KR101596077B1 - 고온 가스 여과용 복합시트 및 그것을 포함한 필터 - Google Patents

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Abstract

우수한 내구성 및 여과능을 갖는 경량의 고온 가스 여과용 복합시트 및 그것을 포함한 필터가 개시된다. 본 발명의 복합시트는 제1 유기섬유를 포함하는 제1 웹, 제2 유기섬유를 포함하는 제2 웹, 및 상기 제1 및 제2 웹들 사이에 위치하며 상기 제1 및 제2 웹들과 결합되어 있는 스크림을 포함하고, 상기 스크림은 50 denier 이하의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 필라멘트사(para-aramid filament yarn)를 경사 및 위사로 갖는 직물(woven fabric)이며, 상기 스크림은 5 내지 20 g/m2의 면밀도를 갖는다.

Description

고온 가스 여과용 복합시트 및 그것을 포함한 필터{Composite Sheet for Hot Gas Filtration and Filter Comprising The Same}
본 발명은 고온 가스 여과용 복합시트 및 그것을 포함한 필터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 우수한 내구성 및 여과능을 갖는 경량의 고온 가스 여과용 복합시트 및 그것을 포함한 필터에 관한 것이다.
분진 방출에 대한 환경적 기준이 엄격해지면서 가스 여과용 필터의 사용이 증가하고 있다. 특히 소각로 등에서 사용되는 가스 여과용 필터는 고온의 가스와 직접적으로 접촉하기 때문에 우수한 여과능 뿐만 아니라 높은 내열성 및 내구성을 만족시켜야 한다.
미국 특허 제5,171,339호 및 그 대응 대한민국 특허 제10-0249439호는, 메타-아라미드 펠트 상에 파라-아라미드 부직포가 적층된 필터용 복합시트를 개시하고 있으나, 상기 복합시트는 내구성 측면에서 만족스럽지 못하다는 문제점이 있었다.
미국 특허 제5,429,864호(이하, '864 특허) 및 그 대응 대한민국 특허 제10-0229835호는, 메타-아라미드 단섬유를 포함하는 부직포들 사이에 메타-아라미드 방적사로 직조된 스크림(scrim)을 위치시키고, 상기 부직포들과 스크림 사이에 파라-아라미드 마이크로섬유를 포함하는 매트들(mats)을 각각 위치시킴으로써 여과능을 향상시키고자 하였다.
'864 특허는 복합시트의 강도 및 내구성을 향상시키기 위하여 직조된 스크림(woven scrim)을 도입하고 있기는 하지만, 복합시트의 전체 중량이 증가하는 것을 억제하기 위하여 상기 직조된 스크림의 면밀도를 약 135.6 내지 271.2 g/m2으로 제한함과 동시에 상기 스크림의 경사 및 위사를 메타-아라미드 방적사로 제한하고 있다.
그러나, 동일 여과능을 전제로 할 때, 상기 약 135.6 내지 271.2 g/m2의 면밀도는 필터의 경량화 측면에서 여전히 만족스럽지 못하다.
또한, 파라-아라미드 섬유가 메타-아라미드 섬유에 비해 우수한 강도를 갖는다는 점 및 필라멘트사가 방적사에 비해 우수한 강도를 갖는다는 점을 고려할 때, 메타-아라미드 방적사 대신에 파라-아라미드 필라멘트사를 경사 및 위사로 사용하여 상기 직조된 스크림을 제조하는 것이 복합시트의 내구성 측면에서 유리할 것이다.
