KR101230249B1 - 집진 필터용 제전 극세사 부직포 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 분진과 이 미세 분진에 포함된 대전성 입자에 의해 발생하는 정전기를 효과적으로 제거하게 되는 집진 필터용 제전 극세사 부직포에 관한 것이다.
본 발명은 0.7∼0.8데니어의 폴리에스터 단섬유 98∼95wt%와 1∼2데니어의 메탈 파이버 2∼5wt%가 혼합된 표면층에 대하여 중간기포(scrim)와 이면층을 1:0.3∼0.7:1의 중량비로 니들 펀칭에 의해 일체화한 3층 구조를 갖는 집진 필터용 제전 극세사 부직포에 있어서, 상기 표면층의 메탈 파이버는 중량비 2:1의 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 구성되고, 상기 중간기포는 300∼500데니어의 폴리에스터와 스테인리스 스틸 얀(yarn)으로 제직되되, 상기 스테인리스 스틸 얀은 경사 또는 위사의 일부로서 포함되며, 상기 이면층은 2∼3데니어의 폴리에스터 단섬유 98∼95wt%에 대하여 중량비 2:1의 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 이루어진 1∼2데니어의 메탈 파이버 2∼5wt%가 혼합된 것을 특징으로 한다.

Description

집진 필터용 제전 극세사 부직포{Anto-static nonwoven felt with superfine fibers for dust collecting filter}

본 발명은 공기 중에 포함된 분진을 흡착하는 집진 필터용 부직포에 관한 것으로서, 특히 미세 분진과 이 미세 분진에 포함된 대전성 입자에 의해 발생하는 정전기를 효과적으로 제거하게 되는 집진 필터용 제전 극세사 부직포에 관한 것이다.

제철 및 제강 현장이나 시멘트 제조 현장 등을 포함한 각종 산업현장에서는 조업 공정 중에 가열이나 연소 또는 분쇄 및 용해 과정 등에서 분진을 포함한 배출가스가 발생하게 된다. 그리고, 이 배출가스 중에 포함된 분진은 집진장치를 거치면서 배출가스 허용기준치에 부합하는 정도로 제거된 상태에서 대기 중으로 배출이 된다.

최근, 환경 보존에 대한 관심이 날로 높아지고 실정에서 대기 환경에 대한 각종 규제와 기준이 강화되고 있고, 산업현장에서 발생하는 배출가스 중의 분진 허용기준치 또한 상당히 엄격해지고 있다.

배출가스 중에 포함된 분진을 포집하거나 제거하기 위한 집진장치에는 일반적으로 필터백이 사용되고 있으며, 일반적으로 이 필터백은 세사(細絲) 부직포로 제작이 된다. 최근 생산되는 필터백용 부직포는 분진 허용기준치를 만족하기 위해서 종래에 비해 기공이 상대적으로 적게 형성되도록 함으로써 미세 분진의 포집이 가능하도록 하도록 하고 있다. 즉, 대표적인 필터백용 부직포는, 분진을 함유한 배출가스와 직접 접촉하는 필터의 표면부가 세사로 형성되어 미세 분진을 흡착하게 된다.

한편, 제철소나 제강공장, 그리고 시멘트 공장 등에서 발생되는 배출가스 중에는 대전성(帶電性) 입자가 많이 포함되어 있고, 배출가스의 온도 자체가 상대적으로 높기 때문에 필터백의 사용 중에 스파크 발생에 의한 화재의 위험에 노출되어 있다. 이러한 정전기 발생에 따른 폐해를 해결하기 위한 방안으로서, 표면부에 불소계 수지 등으로 이루어진 대전방지제를 코팅한 필터백이 공지되어 있으나, 대전방지 효과가 충분하지 못할 뿐만 아니라 표면 코팅에 의해 통기성이 저해되어 필터의 여과 효율이 저하되는 문제점을 갖고 있다.

따라서, 종래에 비해 한층 강화되고 앞으로 더욱더 엄격해질 분진 허용기준치에 부합하는 미세 분진 제거기능을 구비하면서도 대전 방지 효율이 우수한 집진 필터용 제전 부직포에 대한 개발이 요구된다.

본 발명의 출원인은 특허출원 제10-2009-12726호(명칭 : 기체필터용 제전 세사 부직포)를 제시함으로써 위와 같은 개발 요구에 부응하고 있으나, 상기 특허 기술을 발전적으로 개량하여 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 한층 강화되고 있는 산업현장의 배출가스 허용기준치를 만족할 수 있도록 종래의 제전 세사 부직포를 개량함으로써 미세 분진 제거 기능과 대전성 입자 제거 기능이 더욱 향상된 집진 필터용 제전 극세사 부직포를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 집진 필터용 제전 극세사 부직포는, 표면층과 중간기포(scrim) 및 이면층이 차례로 적층되어 니들 펀칭에 의해 일체화된 3층 구조로 이루어져 있다.

