KR102192514B1 - 고내열성 하이브리드 백필터 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

고내열성 하이브리드 백필터 구조체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고내열 특성을 갖고, 상대적으로 가격이 저렴한 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)에 관한 것이며, 특히 수축을 방지함으로써 차압 증가를 막아 백필터로서의 기능을 연장하게 되는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)를 제공하기 위한 것이다.

Description

고내열성 하이브리드 백필터 구조체 및 그 제조방법 { High-temperature hybrid bag filter structure and manufacturing method the same }
본 발명은 고온의 분진 기루를 필터링하는 집진기 내부에 장착되는 폴리페닐렌설파이드 단섬유를 포함하는 고내열성 하이브리드 백필터 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 폴리페닐렌설파이드 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트 단섬유를 복합화함으로써 내열성 및 기계적 물성이 우수하면서 가격경쟁력이 뛰어난 고내열성 하이브리드 백필터 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
지난 수십년간 산업 발전과 업종의 다양화에 따라 대기오염물질의 배출량 및 종류가 크게 증가되고 있다. 대기오염물질 중 입자상 물질은 다양한 산업활동에서 배출되는 물질로서, 산업이 발전함에 따라 대기 중으로 배출되는 먼지의 배출량이 많아져서 부유하는 입자상 물질이 더욱 증가하였으며, 이에 따라 대기오염 문제가 심각하게 대두되었다.
백필터(Bag filter)는 여과 집진 장치의 일종으로 유리섬유, 양모, 합성 섬유, 석면 등으로 제조되어 분진 기류를 필터링하는 자루 모양의 필터를 가리킨다. 이러한 백필터는 니들펀칭 공정으로 제조된 폴리에스터 부직포가 가장 일반적으로 사용되어 왔으나, 공해문제가 심각해지고 환경 기준이 엄격하게 강화됨에 따라 일반 폴리에스터 부직포 만으로는 여과성능 향상과 고온환경에서 사용하기에는 한계가 있다.
상기와 같은 분진 기체에 함유된 입자상 물질을 완전히 포집 제거하기 위하여 대부분의 산업체에서는 전기 집진기술, 세정식 집진기술, 여과포 집진기술 등을 최종 집진장치에 장착하여 사용하고 있으며, 그 중 여과포 집진기술은 0.01 ㎛ 이상의 먼지 입자를 99.9 %까지 포집 제거할 수 있다.
여과포 집진장치에 사용되는 내열성 백필터가 유리섬유, 메타아라미드-노멕스(NOMEX), 테플론, 폴리이미드 등과 같은 섬유를 이용하여 부직포 형태로 제조되고 있다. 상기와 같은 재료의 특성에 따라 내열성, 내화학성 백필터로 개발되고 있으며, 백필터의 표면에 다공성 필름을 접착하여 사용되는 경우가 많으나, 여재의 가격상승 및 다공성 필름 제조시 사용되는 발암성 물질 때문에 다른 재료의 백 필터 개발이 요구되고 있다.
이에 따라, 포집 효율을 극대화하면서 통기성이 우수하여 기체의 압력손실이 감소되고 장기간 사용 가능한 백필터의 제조 및 성능 평가에 관심을 가지기 시작했으며, 종래의 백필터로는 포집이 불가능한 미세분진을 포집하고, 백필터의 수명을 연장하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편 알루미늄 용해로 등에 사용되는 집진기는 보일러 연료로 벙커씨유 정제유를 주로 사용함에 따른 불완전연소에 의한 수분, 유분, 검뎅이 등이 발생되고, 알루미늄로에 투입되는 재활용 알루미늄에 의해서도 수분 및 유분 등이 많이 발생된다. 또한 알루미늄을 녹이는 과정에서 발생하는 염화수소는 PET 백필터를 가수분해시키며, 또한 순간적으로 160 ℃까지 올라가는 집진기 온도는 백필터의 수축을 일으킨다. 이러한 문제들로 인해 현재 알루미늄 용해로 등에 사용되는 PET 백필터는 집진기에 장착후 2개월 정도 지나면 유분, 수분 및 가수분해 등에 의해 차압이 증가하고, 특히 고온에서 수축이 발생함으로써 백필터로서의 기능을 상실하게 된다.
