 문무 량은 브러쉬롤(54)의 회전속도에 의해서 결정되며, 5∼10g/㎡ 정도가 바람직하다. 또한 핫멜트파우더(20)의 량이 적으면 부직포(10) 합지후 접착력이 약화되고, 양이 많았을 경우에는 통기도에 영향을 미쳐 압력손실의 상승을 가져오므로 파우더의 양과 합지시 접착을 시키기 위한 압력을 최소로 조정을 하는 것이 바람직하다. 그리고 분무된 핫멜트파우더(20)를 살짝 녹인 상태에서 초극세섬유층(12)을 그 위에 합지시키면서 약한 압력을 가해주어서 합지를 이루어 필터여재를 완성한다.

이렇게 제조된 필터여재는 절곡공정을 거치는데 절곡공정은 도 5에서와 같이 두개의 절곡롤(80)(80a)과 두개의 핫멜트 레진토출기(Applicator;82,82a) 그리고 적층기(Accumulator;84)로 구성되어 있다. 절곡 롤(80)(80a)의 배열을 위·아래로 위치하며 각각의 롤(80)(80a)은 양각으로 조각된 홈이 교차하는 구조로 되어 있으며, 필터여재가 절곡롤(80)과 절곡롤(80a) 사이를 통과할 때 압력을 주어서 필터여재에 일정간격으로 양각으로 새겨져 있는 홈에 의해서 자국을 내어 준 다음 핫멜트 레진 토출기(82)(82a)가 필터여재 윗면의 양끝쪽에서 핫멜트 레진을 균일하게 묻혀주고 적층기(84)에서 접어주면 부직포 양쪽끝에 묻어 있는 핫멜트 레진이 서로 붙으면서 형태를 유지하여 절곡공정을 마치게 된다.

여기서 핫멜트레진을 필터여재 양끝면에 처리하는 것은 필터여재의 절곡형태를 유지하는 것과 유니트제조 후에 자동차 엔진용 필터여재로 사용시 공기가 새는 현상을 막기 위함이다.

필터여재의 절곡이 완성된 후의 공정은 필터유니트를 만드는 최종단계인 폴리우레탄 폼형성 공정이다.

폴리우레탄 폼 공정은 절곡된 필터여재를 필요한 크기만큼 자른 후 플라스틱 금형에 폴리우레탄을 넣은 다음 절곡된 필터를 끼워넣은 후에 50℃정도의 온도에서 폴리우레탄이 발포를 하여 절곡된 필터여재의 가장자리에 폼을 형성시키면 자동차 엔진용 공기청정기 필터 유니트가 완성된다.

실시예

원료섬유; PET 2d 70%

레이온 1.5d 30%

중 량 50g/㎡

수지접착제; 폴리스타일렌계 수지접착제

중 량 40g/㎡(고형분 기준)

초극세섬유층; 18g/㎡

핫멜트파우더; 폴리에틸렌계 파우더

중 량 ; 5g/㎡

총 중 량; 113g/㎡

위의 실시예는 카드기에 의해서 성형된 웨브를 스타일렌계 수지접착제를 거품법에 의해서 결속이 이루어지고, 거품법 공정에서 폼중량은 150g/㎡로 하며, 롤과롤 사이의 간격은 0.2㎜, 생산속도는 30m/min로해서 부직포(10)를 제조하고, 초극세섬유층(12)과의 합지방법은 부직포(10) 위에 폴리에틸렌계 파우더를 고루게 뿌려주고 적외선 히타(30)를 이용해서 핫멜트파우더(20)를 살짜 녹인 상태에서 초극세섬유층(12)을 합지 시킨 후 압착롤로 2㎏이하의 압력으로 눌러주고 냉각롤(90)에서 냉각을 시켜 합지를 시킨다. 이때 제조된 필터여재의 중량은 113g/㎡, 두께는 0.7㎜, 통기도는 35cc/cm/sec 이상을 유지시킨다.

필터종류	중량(g/㎡)	두께(㎜)	초기효율(%)	수명효율(%)	분지포집량(g/530㎠)
실시예	113	0.7	99.2	99.7	25.7
비교예1	230	2.7	97.6	99.0	67.5
비교예2	140	0.65	98.5	99.5	23.1

위의 측정결과는 통기저항이 300mmAq 증가시 까지 측정한 결과이며, 실시예는 수지접착제를 사용한 이층구조의 부직포 필터여재이고, 비교예 1은 다층구조의 부직포 여재이고, 비교예 2는 종래의 종이필터여재이다. 표 1은 성능평가에 대한 결과로서 비교예 1은 실시예나 비교예 2에 비해 분진포집량이 월등하나 효율면에서는 타 여재에 비해 낮게 평가되었고, 실시예나 비교예2의 경우에는 분진포집량이 비교예 1에 비해서는 현저히 떨어지나 효율적인 측면에서는 우월한 결과를 얻었다. 실시예는 비교예 1보다는 효율면에서는 월등하였고, 비교예 2보다는 양호한 결과를 얻었다.