이 가운데, 표면층은 배출가스와 직접 접촉하여 가스 중의 미세 분진을 제거하는 층으로, 0.7∼0.8데니어의 폴리에스터 단섬유 98∼95wt%와 1∼2데니어의 메탈 파이버 2∼5wt%가 혼합된 구조로 이루어져 미세한 공극을 형성함으로써, 배출가스와 접촉하였을 때 1∼10㎛의 미세 분진을 포집하게 되고, 전도성 메탈 파이버에 의해 분진에 존재하는 대전성 입자로 인한 정전기를 제거하게 된다.

상기 표면층에서 메탈 파이버의 함량은, 2wt% 미만일 경우 대전성 입자에 대하여 효과적인 제전기능을 발휘할 수 없게 되고, 5wt%를 초과하는 경우에는 제전효과의 향상에 비해 원가 부담이 가중되므로, 2∼5wt%로 한정하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에서 표면층의 메탈 파이버는 SUS316L과 같은 스테인리스 스틸 파이버와 구리(Cu) 파이버로 구성된다. 종래에는 제전기능을 위해 표면층에 구성되는 메탈 파이버를 100% 스테인리스 스틸 파이버로 하였으나, 본 발명에서는 전기전도성이 우수한 구리 파이버를 스테인리스 스틸 파이버와 함께 구성함으로써 제전효율을 더욱 향상시키게 된다. 이때 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버의 중량비는 제전효율과 제조원가를 고려하여 2:1로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 중간기포는 300∼500데니어의 폴리에스터와 스테인리스 스틸 얀(yarn)으로 제직되되, 상기 스레인리스 스틸 얀은 경사 또는 위사의 일부로서 포함된 구성으로 이루어진다. 중간기포는 집진용 필터백의 제작시 안정적인 형태를 가질 수 있도록 강도를 보강하는 역할을 하게 되는데, 스테인리스 스틸 얀을 포함함으로써 충분한 강도를 부여하게 된다. 이때, 스테인리스 스틸에 제직되는 폴리에스터의 섬도는 300∼500데니어로 하는 것이 형태 안정성 유지에 바람직하다.

일반적으로, 섬유의 밀도는 경사와 위사로 나누어 표기하는데, 가로 1인치×세로 1인치의 사각형 안에 들어있는 경사와 위사의 개수를 '밀도'라고 한다. 본 발명에서는 36본의 경사와 24본의 위사(즉, 36×24)로 중간기포를 형성하거나, 38본의 경사와 22본의 위사(즉, 38×22)로 중간기포를 형성하는 것이 바람직하다. 이처럼 본 발명에서 중간기포의 밀도를 36×24 또는 38×22로 하는 것이 형태 안정성 유지에 바람직하다

다음으로, 상기 이면층은 2∼3데니어의 폴리에스터 단섬유 98∼95wt%에 대하여 1∼2데니어의 메탈 파이버 2∼5wt%를 혼합한 구성으로 이루어진다. 여기서, 메탈 파이버는 상기 표면층의 메탈 파이버와 마찬가지로 제전효율과 원가를 고려하여 중량비 2:1의 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 집진 필터용 제전 극세사 부직포는 중간기포를 중심으로 양 외면에 표면층과 이면층이 위치하여 니들 펀칭에 의해 일체화한 3층 구조를 갖는데, 이때 각 층의 단위면적당 중량비는 표면층:중간기포:이면층=1:0.3∼0.7:1로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 표면층 및 이면층에 대한 중간기포의 상대적인 함량은 본 발명의 부직포로 제작된 필터백의 사용환경에서 요구되는 필터의 강도 수준에 따라 상기 범위 내에서 정해지게 된다.

본 발명의 집진 필터용 제전 극세사 부직포는 니들 펀칭(needle punching)에 의해서 제조되는데, 도 1에 도시된 것처럼 그 제조 공정은 다음과 같다.

먼저, 표면층을 형성하기 위한 원료로서 0.7∼0.8데니어의 폴리에스터 단섬유와 1∼2데니어의 메탈 파이버를 준비하는데, 메탈 파이버는 중량비 2:1의 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 구성된다. 또한, 이면층을 형성하기 위한 원료로서 2∼3데니어의 폴리에스터 단섬유와 1∼2데니어의 메탈 파이버를 준비하는데, 이 메탈 파이버 역시 중량비 2:1의 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 구성된다.

