KR19990028221A - 고성능의 투과성 섬유상 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 고성능 또는 투과성의 질긴 섬유상 구조물, 및 구조물의 제조방법에 관한 것이다. 섬유상 구조물은 섬유의 개선된 균일성의 안정화된 미세구조물 및 미립자 분포를 포함한다. 유리하게, 섬유상 구조물은 두께 감소의 결과로서 개선된 구조적 통합성 및 경직성을 갖는다.

Description

고성능의 투과성 섬유상 구조물Z
작용성 미립자는 다양한 이유로 섬유상 구조물에 혼입될 수 있다. 예를 들면, 군사용 화학적 방어 직물은 활성탄과 같은 증기 흡착 입자를 함유할 수 있다. 필터 매질 또는 필터는 필터를 통과하는 액체 또는 기체의 특정 성분을 선택적으로 제거하기 위한 흡착 입자를 포함할 수 있다. 작용성 미립자는 활성 또는 바람직한 제제를 유체 스트림으로 방출하기 위해 사용될 수 있고, 유체 스트림 구성원과 화학적 또는 촉매적으로 반응성일 수 있다.
특정 기능을 얻기 위해 활성 미립자를 함유하는 그의 제조된 여과 매질 및 필터는 일반적으로 보다 많은 작용성 미립자가 제공될 때 잘 수행한다. 이것은 더 높은 활성입자의 하중이 일반적으로 더 높은 압력을 야기하기 때문에 매질/필터에 의한 바람직한 저압과는 모순적이다.
마켈(Markell) 등의 미국 특허 제 5,328,758 호에 의해 예시된 바와 같이, 미립자로 채워진 섬유상 구조물가 공지되어 있다. 마켈은 2초 이상의 굴리 타임(Gurley time)에 대한 투과성을 명시하고, 굴리 타임은 증가된 캘린더 롤 압력과 함께 증가되고, 웹 두께를 압축하기 위해 캘린더링 또는 프레싱을 사용한다.
당해 기술의 진보성에도 불구하고, 개선된 하중의 작용성 미립자를 함유하고, 또한 허용가능한 투과성을 갖는 섬유상 구조물가 요구된다. 섬유상 구조물로부터 제조된 필터에서 특히 잇점은 압력차에 대한 매질 하중 및 작용성 미립자 하중의 개선된 비일 것이다.
발명의 개요
본 발명에 따라서, 단위 부피(면적×두께) 당 개선된 하중의 작용성 미립자를 갖고, 또한 허용가능한 투과성을 갖는 섬유상 구조물은 크림프된 복합체 섬유로 이루어진 섬유상 매트릭스에 이롭게 기초한다. 이와 관련하여, 본 발명은 섬유상 매트릭스 및 불유동성인 작용성 미립자의 개선된 균일성이 얻어질 수 있고, 또한 고도로 하중된 섬유상 매트릭스가 구조적 통합성으로 증가되고, 사이즈에 따라 경직될 수 있는 발명에 기초한다. "사이즈"란 용어는 본 발명의 목적에서 감소된 두께를 의미한다.
유리한 용도에서, 질기고, 경직되고 얇은 섬유상 구조물은 주름성이고, 주름진 형태는 필터 공간의 특정 부피내에서 압력에 대한 매질 하중 및 작용성 미립자 하중의 개선된 비를 제공하기 위해 동적 조건하에서 그의 경직성을 현저하게 유지한다.
하기 실시예에서 상세하게 기술된 본 발명의 용도에서, 예비형성된 부분적으로 예비결합된 웹사이의 작용성 미립자 충진된 섬유상 매트릭스로 이루어지는 섬유상 구조물가 기술된다. 명료함을 위해 본 설명의 나머지의 "거대구조물"란 용어는 예비형성된 부분적으로 예비결합된 웹과 같은 웹으로부터 작용성 미립자 충진된 섬유상 매트릭스 또는 매트릭스들을 구별하는 데 사용되고, 본 발명에는 관련성이 없다. 이해 및 명료함의 목적에 대한 사항은 본 발명에 따르는 목적 및 사이즈의 효과가 거대구조물 두께 및 부피를 상당히 감소시키는 반면, 예를 들어 사용된 조건하에서 예비형성된 부분적으로 예비 결합된 웹의 경우에 단지 최소한의 두께 및 부피 감소가 발생하는 것이다.