상기와 같은 문제의 해결 방법으로는 PET 백필터를 자주 교체하는 것이나, 이는 소요비용이 과다하고, 교체시간의 부족 등으로 해결되지 못하고 있다.
이와 같은 내열성 백 필터에 대한 종래기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0109501호(2016. 09. 21.)에는 폴리이미드 섬유들을 준비하는 섬유준비단계와, 상기 섬유준비단계를 통해 준비된 상기 폴리이미드 섬유들로 부직포를 형성시키는 부직포 형성단계와, 상기 부직포 형성단계를 거처 제조된 부직포에 주름을 형성시키는 백필터 부재를 형성시키는 주름형성단계와, 상기 주름형성단계를 거친 백필터 부재를 절단하여 백필터를 형성시키는 가공단계로 이루어지는 고내열성 폴리이미드섬유를 이용한 부직포형 나노 맴브레인 주름 백필터 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0134876호(2014. 11. 25.)에는 스크림과 상기 스크림의 양면에 니들펀칭으로 적층된 부직포 펠트로 이루어진 여과포에 있어서, 상기 스크림은 파라형 아라미드 직물로 구성되고, 상기 부직포 펠트의 각각은 폴리페닐렌설파이드(PPS) 부직포 펠트와 메타아라미드 부직포 펠트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고성능 내열성 여과포가 개시되어 있다.
그런데 종래기술에 따른 고온용 백필터는 폴리펜닐렌설파이드 또는 메타아라미드 등을 소재로 하여 생산되고 있으나, 재료비가 고가이므로 양산화에 적합하지 않고, 또한 내산성, 내알카리성, 내마모성 특성이 취약한 문제가 있다. 또한 일정수준의 여과효율은 달성할 수 있으나 압력손실이 크고 산에 대한 저항성이 떨어지는 문제점이 있다. 특히 집진기에 장착후 2개월 정도 지나면 백필터의 수축으로 인한 면적감소로 차압이 증가하여 백필터로서의 기능을 상실하게 되고, 염화수소에 의한 백필터의 가수분해가 발생함으로써 상기 백필터의 기능이 상실되어 유해가스의 역류로 인한 근로자의 고통 및 백필터 기능상실에 의한 각종 비산물의 대기 방출에 의한 민원 등을 야기하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로, 고내열 특성을 갖고, 상대적으로 가격이 저렴한 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)를 제공하며, 특히 고온에서 수축을 방지함으로써 차압 증가를 막아 백필터로서의 기능을 연장하게 되는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)를 제공하기 위한 것이다. 그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)는 스크림(scrim) 직물과 상기 스크림 직물(10)의 양측면에 니들펀칭으로 적층된 복합섬유 웹(15)으로 이루어지며, 상기 스크림 직물(10)은 폴리에틸렌테리프탈레이트이고, 상기 복합섬유 웹(15)은 폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유가 혼섬된 복합섬유로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유의 굵기는 0.5 ~ 2.5 데니어이며, 상기 복합섬유는 폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유 30 ~ 70 중량%와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유 30 ~ 70 중량%로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 스크림 직물(10)의 평량은 100 ~ 200 g/m2이며, 상기 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 평량은 400 ~ 600 g/m2인 것이 바람직하다. 특히 상기 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 공기투과도는 12 cc/cm3/sec 이상이고, 열수축율 3.0 % 이하이며, 또한 한계산소지수는 30 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 제조방법은, 상기 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 내면을 형성하는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 스크림(scrim) 직물을 준비하는 단계; 폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유를 혼합하여 복합섬유 웹(15)(web)을 형성하는 개섬 단계; 상기 스크림 직물(10)의 양측면에 상기 복합섬유 웹(15)을 적층하여 적층체(50)를 형성하는 단계; 상기 적층체(50)를 니들펀칭하여 부직포 펠트(20)를 형성하는 단계; 상기 부직포 펠트(20)를 열처리하여 수축시키는 제 1 열처리 단계; 불소계 발수제의 처리단계; 및 제 2 열처리 단계; 를 포함하며, 상기 제 1 열처리 단계는 150 ~ 160 ℃에서 30 ~ 60 초 동안 진행되며, 상기 제 2 열처리 단계는 먼저 100 ~ 120 ℃에서 60 ~ 120초 동안 열처리를 진행하고, 이후에 110 ~ 180 ℃에서 200 ~ 450초 동안 열처리를 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)는 기계적 강도 및 내열성이 우수하고, 또한 고온의 분진의 포집시 수축이 감소됨으로써 기체의 압력손실이 감소되어 차압 증가를 막아 백필터로서의 기능을 연장하게 되는 효과를 갖는다. 