KR100526269B1 - 압축성이 있는 예비 성형 단열 라이너 - Google Patents

압축성이 있는 예비 성형 단열 라이너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염 제어 장치(10)의 단부 콘을 형성하기에 적절한 예비 성형 단열 단부 콘(30, 60)을 제공하며, 이 예비 성형물(30, 60)에는 원추형을 이룰 수 있도록 복수개의 슬릿(49)이 구비되는 또는 구비되지 않는 원추형의 발포성 또는 비발포성 시트재(40)와, 이 발포성 시트재(40)와 기밀 접촉하는 형상 유지 요소가 포함되고, 이 형상 유지 요소에 의해 상기 발포성 시트재(40)가 원추 형상을 유지할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘(30, 60)의 제조 방법을 제공한다.

Description

압축성이 있는 예비 성형 단열 라이너{COMPRESSIBLE PREFORM INSULATING LINER}
본 발명은 오염 제어 장치에서 사용되는 단열 재료에 관한 것이며, 더 구체적으로는 단열 단부 콘(cone)으로 사용하기 위한 발포성 또는 비(非)발포성 시트재 예비 성형물(preform)을 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 예비 성형 단열 단부 콘에 관한 것이다.
2 종류의 오염 제어 장치가 일반적으로 사용되고 있는데, 촉매 변환기와 디젤 분진 필터 또는 트랩이 그것이다. 촉매 변환기는 촉매를 구비하며, 이 촉매는 일반적으로 변환기에 설치된 모놀리스(monolith) 구조체에 코팅된다. 모놀리스 구조체는 일반적으로 세라믹이지만, 금속 모놀리스도 사용되어 왔다. 촉매는 일산화탄소와 탄화수소를 산화시키며, 차량 배기 가스 중의 산화물을 환원시켜 대기 오염을 제어한다. 디젤 분진 필터 또는 트랩은 벽면 유동 필터이며, 일반적으로 다공성 결정질 세라믹 재료로 만들어진 허니컴식 모놀리스 구조체가 구비된다. 허니컴식 구조체의 교번하는 셀은 일반적으로, 배기 가스가 제1 셀로 들어가고 제1 셀의 다공성 벽부를 강제로 통과하며 제2 셀을 통해 구조체를 빠져 나가도록, 결합되어 있다.
오염 제어 장치에서 발생하는 상대적인 고온으로 인해, 이 장치를 잘 단열하는 것이 중요하다. 단열은 일반적으로 적절한 재료로 이루어진 단열 장착 매트를 이용하여 모놀리스 요소를 케이싱에 움직이지 않게 설치함으로써 제공된다. 또한, 배기 파이프로부터 오염 제어 장치로의 전이부를 제공하는 유입구 및 유출구 단부 콘 조립체도 역시 단열될 수 있다. 유입구 및 유출구 단부 콘 조립체는 이중 벽 단부 콘 조립체를 이용하여 단열될 수 있는데, 이 조립체는 외부 금속 하우징과 내부 금속 하우징을 포함하며, 내부 및 외부 콘 하우징 사이에 소정의 간극이 형성된다.
도 1은 내부 및 외부 금속재 단부 콘을 구비하며, 이 단부 콘 하우징 사이에 배치된 예비 성형 단열 단부 콘을 포함하는 촉매 변환기의 단면도이며,
도 2는 처리되기 전의 다이 절단 시트재를 도시하며,
도 3은 도 2에 도시된 다이 절단 재료로부터 만들어진 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘의 사시도이며,
도 4는 처리되기 전의 다이 절단 시트재를 도시하며,
도 5는 도 4에 도시된 다이 절단 시트재로부터 만들어진 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘의 사시도이며,
도 6은 본 발명에 따른 예비 성형 단부 콘의 제2 실시예를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 예비 성형 단부 콘의 제2 실시예의 전면도이다.
본 발명의 제1 양태는 오염 제어 장치의 단부 콘을 형성하기에 적절한 예비 성형 단열 단부 콘이며, 이 예비 성형물에는 원추형을 이룰 수 있도록 복수개의 슬릿이 구비되는 원추형의 발포성 또는 비발포성 시트재와, 이 발포성 시트재와 기밀 접촉하는 형상 유지 요소가 포함되고, 이 형상 유지 요소에 의해 상기 발포성 시트재가 원추 형상을 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 오염 제어 장치의 단부 콘을 형성하기에 적절한 예비 성형 단열 단부 콘이며, 이 예비 성형물에는 제1 단부와 제2 단부가 있는 원추형 발포성 시트재와, 이 발포성 시트재와 기밀 접촉하는 형상 유지 요소가 포함되고, 이 형상 유지 요소에 의해 상기 발포성 시트재가 원추 형상을 유지할 수 있다. 테이프가 부착된 이 시트재의 한쪽 면은 폴리에스테르, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 열가소성 중합체 필름으로 코팅되는 것이 좋다.
또한, 본 발명은 시트재로 형성된 오염 제어 장치의 단부 콘 조립체에서 단열재로 사용되기 위한 예비 성형 단열 단부 콘의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 한 양태에서, 본 발명은 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 열가소성 유기질 접합재를 포함하고 필요한 형상과 치수로 절단되어 완성된 예비 성형 단열 단부 콘을 형성하는 발포성 또는 비발포성 재료를 성형하는 단계와, 성형된 시트재를 물과 증기로 처리하는 단계와, 이어서 처리된 시트재를 완성된 예비 성형 단열 단부 콘으로 만들기 위해 건조하는 단계를 포함한다. 절단된 시트재는 주형에 의해 성형되는 것이 좋다. 또한, 절단된 시트재에는 복수개의 V형 절단부가 구비되는 것이 좋다. 그리고, 시트재는 발포성이고, 라텍스로부터 추출된 열가소성 유기질 접합재를 포함하는 것이 좋다.
다른 양태에서, 본 발명은 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 오염 제어 장치에서 사용하기 적절하고, 필요한 형상 및 치수로 절단되어 완성된 예비 성형 단열 단부 콘을 형성하며, 유연하고 탄성이 있는 발포성 또는 비발포성 시트재의 표면 중 하나 이상을 고형화 용액으로 처리하는 단계와, 이 시트재를 필요한 단부 콘 형상으로 성형하는 단계와, 완성된 예비 성형 단열 단부 콘을 만들기 위해 이 시트재를 건조하는 단계를 포함한다. 양호한 고형화 용액에는 수성 콜로이드 실리카 및 수성 콜로이드 알루미나가 있다. 양호한 발포성 및 비발포성 시트재에는 중합체 에멀젼으로 구성되는 유기질 접합재가 포함된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 오염 제어 장치에 사용하기 적절하고, 유연하며 탄성이 있는 발포성 또는 비발포성 시트재를 제공하는 단계와, 이 시트재의 표면 중 하나 이상을 금속 포일로 코팅하는 단계 그리고 이 코팅된 시트재가 미리 성형된 단열 재료의 완성된 단부 콘 예비 성형물을 형성하도록 필요한 형상으로 성형하는 단계를 포함한다. 금속 포일은 시트재가 필요한 치수로 절단되기 전에 발포성 또는 비발포성 시트재의 표면 중 하나 이상에 박층을 이루도록 코팅된 금속 포일 테이프인 것이 좋다. 또한, 금속 포일은 시트재의 양면에 박층을 이루도록 피복될 수도 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 최초에 필요한 형상으로 성형되고 필요한 치수로 절단되며, 유연하고 탄성이 있는 발포성 또는 비발포성 시트재를 제공하는 단계와, 이 성형된 재료를 열수축성 필름으로 부분적으로 포장하는 단계, 및 완성된 예비 성형물을 만들기 위해 열수축성 필름 포장을 충분한 열에 노출시키는 단계를 포함한다.