그러나, 현재 제조되고 있는 파라-아라미드 필라멘트사는 200 내지 3,000 denier의 상대적으로 높은 선밀도를 가지기 때문에, 이러한 파라-아라미드 필라멘트사를 경사 및 위사로 사용하여 상기 '864 특허의 스크림과 유사한 여과능 또는 공극 크기를 갖는 직물을 제조할 경우 '864 특허가 요구하는 약 135.6 내지 271.2 g/m2의 면밀도조차도 만족시키지 못하게 된다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 고온 가스 여과용 복합시트 및 그것을 포함한 필터에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면은 우수한 내구성 및 여과능을 갖는 경량의 고온 가스 여과용 복합시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 우수한 내구성 및 여과능을 갖는 경량의 고온 가스 여과용 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
본 발명의 일 측면으로서, 제1 유기섬유를 포함하는 제1 웹; 제2 유기섬유를 포함하는 제2 웹; 및 상기 제1 및 제2 웹들 사이에 위치하며 상기 제1 및 제2 웹들과 결합되어 있는 스크림을 포함하고, 상기 스크림은 50 denier 이하의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 필라멘트사(para-aramid filament yarn)를 경사 및 위사로 갖는 직물(woven fabric)이며, 상기 스크림은 5 내지 20 g/m2의 면밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 복합시트가 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 백 리테이너(bag retainer); 및 상기 백 리테이너를 감싸는 필터 백(filter bag)을 포함하고, 상기 필터 백은 복합시트로 제조되었으며, 상기 복합시트는, 제1 유기섬유를 포함하는 제1 웹; 제2 유기섬유를 포함하는 제2 웹; 및 상기 제1 및 제2 웹들 사이에 위치하며 상기 제1 및 제2 웹들과 결합되어 있는 스크림을 포함하고, 상기 스크림은 50 denier 이하의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 필라멘트사를 경사 및 위사로 갖는 직물이며, 상기 스크림은 5 내지 20 g/m2의 면밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 필터가 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 고온 가스 여과용 복합시트 및 필터는 파라-아라미드 필라멘트사로 직조된 스크림을 포함하고 있기 때문에 향상된 내구성을 갖는다.
또한, 상기 파라-아라미드 필라멘트사는 50 denier 이하의 현저히 낮은 선밀도를 갖기 때문에, 상기 스크림의 공극 사이즈를 감소시켜 필터의 여과능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 직조된 스크림이 5 내지 20 g/m2의 낮은 면밀도를 갖도록 함으로써 필터의 경량화를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 효과들은 그와 관련된 기술적 구성과 함께 이하에서 자세히 기술될 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 개략도 및 부분 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 복합시트의 분해 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예 따른 파라-아라미드 필라멘트사의 제조 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 본 발명의 고온 가스 여과용 복합시트 및 그것을 포함하는 필터를 상세하게 설명한다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '필라멘트사'는 다수의 모노필라멘트들로 구성된 멀티필라멘트를 의미한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 개략도 및 부분 단면도이다.
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 고온 가스 여과용 필터(1)는 필터 백(filter bag)(100) 및 상기 필터 백(100)을 지지하는 백 리테이너(bag retainer)(300)를 포함한다. 상기 필터(1)의 일 단에는 가스 흐름의 통로를 제공하는 개구부(200)가 형성되어 있다.
고온의 분진을 포함하는 가스가 상기 필터 백(100)이 존재하는 챔버(미도시) 내부로 지속적으로 인입되고, 상기 고온의 분진이 걸러지고 순수한 가스만이 상기 필터 백(100)을 통과하여 상기 개구부(200)를 통해 배출된다.
소정 시간 동안의 여과 작업 후에, 상기 개구부(200)를 통해 압축 공기를 필터 백(100) 내로 공급함으로써 필터 백(100)의 외표면에 부착되어 있는 분진 등의 미립자를 제거할 수 있다.
상기 백 리테이너(300)는 금속 또는 플라스틱으로 제조된 프레임일 수 있다. 상기 백 리테이너(300)를 감싸는 상기 필터 백(100)은 본 발명의 복합시트로 제조된다. 본 명세서에서는 필터 백(100)을 구성하는 복합시트에 필터 백(100)과 동일한 도면부호를 부여한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 복합시트(100)를 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 복합시트의 분해 사시도이다.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 복합시트(100)는 제1 유기섬유를 포함하는 제1 웹(110), 제2 유기섬유를 포함하는 제2 웹(120, 및 상기 제1 및 제2 웹들(110, 120) 사이에 위치하며 상기 제1 및 제2 웹들(110, 120)과 결합되어 있는 스크림(130)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 복합시트(100)를 단지 예시할 뿐으로서, 본 발명은, 상기 제1 웹(110)과 스크림(130)의 사이, 또는 상기 스크림(130)과 제2 웹(120)의 사이에 다른 종류의 층들이 한 개 이상 존재하는 것을 배제하지 않는다.
상기 제1 및 제2 웹들(110, 120)을 구성하는 상기 제1 및 제2 유기섬유들 각각은 폴리벤즈옥사졸, 파라-아라미드 및 메타-아라미드 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 웹들(110, 120)은 동일한 종류의 유기섬유로 형성될 수 있을 뿐만 아니라 서로 다른 종류의 유기섬유들로 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2 웹들(110, 120)을 형성하는 상기 제1 및 제2 유기섬유들은 0.5 내지 15 데니어의 선밀도, 4 내지 15 개/인치의 권축수, 및 30 내지 120 mm의 길이를 갖는 단섬유들(staple fibers)이다.
