KR100438332B1

KR100438332B1 - 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100438332B1
Application number: KR10-2001-0064397A
Authority: KR
Inventors: 곽규범; 이재민
Original assignee: (주)크린앤사이언스
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2004-07-01
Also published as: KR20030032573A

Abstract

본 발명은 자동차 엔진과 같은 내연기관의 유입공기 정화용 여재에 관한 것으로, 특히, 에어 레이드 공정으로 제조되어 오염물질을 효과적으로 제거하고 사용주기를 연장 가능하도록 한 에어 레이드 여재에 관한 것이며, 합성섬유 단섬유를 1 내지 6 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 25% 내지 95%의 중량비로 혼합하며, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.5 내지 6 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 5% 내지 60% 중량비로 혼합하고, 펄프를 70% 이하의 중량비로 혼합하여 전체 중량이 50 g/m²내지 200 g/m²범위가 되는 외재와; 펄프를 70% 내지 95%의 중량비로 혼합하고, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.4 내지 2 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 중량비 5 내지 30%로 혼합하여 전체 중량이 50 g/m²내지 200 g/m²범위가 되는 내재와; 상기 내재에 열경화성수지 또는 열가소성수지 고형분이 희석비를 10% 내지 30%인 수지액이 외재, 내재를 포함하는 여재가 전체 중량 100~400g/m²범위에서 수지 전체 중량비가 10% ~ 30%가 되도록 수지액 함침되는 함침부를 포함하여 이루어지는 등의 특징에 의하여 외재, 내재 다층 형태 구조로 종이 여과지의 특성을 보완하고 벌키성을 제고하여 종이 여과지의 응용분야를 확대하고, 공기의 정화율을 향상시키는 효과와, 자동차 유입공기 정화기에 사용하는 경우, 연료효율을 높이고, 공기정화기의 사용주기를 연장하므로 친환경적인 효과가 있다.

Description

자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재 및 그 제조방법{A MANUFACTURING METHOD AND A MATERIAL OF FILTERING INFLOW AIR FOR AUTOMOBILE}

본 발명은 자동차 엔진과 같은 내연기관의 유입공기 정화용 여재에 관한 것으로, 특히, 에어 레이드 공정으로 제조되어 오염물질을 효과적으로 제거하고 사용주기를 연장 가능하도록 한 에어 레이드 여재에 관한 것이다.

자동차는 휘발유, LPG, 경유 등과 같은 액체연료를 기화시켜 기체연료로 변환하고 상기 기화된 기체연료를 내연기관에 유입시켜 발화 또는 폭발이 발생하도록 하는 것으로, 상기와 같이 기화 과정에서 깨끗한 공기가 필요하며, 공기는 대기중의 공기를 이용하게 된다.

상기와 같은 대기중의 공기는 일반적으로 여러 종류의 이물질 또는 오염물질이 섞여 있게 되고, 상기와 같은 오염물질로써, 크게는 모래 등이 있고, 작게는 미세한 마이크로 단위의 먼지 등이 있으며, 상기와 같은 오염물질이 연료와 혼합되는 경우, 기체연료의 발화가 용이하게 진행되지 않는 문제 및 내연기관의 내벽부와 피스톤부를 파괴하는 등의 문제가 있다.

상기와 같이 대기 중의 공기에 섞여 있는 오염물질을 제거하기 위하여 사용되는 것이, 공기여과기 또는 공기필터기 또는 포집기(이하 여과기라 한다)이며, 상기와 같은 여과기를 구성하여 오염된 공기로부터 오염물질을 제거하므로써 청정한 공기로 변환하는 것이 여재이다.

이하, 종래 기술에 의한 여재를 설명하면, 천연 펄프(PULP) 등으로 이루어지는 장섬유와 단섬유 그리고 합성섬유의 원료를 배합하고, 해리 및 고해를 거쳐 액체에 저농도로 희석한다.

상기와 같이 혼합섬유가 저농도로 희석된 액체를 헤드박스(HEAD BOX)로 이송하고 석션(SUCTION)에 의하여 탈수를 하며 건조기에 의하여 건조시킨다.

상기와 같이 건조된 상태를 일명 종이(PAPER)라고도 하며, 상기와 같이 형성된 형태를 안정화시키기 위하여 레졸, 아크릴, 에폭시, PVAC 등과 같은 수지물을 전체 중량대비 15~30% 로 함침하므로써, 여과용 여과지 또는 여재를 제조하며 상기와 같은 공정을 웨트 레이드(WET LAID) 공정이라고 한다.

상기 여재는 두께가 적절해야만, 즉 적절히 벌키(BULKY)한 상태에서는 적은 압력손실 및 통기성을 유지하고 일정한 량의 오염물질을 포집 할 수 있게 되는 동시에 여재로서의 사용수명이 길어지는 특성이 있게 된다.