놀랍게도, 본 출원인은 무기질 재료로 된 묽은 슬러리를 준비하고 처리할 필요없이 예비 성형 단열 단부 콘을 단열 재료로부터 시트 형상으로 성형하는, 간단하고 시간이 적게 소요되는 방법을 개발하였다. 본 발명에 따른 방법의 결과물인 예비 성형물은 유연하고 자기 유지성(self-supporting)이 있으며, 따라서 오염 제어 장치의 제조에 사용하기 쉽다.
본 발명에 따른 예비 성형물의 장점 중 하나는 본 발명의 예비 성형물이 상대적으로 유연하고, 탄성이 있으며, 압축 가능한 상태를 유지하며, 예비 성형물을 만드는 데 이용되는 시트재의 화학적 특성 및 성능 특성을 유지한다는 점이다.
본 명세서에서 사용된 "자기 유지성"이라는 용어는 성형된 후에 중력 하에서 3차원 형상을 유지하는 성형물을 가리킨다.
본 명세서에서 사용된 "예비 성형" 단열 단부 콘이라는 용어는 발포성 또는 비발포성 시트재로 만들어진 자기 유지성이 있는 단열성 단부 콘을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "발포성" 재료라는 용어는 발포성 재료를 포함하고 충분한 열에너지에 노출되는 경우에 팽창 또는 발포되는 적절한 오염 제어 장치용 재료를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "비발포성"이라는 용어는 발포성 재료를 포함하지 않은 적절한 오염 제어 장치용 재료를 의미한다.
도면에 대해 설명하면, 도 1에는 오염 제어 장치, 구체적으로는 대체로 원추형인 유입구 단부 콘 조립체(14) 및 유출구 단부 콘 조립체(16)가 있는 하우징(12)이 포함되어 있는 촉매 변환기(10)가 도시되어 있다. 하우징(12)은 캔 또는 케이싱이라고도 불릴 수 있는데, 종래의 적절한 재료로 만들어질 수 있으며, 일반적으로 금속으로 만들어진다. 하우징(12)은 스테인레스강으로 만들어지는 것이 좋다. 하우징(12)에는 세라믹이나 금속으로 된 허니컴식 모놀리스 구조로 형성된 모놀리스 촉매 요소(18)가 배치되어 있다. 모놀리스(18) 주위에는 장착 및 단열 매트(22)가 배치된다.
유입구 단부 콘 조립체(14) 및 유출구 단부 콘 조립체(16)에 대해 설명하면, 이들에는 각각 단부 콘 외부 하우징(26)과 단부 콘 내부 하우징(28)이 포함되어 있음을 도면으로부터 알 수 있다. 라이너 또는 예비 성형 단열 단부 콘(30)은 도 3에 더 구체적으로 도시되어 있는데, 단부 콘 외부 하우징(28)과 단부 콘 내부 하우징(26) 사이에 배치되어 있다. 단부 콘 내부 하우징(28)은 오염 제어 장치의 내부에 제공되어 단열용 단부 콘(30)을 적소에 유지하고, 단열용 단부 콘(30)이 오염 제어 장치를 통과하는 고온의 배기 가스에 의해 손상되는 것을 방지한다. 단부 콘 내부 하우징 및 외부 하우징(26, 28)은 일반적으로 금속으로 만들어지며, 스테인레스강이나 인코넬(상표명)(INCONEL™) 600 등의 합금으로 만들어지는 것이 좋다.
도 2에는 오염 제어 장치에서 사용하기에 적절한 발포성 시트재로부터 다이 절단된 단열 재료(40)에 관한 실시예가 도시되어 있다. 다이 절단된 단열 재료(40)는 일체형이고 단부 콘 외부 및 내부 하우징(28, 26) 사이에 배치될 수 있는 치수와 형상으로 되어 있다. 다이 절단된 단열 재료(40)는 일반적으로 주표면(42, 44)과 소정의 두께(46)를 갖는 시트로 형성되어 있다. 이 실시예에서, 다이 절단된 단열 재료(40)에는 일반적으로 탭(50)을 형성하는 "V형" 절단부(48)가 구비되어 있다. 이 V형 절단부(48)는 시트재의 표면 장력을 완화시키고, 단열 재료의 과도한 좌굴이나 접힘없이 다이 절단된 재료를 대체로 원추형인 단열 재료로 만들 수 있도록 한다. 다이 절단 재료의 V형 절단부(48)의 형상과 치수는, 다이 절단 재료(40)가 필요한 완성된 형상으로 형성될 경우에, 단열 재료 내의 간극이 최소화되면서 재료의 바람직하지 않은 좌굴이나 접힘이 일어나지 않도록 결정된다. 물론, 단열 시트재는 최종 사용에 적합한 치수의 원추 형상으로 형성될 수 있는 유용하고 양호한 일체형 형상이라면 어떤 형상으로도 절단될 수 있다. 발포성 및 비발포성 시트재에 대한 유용한 다이 절단기로는 미국의 노스케롤라이나주 앤더슨 소재의 앰팩사(Ampak Inc.)에서 시판하는 로토매틱(상표명)Ⅱ(Rotomatic™Ⅱ) 다이 커터가 있다.
본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘의 제1 실시예는 도 3에서 예비 성형 단열 단부 콘(60)으로 도시되어 있다. 예비 성형 단열 단부 콘(60)은 도 2에 도시된 다이 절단 재료(40)로 만들어진 완성 단부 콘이다. 예비 성형 단열 단부 콘(60)은 3차원 원추 형상을 가지며, 전방부(62)와 후방부(64)가 있고, 유연하고 탄성적이면서 자기-유지성이 있다. 다이 절단 시트재(40)가 예비 성형물(60)로 만들어지면, V형 절단부(48)는 슬릿(49)으로 된다. 이 실시예에서, 시트재는 인터람(상표명)(INTERAM™) Type 200 발포성 매트(3100 g/㎡)이며, 주표면(44)은 콜로이드 실리카를 포함하는 고형화 용액 형태의 형상 유지 요소를 이용하여 처리 및 성형된다.