본 발명의 제1 및 제2 웹들(110, 120)은 통상의 웹 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 섬유 베일(bale)을 타면기(picker)와 같은 장치를 이용하여 개섬한다. 선택적으로, 개섬된 섬유를 공기 수송(air conveying)을 이용하여 더욱 균일하게 만들 수 있다. 이어서, 카딩(carding) 또는 에어-레잉(air-laying) 공정을 통해 상기 개섬된 섬유를 50 내지 500 g/m2의 평량(basis weight)을 갖는 웹으로 전환시킨다.
본 발명의 제1 및 제2 웹들(110, 120)을 제조하는데 사용될 수 있는 폴리벤즈옥사졸 섬유로는 일본 도요보(Toyobo)사가 제조한 것으로서 자일론(Zylon)® PBO-AS 또는 자일론(Zylon)® PBO-HM의 제품명으로 판매되고 있는 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유가 있다.
본 발명의 제1 및 제2 웹들(110, 120)을 제조하는데 사용될 수 있는 파라-아라미드 섬유로는 대한민국 코오롱인더스트리사가 제조한 것으로서 헤라크론(Heracron)®의 제품명으로 판매되고 있는 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 섬유가 있다.
본 발명의 제1 및 제2 웹들(110, 120)을 제조하는데 사용될 수 있는 메타-아라미드 섬유로는 미국 듀폰(Dupont)사가 제조한 것으로서 노멕스(Nomex)®의 제품명으로 판매되고 있는 폴리(메타페닐렌이소프탈아미드) 섬유가 있다.
상기 제1 및 제2 웹들(110, 120) 사이에 위치하는 상기 스크림(130)은 50 denier 이하, 바람직하게는 20 denier 이하의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 필라멘트사를 경사 및 위사로 갖는 직물이다. 본 발명의 상기 스크림(130)은 5 내지 20 g/m2의 면밀도를 가지며, 경사 및 위사 방향 모두에서 1cm당 1 내지 15 개의 가닥들(ends)을 갖는다.
본 발명에 의하면, 제1 및 제2 웹들(110, 120) 사이에 파라-아라미드 필라멘트사로 제직된 직물인 스크림(130)이 삽입되기 때문에 복합시트(100)가 높은 내구성을 갖게 된다. 특히, 본 발명의 스크림(130)은 파라-아라미드 방적사로 제직된 직물에 비하여 그 내구성이 더욱 우수한데, 이것은 방적사에 비해 필라멘트사가 더 높은 강도를 갖기 때문이다. 결국, 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 웹들(110, 120) 사이에 파라-아라미드 필라멘트사로 직조된 스크림(130)을 삽입함으로써 내열성 적층 복합체(100)의 내구성을 최대화할 수 있다.
한편, 본 발명의 스크림(130)을 직조함에 있어서 경사 및 위사로 사용되는 파라-아라미드 필라멘트사는 50 denier 이하, 바람직하게는 20 denier 이하의 선밀도를 갖기 때문에, 상기 스크림(130)의 공극 사이즈가 감소되어 복합시트(100) 및 필터(1)의 여과능이 현격히 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 직조된 스크림(130)이 5 내지 20 g/m2의 낮은 면밀도를 가질 수 있어 필터(1)의 경량화가 용이하게 구현될 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여, 본 발명의 스크림(130)을 직조하는데 사용되는 50 denier 이하, 바람직하게는 20 denier 이하의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 필라멘트사의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 따른 파라-아라미드 필라멘트사의 제조 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
먼저, 공지된 방법을 통해 파라-아라미드를 제조한다. 본 발명의 파라-아라미드는 폴리파라페닐렌테레프탈아미드(PPD-T), 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드), 또는 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드)일 수 있다.
이어서, 상기 파라-아라미드를 황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조한다. 상기 방사도프 내의 파라-아라미드의 농도는 10 내지 25 중량%인 것이 섬유 물성에 바람직하다.
이어서, 도 3에 예시된 바와 같이, 상기 방사도프가 방사도프 공급부(10)를 통해 구금(20)으로 제공된다. 파라-아라미드를 포함하는 상기 방사도프는 구금(20)에 형성된 다수의 홀들을 통해 토출된다. 상기 홀들은 0.1 mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 본 발명에서 사용되는 구금(20)에 대해서는 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다.