또한, 상기 여재는 사용되는 용도 및 장소에 적합하게 성형하고, 또한, 여과 면적 및 통기성 향상 등의 목적으로 성형을 하기도 하며, 상기와 같이 성형된 상태를 유지하여야 하는데, 웨트 레이드 공정으로 제조된 여재는 성형성이 우수하다.

일반적으로 상기 웨트 레이드 공정에 의한 여과지의 여재는 0.4 ㎜ 내지 1.5 ㎜ 범위의 두께를 갖는다.

그러나, 상기와 같은 웨트 레이드 공정에 의하여 제조되는 여과지 또는 여재는 그 두께의 조절이 자유롭지 못하고, 또한, 사용 수명이 제한되며 재사용이 어렵다는 등의 문제가 있었다.

상기와 같은 웨트 레이드 여재의 벌키(BULKY)하지 못한 문제를 일부 개선한 것이 부직포(NON WOVEN) 여재이다.

상기와 같은 부직포는 카드기(CARDING)에 의하여 원료를 혼합하고 제조하는 것으로, 일 예로써, 1호 카드기는 폴리에스테르 3 데니어(DENIER), 64 ㎜, 60%와 폴리에스테르 2 데니어(DENIER), 51 ㎜, 40%로 카딩하고, 2호 카드기는 비스코스레이온(VISCOSRAYON) 1.5 데니어(DENIER), 38 ㎜, 40%와 폴리에스터 2 데니어, 51 ㎜, 40%와 저융점 섬유 2 데니어, 51㎜, 20%로 카딩하며, 3호 카드기는 비스코스레이온 1 데니어, 38㎜, 30%와 저융점 프로필렌 1.5 데니어, 51㎜, 30%와 비스코스레이온 1.5 데니어, 51㎜, 40%로 카딩한다.

상기와 같이 카딩된 웹(WEB)은 니들펀칭(NEEDLE PUNCHING), 열 프레스, 케미컬 처리, 건조처리 등의 공정을 거치므로써 최종적인 부직포 여재로 형성된다.

상기 각 카드기(CARDING)에 의하여 형성되는 웹은 각각 조직 구조가 다르고 서로 구별되는 층 구조를 가지는 장점에 의하여 종이 여과지에 비하여 상대적으로 벌키(BULKY)하며 오염물질의 포집성이 우수하다.

그러나, 상기와 같은 부직포 여재는 두께의 조절이 용이하고 벌키하므로, 우수한 통기성이 지속되는 상태에서 여재로써 오래 동안 사용할 수 있는 장점이 있으나, 성형성은 상기 종이 여과지와 대비하여 상대적으로 좋지 않은 문제가 있었다.

본 발명은 벌키하고 우수한 생산성 및 저가격화가 가능하며 성형성이 좋은 여재로써, 특히, 에어 레이드 공정으로 제조되는 내연기관 유입공기 정화용 여재를 제공하는 것이 그 목적이다.

도1 은 일반적인 기계적 필터의 포집개념도 이고,

도2 는 본 발명에 의한 유입공기 정화용 에어 레이드 여재 단면 상태도 이며,

도3 은 본 발명에 의한 에어 레이드 여재 제조 순서도 이고,

도4 는 본 발명에 의하여 절곡 성형된 에어 레이드 필터의 일 예에 의한 상태도 이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