도 4는 도 5에 도시된 바람직한 예비 성형 단열 단부 콘(80)을 제조하기 위해 사용되는 다이 절단 시트재를 도시한다. 도 4에 대해 설명하면, 다이 절단 시트재(70)는 일체형이고, 대체로 반달형이며, 예비 성형 단열 단부 콘(80)(도 5)을 형성하기 위해 테이프(82) 형상의 형상 유지 요소로 서로 붙여지는 제1 단부(72) 및 제2 단부(74)가 구비되어 있다. 예비 성형 단열 단부 콘(80)은 원추형을 유지하는 자기 유지성이 있는 것을 특징으로 하며, 탄성 및 압축성이 있다. 이 양호한 실시예에서, 다이 절단 시트재(70)는 인터람(상표명) Type 100 발포성 매트(3662 g/㎡)로부터 절단되며, 이 매트는 다이 절단되기 전에 한쪽 표면에 열가소성 폴리에스테르 필름(76)에 의해 박층이 형성되어 있다. 발포성 시트재의 표면에 박층을 형성하기 위한 유용한 열가소성 필름으로는 두께가 약 0.01 mm 내지 약 0.3 mm인 폴리에스테르, 폴레에틸렌 및 폴리프로필렌이 있다. 시판 중인 양호한 필름으로는 미국의 미네소타주, 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링사가 제공하는 3M 테이프 # 356이 있다. 예비 성형 단열 단부 콘은 단부(72, 74)를 서로 접촉하게 하여 원추형으로 만들고 접착 테이프로 단부를 붙여서 제조된다.
예비 성형 단열 단부 콘의 제2 실시예는 도 6에서 예비 성형 단열 단부 콘(90)으로 도시되어 있다. 단부 콘(90)에는 복수개의 슬릿(49)을 갖는 원추 형상의 원추형 발포성 시트재(91)와, 내측 표면이나 전방 표면에 박층을 형성하는 금속 포일 테이프(92) 형태의 형상 유지 요소가 포함되어 있다.
본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘의 제3 실시예는 도 7에 예비 성형 단열 단부 콘(100)으로 도시되어 있다. 단부 콘(100)에는 복수개의 슬릿(49)이 있는 원추 형상의 원추형 발포성 시트재(91)와, 원추형 시트재의 전방 표면(104)과 후방 표면(106)의 상부에 피복되는 열수축성 필름(102) 형태의 형상 유지 요소가 포함되어 있다.
원추 형상으로 형성되는 다이 절단 시트재는 오염 제어 장치에서 사용되기에 적절한 유연하고 탄성이 있는 단열 시트재라면 어느 것으로도 만들어질 수 있다. 이 재료는 발포성일 수도 있고 비발포성일 수도 있는데, 발포성인 것이 좋다.
다이 절단 단열 재료(40, 60)를 제조하기에 유용한 발포성 시트에는, 처리되지 않거나, 암모늄 디하이드로겐 포스페이트, 암모늄 카보네이트, 염화암모늄 또는 미국 특허 제4,305,992호(랑거 등)에 기재된 그 밖의 적절한 암모늄 합성물과 이온 교환 처리된, 건중량 기준 약 20 % 내지 65 %의 팽창되지 않은 질석 조각과; 알루미노 실리케이트 섬유[미국 뉴욕주, 나이아가라 폴 소재의 유니프렉스사가 제공하는 파이버프렉스(상표명)(FIBERFRAX™)와, 미국 조지아주, 어거스타 소재의 써멀 세라믹이 제공하는 세라파이버(상표명)(CERAFIBER™)라는 영업상 명칭으로 시판 중임], 유리 섬유, 지르코니아-실리카 및 결정질 알루미나 휘스커를 포함하는, 건중량 기준 약 10 % 내지 50 %의 무기질 섬유 재료와; 예를 들어, 천연 고무 라텍스, 스틸렌-부타디엔 라텍스, 부타디엔 아크릴로니트릴 라텍스, 아크릴산염 또는 메타크릴산염 중합체 및 혼성 중합체의 라텍스 등과 같은 라텍스 형태의 재료를 포함하는, 건중량 기준 약 3 % 내지 25 %의 유기질 접합재와; 팽창된 질석, 중공 유리 미세구 및 벤토나이트를 포함하는, 건중량 기준 약 40 % 이하의 무기질 충전재로 구성되는, 탄성이 있고 유연한 발포성 시트가 포함된다. 발포성 시트재에는 건중량 기준 약 45 % 내지 약 62 %의 팽창되지 않은 질석 조각, 건중량 기준 약 27 % 내지 약 45 %의 무기질 섬유 재료 및 약 3 % 내지 10 %의 라텍스 형태의 유기질 접합재가 포함되는 것이 좋다.
그 밖의 유용한 시트재와 시트재 제조 방법의 예로는 미국 특허 제5,523,059호(랑거)에 기재된 것이 있다.
또, 발포성 시트재 및 이런 시트재의 제조 방법의 예로는 미국 특허 제3,916,057호(해치 등), 제4,305,992호(랑거 등), 제4,385,135호(랑거 등), 제5,254,410호(랑거 등), 제4,865,818호(메리 등), 제5,151,253호(메리 등) 및 제5,290,522호(로저 등)에 기재된 것이 있다. 시판 중인 발포성 시트 및 매트 중 양호한 것에는 미국 미네소타주, 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링사가 인터람이라는 영업상 명칭으로 판매하는 것이 포함된다. 발포성 시트재는 공지의 제지 기술을 이용하여 제조된다. 설치용 매트는 대표적으로 두께가 0.5 mm 내지 10 mm의 범위이다.
그 밖의 유용한 발포성 재료에는 미국 특허 제5,254,410호(랑거 등)에 기재된 바와 같이 팽창 가능한 그래파이트, 팽창 가능한 규산화나트륨 입자 및 부분적으로 탈수된 질석이 포함된다.
형상 유지 요소의 일례는 유기질 접합재이다. 열가소성 유기질 접합재에는 천연 고무 라텍스, 스틸렌-부타디엔 라텍스, 부타디엔 아크릴로니트릴 라텍스 및 아크릴산염 및 메타크릴산염 중합체 및 혼성 중합체의 라텍스 등과 같은 라텍스 형태의 유기질 중합체와 엘라스토머의 에멀젼이 포함된다. 또한, 열가소성 유기질 접합재에는 중합체와, 천연 고무, 스틸렌-부타디엔 고무 및 그 밖의 엘라스토머 중합체 수지 등과 같은 중합체 수지가 포함된다. 아크릴산 라텍스 및 폴리비닐 아세테이트가 양호한 열가소성 중합체 수지이다. 유기질 접합재로서 사용하기에 적합한 그 밖의 유용한 열가소성 재료로는 폴리프로필렌, 폴리비닐 알콜, 염화 폴리비닐 및 폴리스틸렌이 있다.
유기질 접합재로서 사용하기에 적절한 유용한 열경화성 재료로는 에폭시와 페놀산이 있다. 또한, 유기질 접합재로는 2개 이상의 열가소성 및/또는 열경화성 재료의 혼합물이 있다. 유용한 혼합물로는 열가소성 수지 또는 재료와 결합된 중합체 에멀젼과 열경화성 수지 또는 재료와 결합된 중합체 에멀젼이 있다.
시판 중인 양호한 유기질 접합제의 예로는 미국 펜실바니아주, 필라델피아 소재의 롬 & 하스가 제공하는 로플렉스(상표명)(RHOPLEX) HA-8(45.5 중량 % 고형물 수성 아크릴 에멀젼)과 미국 펜실베니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕트가 제공하는 에어플렉스(AIRFLEX) 600BP(55 % 고형물 수성 폴리비닐 아세테이트 에멀젼)이 있다.
