KR101367945B1 - 탄화규소 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그 및 건조방법 - Google Patents

탄화규소 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그 및 건조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물을 건조하기 위한 건조지그 및 건조방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄화규소(SiC) 압출물의 하단부위를 지지하는 하부지그와, 상기 압출물의 상부에 얹어져 상단부위를 지지하는 상부지그를 포함하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 하부지그와 상부지그를 포함하는 건조지그를 이용하되, 상기 건조지그에 하단부위와 상단부위가 지지되도록 탄화규소(SiC) 압출물을 개재한 상태에서 마이크로파를 조사하는 단계를 포함하는 허니컴 세그먼트 압출물의 건조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 탄화규소(SiC) 압출물의 하단부위와 상단부위가 건조지그에 모두 지지된 상태에서 마이크로파에 의해서 건조되어 압출물 내부의 수분 제거율이 우수할 뿐만 아니라, 상부 및 하부 건조 지그에 맞닿은 부분에서의 건조 양상이 동일하여 휨 현상이 방지되는 우수한 효과를 갖는다.
탄화규소, 허니컴, 구조체, 세그먼트, 필터, 건조지그, 마이크로파

Description

탄화규소 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그 및 건조방법 {DRYING JIG AND DRYING METHOD FOR EXTRUDED PRODUCT OF SIC HONEYCOMB SEGMENT}
도 1은 허니컴 세그먼트의 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1에 보인 허니컴 세그먼트를 다수 개 접합시켜 구성한 허니컴 구조체의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 건조지그의 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 건조지그의 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 하부지그 12 : 하부지그의 지지홈
15, 25 : 절곡홈 20 : 상부지그
22 : 상부지그의 지지홈 100 : 건조지그
본 발명은 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물을 건조하기 위한 건조지그 및 건조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄화규소(SiC) 압출물의 하단부위와 상단부위가 동일한 양상으로 건조될 수 있으면서 압출물 내부의 수분 제거율이 우수하도록 건조할 수 있는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그 및 건조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 다공성의 허니컴(Honeycomb) 구조체는 휘발유용 차량의 배출가스 중에 포함된 탄화수소(Hydro Carbon), NOx, COx 등을 제거하는 촉매 담체나, 디젤 차량의 분진(particulate)을 제거하기 위한 디젤 분진 필터(diesel particulate filter ; DPF)의 용도로 많이 사용되고 있다. 이러한 허니컴 구조체는 주로 열팽창 계수가 작은 코디에라이트(cordierite)계의 세라믹으로 제조되어 왔다. 코디에라이트는 다양한 크기 및 형상을 가지는 허니컴 구조체를 자유롭게 제조할 수 있는 장점이 있다. 그러나 코디에라이트는 녹는점이 낮아 디젤 분진 필터(DPF)의 재생과정(고온의 열을 가하여 흡착된 분진을 연소, 제거하는 고온 처리 과정)에서 녹아버리거나 파괴되는 문제점이 있다.
이에 따라, 녹는점이 높고 열전도율이 우수한 탄화규소(SiC)가 선호되고 있다. 그러나 탄화규소(SiC)는 탄성 계수와 열팽창 계수가 커서 열충격에 약하므로 촉매 코팅시의 열처리 공정이나 그을음(soot)의 포집 후 재생과정에서 깨어지는 문 제가 빈번하게 발생하므로 모놀리식(monolithic) 형태로 사용하기 힘들다. 따라서, 탄화규소(SiC)를 주재료로 하여 허니컴 구조체를 제조하는 경우에는 일반적으로 사각기둥 바(bar) 형상의 허니컴 세그먼트(honeycomb segment)로 작게 제조한 다음, 상기 허니컴 세그먼트를 다수 개 접합시켜 제조하고 있다.