10 : 외재 20 : 내재

30 : 함침부 40 : 절곡부

100 : 여재

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기 정화용 여재에 있어서; 합성섬유 단섬유를 1 내지 6 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 25% 내지 95%의 중량비로 혼합하며, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.5 내지 6 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 5% 내지 60% 중량비로 혼합하고, 펄프를 70% 이하의 중량비로 혼합하여 전체 중량이 40 g/m²내지 150 g/m²범위가 되는 외재와; 펄프를 70% 내지 95%의 중량비로 혼합하고, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.4 내지 2 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 중량비 5 내지 30%로 혼합하여 전체 중량이 50 g/m²내지 200 g/m²범위가 되는 내재와; 상기 내재에 열경화성수지 또는 열가소성수지 고형분의 희석비가 10% 내지 30%인 수지액이 외재, 내재를 포함하는 여재가 전체 중량 100~400 g/m²범위에서 수지 전체 중량비가 10% ~ 30%가 되도록 수지액 함침되는 함침부를 포함하여 외재, 내재 다층 형태 구조로 이루어진 구성을 특징으로 하는 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재를 제공한다.일반적인 에어 레이드 공법은 천연 펄프(Pulp), 합성 섬유와 열가소성 수지를 도포하여 웨브(WEB) 또는 섬유상 시트를 제조하고 있으나 여과 소재의 필터용으로 사용하기 위하여서는 적정 공기량 유입, 먼지 입자별 포집 효율, 먼지 포집 용량을 유지하도록 설계되어야 한다. 천연 펄프(Pulp)를 여과 소재용으로 사용되는 경우 보통 침엽수와 활엽수의 펄프를 혼합하여 사용하는데, 이는 종이 여과지에서 말하는 단섬유, 장섬유로 구조로 되어 있으나 여과 단면이 넓적한 모양이 되어 종이 여과지 제조 시 중량 100g/m²~ 200g/m²대비 두께가 보통 0.4mm ~ 1.5mm로 범위로 포어 사이즈(Pore Size)는 보통 30 ~ 130마이크로비터의 구조로 되어 부직포 여재에 비해 낮은 벌키성을 가지고 있다. 본 발명에 있어서 외재 부분은 이러한 점을 개선하기 위하여 에어 레이드 제조시 종이 여과지의 벌키성을 개선하기 위하여 섬유 굵기가 큰 합성섬유를 사용하고 에어 레이드 제조상 문제가 없도록 섬유와 섬유를 자체 열에 의하여 결합되도록 저융점 섬유를 외재 부분에 혼합하고 내재 부분은 종이 여과지의 형태를 유지할 수 있도록 역시 저융점 섬유를 혼합하여 그 형태가 유지되도록 설계하였다. 본 발명의 여재는 외재와 내재가 결합된 형태 구조가 이상적이다. 즉, 내재는 종이 여과지 구조 형태로 자동차 공기 유입 공기 정화용 여재에 있어서 1 ~ 80마이크로미터 범위의 먼지 입자 효율을 초기 97.5%, 말기 99%가 유지되도록 설계되고 외재는 먼저 포집량을 향상시키도록 설계했다. 이러한 여재는 외재 단독으로 사용할 수 있으나 외재 단독으로는 효율이 저하되어 사용시 문제가 있다. 따라서 자동차 공기 유입 공기 정화용 여재로 사용하기 위하여서는 외재, 내재가 혼합된 다층 구조 형상으로 설계된 것이 본 발명에 따른 여재의 특징이다.외재, 내재에 열융착 섬유가 10~30% 혼합되어야 펄프(PULP), 합성섬유가 건조열에 의하여 잘 결합되고, 일부 접착제를 스프레이나 함침을 하여 접착 기능을 향상시킬 수 있다. 특히 5% 미만의 열 융착 섬유가 혼합되는 경우는 웨브가 잘 결합되지 않아 다른 접착성 결합 물질을 넣어 제조하거나 압착하여 제조해야 되나 이는 통기성을 막아 자동차 유입 공기 정화용 여재로는 적합하지 않다. 또한 적정 함량 이상의 열융착 섬유가 다량 혼합될시는 건조 공정에서 열 수축과 자동차 유입 공기 정화용 여재 사용 시 엔진 내의 유입 공기가 다시 재 순환하는 엔진의 경우 열 융착 섬유로 인하여 여재의 파괴 현상이 생켜 포어 사이즈가 커져 먼저 포집 효율이 떨어질 가능성이 있다.또한 본 발명은, 외재와 내재로 구성되는 공기 정화용 여재에 있어서 상기 외재와 내재는 각각 에어 레이드 공정에 의하여 웹을 형성하고; 상기와 같이 형성된 웹은 전체 중량 100~400g/m²에 열경화성 또는 열가소성 수지 고형분의 희석비를 10% 내지 30% 범위로 하는 수용성 또는 유용성 수지액을 전체중량 대비 10% 내지 30%의 중량비 내재에 함침하며; 열처리에 의하여 건조하고; 절곡기를 사용하여 해당 형상으로 절곡하며; 절곡된 형상 유지를 위하여 섭씨 130도 내지 180도 범위에서 경화하는 것을 특징하는 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재 제조방법을 제공한다. 수지 액이 전체 중량 대비 10% 미만이면 에어레이드 여재가 소프트하고 강도가 없어 절곡을 할 수 없으며, 수지 액이 전체 중량 대비 31% 이상이면 기공 구조를 막아 통기도 저하를 일으켜 필터 사용 주기가 줄어 들 수 있다.또한 수지액 자체로 함침하면 제조상의 수지액이 통상적으로 40~60%의 수지와 물 또는 메탄올로 이루어지기 때문에 수지 100% 사용 시 공정 상 제조하기에는 문제가 많다.이하, 본 발명에 의한 것으로써, 에어 레이드 공정으로 제조되는 공기정화용 여재를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도1 은 일반적인 기계적 필터의 포집개념도 이고, 도2 는 본 발명에 의한 유입공기 정화용 에어 레이드 여재 단면 상태도 이며, 도3 은 본 발명에 의한 에어 레이드 여재 제조 순서도 이고, 도4 는 본 발명에 의하여 절곡 성형된 에어 레이드 필터의 일 예에 의한 상태도 이다.

