KR100691352B1 - 니들 펠트 및 백 필터 - Google Patents

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닛뽄 펠트 컴퍼니 리미티드
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Abstract

고온에서 사용 가능함과 동시에 기계적 특성이 우수한 펠트, 및 이것을 이용한 백필터를 제공한다. 원단의 편면 혹은 양면에 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유를 바람직하게는 95:5~50:50(중량비)의 비율로 혼합하여 이루어지는 편물이 배치되어, 니들링에 의해 일체화되어 있다. 유기 내열성 섬유는 불소계 섬유, 폴리이미드계 섬유, 폴리페닐렌설파이드계 섬유, 아라미드계 섬유 및 폴리벤즈아미드 섬유, 특히 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌을 주성분으로 하는 불소계 섬유이다. 또한, 이 니들 펠트를 이용하여 백필터가 제조된다.
백필터, 니들 펠트, 편물, 불소계 섬유, 원단

Description

니들 펠트 및 백 필터{NEEDLE FELT AND BAG FILTER}
본 발명은 니들 펠트 및 백필터, 특히 내열성이 우수한 니들 펠트, 및 소각로나 보일러 등의 고온 가스 중의 먼지를 포집하는데 적합한 백필터에 관한 것이다.
유해 물질에 의한 대기 오염, 다이옥신류에 의한 환경 오염은 심각한 지구 환경 문제로서 세계적으로 규제가 강화되어, 보일러나 소각로 등의 산업 연소로에서의 집진, 질소산화물 및 유황산화물의 제거가 의무화되고 있다. 특히, 다이옥신류는 독성, 발암성이 상당히 높은 유해 물질로서, 세계적으로 엄격한 규제가 이루어지고 있으며, 일본에서도 대기 오염 방지법에 기초하는 지정 물질로서 소각로의 처리 능력에 따른 규제치와 적용 시기를 정한 법규제가 시행되었다. 특히, 금후 적용되는 '다이옥신류 대책 특별 조치법'의 환경 기준을 준수하기 위해서는 기존, 신설을 불문하고 배기 가스의 고도의 집진 장치의 설치가 의무화되고 있어, 이에 대응하는 제거 장치의 저비용화가 요구되고 있다.
집진 설비는 전기 집진기에 의한 방법과 백필터에 의한 방법이 주류인데, 전 기 집진기는 설비비가 높고 보전성이 좋지 않기 때문에 요즘은 백필터 방식이 주류를 이루고 있다. 백필터는 직물로 구성된 원단 위에 결이 고운 부직 섬유 집합체를 적층한 다층 구조(예를 들면, 일본 특허공개 2001-149719호 공보 참조)를 이루며, 섬유상에서 미소 먼지를 포집하여 필터를 통과한 가스는 가스 중의 염화 수소, 유황산화물, 질소산화물 등의 산성 물질을 제외한 후에 방출된다. 이 방식은 압력 손실이 적고 집진 효율이 상당히 높으며, 건식 집진에 적합하다.
백필터는 고온도이며 산성 물질을 포함하기 때문에 내열성과 함께 내산성이 요구되며, 지금까지 폴리페닐렌설파이드계 섬유(예를 들면, 일본 특허공개 2003-117325호 공보 참조), 아라미드계 섬유(예를 들면, 일본 특허공개 평 9-313832호 공보 참조), 폴리이미드 섬유(예를 들면, 일본 특허공개 2001-62219호 공보 참조)불소계 섬유(예를 들면, 일본 특허공개 2001-276528호 공보 참조) 등이 제안되었고, 또한 폴리페닐렌설파이드 섬유 등의 유기 섬유에 유리 섬유를 혼입시킨 펠트재(예를 들면, 일본 특허공개 평 5-245316호 공보 참조), 실리카 섬유와 유기 내열성 섬유를 조합한 펠트재(예를 들면, 일본 특허공개 2001-262453호 공보 참조)의 제안도 있다.
유기 섬유를 이용한 백필터는 내열 온도가 반드시 만족할 만한 것은 아니어서 고온시의 형상 안정성이 요구되며, 한편, 금속 섬유나 무기 섬유는 내열성이 우수한 이점을 있지만 섬유가 부드럽지 못하여 내굴곡성이 떨어지는 결점이 있었다. 이러한 관점에서 본 발명의 목적은 고온에서 사용할 수 있는 동시에 기계적 특성이 우수한 펠트, 및 이 펠트를 이용한 백필터를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 철구항 1에 따른 니들 펠트는 원단의 편면 혹은 양면에 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유를 포함하는 편물을 배치하고, 니들링에 의해 일체화하여 이루어진다.