상기 표면층 및 이면층 원료들을 각각 혼타면(Bale Opener), 1차 및 2차 개면(Fine Opener and Carding), 성형(Cross Lapping)의 공정과 같은 통상적인 부직포 제조공정을 통해 시트(sheet) 형태로 성형한다. 이때, 표면층 형성 공정에서는 1차 및 2차 개면 공정 사이에 숙성(Aging) 공정이 추가로 수행된다.

이어서, 이면층 성형체의 일면에 300∼500데니어의 폴리에스터와 스테인리스 스틸 얀(yarn)으로 제직되되, 상기 스테인리스 스틸 얀은 경사 또는 위사의 일부로서 포함된 중간기포를 대고 니들 펀칭을 하여 이들 두 층간에 일차적인 결속이 이루어지도록 한다. 또, 표면층 성형체에 대해서도 니들 펀칭을 행하여 일차적인 결속이 이루어지도록 한다.

이와 같이 결속된 두 결속체를 겹친 상태에서 최종적인 결속이 이루어지도록 니들 펀칭을 행하여 3층의 합봉 결속을 이룬다. 이때, 중간기포가 중간에 위치하도록 두 결속체를 겹쳐놓은 상태에서 니들 펀칭을 하게 된다. 합봉 공정은 4대의 펀칭 머신을 이용하는 것이 바람직하며, 표면층과 이면층의 일차 결속을 위한 펀칭(Pre-Punching)에 비해 스트로크의 속도를 증가시킴과 아울러 침심의 깊이를 깊게 하고, 표면과 이면의 편차를 억제하기 위해 펀칭 비율을 일정하게 유지하여 형태 안정성과 탄성 복원력을 확보하는 것이 필요하다. 또, 공정 제어를 통해 니들 마크나 니들 트랙이 남지 않도록 함으로써 외관 품질을 향상시키도록 하는 것이 바람직하다.

상기 공정을 거쳐 성형된 부직포 생지에 대해 후가공으로서, 표면층의 기모를 태우는 모소 가공(Singeing Treatment)과 불소수지 함침 공정을 거친다. 모소 가공을 거치면, 집진시 미세먼지가 필터백의 표면에 달라붙지 못하게 되어 탈진성능과 포집력이 향상되며, 기공이 팽창되지 않아 미세 분진이 침투하지 못하게 됨으로써 차압을 낮추고 필터의 수명을 연장시키는 효과를 볼 수 있다. 또, 불소수지 혼합액은 마찰계수가 낮기 때문에 필터의 기계적인 손상을 막아줄 뿐만 아니라 필터의 표면적을 확장시켜 서로 다른 마찰전기의 발생으로 미세 분진의 포집 효율을 향상시키게 된다.

위와 같이 구성된 본 발명은 극세사의 폴리에스터 단섬유를 가진 표면층에 의해 필터 공극의 크기가 미세하여 미세 분진의 침투 억제가 용이하고 1∼10㎛ 수준의 미세 분진 포집율이 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 표면층과 이면층에 포함된 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버의 메탈 파이버에 의해 분진 중의 대전성 입자를 더욱 효율적으로 제거할 수 있는데, 이처럼 제전효율이 매우 우수하기 때문에 본 발명의 부직포를 방전 및 스파크로 인한 화재 및 폭발의 위험성이 큰 설비에 적용하면 안전하고 효율적으로 미세 분진을 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 탈진이 용이하고 자체 강도가 높아 수명이 오래가는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부직포의 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 부직포의 단면에 대한 전자현미경 사진이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에서는, 표면층 형성 원료 섬유로서 0.8데니어의 폴리에스터 단섬유와 1데니어의 메탈 파이버를 사용하였다. 특히, 메탈 파이버는 중량비 2:1의 SUS316L 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 구성하였다. 또, 이면층 형성 원료 섬유로서 2데니어 폴리에스터 단섬유와 2데니어의 메탈 파이버를 사용하였다. 이때 이면층의 메탈 파이버는 중량비 2:1의 SUS316L 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 구성하였다. 또한, 중간기포는 폴리에스터와 SUS316L 스테인리스 스틸 얀으로 제직되되, 상기 스테인리스 스틸 얀은 경사 또는 위사의 일부로서 포함되도록 구성되며, 폴리에스터의 섬도는 300데니어로 하였고, 중간기포의 밀도를 38×22로 하였다.