오염물질을 분리 또는 여과하는 여과기는, 크게 액체를 정화 또는 여과하는 액체여과기와 기체를 정화 또는 여과하는 공기여과기로 분류할 수 있다.

상기와 같이 오염된 공기를 정화하는 여과기(FILTER)는 오염된 공기로부터 오염물질을 포집 또는 여과 또는 차단(이하 여과라 함)하므로써, 깨끗한 공기를 생산하는 것으로, 종이 여과재가 있고 부직포 여재가 있으며, 여과방식에 따라 건식여과방식과 습식여과방식으로 분류된다.

상기와 같이 부직포에 의한 공기여과기(AIR FILTER)의 여과 방식은, 상기 첨부된 도1에 도시된 것과 같은 기계적 여과방식이 있고, 사용되는 주변환경의 온도도 중요한 분류 요인 중에 하나이다.

상기와 같은 공기여과기의 기계적 여과방식에는 관성효과, 차단효과, 확산효과, 중력효과에 의한 작용으로 오염물질을 여과하는 것으로써, 상기와 같은 작용을 첨부된 도1을 참조하여 설명한다.

상기 도1의 A에 도시된 것과 같은 관성효과(INERTIAL EFFECT)는, 공기 중에 혼합된 무거운 오염입자가 관성력에 의하여 여재인 섬유 주위에서 공기의 흐르는 방향을 따라 즉, 기류에 의한 유선상으로 흐르지 못하고 직진하려는 경향이 있게 되고, 상기와 같은 오염물질의 관성에 의하여 비교적 무거운 오염물질이 여재의 섬유에 직접 충돌되므로 여과(FILTER)된다.

상기와 같은 관성효과는 기류에 의한 유속과 오염입자의 크기가 증가할수록 그리고, 여재의 섬유 직경이 감소할수록 그 효과가 증가한다.

또한, 상기 도1의 B에 도시된 것과 같은 차단효과(INTERCEPTION EFFECT)는,공기의 진행방향으로 오염입자가 진행을 하는 경우, 상기 오염입자의 반경(r)보다 더 큰 반경(R)을 갖는 여재의 섬유상 옆을 지나갈 때, 상기 반경이 작은 입자(r)는 섬유에 부딪치게 되므로써 여과(FILTER)된다.

상기와 같은 차단효과는 공기의 흐름 형태가 변하지 않는 경우, 상기 기류에 의한 유속의 영향을 받지 않는 특징과, 오염입자의 크기가 증가할수록 또한, 섬유사이의 간격이 감소할수록 여과(FILTER)효과가 증가하는 특징이 있다.

또한, 상기 도1의 C에 도시된 것과 같은 브라운(BROWN) 확산에 의한 확산효과(DIFFUSION EFFECT)는, 공기 중에 0.1 ㎛ 미만의 입자가 분자의 열적운동인 브라운 운동(BROWN MOTION)에 의하여 임의 확산(DIFFUSION)을 하게 되는데, 상기와 같은 확산에 의하여 오염입자가 섬유상에 여과(FILTER)되는 것이다.

즉, 오염입자가 기류와 섬유표면간의 농도 차이로 섬유상에 부착하여 여과되는 것이며, 상기와 같은 확산효과는 기류에 의한 유속이 느릴수록, 입자의 직경이 작을수록, 그리고 섬유의 직경이 감소할수록 그 효과가 증가하는 특성이 있다.

또한, 상기 도1의 D에 도시된 것과 같은 중력효과(GRAVITY EFFECT)는, 큰 직경을 갖는 오염물질의 느린 이동속도에 의하여, 상기 오염물질에 중력이 작용하고, 상기 중력에 의하여 섬유상에 유선으로 떨어지는 오염입자를 상기 섬유상이 여과(FILTER)하는 것이다.

상기와 같은 기계적 여과에 의하여 이물질을 여과 또는 포집 또는 차단하는 부직포 여재는, 일반적으로 여러 가지 제조공법을 이용하여 제조할 수 있다,

일 예로서, 스펀본드(SPUNBOND), 니들펀칭(NEEDLE PUNCHING), 케미컬접착(CHEMICAL BOND), 열융착(THERMAL BOND) 및 멜트브로운(MELTBLOWN) 등의 공법 또는 공정이 있다.