특히 폴리페닐렌설파이드와 폴리에틸렌테레프탈레이트 소재와의 복합화를 통해 기존의 폴리페닐렌설파이드 소재 단독으로 구성된 백필터 대비 기계적인 물성치 및 열안정성을 향상시키면서, 상기 폴리페닐렌설파이드 소재의 사용량을 줄여 경제적으로 우수한 부직포를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 고효율 기체 필터용 다층 복합부직포의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도이며,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 고내열성 하이브리드 백필터(150)의 제품 사진이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100) 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명에 따른 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 고효율 기체 필터용 다층 복합부직포의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도이며, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 고내열성 하이브리드 백필터(150)의 제품 사진이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)는 쓰레기 소각로 및 알루미늄 용해로 등에서 배출되는 고온의 배기가스 중의 미립자를 포집하는 백필터(bag filter)의 제조에 사용되는 부직포 구조체이다. 상기 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)는 스크림(scrim) 직물과 상기 스크림 직물(10)의 양측면에 니들펀칭으로 적층된 부직포 펠트(20)로 구성된 것으로서, 상기 스크림 직물(10)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, 이하 PET)로 구성되고, 상기 부직포 펠트(20)는 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide, 이하 PPS) 단섬유와 PET 단섬유가 혼합된 복합섬유로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 단면도이다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)는 스크림 직물(10)과 복합섬유 웹(15)로 구성된다. 여기에서 상기 스크림 직물(10)은 PET 섬유로 제직한 직물을 사용하는 것이 백필터에 대한 형태안정성이 우수하여 바람직하다.
좀 더 구체적으로 상기 스크림 직물(10)은 백필터의 내면을 형성하고, 이후에 상기 스크림 직물(10)의 양면에 카딩된 단섬유 복합섬유 웹(15)을 적층시켜 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)를 형성하게 된다.
이때 상기 스크림 직물(10)의 평량은 100 ~ 200 g/m2 이며, 상기 스크림 직물의 평량이 100 g/m2 미만이면 니들펀칭 공정시 스크림 직물(10)의 손상이 되게 되어 강도가 저하되고, 이에 따라 내마모성, 인장, 파열 강도 등이 저하되게 되는 문제점이 있다. 반면에, 상기 스크림 직물(10)의 평량이 200 g/m2을 초과하게 되면 백필터의 중량이 증가되고, 니들펀칭 시에 표면 구조가 너무 치밀하게 된다. 이에 따라 백필터에 형성되는 기공이 너무 작게 되어 필터의 역할을 제대로 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다.
또한 상기 스크림 직물(10)의 양측면에 니들펀칭으로 적층되는 복합섬유 웹(15)은 PPS 단섬유와 PET 단섬유가 혼섬된 복합섬유로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 PPS 단섬유와 PET 단섬유는 섬유 굵기가 0.5 ~ 2.5 데니어(denier)인 것이 바람직하다. 즉, 상기 PPS 단섬유와 PET 단섬유의 굵기 0.5 데니어 미만이면, 제조되는 백필터의 조직이 치밀하여 통기 저항이 너무 커저서 여과 효율이 떨어지게 된다. 또한 상기 단섬유의 섬유 굵기가 2.5 데니어를 초과하면, 통기 저항이 너무 낮아져서 미세 먼지가 여과되지 않고 유출되는 문제점이 발생된다.