이어서, 상기 구금(20)의 다수의 홀들을 통해 토출된 방사도프를 응고시킴으로써, 상기 구금(20)의 다수의 홀들에 각각 대응하는 다수의 모노필라멘트들(131a)이 얻어진다. 구체적으로 설명하면, 구금(20)의 홀들을 통과한 후 하강하는 방사도프는 공기 또는 불활성 기체로 구성된 소정 길이의 에어 갭을 거치면서 각 홀들에 대응하는 다수의 모노필라멘트들(131a)을 형성하기 시작한다.
이어서, 상기 에어 갭을 통과하면 형성되는 다수의 모노필라멘트들(131a)을 다수의 그룹들로 분류한다. 하나의 그룹에 포함된 모노필라멘트(들)(131a)은 하나의 필라멘트사(131)를 형성한다.
하나의 그룹, 즉 하나의 필라멘트사(131)는 1 내지 100 개의 모노필라멘트(131a)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 필라멘트사들(131)은 동일한 개수의 모노필라멘트(들)(131a)을 포함한다. 다만, 하나의 필라멘트사(131)가 50 denier 이하의 선밀도를 갖도록 상기 다수의 모노필라멘트들(131a)이 적절한 수의 그룹들로 분류되어야 한다. 다시 말하면, 하나의 필라멘트사(131)가 50 denier 이하의 선밀도를 갖도록, 하나의 필라멘트사(131)에 포함되는 모노필라멘트(들)(131a)의 개수가 결정되어야 한다.
한편, 에어 갭을 통과하면 형성되는 다수의 모노필라멘트들(131a)을 다수의 그룹들로 분류하는 과정에서, 서로 다른 그룹에 속하는 모노필라멘트들(131a) 끼리의 간섭이 발생하여서는 않 된다. 또한, 모노필라멘트들(131a)의 분류 공정 다음의 후속 공정들을 수행함에 있어서, 상기 분류 공정을 통해 형성되는 다수의 필라멘트사들(131)에 대한 상기 후속 공정들이 병렬적으로 수행될 수 있어야 한다.
위와 같은 점들을 고려하여, 어느 하나의 그룹에 해당하는 모노필라멘트(들)(131a)과 다른 그룹에 해당하는 모노필라멘트(들)(131a)이 서로 간섭하지 않는 방식으로 다수의 홀들이 상기 구금(20)에 형성된다.
선택적으로, 상기 구금(20)은 상기 구금은 제1 방향으로 연장된 형태를 갖고, 상기 다수의 홀들은 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 서로 중첩되지 않도록 배열될 수 있다.
위와 같은 분류 공정을 통해 1 내지 100 개의 모노필라멘트들(131a)을 각각 포함하는 다수의 파라-아라미드 필라멘트사들(131)이 형성된 후, 상기 파라-아라미드 필라멘트사들(131)은 응고조(30) 및 그 하부의 응고튜브들(32)을 각각 통과함으로써 최종적으로 응고된다.
상기 응고조(30) 내부에 응고액(31)이 담겨 있다. 파라-아라미드 필라멘트사들(131)과 더불어 응고액(31)도 상기 응고튜브들(32)을 통해 배출되기 때문에 그 배출양 만큼 응고조(30)에 응고액(31)이 지속적으로 공급되어야 한다. 각각의 응고튜브(32)에는 분사부(jetting unit)(33)가 형성되어 응고튜브(32)를 통과하는 파라-아라미드 필라멘트사(131)에 응고액이 분사되도록 할 수 있다. 상기 분사부(33)는 다수의 분사구들(jet opening)이 형성되어 있어, 응고액이 상기 분사구들을 통해 파라-아라미드 필라멘트사(131)로 분사될 수 있다. 상기 다수의 분사구들은 응고액이 파라-아라미드 필라멘트사(131)에 대하여 방사상 대칭으로 분사될 수 있도록 정렬되는 것이 바람직하다. 분사부(33)를 통한 응고액의 분사 각도는 파라-아라미드 필라멘트사(131)의 진행 방향에 대하여 0 내지 85°가 바람직하며, 특히 상업적 생산 공정에 있어서는 약 30°의 분사 각도가 적당하다.