상기 멜트브로운 공정은 단일공정이며, 설비 투자비가 일반적인 부직포를 생산하는 카드기(CARDING) 시설비용과 비슷하지만, 원료 가격이 비교적 비싸고, 생산성이 떨어지는 문제점이 있는 것으로써, 종이 여과지보다 약 2배 내지 4배 정도의 생산비가 많이 소요되는 문제점이 있다.

상기와 같은 멜트브로운 공정의 문제점을 개선하는 것이 에어 레이드 공정으로써, 공기로 섬유재를 이송하여 부직포를 제조하는 것이다.

상기와 같은 에어 레이드 공정을 사용하는 경우, 부직포의 생산성이 약 10배 내지 20배정도 향상되므로, 멜트브로운 또는 니들펀칭에 의한 부직포 보다 경쟁력이 있는 공정인 동시에, 종이 여과지와 부직포 여재의 모든 장점을 공유할 수 있는 여재를 제조할 수 있는 장점이 있다.

공기정화용 여재로 사용되는 부직포(NON WOVEN)를 에어 레이드(AIR LAID) 공정으로 생산하는 경우, 벌키(BULKY) 성은 있지만, 여재로써 사용하기에는 성형성과 여과효과 등에 문제가 있으므로, 서로 구조가 다른 복수의 층 구조로 구성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 에어 레이드 공정, 즉, 단층 또는 2층 구조의 원재료를 이용하여 층 구조를 갖는 웹(WEB)을 결합할 수 있는 기술은, 독일의 '프라이스너'라는 회사에서 개발하여 공급하는 기계장비를 이용하는 것으로, 원료배합, 공기이송, 웹(WEB) 형성, 건조와 같이 간단한 과정으로 이루어진다.

상기와 같은 에어 레이드 공정에 사용되는 여재의 원재료는, 성형성과 여과성이 우수한 천연 섬유의 펄프(PULP)에, 합섬섬유 특히 폴리프로필렌, 폴리에스터와 더불어 저융점을 갖고 있는 SIDE BY SIDE, CO-POLYMER 단섬유와 같이 상호 융점이 다른 합섬섬유를 중량비로 50% 내지 60% 범위로 혼합하는 경우 종이 여과지의 특성과 우수한 벌키성이 함께 유지된다.

상기와 같은 공기여과기는 정화과정에서 낮은 압력손실과 높은 공해물질 포집 특성을 필요로 한다.

본 발명에 의한 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드(AIR LAID) 여재(100)를 상기 첨부된 도2를 참조하여 설명하면, 엔진 외부의 대기로부터 공기를 직접 유입하고 오염물질 또는 오염입자를 1차 여과하는 외재(10)와,

상기 외재(10)에 일체로 밀착 접착되고, 상기 1차 여과된 공기로부터 오염물질 또는 오염입자를 2차 여과하는 내재(20)와,

상기 내재(20)에 수지가 함침(IMPREGNATION)되어 여재(100)의 절곡성을 향상시키는 함침부(30)로 이루어진다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드(AIR LAID) 여재(100)의 구성성분을 상기 첨부된 도2를 참조하여 설명하면,

합성섬유인 폴리에스터(PET) 단섬유를 1 내지 6 데니어(DENIER)의 굵기, 2 내지 10 밀리미터(㎜)의 단위 길이로써 25% 내지 95%의 중량비로 혼합하며, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.5 내지 6 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터(㎜)의 단위 길이로써 5% 내지 60% 중량비로 혼합하고, 천연섬유인 펄프(PULP)를 70% 이하의 중량비로 혼합하여 전체 중량이 50 g/m²내지 2000 g/m²범위가 되는 외재(10)와,

펄프를 70% 내지 95% 중량비로 혼합하고, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.4 내지 2 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터(㎜)의 길이로써 중량비 5 내지 30%로 혼합하여 전체 중량이 50 g/m²내지 200 g/m²범위가 되는 내재(20)와,

상기 내재(20)에 열가소성 수지인 페놀(레졸) 또는 열가소성 수지인 아크릴의 고형분을 10% 내지 30% 포함한 수지액이 전체 중량의 10~30% 함침(IMPREGNATION)되어 형성되는 함침부(30)를 포함하여 이루어지는 구성이다.

상기와 같이 형성되는 것으로, 본 발명의 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재 제조 방법을 첨부된 도3을 참조하여 설명하면,

상기의 내재(20)와 외재(10)를 구성하는 각각의 원재료를, 각각 에어 레이드(AIR LAID) 공정을 이용하여 공기로 이송하므로써 웹(WEB)을 형성하고(S10),

페놀, 에폭시, 노블락 등과 같은 열경화성수지 또는 PVAC, 아크릴 등과 같은 열가소성 수지로 이루어지는 고형분을 10% 내지 30% 범위로 포함하는 수용성 또는 유용성 수지액을, 상기 외재(10)와 내재(20)로 이루어지는 여재(100)의 전체중량 대비 10% 내지 30%의 무게로 함침하므로써 함침부(30)를 형성하며(S20),

상기와 같이 형성된 웹(WEB)을 휴징오븐(FUSING OVEN), 벨트 프레스(BELT PRESS) 카렌더(CALENDER) 또는 열풍(HOT AIR) 등의 열처리를 이용하여 건조(DRY)하므로써 부직포(NON WOVEN)를 제조한다(S30).