도 1은 허니컴 세그먼트의 사시도를 보인 것이고, 도 2는 상기 도 1의 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1에 보인 허니컴 세그먼트를 다수 개 접합시킨 허니컴 구조체를 보인 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 탄화규소질 허니컴 세그먼트(1)는 일반적으로 벌집구조의 정사각기둥 형상을 갖는다. 그리고 분진이 포함되어 있는 배기가스(G)가 통과되는 곳으로서, 다공성의 격벽(2)에 의해 마련된 채널(3)이 그의 길이방향으로 관통되어 형성된 구조를 갖는다. 이와 같은 탄화규소질 허니컴 세그먼트(1)는, 일반적으로 탄화규소(SiC) 분말에 유기바인더(고분자 화합물)와 소결조제로서의 무기 바인더를 첨가한 다음, 이를 압출성형 및 절단, 건조한 후, 소성공정을 거쳐 제조된다. 그리고 상기 채널(3)은 입구와 출구 쪽 중에서 선택된 어느 한쪽을 번갈아가며 밀봉재(3a)가 플러깅(plugging)되어 있다. 이에 따라, 채널(3) 안으로 유입된 배기가스(G)는 다공성의 격벽(2)을 통과한 후, 인접하는 다른 채널(3)을 통하여 유출된다. 이때, 배기가스(G)에 포함된 분진은 다공성의 격벽(2)에 포집된다.
위와 같이, 밀봉재(3a)에 의해 플러깅(plugging)된 세그먼트(1)는 소성 과정을 거친 후 접합재(4)에 의해 다수 개 접합된다. 그리고 외주부분이 연삭 처리된 다음, 내열성의 마감재(5)로 외벽 처리되어 도 3에 보인 바와 같은 원기둥 형태의 허니컴 구조체로 제조된다.
또한, 상기 허니컴 세그먼트(1)는 탄화규소(SiC)를 주재료로 한 원료를 압출 성형한 다음, 일정한 길이로 절단된 후 소결공정을 거쳐 제조된다. 이때, 압출물은 소결공정 등에서 취급이 용이할 정도의 강도를 부여하고자, 소결공정 이전에 건조공정을 거친다.
허니컴 세그먼트(1)는 접합재(4)에 의한 접합공정 등에서의 작업의 용이성, 그리고 필터 효율 등을 고려하여 휘어짐이 없이 우수한 직진도를 가져야 할 것이 요구된다. 그러나 압출공정, 건조공정, 그리고 소결공정 등에서 휨 현상이 발생한다. 이러한 휨 현상을 방지하기 위해, 건조공정에서는 V자형 건조지그를 사용하는 기술이 시도되었다.
예를 들어, 대한민국 공개특허 제2005-0002887호에는, 허니컴 세그먼트 압출물을 경사 각도가 15~35도인 V자형 리시빙 지그로 받아 건조공정을 수행하는 허니컴 구조체의 제조방법이 제시되어 있다.
그러나 위와 같은 종래 기술에 따르면, 지그에 압출물의 하단부위만 맞닿게 되어 이 역시 휨 현상이 발생되고, 압출물의 하단부위와 상단부위의 건조 양상이 서로 다르게 나타나 불량률이 많이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 건조공정에서 압출물은 건조지그에 안착된 다음, 열풍 건조기에 통과되어 건조되고 있는데, 이러한 종래 기술에 따르면 압출물 내부의 수분 제거율이 떨어지는 문제점이 있다. 구체적으로, 열풍 건조는 압출물의 외부에서 가해지는 열풍에 의하여 압출물의 외부 표면에서부터 수분이 증발되어 내부로 건조가 진행되는데, 이러한 열풍 건조의 경우 압출물 내부의 수분을 완전히 제거하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 건조 공정에서 탄화규소(SiC) 압출물과 건조지그의 지지 접촉 면적을 상부와 하부가 동일하도록 도모하는 건조지그를 도입하고 마이크로파를 이용함으로써, 탄화규소(SiC) 압출물의 상단 표층부와 하단 표층부가 동일한 양상으로 건조되어 건조 시 휨 현상이 방지될 뿐만 아니라 압출물 내부의 수분 제거율이 우수한 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그 및 건조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그에 있어서,
탄화규소(SiC) 압출물의 하단부위를 지지하는 하부지그와, 상기 탄화규소(SiC) 압출물의 상부에 위치되어 상단부위를 지지하는 상부지그를 포함하는 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그를 제공한다.
이때, 상기 하부지그에는 'V'자형 또는 'ㄷ'자형 홈이 형성되어 하단부위를 지지하고, 상기 상부지그에는 역'V'자형 또는 'ㄷ'자형 홈이 형성되어 상단부위를 지지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 하부지그에는 'V'자형 홈이 형성되고, 상기 상부지그에는 역'V'자형 홈이 형성된 것이 좋다.