또한 상기 PPS 단섬유와 PET 단섬유의 섬유장은 45 ~ 60 mm 인 것이 바람직하다. 즉, 상기 단섬유들의 섬유장이 45 mm 미만인 경우에는 제조되는 백필터의 조직이 치밀하게 되어 공기투과도가 저하됨으로써 여과 효율이 떨어지게 된다. 반대로 상기 단섬유들의 섬유장이 60 mm 를 초과하는 경우에는 압력손실이 발생하여 장기간 사용이 불가능하게 된다.
상기 복합섬유 웹(15)를 제조하기 위한 복합섬유는 PPS 단섬유 30 ~ 70 중량%와 PET 단섬유 30 ~ 70 중량% 로 구성되도록 혼섬하는 것이 바람직하며, 이 범위를 벗어나는 경우 부직포 제조시의 작업성 및 제품 특성이 바람직하지 못하게 된다. 즉, 상기 PPS 단섬유의 함량이 30 중량 % 미만이며 PET 단섬유의 함량이 70 중량%를 초과하게 되면, 제조되는 백필터 구조체의 내열성이 부족하여 고온의 분진의 포집시 수축되어 기체의 압력손실이 증가되어 백필터로서의 기능을 상실하게 된다. 또한 상기 PPS 단섬유의 함량이 70 중량 % 를 초과하며 PET 단섬유의 함량이 30 중량% 미만인 경우에는 백필터 구조체가 이후의 열처리 공정에서 과다하게 수축함으로써 백필터의 제조에 적합하지 않게 되고, 상기 PPS 단섬유의 함량이 증가하여 가격 경쟁력이 떨어지게 된다.
상기와 같이 준비된 복합섬유로 구성되는 복합섬유 웹(15)은 스크림 직물(10)의 양측면에 적층하여, 적층체(50)를 형성한 후에 니들펀칭 공정을 통해 부직포 펠트(20)를 제조하게 된다.
상기 부직포 펠트(20)의 평량은 300 ~ 400 g/m2 인 것을 특징으로 한다. 상기 부직포 펠트(20)는 인장 강도 등의 역학적 물성을 보유함과 동시에 기존 PET를 단독으로 사용하여 제조된 제품보다 높은 수준인 한계산소지수(limiting oxygen index, 이하 LOI) 30 이상의 우수한 내열성을 갖게 된다.
또한 상기 부직포 펠트(20)는 이후에 제 1 열처리 공정 및 불소계 발수제 처리를 통해 수축을 방지하고, 발수기능을 부여함으로써 최종 제품을 얻게 된다
상기 제 1 열처리 공정은 텐터 등의 열처리기(60)를 이용하여 진행되며, 150 ~ 170 ℃에서 30 ~ 60초 동안 진행되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 열처리 공정에서 수축된 부직포 펠트(20)는 백필터의 제조시 고온의 환경에서 사용시 수축이 방지되는 효과를 갖게 된다.
또한 불소계 발수제 처리에 의해 발수성이 부여됨으로써, 알루미늄 용해로 등에서 발생되는 염화수소 가스로부터 기인하는 가수분해 현상을 방지하게 된다.
이하에서는 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 제조방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 제조방법은 우선적으로 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 내면을 형성하는 PET 스크림 직물(10)을 준비한다.
상기 스크림 직물(10)은 50 데니어 이하의 굵기를 갖는 PET 필라멘트사를 경사 및 위사로 갖는 직물(woven fabric)이며, 상기 스크림 직물(10)의 평량은 100 ~ 200 g/m2인 것이 바람직하다.