상기 응고액(31)은 물, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 알코올, 또는 이들의 혼합물이며, -10 내지 +90℃로 유지된다. 선택적으로, 상기 응고액(31)은 소량의 황산을 더 포함할 수 있다. 파라-아라미드 필라멘트사(131)가 응고액을 통과할 때 상기 필라멘트사(131) 내에 존재하는 황산이 제거되는데, 황산이 필라멘트사(131)로부터 급격히 제거됨으로써 필라멘트사(131) 물성 저하가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 응고액(31)에 황산이 소량 첨가될 수 있다.
완전히 응고된 필라멘트사들(131)은 병렬적으로 중화부(40), 수세부(50), 및 건조부(60)을 거쳐 최종적으로 지관들(70)에 각각 권취된다.
상기 중화부(40)에서는 필라멘트사(131)에 잔존하는 황산이 0.3 내지 1.3%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)로 중화되고, 상기 수세부(50)에서는 필라멘트사(131)가 0.01 내지 0.1%의 가성 수용액으로 세정된다.
이어서, 필라멘트사(131)에 잔류하는 수분의 함유량이 건조부(60)에서 조절된다. 가열된 건조 롤(drying roll)에 필라멘트사(131)가 닿는 시간을 조절하거나 상기 건조 롤의 온도를 조절함으로써, 필라멘트사(131)의 수분 함유량을 조절할 수 있다.
이어서, 건조가 완료된 파라-아라미드 필라멘트사들(131)을 지관들(70)에 각각 감는다. 권취 속도는 300 내지 1,500 m/분이다.
위와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명의 파라-아라미드 필라멘트사(131)는, 1 내지 100 개의 모노필라멘트(들)(131a)로 구성되고, 15 g/denier 이상의 강도, 450 g/denier 이상의 인장 탄성율, 및 50 denier 이하, 바람직하게는 20 denier 이하의 선밀도를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 파라-아라미드 필라멘트사(131)를 구성하는 모노필라멘트(131a)는 0.5 내지 2 denier의 선밀도를 갖는다. 파라-아라미드 필라멘트사(131)를 구성하는 모노필라멘트(131a)의 선밀도가 클수록 상기 파라-아라미드 필라멘트사(131)가 더 적은 개수의 모노필라멘트들(131a)만을 포함하여야 하는데, 파라-아라미드 필라멘트사(131)에 포함된 모노필라멘트들(131a)의 개수가 적을수록 상기 파라-아라미드 필라멘트사(131)로 제직된 직물의 내충격성이 약화된다. 따라서, 모노필라멘트(131a)는 2 denier 이하의 선밀도를 갖는 것이 바람직하다.
반면, 0.5 denier 미만의 선밀도를 갖는 모노필라멘트들(131a)로 이루어진 파라-아라미드 필라멘트사(131)는 직물의 제직 자체를 어렵게 만든다. 따라서, 직물의 제직에 사용되는 파라-아라미드 필라멘트사(131)는 0.5 denier 이상의 선밀도를 갖는 모노필라멘트들(131a)로 구성되는 것이 제직의 용이성 관점에서 유리하다.
전술한 방법으로 제조된 파라-아라미드 필라멘트사(131)를 경사 및 위사로 사용하여 5 내지 20 g/m2의 면밀도를 갖는 직물을 제조함으로써 본 발명의 스크림(130)을 완성한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 웹(110), 스크림(130), 및 제2 웹(120)은 니들펀칭(need punching)을 통해 서로 결합되어 있다. 즉, 제1 웹(110) 및 제2 웹(120)의 단섬유들 중 일부가 스크림(130) 내로 도입됨으로써 제1 및 제2 웹들(110, 120)과 스크림(130)이 기계적으로 강하게 엉키게 되고, 그 결과 본 발명의 복합시트(100)는 우수한 내구성을 갖게 된다.
본 발명의 복합시트(100)를 구성하는 상기 제1 및 제2 웹들(110, 120) 및 스크림(130)은 모두 유기 섬유로 형성되기 때문에, 니들펀칭을 통해 제1 웹(110), 스크림(130), 및 제2 웹(120)을 기계적으로 결합시킬 때 무기섬유의 경우 발생할 수 있는 심각한 부서짐 현상이 방지될 수 있다.