상기와 같은 부직포를 사용하고자 하는 장소에 적합한 형상으로 절곡하고(S40), 상기 절곡된 형상을 섭씨 130도 내지 180도 범위에서 경화(S50) 하므로써, 최종적인 에어 레이드 여재(100)를 제조하는 구성이다.

상기 여재(100)의 구성 중에서, 외재(10)는, 대기중의 공기와 직접 접촉하여 대기중의 공기를 1차로 여과하는 부분으로써, 합성섬유인 폴리에스터 단섬유를 1 내지 6 데니어(DENIER)의 굵기, 2 내지 10 밀리미터(㎜)의 단위 길이로써 25% 내지 95% 중량비로 혼합하며, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.5 내지 6 데니어(DENIER)의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 5 내지 60% 중량비로 혼합하고, 천연섬유인 펄프(PULP)를 70% 이하의 중량비로 혼합하므로써, 중량이 50 g/m²내지 200 g/m²범위가 되도록 에어 레이드(AIR LAID) 공정을 이용하여 공기로 이송하므로써 외재(10) 웹(WEB)을 형성한다.

또한, 상기 외재는 펄프 100% 만으로 웹(WEB)을 형성할 수 있다.

상기 내재(20)는 외재(10)가 1차로 여과한 공기를 2차로 여과하는 것으로써, 펄프(PULP)를 70% 내지 95% 중량비로 혼합하고, 상기 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.4 내지 2 데니어(DENIER)의 굵기, 2 내지 10 밀리미터(㎜)의 단위 길이로써 중량비 5% 내지 30%로 혼합하여 중량이 50 g/m²내지 200 g/m²범위가 되도록 에어 레이드(AIR LAID) 공정을 이용하여 공기로 이송하므로써 내재(20) 웹(WEB)을 형성한다(S10).

상기와 같은 에어 레이드 공정은 상기 외재(10)와 내재(20)의 웹(WEB)을 접합하는데 있어서 별도의 접합제를 사용하지 않아도 되며, 필요한 경우에는 별도의 접합재를 사용할 수도 있다.

상기와 같이 형성된 외재(10)와 내재(20)가 접합된 웹(WEB)의 내재(20)에 페놀(레졸), 에폭시, 노블락 등과 같은 열경화성수지 또는 PVAC, 아크릴 등과 같은 열가소성 수지의 고형분이 10% 내지 30%인 수지액을 롤러코팅(ROLLER COATING) 또는 거품코팅(FOAM COATING)에 의하여 공기압력이 상승하지 않고 적정하도록 함침량을 조절하면서, 즉, 10% 내지 30% 범위로 함침(IMPREGNATION) 하여 함침부(30)를 형성(S20)하므로써 부직포 여재(100)가 제조된다.

상기와 같이 제조된 여재(100)는, 포어 사이즈(PORE SIZE)가 30 마이크로미터(㎛) 내지 130 마이크로미터(㎛)이고, 전체 중량은 70 내지 400 g/m²가 되며, 총 두께는 1.5 내지 5 밀리미터(㎜)이고, 섬유의 직경은 5 내지 40 마이크로미터(㎛)이며, 통기도는 20 또는 130 cc/cm²/sec 이 된다.

상기와 같이 형성된 부직포 여재(100)를 사용하고자 하는 장소에 적합한 형상으로 나이프 절곡기를 이용하여 절곡하고(S40), 상기 절곡된 여재(100)의 형상을 유지하기 위하여 섭씨 130도 내지 180도 범위에서 5분 내지 10분 동안 열처리 하므로써 경화되어(S50), 상기 절곡된 형상을 유지하고, 최종적으로 자동차 유입공기정화용으로 사용할 수 있는 상태의 에어 레이드 여재(100)가 된다.

상기 본 발명의 에어 레이드 공정을 사용하여 제조되는 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재를, 즉, 본 발명에 의한 여재를 일 실시예로써 설명한다.

제1 실시예:

본 발명의 제1 실시예에 의한 에어 레이드 여재의 구성은 다음 표와 같다.