청구항 2에 기재된 니들 펠트는 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유가 95:5~50:50(중량비)으로 혼합된 편물로 이루어진다.
청구항 3에 기재된 니들 펠트는 불소계 섬유, 폴리이미드계 섬유, 폴리페닐렌설파이드계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리벤즈아미드 섬유로부터 선택되는 1종 이상의 유기 내열성 섬유로 이루어진다.
청구항 4에 기재된 니들 펠트는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 주성분으로 하는 불소계 섬유인 유기 내열성 섬유로 이루어진다.
청구항 5에 따른 백필터는 청구항 1에 기재된 니들 펠트를 이용하여 구성되어 있다.
본 발명의 효과는 고온에서 사용 가능함과 동시에 기계적 특성이 우수한 펠트 및 백필터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 니들 펠트는 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유를 포함하는 편물을 원단의 표면에 배치하고, 니들링에 의해 일체화하여 구성되어 있다.
원단은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명이 내열성의 향상을 목적으로 하고 있으므로 원단의 소재에 있어서도 내열성이 높은 것이 요구되어, 유기 내열성 섬유, 무기 섬유가 선택된다. 여기에서, 유기 내열성 섬유로는 불소계 섬유, 폴리이미드계 섬유, 폴리페닐렌설파이드계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리벤즈아미드계 섬유 등이 있고, 무기 섬유로는 유리 섬유, 실리카 섬유, 현무암 섬유 등이 있으며, 이들로부터 임의로 선택된다. 이 중 내열성이 우수한 동시에 펠트 제작의 취급상 우수한 것은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 호모폴리머, PTFE와 퍼플루오로프로필렌과의 코폴리머, PTFE와 퍼플루오로알콕시에틸렌과의 코폴리머, 혹은 이들로부터의 1종 이상의 불소계 섬유이다. 이 때, 본 발명이 목적으로 하는 내열성을 고려하면, 상기 코폴리머에서의 PTFE는 바람직하게는 70몰% 이상, 보다 바람직하게는 80몰% 이상인 것이 권장된다.
원단을 구성하는 섬유는 대표적으로는 섬유 지름 10~40번수의 스판계나 섬유 지름 250~2500dtex의 멀티필라멘트이고, 이것을 밀도 60~950g/㎠ 정도의 평직, 수자직, 혹은 능직의 1~2중직으로 하여 사용한다.
편물은 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유를 혼합하고 있다. 여기에서, 유기 내열성 섬유는 상기의 원단과 마찬가지로 불소계 섬유, 폴리이미드계 섬유, 폴리페닐렌설파이드계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리벤즈아미드계 섬유 등이며, 특히 PTFE 호모폴리머, PTFE와 퍼플루오로프로필렌과의 코폴리머, PTFE와 퍼플루오로알콕시에틸렌과의 코폴리머, 혹은 이들로부터의 1종 이상의 불소계 섬유가 바람직하다.
현무암 섬유는 현무암을 용융 상태로부터 섬유화한 것이다. 현무암은 화산암 의 일종으로서, 이산화규산(SiO2)을 45~63 중량%, 그 외에 산화알루미늄, 탄산철, 산화티탄, 산화마그네슘 등으로 구성되어 있다.
현무암 섬유는 내열 필터 제작시에 자주 사용되는 유리 섬유(E-유리)나 실리카 섬유에 비하여 탄성률/내절 강도가 높기 때문에, 제조시(섬유의 카딩(Carding), 니들링)의 가방성(可紡性)이 양호하여 펠트의 작성이 용이하다.