또한, 본 발명은 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조방법에 있어서,
상기 하부지그와 상부지그를 포함하는 건조지그를 이용하되, 상기 건조지그에 하단부위와 상단부위가 지지되도록 탄화규소(SiC) 압출물을 개재한 상태에서 마이크로파를 조사하는 단계를 포함하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도시한 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한 것으로서, 이는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명에 따른 건조지그를 구성하는 하부지그와 상부지그의 단면도를 보인 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 건조지그를 구성하는 하부지그와 상부지그의 다른 구현예를 보인 사시도이다.
먼저, 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 건조지그(100)는 하부지그(10)와, 상기 하부지그(10)의 상부에 위치된 상부지그(20)를 포함한다.
본 발명에 따른 건조지그(100)는 하부지그(10)와 상부지그(20)가 하나의 세트(set)로 하여, 1세트 또는 2 세트 이상으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 하부지 그(10)는 탄화규소(SiC) 압출물(E)의 하단부위(E10)를 지지하며, 상기 상부지그(20)는 압출물(E)의 상단부위(E20)를 지지한다. 보다 구체적으로, 상기 하부지그(10)와 상부지그(20)는 압출물(E)의 하단부위(E10)와 상단부위(E20)를 각각 지지할 수 있는 지지홈(12)(22)을 갖는다. 이때, 상기 하부지그(10)에는 'V'자형 또는 'ㄷ'자형의 지지홈(12)이 형성되어 하단부위(E10)를 지지하고, 상기 상부지그(20)에는 역'V'자형 또는 'ㄷ'자형의 지지홈(22)이 형성되어 상단부위(E20)를 지지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 하부지그(10)에는 'V'자형의 지지홈(12)이 형성되고, 상기 상부지그(20)에는 역'V'자형의 지지홈(22)이 형성된 것이 좋다.
또한, 상기 'V'자형의 지지홈(12) 및 역'V'자형의 지지홈(22)의 내각(θ)은 탄화규소(SiC) 압출물의 외각과 일치하여 맞닿을 수 있는 각도를 갖는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 'V'자형의 지지홈(12) 및 역'V'자형의 지지홈(22)의 내각(θ)은 85° ~ 95°인 것이 바람직하며, 상기 압출물(E)이 직사각형인 경우, 상기 내각(θ)은 90°인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따르면, 압출물(E)은 건조지그(100)에 하단부위(E10)와 상단부위(E20) 모두가 지지된 상태에서 건조되어 휨 현상이 방지되고, 하단부위(E10)와 상단부위(E20)가 동일한 양상으로 건조(수분 증발)된다.
이때, 상기 압출물(E)은 하부지그(10)와 상기 하부지그(20) 사이에 개재된 상태에서 마이크로파 조사에 의해 건조되는 것이 바람직한데, 이때 상기 하부지그(10)와 상부지그(20)는 그 재질에 있어서, 마이크로파에 대한 열손실계수가 탄화 규소(SiC) 압출물(E)의 열손실계수보다 더 작은 재질로부터 선택되는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로파 가열에 의한 상/하부지그(10)(20)의 온도 상승이 탄화규소(SiC) 압출물(E)의 온도 상승보다 낮은 것이 바람직하다. 이와 같이 하부지그(10)와 상부지그(20)가 압출물(E)보다 열손실계수가 작은 재질로 구성된 경우, 마이크로파 가열 시에 의한 온도 상승이 억제된다. 이에 따라, 건조지그(100)의 온도가 낮게 유지되어 계속적인 건조공정에서 건조지그(100)의 취급이 용이하다.
상기 하부지그(10)와 상기 하부지그(20)는 탄화규소(SiC)보다 열손실계수가 작은 구체적인 예로서, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 테프론(Teflon 등록상표) 수지, 운모(mica) 수지, 알루미나(alumina) 수지, 폴리에틸렌 수지, 실리콘 수지, 세라믹 및 유리 섬유로 이루어진 군중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.