그리고 이후에 도 2에 도시된 바와 같이 상기 스크림 직물(10)의 양측면에 적층되는 복합섬유 웹(15)을 카딩기(40)에서 카딩 공정을 통해 제조하게 된다. 즉, PPS 단섬유와 PET 단섬유를 혼합하고 카딩함으로써 PPS 단섬유와 PET 단섬유가 혼합된 복합섬유 웹(15)을 형성하게 된다.
상기와 같이 제조된 복합섬유 웹(15)은 스크림 직물 공급롤(70)에서 공급되는 스크림 직물(10)의 양측면에 적층되어 이층구조를 갖는 적층체(50)를 형성하게 된다. 상기와 같이 스크림 직물(10)의 상부 및 하부에 PPS 단섬유와 PET 단섬유가 혼섬된 복합섬유 웹(15)을 적층하여 제조되는 적층체(50)는 이후에 니들펀칭기(45)에서 니들펀칭함으로써 부직포 펠트(20)를 형성한다.
상기 니들펀칭 공정시 니들펀칭시 펀칭 횟수는 1,100 ~ 1,300 stroke/cm2 이고, 이때 사용되는 니들의 굵기는 0.4 ~ 0.6 mm인 것이 바람직하다.
즉, 상기 니들펀칭시 펀칭 횟수가 1,100 stroke/cm2 미만이면, 상기 부직포 펠트(20)의 조직이 치밀하지 못하게 되어 필터 역할을 수행하기 위한 기계적 물성이 확보되지 않는다. 또한 상기 니들펀칭시 펀칭 횟수가 1,300 stroke/cm2 를 초과하면, 상기 니들에 의해 부직포 펠트(20)가 손상되어 백필터 구조체의 강도 등이 저하되어 수명을 저하시키게 된다.
또한 니들펀칭 공정시 사용되는 니들의 굵기는 0.4 ~ 0.6 mm인 것이 바람직하며, 상기 니들의 굵기가 0.4 mm 미만인 경우에는 상기 부직포 펠트(20)의 조직이 너무 치밀하게 되어 기공을 막게 되어 필터역할을 수행하지 못하게 된다. 반대로 니들의 굵기 0.6 mm를 초과하는 경우에는 기공이 너무 크게 형성되어 미세분진 여과효율이 저하되게 되는 문제점이 있다.
상기 니들펀칭 공정은 부직포를 제조하는 분야에서 이미 공지된 사항이므로 그 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 니들펀칭을 통해 제조된 부직포 펠트(20)는 이후에 제 1 열처리 공정을 거침으로서, 상기 부직포 펠트(20)를 수축시키게 된다. 상기 제 1 열처리 공정은 텐터 등의 열처리기(60)을 이용하여 진행되며, 150 ~ 170 ℃에서 30 ~ 60초 동안 진행되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 열처리 공정에서 상기 부직포 펠트(20)는 수축함으로써, 백필터가 제조된 이후에 고온의 환경에서 사용시 수축이 방지되는 효과를 갖게 된다.
즉, 본 발명에 따라 제조된 부직포 펠트(20)는 상기와 같은 제 1 열처리 공정에 의해 충분한 수축을 부여함으로써, 사용중 백필터 수축으로 인한 면적감소로 차압이 증가하여 백필터로서의 기능을 상실하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기와 같이 열처리된 부직포 펠트(20)는 이후에 불소계 발수제를 이용하여 발수제 처리를 하여 발수성을 부여하게 된다. 즉, 불소계 발수제를 물과 혼합하여 5 중량%로 희석한 후에 발수조(75)에서 상기 부직포 펠트(20)의 중량 대비 100 ~ 120 % 의 픽업율로 처리하게 된다. 상기와 같이 발수제 처리를 마친 후에는 제 2 열처리 공정을 거치게 된다.