편물에서의 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유는 각각 섬유 지름이 2~18㎛ 정도이고, 이를 섬유 길이 38~100㎜ 정도로 절단하여 이용한다. 양자의 혼합비는 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유를 95:5~50:50(중량비), 바람직하게는 90:10~60:40(중량비)으로 한다. 이 범위 외라도 그 나름대로의 혼합 효과는 볼 수 있지만, 일반적으로 유기 내열성 섬유를 95 중량%보다 많게(즉, 현무암 섬유를 5중량%보다 작게) 하면 현무암 섬유의 효과가 충분히 발휘되지 않아 내열성의 향상이 적으며, 역으로 유기 내열성 섬유를 50 중량%보다 적게(즉, 현무암 섬유를 50 중량%보다 많게) 하면, 기계적 강도가 충분하지 않은 경우가 있다.
현무암 섬유는 가방성이 양호하여, 일반적으로 유리 섬유(E-유리)나 실리카 섬유를 유기 섬유와 혼방하여 편물을 작성하는 경우, 유리 섬유나 실리카 섬유가 30% 이상 혼방되면 극단적으로 가방성이 떨어져 펠트의 작성이 곤란해지지만, 현무암 섬유에서는 70% 정도까지라면 문제없이 작성할 수 있다.
편물은 상기 원단의 편면에 배치한 2층 구조, 혹은 원단의 양면에 배치한 3층 구조로 한다. 펠트재를 이용하여 백필터로 하는 경우, 집진하는 것은 섬유 집합 체층이므로 이 목적을 위해서는 2층 구조로 충분히 목적은 달성되지만, 백필터로서 강도를 높게 하고 변형을 적게 하여 고압 공기에 의한 털어내기 진동에 대하여 강하게 하기 위해서는 3층 구조로 할 필요가 있다. 이 때 집진하는 면의 섬유 집합체층은 섬유 지름이 작은 것을 선택하여 집진 효과를 높이고, 그 반대측은 통기성 확보와 리테이너와의 접촉 마모를 경감하기 위하여 큰 지름의 것을 사용한 3층 구조 형태로 하는 것이 바람직하다. 편물층은 두께를 1.2~10㎜로 하고, 밀도는 50~400g/㎡ 정도이며, 니들링에 의해 얽히게 하여 적층시켜 일체화한다. 니들펀치법에 의한 엉킴 처리는 총 식모 개수 200~1000만개/㎡ 정도로 원단과 편물층을 일체화시킨다. 원단과 배트가 일체화된 펠트의 밀도는 통상 500~1000g/㎡이다.
본 발명의 펠트는 내열성이 우수하여 소각로나 보일러 등의 고온 가스 중의 먼지를 포집하는 백필터에 적합하다. 특히, 펠트의 편물부에 있어서 유기 내열 섬유에 현무암 섬유를 배합한 것의 이점은, 유기 내열 섬유 단독의 편물에 비해 내열성을 향상시켜 고온에 처해졌을 때 형상의 안정을 유지하는 효과를 갖는다. 또한 현무암 섬유는 내열성의 관점에서 실리카 섬유나 유리 섬유와 동등한 정도이지만, 내굴곡성 및 내알칼리성에 있어서 실리카 섬유나 유리 섬유와 비교하여 우수하다는 점에서 유리하다.
또한, 현무암 섬유는 내알카리성에 있어서 실리카 섬유나 유리 섬유보다 우수하다는 것도 유리한 점이다. 소각로에 이용하는 백필터에서는 가스 중의 산성 성분에 대처하기 위하여 석탄을 산포(散布)하는 경우가 있는데, 이 경우, 소각로의 운전을 정지하여 냉각시켰을 때 석탄이 부착된 상태로 방치된다. 이러한 백필터가 알칼리성 조건 하에 놓이면 현무암 섬유에서는 열화가 적어 유리하다.
(실시예)
[펠트 시료의 조제]
섬유 지름 440dtex의 멀티필라멘트로 밀도 약 100g/㎠의 PTFE제 평직[렌징 플라스틱(LENZING PLASTICS GmbH & Co KG)사(오스트리아)제, 「프로필렌(PROFILEN)」(상품명)]을 원단으로 하고, 그 편면에 섬유 지름 3.3dtex의 PTFE 섬유[토레이(주)제, 「토요프론」(상품명)]와 섬유 지름 9㎛의 현무암 섬유[스다고다(SUDAGODA)사(러시아)제], 6㎛의 E-유리 섬유[유니티카글래스화이버(주)제], 9㎛의 실리카 섬유[벨켐 화이버 머터리얼(belChem fiber materials CmbH)사(독일)제] 각각을 70:30(중량비)으로 혼합한 편물을 배치하고, 니들링에 의해 일체화하여, 약 700g/㎡의 니들 펠트를 작성하였다.
[절단 강도의 측정]
JIS L 1096 8.12.1에 준하여 5㎝ 폭의 펠트로, 정신장(定伸長) 인장 응력 시험기[(주) 에이 앤드 디제, 텐시론 만능 시험기]에 의해 측정하였다.
[굴곡 피로성의 측정]