또한, 상기 하부지그(10)와 상부지그(20)는 그 재질에 있어서, 내열성이 우수한 세라믹 소결체로 이루어질 수 있다. 예를 들어 탄화규소(SiC), 질화규소(SiN), 코디에라이트, 탄화규소-코디에라이트, 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 알루미늄 실리케이트 및 티탄산 알루미늄 등으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 세라믹을 주성분으로 하여 소결시켜 얻은 소결체로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 탄화규소(SiC)를 주성분으로 하되, 상기 탄화규소(SiC) 입자를 결집시키는 성분으로서 탄화규소(SiC)에 규소(Si), 실리카(SiO2),알루미나(Al2O3), 실리카-알루미나(SiO2-Al2O3), 및 알루미늄 실리케이트 등으로부터 선택 된 하나 이상을 혼합한 것을 소결시켜 얻은 탄화규소 소결체를 사용할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하여 설명하면, 상기 하부지그(10)와 상부지그(20)에는 각각 절곡홈(15)(25)이 형성되어 있는 것이 좋다. 상기 절곡홈(15)(25)은 건조 시 증발된 수분이 통과할 수 있는 통로를 제공하면서, 압출물(E)에 마이크로파(또는 열풍)의 전달효율을 증가시켜 건조효율을 높이는 것으로서, 이는 상기 하부지그(10)와 상부지그(20)의 길이 방향을 따라 다수 개 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 건조방법은 이상에서 설명한 본 발명의 건조지그(100)를 이용하되, 탄화규소(SiC) 압출물(E)이 그의 내부 중심(core)에서부터 건조될 수 있도록 마이크로파를 조사하는 건조공정을 적어도 포함한다. 구체적으로, 하부지그(10)의 지지홈(12)과 상부지그(20)의 지지홈(22)에 탄화규소(SiC) 압물출(E)의 하단부위(E10)와 상단부위(E20)가 지지되도록 개재한 상태에서 마이크로파(M/W) 건조기 내로 유입되어 마이크로파 조사에 의해 조사된다. 이와 같은 마이크로파의 조사에 의해 압출물(E)은 내부에서부터 건조가 진행되어 내부의 수분이 제거율이 우수해진다. 그리고, 위와 같은 마이크로파 조사공정을 수행한 다음에는 열풍 건조공정이 더 진행될 수 있다. 상기 마이크로파 조사는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 2.45GHz에서 1분 ~ 10시간 동안 진행하는 것이 바람직하다. 주파수가 너무 약하거나 조사 시간이 짧으면 건조가 잘 안될 수 있고, 주파수가 너무 강하거나 조사 시간이 길면 균열이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 탄화규소(SiC) 세그먼트 압출물(E)의 하단부위(E10)와 상단부위(E20)가 건조지그(100)에 모두 지지된 상태에서 건조되어 휨 현상이 방지되고, 하단부위(E10)와 상단부위(E20) 모두가 동일한 양상으로 건조될 수 있는 효과를 갖는다. 이에 따라, 건조공정과 이후 소결공정 등에서 불량률을 줄일 수 있다.
또한, 마이크로파 조사에 의해, 압출물(E)이 내부에서부터 건조가 진행되어 압출물(E) 내부의 수분 제거율이 우수한 효과를 갖는다.

Claims (8)

  1. 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그에 있어서,
    탄화규소(SiC) 압출물의 하단부위를 지지하는 하부지그와, 상기 탄화규소(SiC) 압출물의 상부에 위치되어 상단부위를 지지하는 상부지그를 포함하며,
    상기 하부지그와 상부지그는 폭 방향으로 형성된 'ㄷ'자형의 절곡홈을 각각 복수로 구비한 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부지그에는 'V'자형 또는 'ㄷ'자형의 지지홈이 길이방향으로 형성되고, 상기 상부지그에는 역'V'자형 또는 'ㄷ'자형의 지지홈이 길이방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 'V'자형 홈과 역'V'자형 홈의 내각(θ)은 85° ~ 95°인 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부지그와 상부지그는 탄화규소(SiC) 압출물보다 열손실계수가 작은 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부지그와 상부지그는 멜라민 수지, 에폭시 수지, 테프론(Teflon) 수지, 운모(mica) 수지, 알루미나(alumina) 수지, 폴리에틸렌 수지, 실리콘 수지, 세라믹 및 유리 섬유로 이루어진 군중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합으로 구성된 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부지그와 상부지그는 세라믹 소결체인 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조지그.
  7. 삭제
  8. 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조방법에 있어서,
    제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 건조지그를 이용하되, 상기 건조지그에 하단부위와 상단부위가 지지되도록 탄화규소(SiC) 압출물을 개재한 상태에서 마이크로파를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소(SiC) 허니컴 세그먼트 압출물의 건조방법.
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