무기질 충전재로는 팽창된 질석, 중공형 유리 미소구 및 벤토나이트가 있다.
본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘을 만들기에 유용한 비발포성 단열 시트재는 일반적으로 무기질 섬유 및 유기질 섬유 접합재를 포함한다. 일반적으로, 유용한 비발포성 시트재는 건중량 기준 약 60 % 내지 약 98 %의 무기질 섬유와 건중량 기준 약 2 % 내지 25 %의 유기질 접합재를 포함한다. 양호한 비발포성 시트재는 약 90 %의 무기질 섬유와 약 10 %의 유기질 접합재를 포함한다. 또한, 비발포성 재료는 무기질 입자 또는 충전재와, 1종 이상의 무기질 접합재를 포함할 수 있다. 비발포성 단열 재료는 두께가 약 0.5 mm 내지 약 15 mm인 시트 형상인 것이 좋다.
비발포성 단열 시트재를 형성하는 데에 유용한 본질적으로 쇼트(shot)가 없는 세라믹 섬유에는 알루미나-보리나-실리카 섬유, 알루미나-실리카 섬유, 알루미나-포스포러스 펜톡사이드 섬유, 지르코니아-실리카 섬유, 지르코니아-알루미나 섬유 및 알루미나 섬유가 포함된다. "본질적으로 쇼트가 없는" 또는 "쇼트가 없는(shot free)" 섬유는 5 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만의 쇼트 또는 비섬유질 입자 재료 및 적어도 95%, 바람직하게는 99%의 쇼트가 없는 섬유를 포함하는 섬유를 가리킨다. 시판 중인 유용한 섬유로는 유니프렉스에서 제공하는 파이버맥스(상표명)(FIBERMAX™), 아이씨아이 케미칼스 & 폴리머스(ICI Chamicals & Polymers)에서 제공하는 새필(상표명)(SAFFIL™)LD, 덴카(Denka)에서 제공하는 알센(상표명)(ALCEN™) 알루미나 섬유, 미츠비씨에서 제공하는 마프테크(MAFTECH) 섬유가 있다.
섬유는 일반적으로 산업계에 공지된 방법을 이용하여 블로잉법 및 방사법(blowing and spinning)에 의해 제조한다. 섬유는 졸 겔 용액을 방사하여 만드는 것이 좋다. 섬유는 비방직 산업 분야에서 행해지는 바와 같이 섬유질 재료를 수집 스크린 상으로 블로잉(blowing)하는 것을 포함하는 다양한 공지된 방법으로써 매트나 시트로 형성된다. 양호한 비발포성 무기질 섬유는 아이씨아이 케미칼즈 & 폴리머즈가 제공하고 새필이라는 영업상 명칭으로 시판 중인 다결정질 알루미나 섬유이다. 섬유는 화학적으로 내성이 있고, 선택된 적용 분야에서 1600 ℃까지 사용될 수 있다. 이 섬유는 저밀도 시트의 형상으로 제조되며, 현저하게 2차원적으로 무작위 배향된 섬유로 구성되어, 결과적으로 층상 구조의 매트를 형성한다. 이 시트는 균일한 섬유 구조이며, 본질적으로 쇼트가 없다.
저밀도 매트의 층상 특성 때문에, 취급되는 동안 및 오염 제어 장치 내에 조립되는 동안에 층이 벗겨지는 것을 방지하는 수단을 도입할 필요가 있다. 즉, 알루미나 섬유의 저밀도 시트는 취급 및 조립 시에 물리적으로 구속되거나 압축되는 것이 좋다. 입방 센티미터당 약 0.05 그램 및 0.60 그램의 설치 밀도로 압축되는 경우, 이 재료는 고온일 때 두께가 수회 수축되고, 냉각되면 실질적으로 원래의 두께로 복귀하는 독특한 특성이 있으며, 따라서 구조적 일체성이 유지된다.
비발포성의 예비 성형 단열 단부 콘(60)으로 좋은 섬유 재료는 일반적으로 입방 센티미터당 0.05 그램 내지 0.30 그램의 밀도 범위가 될 수 있으므로, 단부 콘 하우징(28, 26) 내에서 단열 재료로 사용되는 경우에, 약 1 대 10의 비율로 압축되어야 한다. 비발포성 단열 재료로 된 시트는, 일반적으로 압축되며 재료의 취급 및 절단이 용이하도록 압축된 상태로 유지된다. 비발포성 단열 시트재는 다양한 방식으로 물리적으로 압축되며, 수지 접합 또는 니들 펀칭(needle punching)을 이용하는 방법이 포함된다.
수지 접합은 비발포성 재료를 유기질 접합재로 포화시키고, 이 유기질 접합재를 고온의 배기 가스로부터 발생된 열로 가열하여 제거함으로써 이루어진다. 유기질 재료는 고온의 배기 가스로부터 발생된 열에 노출되는 경우에 가열되어 제거된다.
시판 중인 바람직한 비발포성 시트재는 새필 LD 알루미나 섬유 시트(영국, 체셔, 아이씨아이 케미칼즈 앤드 폴리머즈가 판매), 파이버프랙스 550K 섬유 시트(미국 뉴욕주, 나이아가라 폴, 유니프랙스가 판매)이다.
비발포성 시트재에 유용한 유기질 접합재 및 유기질 섬유로는 발포성 시트재와 관련하여 전술한 것들이 있다.
본 발명에 유용한 발포성 및 비발포성 시트재는 제지 공정에서 사용되는 방법을 포함하는 공지된 습식 제조법(wet laid methods)으로 제조된다.
유연하고 탄성이 있는 발포성 또는 비발포성 시트재로부터 본 발명에 따른 완성된 예비 성형물을 제조하는 방법 중 하나는 발포성 또는 비발포성 시트재의 하나 이상의 주표면을 처리하는 단계를 포함한다. 표면 처리는 시트재의 하나 이상의 표면에 적용되어 재료에 충분한 강성을 줌으로써, 재료가 단부 콘 형상으로 성형된 후에 단부 콘 예비 성형물이 자기 유지성은 있지만, 너무 단단해서 용도에 맞게 사용하기 위해 취급하는 동안 금이 가거나 깨지는 일이 없도록 한다.
유용한 표면 처리에는 고형화 용액 형태의 형상 유지 요소를 시트재의 하나 이상의 표면에 도포하는 것이 포함된다. 고형화 용액은 시트재의 표면에 도포되는 경우에, 건조되어 용액이 도포된 표면을 단단하게 만드는 용액이다. 용액은 브러시나 스프레이기에 의해 발포성 또는 비발포성 시트재의 표면에 도포될 수 있다. 유용한 고형화 용액으로는 콜로이드 실리카, 콜로이드 알루미나, 실리콘 카바이드, 인산 마그네슘, 질석 에멀젼, 점토 에멀젼 및 인산 모노알루미늄의 포화 용액이 있다.