JIS R3420에 준하여, MIT 내굴도 시험기[테스터 산업(주)제]로 횡방향의 굴곡을 반복하여, 잔존 강도와 처음의 강도의 비교로부터 강도 보존률을 구하였다.
[내알칼리성의 측정]
펠트의 시험편을 다음 단계로 수행하였다.
1) 5% 수산화나트륨 수용액에 20분간 침지하였다.
2) 짜는 기계(맹글)에 의해 수용액 픽업률 180%~200%로 짰다.
3) 200℃의 건조기에 3시간 방치하였다.
4) 항온항습실(20℃, 65%)에 20시간 방치하였다.
5) 손세탁, 탈수한 후, 24시간 이상 항온항습실(20℃, 65%)에 방치하였다.
6) 강신도 시험(날실 방향만의 잔존 강도 보존률)을 수행하였다.
7) 상기 제 4 단계까지 종료한 시험의 일부에 대하여 다시 제 1~6 단계를 수행하였다.
[측정 결과]
결과를 표 1에 나타낸다.
현무암 섬유 E-유리 섬유 실리카 섬유
섬유 단일체 밀도(㎏/dm3) 2.60~2.80 2.52~2.63 2.00~2.73
융점(℃) 1450 1120 2000
유리 전이 온도(℃) 1050 600 1300~1670
연소 중량 손실(%) 1.91 0.32 -
사용 한계 온도(℃) -260~+700 -60~+460 +1500
펠트 밀도(g/㎡) 689 702 709
두께(㎜) 1.18 1.20 1.25
E-모듈러스 91~110 73 60~72
통기도(㎤/㎠/sec) 14.9 13.8 14.0
절단 강도 종 75.0 daN/5㎝ 69.2 daN/5㎝ 71.0 daN/5㎝
횡 90.5 daN/5㎝ 77.2 daN/5㎝ 81.0 daN/5㎝
굴곡 피로성(MIT 시험) →강도 잔존률(횡) 5000회→72.1% 10000회→60.5% 20000회→46.5% 5000회→69.1% 10000회→50.2% 20000회→24.0% 5000회→66.0% 10000회→52.1% 20000회→29.7%
내알칼리성 1회째 90.1% 2회째 85.5% 1회째 88.7% 2회째 75.6% 1회째 80.2% 2회째 55.0%
현무암을 혼합한 펠트는 절단 강도에 있어서 E-유리 섬유나 실리카 섬유와 비교하여 비슷한 정도, 혹은 약간 높은 강도였다. 굴곡 피로성 및 내알칼리성에 있어서는 E-유리 섬유나 실리카 섬유와 비교하여 확실히 우수하였다.
본 발명의 니들 펠트 및 이를 이용한 백필터는 내열성, 굴곡 피로성 및 내알카리성에 있어서 우수하여, 고온이며 기계적으로 가혹한 조건 하에서의 사용에 적합한 것으로서, 산업상 유용하다.

Claims (5)

  1. 원단의 편면 혹은 양면에 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유를 포함하는 편물을 배치하고, 니들링에 의해 일체화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니들 펠트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 편물은 유기 내열성 섬유와 현무암 섬유가 95:5~50:50(중량비)으로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 니들 펠트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유기 내열성 섬유는 불소계 섬유, 폴리이미드계 섬유, 폴리페닐렌설파이드계 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리벤즈아미드 섬유로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 니들 펠트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유기 내열성 섬유는 폴리테트라플루오로에틸렌을 주성분으로 하는 불소 계 섬유인 것을 특징으로 하는 니들 펠트.
  5. 제 1항에 기재된 니들 펠트를 이용하는 것을 특징으로 하는 백필터.
KR1020067009142A 2004-02-19 2004-10-25 니들 펠트 및 백 필터 KR100691352B1 (ko)

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