이와 같이 폴리우레탄 폼으로 유니트를 제조하는 방법은 타 유니트 제조방법에 비해 제작속도가 빠르고, 재료비가 상대적으로 적게 소요되어 다른 방법에 의해 제조되는 경우보다 경제적으로 유니트의 제조가 가능하다. 이런 폴리우레탄 폼을형성시켜 유니트를 제조하는 것은 자동차 엔진용 공기청정기에서는 종래의 필터여재중에 종이 여재만이 가능하고 다층구조로 형성되어 있는 부직포여재는 불가능하다. 이는 부직포여재는 그 두께가 2㎜ 이상으로 종이여재에 비해 유니트 제조시 소요되는 여재의 면적이 1/3 밖에 소요되지 않는 장점은 있으나 부직포 필터 여재자체가 종이여재의 가격에 비해 3배 비싸고, 폴리우레탄 발포 유니트 제조시 부직포여재는 두께가 두꺼워 산과 산 사이의 간격이 넓어 폴리우레탄 폼이 여재 안쪽으로 밀려 들어오는 현상이 발생하여 여재 면적을 줄이는 현상이 발생하여 다층구조의 부직포는 분진 포집량이 종이 필터여재에 비해 커 수명이 길고, 통기저항이 낮은 장점을 갖는다.

이와 같은 본 발명의 자동차 엔진용 공기 청정기 필터여재는 각층의 역할을 달리하는데 포집효율은 초극세 섬유층에 의해 결정이 되고, 분진 포집량은 부직포에 의해서 결정된다. 그리고 통기도의 영향을 미치는 층은 섬유층이 주된 요인이 되는데 초극세 섬유층의 두께를 얇게 유지할 수 있기 때문에 포집효율의 저하 없이 통기도의 향상을 가져올 수 있도록 함으로써, 자동차의 출력향상을 이루게 하면서 기존의 종이여재를 사용하는 필터여재나 다층구조를 이루는 부직포 필터여재에 비해서 필요성능에 따라 두개층 중 어느 한 층만을 변화시킬 수 있으므로 필터의 성능을 쉽게 조절할 수 있어 기존의 필터에 비해 신규필터여재의 개발이나 생산성의 향상을 가져다 주는 효과가 제공된다.

Claims (4)

1. 폴리에스테르와 레이온으로 구성되는 자동차에 적용되는 공기청정용 필터여재에 있어서;

   합성섬유로서 비스코스레이온0.8~3.0d와, 폴리에스터1.0~6.0d가 혼방되어 있는 원료를 사용하여 섬유의 직경이 1∼5㎛이고 중량이 10~30g/㎡인 초극세 섬유층(Meltblown)과, 중량이 50~120g/㎡의 부직포가 수직접착제에 의하여 부착되어 전체중량이이 70~150g/㎡, 두께가 0.5~1.5㎜로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재.
2. 제1항에 있어서;

   상기 수지접착제는 아크릴계, 에틸렌 비닐아세테이트계 등의 수용성 수지접착제중 적어도 어느 하나를 사용하며, 합성섬유가 50%~70%, 수지접착제가 30%~50%으로 하여 결속된 부직포의 중량이 60~120g/㎡로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진용 공기청정기의 필터여재.
3. 초극세섬유와 부직포가 아크릴수지접착제로 합지되는 공기청정기 필터여재의 제조함에 있어서;

   섬유직경이 1~5㎛이고 중량이 10∼30g/㎡으로 폴리프로필렌계의 초극세 섬유층의 분진 포집사이에 폴리에틸렌계, 폴리 올레핀계, 에틸렌비닐아세테이트계 중 적어도 하나의 핫멜트파우더를 균일하게 뿌려주는 파우더 분사단계와;

   상기 핫멜트 파우더가 있는 면위에서 전기 히터나 적외선 히터로 열원을 공급하여 핫멜트 파우더를 살짝 녹인 상태에서 초극세 섬유층을 그 위에 합지시키면서 약한 압력을 가해주는 합지단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재 제조방법.
4. 제3항에 있어서;

   상기 초극세 섬유층과 부직포의 합지는 폴리에틸렌계등의 분말5~20g/㎡를 부직포 위에 뿌려주고 열로 폴리에틸렌 분말을 살짝 녹인 상태에서 초극세 섬유를 그 위쪽 면에 합지하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 공기청정기 필터여재 제조방법.