시판 중인 유용한 고형화 용액으로는 인산 마그네슘 현탁액[미국 테네시주, 오크 리지 소재의 지와이피 코팅사(ZYP Coatings, Inc.)가 제공하는 100 % 고형물], 날코 2327 콜로이드 실리카[미국 일리노이주, 네이퍼빌 소재의 날코 케미컬 컴패니(Nalco Chemical Company)가 제공하는 50 % 고형물] 및 인산 모노알루미늄의 50 % 고형물 용액[프랑스 론-폴랑 베이직 케미컬사(Rhone-Poulenc Basic Chemical Co.)가 제공하는 공업 등급(Technical Grade)]가 포함된다. 양호한 고형화 용액은 콜로이드 알루미나 및 콜로이드 실리카이다. 시트재의 하나의 표면만이 고형화 용액으로 처리되는 것이 좋다. 사용시에, 본 발명에 따른 예비 성형물의 처리된 표면은 내측 단부 콘 하우징의 외면과 접촉한다.
일반적으로, 발포성 또는 비발포성 시트재의 표면에 도포된 고형화 용액의 양은 최종 제품의 요구되는 특성에 좌우될 수 있다. 그러나, 이런 처리는 자기 유지성 제품을 제공할 수 있도록 충분한 양으로 이루어져야 한다. 또한, 이런 처리는, 취약해서 의도하는 목적으로 취급하는 동안에 쉽게 파손되는 완성품이 만들어지지 않도록 하는 양으로 이루어져야 한다. 대표적으로, 다이 절단 시트재의 표면에 제공되는 고형화 용액에 포함된 고체의 양(건중량 퍼센트)은 다이 절단 제품의 건중량 기준으로 약 10 %이다.
일단, 시트재가 고형화 용액으로 처리되면, 시트재는, 바람직하게는 내측 및 외측 단부 콘 하우징 사이에 배치되는 단계와, 하우징을 체결하는 단계와, 시트재를 건조시키고 예비 성형 단열 단부 콘을 형성하기 위해 조립체를 오븐에 위치시키는 단계와, 이 조립체를 오븐에서 꺼내는 단계와, 이 조립체를 상온까지 냉각시키는 단계와, 예비 성형 단열 단부 콘을 금속 하우징으로부터 빼내는 단계를 통해 필요한 형상으로 성형된다. 물론, 처리된 시트재는 필요한 완성품의 형상을 갖는 적절한 주형이라면 어떤 것이라도 사용하여 성형될 수 있다.
본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하기 위해 사용되는, 시트재의 하나 이상의 표면을 처리하는 다른 방법은 금속 포일의 박층 형태의 형상 유지 요소를 시트재의 표면에 부착하는 것이다. 금속 포일층은 오염 제어 장치에서 사용하기 위한 3차원 제품으로 성형될 수 있는 금속이라면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 금속 층은 접착재에 의해 시트재의 표면에 부착된다. 금속층의 두께는 약 0.0030 인치(0.076 mm) 내지 약 0.0100 인치(0.254 mm)인 것이 좋다. 양호한 금속은 알루미늄이며, 알루미늄층은 T-49 포일 테이프(미네소타주, 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니가 제공)와 같은 알루미늄 테이프를 이용하여 시트재의 표면에 부착되는 것이 좋다. 사용시에, 금속층은 시트재를 필요한 형상과 치수로 절단하기 전에 시트재의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 배치되는 것이 좋다.
본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하기 위해 사용되는, 시트재의 하나 이상의 표면을 처리하는 다른 방법은 열수축성 필름층 형태의 형상 유지 요소를 시트재의 표면에 피복하는 것이다. 시트재의 전체 표면 중 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 열수축성 필름이 피복될 수 있는데, 시트재 표면의 일부에 걸쳐 피복되는 것이 좋다. 유용한 열수축성 필름의 예로는 스카치팩(상표명)(SCOTCHPAK™) Type 115 폴리에스테르 필름 테이프(미국 미네소타주, 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니가 제공)와 같은 폴리에스테르를 포함하는 폴리올레핀이 있다.
사용시에, 열수축성 필름은 접착재, 테이프 또는 그밖의 부착 수단을 사용하여 시트재의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 피복되고, 시트재는 필요한 형상과 치수로 다이 절단된다. 절단되고 필름으로 덮인 시트재는 내측 금속 단부 콘 하우징의 바깥쪽 표면의 주위에 배치되고, 필름이 수축하여 자기 유지성이 있는 단부 콘이 형성되도록 필름에 열이 가해진다. 필요한 열 에너지 또는 가열은 가열 건(gun)이나 대류식 오븐 등을 이용하여 제공되며, 가열 건에 의해 제공되는 것이 좋다. 다른 방법으로서, 다이 절단 시트재는 필요한 형상과 치수로 절단되고, 내측 금속 단부 콘 하우징 상에 배치되며, 열수축성 필름의 스트립이나 밴드로 시트재 가장자리 중의 최대 주변부, 즉 단부 콘의 상단부 또는 탭 부분을 둘러싸고, 충분한 열을 가함으로써 필름이 수축하여 자기 유지성이 있는 단부 콘 예비 성형물이 형성된다. 양호한 열수축성 필름 재료로는 폴리에스테르가 있으며, 열수축성 필름은 절단된 시트재의 상단부 또는 탭 부분의 주위에 피복되는 것이 좋다.
본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하는 방법은, 필요한 형상으로 절단되고, 열가소성 및/또는 열경화성 중합체 재료로 구성된 유기질 접합재 형상의 형상 유지 요소가 포함되는 발포성 또는 비발포성 재료를 제공하는 단계와, 이 절단된 시트재를 완성된 필요한 3차원 형상으로 성형하는 단계와, 성형된 발포성 또는 비발포성 시트를 충분한 온도와 시간으로 가열하여 유기질 중합체 접합재를 전체적으로 또는 부분적으로 용융 및/또는 경화시킴으로써 융착되어 3차원 형상의 자기 유지성이 있는 단열용 단부 콘을 형성하도록 하는 단계를 포함한다. 열가소성 중합체 재료의 경우에, 완성된 예비 성형 단열 단부 콘은 성형된 시트재가 냉각된 후에 형성된다. 절단된 시트재는 시트재를 필요한 형상과 치수의 주형 내에 배치하고, 절단된 시트재가 수용되어 있는 주형을 전술한 바와 같이 가열함으로써 성형될 수 있다.
발포성 또는 비발포성 시트재에 함유되는 열가소성 및/또는 열경화성 재료의 양은 시트재로 자기 유지성이 있는 제품을 성형하기에 충분한 정도이어야 한다. 시트재에 포함되는 열가소성 및/또는 열경화성 수지에는, 예비 성형물 제품이 의도한 목적으로 취급되는 동안 바람직하지 않은 균열 또는 파손이 발생될 정도의 양이 포함되지 않아야 한다.