다만, 니들펀칭시 스크림(130)에 어느 정도의 미약한 손상이 발생하는 것까지는 피할 수 없다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 니들펀칭시 스크림(130)에 발생할 수 있는 미약한 손상까지도 방지할 수 있도록, 상기 제1 웹(110), 스크림(130), 및 제2 웹(120)이 수류교락(spunlacing)을 통해 서로 결합된다. 수류교락을 통해 제1 웹(110) 및 제2 웹(120)의 단섬유들 중 일부가 스크림(130) 내로 도입됨으로써 제1 및 제2 웹들(110, 120)과 스크림(130)이 기계적으로 엉키게 된다.
상기 수류교락 공정은 10 내지 350 bar의 수압으로 수행될 수 있다. 선택적으로, 10 내지 150 bar의 수압 및 70 내지 350 bar의 수압을 순차적으로 적층 구조에 가할 수 있다. 이와 같이 단계적으로 수압을 증가시킴으로써, 높은 수압이 갑자기 가해짐으로 인해 야기될 수 있는 제1 웹(110) 또는 제2 웹(120)의 손상을 방지할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 웹(110), 스크림(130), 및 제2 웹(120)의 결합을 위해 니들펀칭과 더불어 수류교락이 수행될 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 효과를 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다. 아래에서 예시되는 실시예들은 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
실시예 1
폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 섬유[코오롱인더스트리, 헤라크론®]를 타면기를 이용하여 개섬한 후 카딩 공정을 수행함으로써 약 150 g/m2의 평량을 갖는 제1 및 제2 웹들을 제조하였다.
이어서, 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드)를 황산용매에 용해시켜 방사도프를 제조한 후, 상기 방사도프를 방사함으로서 파라-아라미드 필라멘트사를 제조하였다. 이때, 구금의 홀들을 통해 압출되어 형성되는 1 denier의 선밀도를 갖는 모노필라멘트들을 50개씩 그룹핑함으로써 하나의 필라멘트사가 50 denier의 선밀도를 갖도록 하였다. 이어서, 상기 필라멘트사를 경사 및 위사로 사용하여 직조함으로써, 15 g/m2의 면밀도를 갖는 스크림을 제조하였다.
이어서, 상기 제1 및 제2 웹들 사이에 상기 스크림을 삽입한 후 니들펀칭 공정을 수행함으로써 복합시트를 완성하였다.
실시예 2
구금의 홀들을 통해 압출되어 형성되는 1 denier의 선밀도를 갖는 모노필라멘트들을 30개씩 그룹핑함으로써 하나의 필라멘트사가 30 denier의 선밀도를 갖도록 하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 완성하였다.
실시예 3
구금의 홀들을 통해 압출되어 형성되는 1 denier의 선밀도를 갖는 모노필라멘트들을 10개씩 그룹핑함으로써 하나의 필라멘트사가 10 denier의 선밀도를 갖도록 하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 완성하였다.
비교예 1
폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 방적사[코오롱인더스트리, 헤라크론®]를 경사 및 위사로 사용하여 직조함으로써 15 g/m2의 면밀도를 갖는 스크림을 제조하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 제조하였다.
비교예 2
600 denier의 선밀도를 갖는 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 필라멘트사[코오롱인더스트리, 헤라크론®]를 경사 및 위사로 사용하여 직조함으로써 15 g/m2의 면밀도를 갖는 스크림을 제조하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합시트를 제조하였다.
실시예들과 비교예들에 의해 제조된 복합시트들의 내열성, 강도, 및 여과능을 아래의 방법들에 의해 각각 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
복합시트의 내열성 측정
EN407을 따라서 접촉열에 따른 저항성을 측정하였다. 즉, 접촉온도가 100℃일 때 접촉 면의 반대 면의 온도가 15초 내에 변하면 Level 0이 할당되고, 접촉온도가 100℃일 때 반대 면 온도가 15초 동안 변화가 없으면 Level 1이 할당되고, 접촉온도가 250℃일 때 반대 면 온도가 15초 동안 변화가 없으면 Level 2가 할당되고, 접촉온도가 350℃일 때 반대 면 온도가 15초 동안 변화가 없으면 Level 3가 할당되며, 접촉온도가 500℃일 때 반대 면 온도가 15초 동안 변화가 없으면 Level 4가 할당된다.
복합시트의 인장강도 측정
KS K ISO 9073-3을 이용하여 복합시트의 기계방향(Machine direction)에 대한 적층체의 인장강도를 측정하였다. 측정은 정속신장식(contant rate of extension type) 인장강도 시험기를 이용하였으며, 측정시 샘플의 폭은 50mm, 게이지 간격은 200mm, 인장속도는 100 mm/min이었다. 샘플을 신장하다가 상기 샘플이 절단될 때의 강도를 구하였다.