상기 부직포 펠트(20)에 불소계 발수제를 처리한 후 진행되는 제 2 열처리 공정은 2단계로 진행되는 것이 바람직하다. 즉, 상기와 같이 불소계 발수제가 처리된 부직포 펠트(20)는 먼저 100 ~ 120 ℃에서 60 ~ 120초 동안 열처리를 진행하고, 이후에 110 ~ 180 ℃에서 200 ~ 450초 동안 열처리를 진행하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제 2 열처리 공정을 거친 이후에 상기 부직포 펠트(20)를 권취롤(65)에 권취함으로써, 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 제조가 완료된다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 평량은 400 ~ 600 g/m2이며, 공기투과도는 12 cc/cm3/sec이며, 수축율은 3.0 % 이하이며, LOI는 30 ~ 35의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
길이가 45 mm로 절단되고 0.7 데니어인 PPS 단섬유와, 길이가 45 mm로 절단되고 0.7 데니어인 PET 단섬유를 개섬하여 복합섬유 웹(15)을 형성하였다. 상기와 같이 제조된 복합섬유 웹(15)을 평량이 100 g/m2인 PET 스크림 직물(10)의 양측면에 적층하여 니들펀칭하여 부직포 펠트(20)를 제조하였다. 상기 니들펀칭시 펀칭 횟수는 1,100 stroke/cm2이고, 사용한 니들의 굵기는 0.4 mm인 것을 사용하였다. 이후에 텐터에서 150 ℃에서 30 초 동안 제 1 열처리 공정을 진행하고, 이후에 5 중량%로 희석된 불소계 발수제를 120 % 의 픽업율로 처리하였다. 이후에 제 2 열처리 공정은 먼저 110 ℃에서 60 초 동안 열처리를 진행하고, 이후에 120 ℃에서 300초 동안 열처리를 진행하여 시험편을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 조건으로 시험편을 제조하였으며, 다만 니들펀칭시 펀칭 횟수는 1,200 stroke/cm2 이고, 이때 사용한 니들의 굵기는 0.5 mm인 것을 사용하였다. 이후에 텐터에서 155 ℃에서 45 초 동안 제 1 열처리 공정을 진행하고, 이후에 5 중량%로 희석된 불소계 발수제를 120 % 의 픽업율로 처리하였다. 이후에 제 2 열처리 공정은 먼저 110 ℃에서 90 초 동안 열처리를 진행하고, 이후에 140 ℃에서 350초 동안 열처리를 진행하여 시험편을 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일한 조건으로 시험편을 제조하였으며, 다만 니들펀칭시 펀칭 횟수는 1,300 stroke/cm2이고, 사용한 니들의 굵기는 0.5 mm인 것을 사용하였다. 이후에 텐터에서 160 ℃에서 60 초 동안 제 1 열처리를 진행하고, 이후에 5 중량%로 희석된 불소계 발수제를 120 % 의 픽업율로 처리하였다. 이후에 제 2 열처리 공정은 먼저 130 ℃에서 120 초 동안 열처리를 진행하고, 이후에 150 ℃에서 400초 동안 열처리를 진행하여 시험편을 제조하였다.
<실시예 4>
길이가 60 mm로 절단되고 1.5 데니어인 PPS 단섬유와, 길이가 60 mm로 절단되고 1.5 데니어인 PET 단섬유를 개섬하여 복합섬유 웹(15)을 제조하였고, 이후에는 실시예 1과 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다.
<실시예 5>
150 g/m2인 PET 스크림 직물(10)을 이용하여 실시예 2와 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다.
그리고 상기와 같이 제조된 시험편의 물성 즉, 평량, 인장강도, 공기투과도, 열수축율 및 한계산소지수에 대하여 아래와 같은 방법으로 평가하였다.
1) 평량
상기 시험편의 평량은 KSK 0516(천의 무게 측정 방법:필 단위법)에 의거하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. .
2) 인장강도
상기 시험편의 길이방향에 대한 인장강도는 KSK 0520(텍스타일-천의 인장 성질-인장강도 및 신도 측정 : 그래브법)에 의거하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. .
3) 공기투과도
상기 시험편의 공기투과도는 KS K ISO 9073-15(텍스타일－부직포 시험방법 - 제15부:공기 투과도 측정)에 의거하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. .