본 발명에 따른 예비 성형물 단부 콘을 제조하는 다른 방법은, 필요한 형상과 치수로 절단되고, 라텍스 형태의 중합체 또는 엘라스토머 등의 수성 중합체 에멀젼으로 구성되는 유기질 접합재 형태의 형상 유지 요소를 포함하는 발포성 또는 비발포성 시트재를 제공하는 단계와, 절단된 시트재를 필요한 완성품으로 만들기 위한 크기의 주형 내에 배치하는 단계와, 성형된 시트재를 물로 포화시키는 단계와, 물이 증발하여 완성된 예비 성형물 제품을 형성하도록 주형 내에 있는 시트재를 가열하는 단계를 포함한다. 다른 방법으로서, 성형된 시트재는 주형 내에 있는 시트재에 증기를 공급함으로써 포화시킬 수 있으며, 후속하여 주형 내의 시트재는 상온으로 건조되어 완성된 예비 성형물 제품을 형성한다. 성형 단계 동안 처리되는 발포성 또는 비발포성 시트재의 물 함량은 시트재의 건중량을 기준으로 약 5 % 내지 약 55 %이다.
또한, 본 발명에 따라 제품의 형상으로 사용되는 발포성 또는 비발포성 시트재에는 전술한 유기질 접합재에 추가하여 형상 유지 요소로서 1종 이상의 유기질 섬유가 함유된다.
사용시에, 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘은 내측 및 외측 단부 콘 하우징 내에 배치되며, 하우징은 서로 용접되어 오염 제어 장치의 원추형 유입구와 유출구를 형성한다. 이 단열용 단부 콘은 오염 제어 장치의 소음과 진동을 억제하는 데에 유용하며, 또한 배기 열에 대해 단열을 제공한다.
예
시험 방법
경도 시험
쇼어 듀로메터(상표명)(Durometer™) 경도 시험기 Type A 장치를 이용하여, 완성된 단열용 단부 콘 라이너의 예비 성형물의 처리된 표면의 경도를 측정하였다.
탄성 시험 방법
이 시험은 질량을 가한 후에 예비 성형물 제품이 높이를 유지하는 기능으로서의 예비 성형물 제품의 탄성의 정도를 측정하기 위한 것이다.
단부 콘 예비 성형물은 큰 직경의 개구부를 하방(뒤집어진 원추)으로 하여 편평한 면 위에 놓인다. 강성 카드보드(cardboard) 판을 반대쪽 면에 배치한다. 20 그램의 추를 카드보드 위에 놓고, 단부 콘 위에서 중심을 조정하며, 카드보드의 높이를 "최초 높이"로 기록한다. 20 g 추를 제거하고 200 g 및 50 g 추를 카드보드 위에 전술한 바와 같이 배치하며, 카드보드 판의 높이를 "최종 높이"로 기록한다. 탄성은 다음 공식에 의해 산출된다: 탄성 = (최종 높이/최초 높이) ×100 %. 시험된 각 샘플은 실질적으로 크기가 동일해야 한다.
일반적으로, 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘의 탄성값은 약 35 % 내지 97 %이고, 바람직하게는 약 50 % 내지 약 97 %, 더 바람직하게는 약 75 % 내지 약 95 %이다.
두께와 밀도 변화를 측정하는 시험 방법
이 방법은 성형된 제품의 두께 및 밀도 변화를 측정하기 위해 사용된다. 적어도 12개의 다이 절단 재료가 각 샘플로부터 채취되어야 한다. 다이 절단 재료는 각 샘플의 가장자리와 중간 부분으로부터 채취된다. 다이는 직경이 11 mm인 원형 다이이다. 약 13.6 psi(93.6 kPa)의 압력을 각 샘플로부터 채취된 각 다이 절단 재료에 가하고, 각 샘플을 거의 0.003 cm까지의 두께를 측정한다. 이런 측정은 미국 로드 아일랜드주 프로비던스 소재의 페더럴(Federal)로부터 구입 가능한 다이얼 게이지를 이용하여 수행된다. 각 다이 절단 재료는 거의 0.01 g까지 측정되고, 무게는 그램으로 기록된다. 단위 면적당 무게(g/㎡)는 다음 공식을 사용하여 계산된다: 단위 면적당 무게 = [무게(g)]/[(121 ㎟ ×pi)/4,000,000]. 두께 및 단위 면적당 무게를 평균내고 3 표준 편차를 계산한다.
일반적으로, 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘의 두께 변동(variablity)(3 표준 편차)은 50 % 미만, 바람직하게는 30 % 미만, 더 바람직하게는 20 % 미만이다.
예 1
발포성 시트재[미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니로부터 구입 가능한 인터람 Type 200 매트(3100 g/㎡)]의 시트를 다이 커터[미국 사우스 캐롤라이나주 앤더슨 소재의 앰팩사로부터 구입 가능한 로토매틱(상표명)(Rotomatic™) Ⅱ]를 이용하여 다이 절단하고, 외측 금속 콘 하우징의 구조와 일치하도록 도 2에 도시된 것과 유사한 다이 절단 부재를 형성하였다. 다이 절단 부재는 일반적으로 치수가 144 mm ×155 mm이고 무게가 48.4 g이었다. 페인트 브러시를 사용하여 콜로이드 실리카 용액[미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 날코 케미컬 컴패니로부터 구입 가능한 날코(상표명) 2327]으로 부재의 한쪽 측면의 전체 표면을 처리하였다. 코팅된 부재는 코팅된 면을 위로 하여 도 1에 도시된 것(암 부재)과 유사한 외측 금속 콘 하우징 내에 배치하였다. 코팅된 부재를, 내측 콘 하우징(수 부재)을 사용하여 외측 콘 하우징의 형상으로 압축하였다. 내측 콘 하우징을 제거하고, 외측 콘 하우징 내에서 성형된 부재를 공기 강제 순환식 실험실용 오븐[미국 일리노이주 블루 아일랜드 소재의 블루 엠 일렉트릭 컴패니로부터 구입 가능한 블루(Blue) M OV-560A-2]의 내부에 배치하였고, 110 ℃의 온도에서 약 1 시간 동안 건조시켰다. 건조된 후에, 성형된 예비 성형물을 외측 콘 하우징으로부터 제거하고, 냉각시키고, 무게를 측정하였다. 완성된 예비 성형물의 무게는 52.7 g이었다.
건조된 단열 재료 예비 성형물은 자기 유지성이 있으며, 취급되는 동안 성형된 형상을 유지하였다. 예비 성형물의 코팅되지 않은 면은 부드럽고 압축 가능하였으며, 듀로메터 경도 시험기를 이용하여 전술한 방법으로 측정한 경우 측정된 경도값은 약 25이었다. 예비 성형물의 코팅된 면은 경도가 약 40이었다. 예비 성형물을 내측 및 외측 금속 콘 하우징에 배치하는 경우, 예비 성형물은 여전히 유연하고 변형이 용이했으며, 하우징 내에 쉽게 배치될 수 있었다.
예 C1
다이 절단 부재를 콜로이드 실리카 용액이 수용된 용기 내에 잠기게 하여 콜로이드 실리카 용액으로 포화시킨 것을 제외하고, 예 1에서 사용된 방법이 완성된 예비 성형물을 성형하기 위해 사용되었다. 건조된 후에, 코팅된 예비 성형물의 무게는 77 g이었다. 완성된 예비 성형물은 자기 유지성이 있고 매우 단단한 감촉이었다. 양쪽 표면의 측정된 경도값은 70 내지 80이었다. 예비 성형물을 내측 및 외측 하우징의 내부에 설치하는 경우, 탭 부분 중 하나에 균열이 발생하였다.