복합시트의 여과성능 측정
복합시트의 여과성능은 신뢰성 인증시험방법인 환경정화용 집진필터백 미디어 RS K 0001에 따라 실시되었다. 여과성능 시험은 0.2~110㎛ 직경의 분진(standard fine test dust, ISO 12103-1)을 사용하였다. 일정량의 분진을 공기와 함께 시편을 거치고, 여과된 분진을 최종적으로 절대필터로 거르고, 시험을 마친 후 절대필터에 잔존하는 분진의 양을 측정하여 필터 여재의 포집효율을 아래의 식을 이용하여 계산하였다.
식: FE(%) = [(CiVt-Qt)/CiVt]×100
여기서, FE는 포집효율이고, Ci는 초기 분진농도이고, Vt는 여과된 전체 부피이며, Qt는 절대필터에 걸러진 분진 무게이다.
내열성(level) 인장강도(kgf) 여과성능(%)
실시예 1 3 87 99.5
실시예 2 3 88 99.7
실시예 3 3 90 99.9
비교예 1 3 86 99.1
비교예 2 3 87 98.5
1: 필터 10: 방사도프 공급부
20: 구금 30: 응고조
40: 중화부 50: 수세부
60: 건조부 70: 권취부
100: 복합시트 110: 제1 웹
120: 제2 웹 130: 스크림
131: 파라-아라미드 필라멘트사 131a: 모노필라멘트
200: 개구부 300: 백 리테이너

Claims (12)

  1. 제1 유기섬유를 포함하는 제1 웹;
    제2 유기섬유를 포함하는 제2 웹; 및
    상기 제1 및 제2 웹들 사이에 위치하며 상기 제1 및 제2 웹들과 결합되어 있는 스크림을 포함하고,
    상기 스크림은, 0.5 내지 2 denier의 선밀도를 갖는 1 내지 100 개의 모노필라멘트들을 포함하고 50 denier 이하의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 필라멘트사(para-aramid filament yarn)를 경사 및 위사로 갖는 직물(woven fabric)이며,
    상기 스크림은 5 내지 20 g/m2의 면밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 복합시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기섬유들 각각은 폴리벤즈옥사졸, 파라-아라미드, 또는 메타-아라미드로 형성된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 복합시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기섬유들은 0.5 내지 15 denier의 선밀도, 4 내지 15 개/인치의 권축수, 및 30 내지 120 mm의 길이를 갖는 단섬유인 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 복합시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웹, 스크림, 및 제2 웹은 니들펀칭을 통해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 복합시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웹, 스크림, 및 제2 웹은 수류교락을 통해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 복합시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웹, 스크림, 및 제2 웹은 니들펀칭 및 수류교락을 통해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 복합시트.
  7. 백 리테이너(bag retainer); 및
    상기 백 리테이너를 감싸는 필터 백(filter bag)을 포함하고,
    상기 필터 백은 복합시트로 제조되었으며,
    상기 복합시트는,
    제1 유기섬유를 포함하는 제1 웹;
    제2 유기섬유를 포함하는 제2 웹; 및
    상기 제1 및 제2 웹들 사이에 위치하며 상기 제1 및 제2 웹들과 결합되어 있는 스크림을 포함하고,
    상기 스크림은, 0.5 내지 2 denier의 선밀도를 갖는 1 내지 100 개의 모노필라멘트들을 포함하고 50 denier 이하의 선밀도를 갖는 파라-아라미드 필라멘트사를 경사 및 위사로 갖는 직물이며,
    상기 스크림은 5 내지 20 g/m2의 면밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 필터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기섬유들 각각은 폴리벤즈옥사졸, 파라-아라미드, 또는 메타-아라미드로 형성된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 필터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유기섬유들은 0.5 내지 15 denier의 선밀도, 4 내지 15 개/인치의 권축수, 및 30 내지 120 mm의 길이를 갖는 단섬유인 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 필터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 웹, 스크림, 및 제2 웹은 니들펀칭을 통해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 필터.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 웹, 스크림, 및 제2 웹은 수류교락을 통해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 필터.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 웹, 스크림, 및 제2 웹은 니들펀칭 및 수류교락을 통해 서로 결합된 것을 특징으로 하는 고온 가스 여과용 필터.
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