구 분	외 재	내 재
원재료	PET 3 데니어 5㎜ 30% +저융점 PET 2 데니어 5㎜ 40% +PULP 30%	침엽수 PULP 50% +활엽수 PULP 40% +저융점 PP 0.4 데니어 4㎜ 10%
수 지	페놀(레졸)
중 량	220 g/m²
두께	2.3 ㎜
통기도	90 cc/cm²/sec

상기 제1 실시예에 의한 공기 정화용 여재(100)의 외재(10)는, 폴리에스터(PET)를 3 데니어(DENIER)의 굵기, 5 밀리미터(㎜)의 단위 길이로써 30% 중량비로 혼합하며, 저융점 폴리에스터(PET)를 2 데니어(DENIER)의 굵기, 5 밀리미터(㎜)의 단위 길이로써 40% 중량비로 혼합하고, 천연섬유인 펄프(PULP)를 30% 중량비로 혼합하여 에어 레이드 공정에 의한 공기로 이송하여 외재(10) 웹을 형성하므로써, 중량이 40 g/m²내지 150 g/m²범위가 되도록 한다.

또한, 상기 여재의 내재(20)는, 천연섬유인 침엽수 펄프(PULP)를 50% 중량비로 혼합하며, 활엽수 펄프(PULP)를 40% 중량비로 혼합하고, 저융점 폴리프로필렌(PP)을 0.4 데니어(DENIER)의 굵기, 4 밀리미터(㎜)의 단위 길이로써 중량비 10%로 혼합하여, 전체 중량이 30 g/m²내지 150 g/m²범위가 되도록 에어 레이드 공정에 의한 공기로 이송하여 내재(20) 웹(WEB)을 형성한다.

상기와 같이 각각 에어 레이드 공정을 통하여 각각 형성된 외재(10)와 내재(20)의 내재(20)에 수지를 함침(IMPREGNATION) 하는데, 함침 재료는 열경화성수지인 페놀(레졸)의 고형분을 10% 내지 30% 범위로 하는 수용성 또는 유용성 수지액을 전체중량 10% 내지 30%로 함침하고, 상기 함침의 방식은 롤러 코팅 방식 또는 거품 코팅 방식을 이용한다.

상기와 같이 2층 구조로 되는 여재(100)는 포어 사이즈(PORE SIZE)가 30 마이크로미터(㎛) 내지 130 마이크로미터(㎛)이고, 전체 중량은 220 g/m²이며 두께는 2.3 밀리미터(㎜)이고, 통기도는 90 cc/cm²/sec 이다.

제2 실시예:

또한, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여재의 구성은 다음 표와 같다.

구 분	외 재	내 재
원재료	PET 3 데니어 5㎜, 30% +저융점 PET 2 데니어 5㎜ 40% +PULP 30%	침엽수 PULP 50% +활엽수 PULP 40% +저융점 PP 0.4 데니어 4㎜ 10%
수 지	아 크 릴
중 량	220 g/m²
두께	2.3 ㎜
통기도	80 cc/cm²/sec

상기 제2 실시예에 의한 공기 정화용 여재(100)의 외재(10)와 내재(20)는,상기 제1 실시예에 의한 여재(100)의 외재(10) 및 내재(20)와 동일한 구성의 원재료를 사용하고 있다,

다만, 함침(IMPREGNATION)용 수지로써, 열가소성수지인 아크릴의 고형분의 희석비를 10% 내지 30% 범위로 하는 수용성 또는 유용성 수지액을 전체중량 100~400g/m²에서 수지를 10% 내지 30%의 중량비로 함침하여 접착하는 것이다. 이는 아크릴 수지의 입자 크기에 의한 통기도 감소로 인한 것이다.

그 특성도, 통기도에서 80 cc/cm²/sec 인 것이 차이점이 있다.

상기와 같은 최종 부직포 여재(100)의 전체 중량은 70 g/m²내지 300 g/m²범위가 되어야 하고, 두께는 1.5 밀리미터(㎜) 내지 5 밀리미터(㎜) 범위가 되어야 하며, 섬유의 직경은 10 마이크로미터(㎛) 내지 40 마이크로미터(㎛)의 범위가 되어야 하고, 섬유는 에어 레이드(AIR LAID) 공정에 의한 공기 이송이 가능한 길이 이어야 한다.

상기의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 의하여 제작 또는 생산된 부직포 여재(100)는 사용되는 장소 및 용도 등에 의하여 적정한 형태로 성형(FORMING)을 하여야 한다.

상기와 같은 성형을 위하여 절곡기를 사용하는 공정이 있는데, 절곡기는 로터리, 미니프리트, 나이프 절곡기 등이 있으며, 상기와 같은 본 발명의 여재는 나이프 절곡기를 사용하는 것이 유리하고, 절곡된 형상을 고정하는 경화온도는 기존 부직포의 경화 온도와 거의 비슷한 섭씨 130도 내지 180도 범위에서 경화한다.