예 2 내지 3
발포성 매트 재료[미국의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니로부터 구입 가능한 인터람 Type 100(3662 g/㎡)]의 시트 및 비발포성 매트 재료(미국 뉴욕주 나이아가라 폴즈 소재의 유니프랙스로부터 구입 가능한 파이버프랙스 550K 섬유 시트)의 시트는 예 1에 설명된 바와 같이 다이 절단되어 예 2 및 예 3의 다이 절단 부재를 형성하였다. 발포성 시트재의 조성은, (건중량 기준으로) 약 42.5 % 내지 약 62.5%의 팽창되지 않은 질석, 27 % 내지 45 %의 무기질 섬유, 3 % 내지 10 %의 라텍스 유기질 접합재로 이루어졌다. 비발포성 시트재의 조성은 약 90 %의 무기질 섬유와 10 %의 라텍스 유기질 접합재로 이루어졌다. 샘플을 흐르는 탭 워터(tab water) 내에 담금으로써 수분을 공급하였고, 포화된 각 다이 절단 재료를 전술한 예 1에서와 유사한 외측 및 내측 단부 콘 하우징 사이에 배치하였다. 내측 및 외측 단부 콘 하우징을 체결하고, 물이 증발될 때까지 100 ℃ 오븐에 약 60 분 동안 두었다. 다이 절단 재료를 포함하는 클램핑된 단부 콘 하우징을 오븐으로부터 제거하고, 상온까지 냉각시키고, 성형된 발포성 및 비발포성 예비 성형물을 제거하였다. 발포성 및 비발포성 단열 재료 예비 성형물은 모두 유연하고, 자기 유지성이 있으며, 압축 가능하고, 균열이나 파손됨이 없이 취급할 수 있었다.
예 4 내지 5
4 mm 두께의 알루미늄 포일 테이프(미국 미네소타 주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니로부터 구입 가능한 T-49 포일 테이프)이 약 35 cm ×35 cm 치수의 발포성 시트재[미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니로부터 구입 가능한 인터람 타입 100(3662 g/㎡)]의 샘플에 발포성 시트재의 전체 표면을 덮는 방식으로 박층을 형성하였다. 포일로 덮인 시트재를 예 2에서와 같이 다이 절단하였다. 포일 코팅된 다이 절단 부재는 내측 금속 콘 하우징의 외면 위에서 포일 면을 내측 단부 콘 하우징의 외면에 접하도록 하여 형성되었다. 외측 단부 콘 케이싱은 단열 재료의 외면 위에 배치되고, 적절하게 배치되어 완성된 단부 콘으로 되었다. 외측 단부 콘 하우징을 제거하고, 성형된 예비 성형물을 분리하였다. 예 4의 성형된 포일 코팅의 예비 성형물은 유연하고 자기 유지성이 있었다.
예 5의 예비 성형물을 성형하기 위해, 예 4의 방법을 반복하였는데, 다만 발포성 시트재의 양쪽 표면을 포일 테이프로 피복하였다. 예 5의 예비 성형물은 유연하고 자기 유지성이 있었다.
예 6
발포성 시트재를 예 2에서 설명한 바와 같이 다이 절단하였다. 다이 절단 재료는 예 2의 내측 단부 콘 하우징 위에서 성형되고, 열수축성 폴리에스테르 필름, 스카치팩 Type 115 테이프를 다이 절단된 발포성 시트재의 상단부 또는 개방된 가장자리 주위에 덮었고, 이에 의해 다이 절단 재료의 립(lip) 또는 가장자리를 지나 20 mm 정도 연장되었다. 열수축성 필름은 폭이 약 33 mm이고 길이가 약 300 mm이었다. 필름이 다이 절단 재료의 주위로 수축될 때까지, 1440 와트의 가열 건으로 약 30 초 동안 필름에 대해 가열이 이루어졌다. 성형된 예비 성형물을 내측 단부 콘 하우징으로부터 제거하였고, 이 예비 성형물은 유연하며 자기 유지성이 있었다. 단부 콘 단열용 재료 예비 성형물을 제조하는 이런 방법의 이점은 본 발명에 따른 예비 성형물을 성형하기 위해 요구되는 수축성 피복 필름의 양이 상대적으로 작다는 것이다.
예 7
예 2에서 설명한 다이 절단된 발포성 시트재를, 이하에 기재한 고형화 용액으로 한쪽 표면을 코팅하였다. 재료의 전체 표면이 축축하게 보일 때까지, 작은 페인트 브러시를 이용하여 고형화 용액을 도포하였다. 고형화 용액은 탈이온화수 내의 5:1 인산 마그네슘 시멘트[미국 테네시주 오크 리지 소재의 지와이피 코팅사로부터 구입 가능한 지와이피(상표명)(ZYP™) RS-1000 시멘트]이었다. 코팅된 샘플은 내측 및 외측 단부 콘 하우징 사이에 예 2에서 설명된 것과 같이 배치되었다. 코팅이 건조되어 단부 콘 예비 성형물 제품을 형성할 때까지, 코팅된 샘플을 수용하고 있는 클램핑된 단부 콘 하우징을 약 60 분 동안 100 ℃의 오븐에 두었다. 제조된 단부 콘 예비 성형물은 유연하고 자기 유지성이 있으며 바람직하지 않은 균열 또는 파손없이 취급될 수 있었다.
예 8
발포성 시트재[미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴패니로부터 구입 가능한 인터람 Type 100(3662 g/㎡)]의 시트의 한쪽 표면에 폴리에스테르 필름 테이프(3M Type #356)을 적층시키고, 도 4에 도시된 바와 같은 형상으로 다이 절단하였다. 단부를 서로 접촉시켜 절단된 시트재를 원추 형상이 되도록 하고, 단부를 폴리에스테르 필름 조각으로 서로 접착시켜 도 5에 도시된 완성된 예비 성형 단열 단부 콘을 형성하였다.
예 9 내지 12 및 비교예 C2 내지 C4
이하에서 설명하는 예 8 내지 13은 전술한 탄성 시험 방법을 이용하여 탄성을 시험한 것이다.
예 9는 예 1의 예비 성형물.
예 10은 예 2의 예비 성형물.
예 11은 예 4의 예비 성형물.
예 12는 예 6의 예비 성형물.
예 13은 예 8의 예비 성형물.
비교예 C2, C3 및 C4도 역시 전술한 방법으로 시험한 것이다.
C2는 예비 성형물 비교예 C1.
C3는 예 1에서 사용된 주형과 같은 형상인 주형을 사용한 슬러시 성형된 단부 콘 단열용 라이너이었다. C3의 조성은 약 7.35 건중량%의 전분 접합재와 약 92.65 건중량%의 내화성 세라믹 섬유로 이루어졌다.