4) 열수축율
상기 시험편을 기계 방향 및 폭 방향을 25 cm × 25 cm의 길이로 잘라내고, 160 ℃의 순환 오븐 중에서 10 시간 방치한 후, 하기의 식에 의해 열수축율을 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112019027800810-pat00001
5) 한계산소지수
상기 시험편의 한계산소지수는 KS M ISO 4589-2: 2006의 시험방법에 의거하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. .
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
평량(g/m2) 410 320 350 600 550
인장강도(kgf) 110 105 112 108 112
공기투과도(cc/cm3/sec) 15 13 13 15 12
열수축율(%) 2.6 2.5 2.8 2.8 2.7
한계산소지수 32.4 35.2 30.2 34.1 34.8
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 평량은 400 ~ 600 g/m2 이며, 또한 길이 방향의 인장강도는 모두 100 kgf 이상으로 측정되었다. 그리고 공기투과도는 모든 시험편에서 12 cc/cm3/sec 이상의 측정값을 나타내었고, 열수축율은 3.0 % 이하로 측정되었다.
특히, 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)는 PPS 단섬유와 PET 단섬유를 혼섬하여 제조함으로써 통상의 PET 섬유의 LOI인 21 보다 월등히 우수한 30 이상의 측정값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 측정 데이터로부터 본 발명의 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)는 기계적 강도 및 내열성이 우수하고, 또한 가격 경쟁력이 뛰어난 백필터를 제공할 수 있다. 특히 고온의 분진의 포집시 수축이 감소됨으로써 기체의 압력손실이 감소되어 차압 증가를 막아 백필터로서의 기능을 연장하게 되는 효과를 갖는 것을 알 수 있다.
또한 불소계 발수제가 처리됨으로써, 알루미늄 ?U해로 등에서 발생되는 분진 가스에 포함된 염화수소 가스로부터 기인하는 가수분해 현상을 방지되고, 내열성이 우수한 특징을 갖는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 스크림 직물
15 : 복합섬유 웹
20 : 부직포 펠트
50 : 적층체
100 : 고내열성 하이브리드 백필터 구조체

Claims (7)

  1. 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 내면을 형성하는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 스크림(scrim) 직물을 준비하는 단계;
    폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유를 혼합하여 복합섬유 웹(15)(web)을 형성하는 개섬 단계
    상기 스크림 직물(10)의 양측면에 상기 복합섬유 웹(15)을 적층하여 적층체(50)를 형성하는 단계;
    상기 적층체(50)를 니들펀칭하여 부직포 펠트(20)를 형성하는 단계;
    상기 부직포 펠트(20)를 열처리하여 수축시키는 제 1 열처리 단계;
    불소계 발수제의 처리단계; 및
    제 2 열처리 단계; 를 포함하는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 열처리 단계는 150 ~ 160 ℃에서 30 ~ 60 초 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 열처리 단계는 먼저 100 ~ 120 ℃에서 60 ~ 120초 동안 열처리를 진행하고, 이후에 110 ~ 180 ℃에서 200 ~ 450초 동안 열처리를 진행하는 것을 특징으로 하는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 제조방법.
  4. 스크림(scrim) 직물과 상기 스크림 직물(10)의 양측면에 니들펀칭으로 적층된 복합섬유 웹(15)으로 이루어진 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)에 있어서,
    상기 스크림 직물(10)은 폴리에틸렌테리프탈레이트이고,
    상기 복합섬유 웹(15)은 폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유가 혼섬된 복합섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100).
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유의 굵기는 0.5 ~ 2.5 데니어인 것을 특징으로 하는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100).
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복합섬유는 폴리페닐렌설파이드(PPS) 단섬유 30 ~ 70 중량%와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 단섬유 30 ~ 70 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100).
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100)의 평량은 400 ~ 600 g/m2인 것을 특징으로 하는 고내열성 하이브리드 백필터 제조용 부직포 구조체(100).

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