상기와 같이 절곡 성형된 여재는 사출, 우레탄 폼 또는 철판을 가공하여 최종적인 형태를 완성한다.

상기와 같은 에어 레이드 공정을 다시 요약하면, 내재와 외재의 원료배합, 내재와 외재의 에어 레이드 공정에 의한 공기이송 및 웹(WEB)배열 형성, 압착(SUCTION, PRESS, FAN 사용), 건조, 상기 과정에 의한 부직포의 권취 순서로 이루어진다(S10).

또한, 함침공정(S20)은 상기와 같이 에어 레이드 공정에 의하여 생산된 부직포(NON WOVEN)를 해당 수지에 함침하고, 열처리에 의하여 건조(S30) 한 후에 권취하는 순서로 이루어진다.

또한, 절곡공정(S40)은 상기와 같이 함침된 부직포 여재(100)를 사용하고자 하는 형상에 적합하게 절곡하고, 해당 크기 별로 절단하며, 소정의 온도에서 소정의 시간동안 경화(S50)하는 순서로 이루어진다.

상기와 같이 완성된 것으로, 본 발명에 의한 에어 레이드 여재(100)를 이용하여 성능을 평가하면, 다음과 같은 결과를 알 수 있다.

성능결과표

여재 종류	초기효율	수명청정효율	먼지포집량	비 고
제1 실시예	97.5%	99.2%	700g/m²	FLOW RATE ; 25.5 m³/hr먼지투입량 ; 0.5g/min시험기 여과면적 ; 176.6cm²압력손실 ; 400mmAQ 까지
제2 실시예	97.6%	99.1%	650g/m²
부 직 포	96.5%	98.7%	501g/m²
종 이	97.6%	98.9%	110g/m²

상기의 성능을 확인하기 위하여 사용된 먼지 입자는 자동차 시험규격용 먼지인 AC-FINE(JIS 8종)을 사용하였고, 초기 효율은 상기 먼지를 이용하여 6분간 시험한 후, 절대필터에 의하여 여과된 먼지량을 측정한 것이며, 수명청정 효율은 압력손실이 400 mmAQ 일 때까지 실험하여 측정한 것이다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 공기정화용 여재는 종이 여과지의 특성을 보완하여 벌키성을 제고하므로써, 종이 여과지의 응용분야를 확대하고, 공기의 정화율을 향상시키는 효과가 있다.

상기와 같은 여재를 자동차 유입공기 정화기에 사용하는 경우, 연료효율을 높이고, 공기정화기의 사용주기를 연장하므로 친환경적인 효과가 있다.

Claims

공기 정화용 여재에 있어서,

합성섬유 단섬유를 1 내지 6 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 30% 내지 100%의 중량비로 혼합하며, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.5 내지 6 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 5% 내지 60% 중량비로 혼합하고, 펄프를 70% 이하의 중량비로 혼합하여 전체 중량이 40 g/m²내지 150 g/m²범위가 되는 외재와,

펄프를 70% 내지 95%의 중량비로 혼합하고, 올레핀계 또는 폴리에스터계의 저융점 단섬유를 0.4 내지 2 데니어의 굵기, 2 내지 10 밀리미터의 단위 길이로써 중량비 5 내지 30%로 혼합하여 전체 중량이 30 g/m²내지 150 g/m²범위가 되는 내재와,

상기 내재에 열경화성수지 또는 열가소성수지 고형분이 10% 내지 30%로 전체 중량 100~400g/m²중 수지액이 10~30%의 중량비로 함침되는 함침부를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재.
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제1 항에 있어서, 상기 여재는,

포어 사이즈가 30 마이크로미터 내지 130 마이크로미터이고,

전체 중량은 100 내지 400 g/m²이며, 총 두께는 1.5 내지 5밀리미터이고, 통기도는 20 내지 130 cc/cm²/sec 인 것을 특징으로 하는 자동차 유입공기 정화용 에어레이드 여재.
외재와 내재로 구성되는 공기 정화용 여재 제조방법에 있어서,

상기 외재와 내재를 각각 에어 레이드 공정에 의하여 웹을 형성하고,

상기와 같이 형성된 웹은 열경화성수지 고형분의 희석비가 10% 내지 30% 범위로 하는 수용성 또는 유용성 수지액을 전체중량 10g/m²내지 400g/m²대비 10% 내지 30%의 중량비로 내재에 함침하며, 열 처리에 의하여 건조하고, 절곡기를 사용하여 해당 형상으로 절곡하며, 절곡된 형상 유지를 위하여 섭씨 130도 내지 180도 범위에서 경화하는 것을 특징으로 하는 자동차 유입공기 정화용 에어 레이드 여재 제조방법.
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