C4는 C3에서 설명한 바와 같이 슬러시 성형된 단열용 라이너로서, 그 조성은 약 14 건중량%의 전분 접합재와 86 중량%의 발포성 시트재 조각(미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링이 제공하는 인터람 X-D 설치용 재료)으로 이루어지고, 이 발포성 시트재 조각의 조성은 건중량 기준 약 45 % 내지 62.5 %의 팽창되지 않은 질석, 27.5 % 내지 45 %의 세라믹 섬유 및 3 % 내지 10 %의 유기질 접합재로 이루어졌다. 슬러시 성형된 단부 콘 라이너는, 묽은 수성 슬러리를 제조하는 단계와, 투수성 주형을 각 슬러리 내에 배치하는 단계와, 중력 및/또는 진공을 이용하여 물을 제거하는 단계와, 성형된 단부 콘 라이너를 주형 위에서 건조시키는 단계에 의해 제조하였다. 결과는 아래의 표 1에 나타나 있다.
예 탄성 (%)
9 97
10 79
11 49
12 97
13 94
C2 99
C3 100
C4 100
결과로부터, 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘은, 고형화 용액에 의해 포화되거나 슬러시 성형된, 유사한 조성의 단부 콘 예비 성형물보다 압축성이 큰 것을 알 수 있다.
예 14 및 비교예 C5 및 C6
예 10(아래의 예 14) 및 비교예 C3(아래의 C5) 및 C4(아래의 C6)의 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하기 위해 사용된 발포성 시트재에 대해 전술한 방법으로 두께와 밀도 가변성을 시험하였다. 결과는 다음의 표 2에 나타내었다.
N = 12 비교예 5 비교예 6 예 14
평균 두께 (in) 0.26 0.338 0.206
3 표준 편차 0.05 0.217 0.02
±3 표준 편차 21% 64% 8%
평준 중량 (g) 0.21 0.42 0.33
3 표준 편차 0.02 0.33 0.06
±3 표준 편차 9% 79% 17%
단위 면적당 평균중량 (g/㎡) 2211 4404 3501
3 표준 편차 190 3478 589
±3 표준 편차 9% 79% 17%
결과로부터, 본 발명에 따른 예비 성형 단열 단부 콘은, 두께가 동일한 치수의 슬러시 성형된 단부 콘 라이너보다 균일하고, 밀도(단위 면적당 중량)가 슬러시 성형된 발포성 단부 콘 라이너보다 균일하였다. 또, 본 발명의 예비 성형 단열 단부 콘은 발포성 시트재의 탄성과 압축성을 유지하였으나, 슬러시 성형된 단부 콘 라이너는 상대적으로 단단하고 취약했다.

Claims (20)

  1. 오염 제어 장치의 단부 콘을 단열하도록 된 예비 성형 단열 단부 콘으로서,
    오염 제어 장치의 단부 콘을 단열하도록 된 원추 형상으로 성형되는 발포성 또는 비발포성 시트재와;
    상기 시트재와 기밀 접촉하고, 이 시트재를 자기 유지성이 있는 원추 형상으로 유지시키는 형상 유지 요소
    를 포함하고, 상기 형상 유지 요소는 접착 테이프, 유기질 접합재, 금속 포일, 열수축성 필름, 또는 고형화 용액 중 적어도 하나인 것인 예비 성형 단열 단부 콘.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 형상 유지 요소는 유기질 접합재인 것인 예비 성형 단열 단부 콘.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 시트재는 제1 단부와 제2 단부를 구비하고, 상기 형상 유지 요소는 상기 제1 단부와 상기 제2 단부를 접합시키는 접착 테이프인 것인 예비 성형 단열 단부 콘.
  6. 제1항에 있어서, 탄성 시험 방법을 사용하여 평가한 경우에 탄성값이 약 35 % 내지 97 %인 것인 예비 성형 단열 단부 콘.
  7. (a) 단부 콘 내부 하우징과 단부 콘 외부 하우징을 구비하는 하우징과;
    (b) 상기 하우징 내에 장착되는 촉매 요소와;
    (c) 상기 단부 콘 내부 하우징과 상기 단부 콘 외부 하우징 사이에 배치되는 제1항, 제3항, 제5항, 또는 제6항 중 어느 한 항에 따른 예비 성형 단열 단부 콘
    을 포함하는 오염 제어 장치.
  8. 오염 제어 장치의 단부 콘을 단열하도록 된 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하는 방법으로서,
    무기질 섬유와 유기질 접합재로 이루어진 발포성 또는 비발포성 단열 시트재를 마련하는 단계와;
    상기 단열 시트재를 물 또는 증기로 처리하는 단계와;
    오염 제어 장치의 단부 콘을 단열하는데 필요한 치수를 갖는 원추 형상으로 상기 단열 시트재를 성형하는 단계와;
    상기 원추 형상으로 성형된 단열 시트재를 건조하여, 자기 유지성이 있는 예비 성형 단열 단부 콘을 형성하는 단계
    를 포함하는 예비 성형 단열 단부 콘 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 성형 단계는 상기 단열 시트재를 주형에 넣는 단계를 포함하는 것인 예비 성형 단열 단부 콘 제조 방법.
  10. 오염 제어 장치의 단부 콘을 단열하도록 된 예비 성형 단열 단부 콘을 제조하는 방법으로서,
    발포성 또는 비발포성 단열 재료를 시트 형태로 마련하는 단계와;
    오염 제어 장치의 단부 콘을 단열하는데 필요한 치수를 갖는 원추 형상으로 상기 시트를 성형하는 단계와;
    자기 유지성이 있는 완성된 예비 성형 단열 단부 콘을 형성하도록 접착 테이프인 형상 유지 요소를 붙이는 단계
    를 포함하는 예비 성형 단열 단부 콘 제조 방법.
  11. 오염 제어 장치의 제조 방법으로서,
    탄성 및 압축성이 있는 발포성 또는 비발포성 단열 재료로 이루어지며, 3차원 원추 형상을 갖고, 유연성 및 자기 유지성을 갖는 단열 단부 콘을 마련하는 단계와;
    상기 단열 단부 콘을 오염 제어 장치의 단부 콘 내부 하우징과 단부 콘 외부 하우징 사이에 배치하는 단계
    를 포함하고, 상기 단열 단부 콘은 상기 배치 단계 이전에 수평면에 놓일 경우 중력의 작용하에서 그 3차원 원추 형상을 유지하는 것인 오염 제어 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 단열 단부 콘은 탄성 및 압축성이 있는 비발포성 단열 재료로 이루어지는 것인 오염 제어 장치의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 단열 단부 콘은 유기질 접합재를 더 포함하고,
    상기 단열 재료를 물 또는 증기로 처리하는 단계와;
    오염 제어 장치의 단부 콘으로서 사용하는데 필요한 치수를 갖는 원추 형상으로 상기 단열 재료를 성형하는 단계와;
    상기 원추 형상으로 성형된 단열 시트재를 건조하여, 유연성 및 자기 유지성이 있는 단열 단부 콘을 형성하는 단계
    를 포함하는 것인 오염 제어 장치의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 하나의 시트 재료로부터 상기 단열 단부 콘을 성형하는 단계를 더 포함하는 것인 오염 제어 장치의 제조 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 주형을 사용하여 상기 단열 단부 콘을 성형하는 단계를 더 포함하는 것인 오염 제어 장치의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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