앞서 설명한 바와 같이, 표면층과 이면층의 성형 공정에 따라 각각 혼타면기를 이용하여 혼타면을 한 후, 1차 개면을 행하여 가늘게 개면하였다. 개면된 웨브를 2차 개면 공정에서 일련의 롤러를 거치면서 미세하고 가늘게 개섬되도록 하였다. 이때 중량 조절은 피드 롤러에서 행하고, 전체 컨트롤은 메인 실린더를 통하여 조절하였다. 개면이 완료된 웨브는 성형 공정의 벨트 위에서 여러 겹을 적층되면서 소정의 형태가 부여되었다. 성형이 완료된 표면층 성형체의 일면에는 300데니어의 폴리에스터와 스테인리스 스틸 얀으로 제직된 중간기포를 대고 1차 결속을 행하였다.

또, 이면층 성형체에 대하여도 1차 결속을 하고, 이어서 표면층과 그 일면에 합봉된 중간기포로 이루어진 2층 구조의 1차 결속체-중간기포 상에 이면층 성형체를 맞대어 포갠 상태에서 4대의 펀칭 머신을 이용한 니들 펀칭으로 합봉 결속을 행하고, 마무리 공정으로서 표리 가공(Heat Press Calendering)을 수행하여 부직포 생지를 얻었다.

상기 부직포 생지에 대하여 그 표면층을 모소 가공한 후, 불소수지 혼합액(불소수지 용액 30% + 왁스 이형제 10% + 물60%)이 담긴 용해조 내부에 부직포 생지 원단을 함침시킨 다음 꺼내어 압축 롤러를 이용한 압착으로 고형분이 원단 내부에 침투되도록 함과 아울러 수분이 제거되도록 하였다. 원단에 남아있는 수분은 건조장치(can dryer)를 이용하여 제거하였고, 1차 및 2차 큐어링 공정을 거치면서 고형분이 섬유 내부에서 완전히 고착되도록 하였다.

도 2는 상기 공정을 통해서 얻어진 부직포의 단면을 전자현미경으로 촬영한 100배 배율의 사진이고, 아래의 <표 1>은 본 발명의 실시예와 종래 제품 간의 물성치를 비교한 도표이다.

		독일BWF사 제품	특허출원 10-2009-12726	본 발명의 실시예
재질		폴리에스터	폴리에스터	폴리에스터
중량(g/㎡)		560	610	654
섬도 (데니어)	표면층	1	0.8	0.8
	이면층	2∼3	2	2
인장강도 (kgf)	길이	164	184.8	206.0
	폭	220	194.6	188.7
파열강도(kgf/㎠)		45이상	45이상	51.0이상
공기투과도(㎤/㎠/s)		14∼15	8∼9	10

위의 표에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예는 종래의 독일 BWF사의 제품이나 특허출원 10-2009-12726의 부직포에 비하여 길이방향 인장강도와 파열강도가 우수하여 장기간의 수명을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 또, 본 발명의 실시예는 공기투과도가 종래의 부직포들과 비교할 때 양호한 수준임을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 대한 제전효율을 알아보기 위해 표면저항율을 시험한 결과, 적용전압 100볼트, 적용시간 60초, 온도 20±2℃, 상대습도 40±2%의 시험조건에서, 1.5×10^-7Ω 이하를 나타내었는데, 이는 상기 독일의 BWF사의 부직포와 같은 종래의 통상적인 부직포들이 1.5×10^-8Ω의 표면저항율을 나타내는 것과 비교하면 제전효율이 매우 우수함을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (2)

1. 0.7∼0.8데니어의 폴리에스터 단섬유 98∼95wt%와 1∼2데니어의 메탈 파이버 2∼5wt%가 혼합된 표면층에 대하여 중간기포(scrim)와 이면층을 1:0.3∼0.7:1의 중량비로 니들 펀칭에 의해 일체화한 3층 구조를 갖는 집진 필터용 제전 극세사 부직포에 있어서,
   상기 표면층의 메탈 파이버는 중량비 2:1의 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 구성되고, 상기 중간기포는 300∼500데니어의 폴리에스터와 스테인리스 스틸 얀(yarn)으로 제직되되, 상기 스테인리스 스틸 얀은 경사 또는 위사의 일부로서 포함되며, 상기 이면층은 2∼3데니어의 폴리에스터 단섬유 98∼95wt%에 대하여 중량비 2:1의 스테인리스 스틸 파이버와 구리 파이버로 이루어진 1∼2데니어의 메탈 파이버 2∼5wt%가 혼합된 것을 특징으로 하는 집진 필터용 제전 극세사 부직포.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 중간기포의 밀도는 36×24 또는 38×22인 것을 특징으로 하는 집진 필터용 제전 극세사 부직포.

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