유리하게, 본 발명에 따라 섬유상 거대구조물은 0.25g/cm3이상의 작용성 미립자의 비중을 포함하고, 또한 200Pa에서 100ℓ/cm2/시간 이상의 공기 투과성을 갖는다. 본 설명의 목적에 있어서, "비중"은 거대구조물의 단위 부피당 표준 하중을 정의하고, "표준 하중"은 미립자의 하중된 질량 및 보통의 겉보기 밀도에 의거한다. 본 설명의 목적에 있어서, 비중치는 보통 0.5g/cc의 겉보기 밀도로 표준화되어진다. 유리하게, 비중은 미립자 및 섬유에 의해 차지되는 부피이 투과성 및 굴절성을 결정하기 때문에 통상적인 섬유상 구조물의 비율에 대한 미립자의 비율 대신에 이용가능한 웹 부피중의 미립자의 하중을 규정하는데 사용된다.
섬유상 거대구조물은 열적으로 결합된 일반적으로 균일한 섬유상 매트릭스 및 일반적으로 3차원적으로 등거리 이격되도록 매트릭스의 간극으로 유리하게 덮히고, 굴절 흐름 경로를 형성하기 위해 접착에 의해 매트릭스에 고정된 작용성 미립자로 이루어진 안정화된 미세구조물을 포함한다. 본 발명에 따라서, 섬유상 매트릭스 및 3차원 등거리 공간의 미립자의 개선된 균일도가 유리하게 존재한다. 유리하게, 거대구조물은 질기고 경직된 결과로서 사이즈되고 기술된 비중 및 투과성을 갖는다.
유리하게, 섬유상 매트릭스는 열 연화성의 구성 성분 및 저용융 성분을 유리하게 포함하는 크림프된 복합체 섬유로부터 형성된다. 바람직하게, 크림프된 복합체 섬유는 3차원적으로 크림프된다.
고도로 하중된 섬유 거대구조물의 제조에서, 일반적으로 균일한 매트릭스 또는 웹은 작용성 미립자의 포집을 위해 개방되고, 상기 미립자는 매트릭스의 간극에 포집된다. 매트릭스는 각각의 섬유의 지점상의 단면에서 열 결합되고, 또한 저용융 복합체 섬유 성분은 입자를 유리하게 고정하기 위해 섬유에 입자의 접착성을 제공한다. 미세구조물 안정화는 유리하게 압력의 인가없이 열 처리에 의해 수행된다.
미세구조물 안정화후에, 거대구조물은 가열되고 사이즈된다. 미세구조물 내의 상대적인 공간 관련성은 사이징에 의해 변화하지 않고, 따라서 섬유상 매트릭스 및 불유동성인 작용성 미립자의 개선된 균일성이 유지된다. 또한, 사이징은 유리하게 구조적 통합성을 증가시키고, 그 결과로서 질긴 거대구조물을 생산하고, 경직성을 증가시키고, 굴절성을 증가시킨다. 사이징이 투과성을 감소시키지만 사이즈된 거대구조물의 투과성은 그럼에도 불구하고 이미 규정된 바와 같다.
신규한 고도로 하중된 투과성의 질긴 거대구조물은 초기에 최종형태로 제조될 수 없다. 다소, 웹 구조물의 개방은 미립자 분포의 균일성 및 포집, 및 굴절성 흐름 경로의 형성을 위해 초기에 요구된다.
본 발명은 작용성 미립자 함유 섬유상 구조물에 관한 것이다.
지시된 바와 같이, 본 발명은 유리하게 구조적 성분 및 저용융 성분을 포함하는 크림프된 복합체 섬유로 이루어진 미립자 불유동성 섬유상 매트릭스에 기초한다. 유리하게, 구조적 성분은 또한 작용성 미립자로 고도로 하중될 때 높은 구조적 통합성을 제공하고, 저용융 성분은 섬유상 매트릭스의 자가-결합을 제공하고, 복합체 섬유에 미립자의 접착성을 위한 고결합성을 갖는다.
약 240 내지 256℃의 융점을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르는 적합한 복합체 섬유의 구조적 성분으로서 특히 유용하다. 그러나, 저용융 성분보다 실질적으로 고온에서 용융하는 열-연화성 물질 또는 기타 열가소성 중합체가 사용될 수 있다. 환언하면, 유용한 구조적 성분은 저용융 성분보다 바람직하게 약 30 내지 50℃이상 더 높은 온도에서 용융한다. 저용융 성분은 전형적으로 복합체 섬유에 작용성 미립자의 용융-접착성 및 섬유 대 섬유 결합을 최적화하기 위해 선택된다. 적합한 복합체 섬유는 구조적 성분 및 저용융 성분으로부터 구별되는 제 3 열가소성 성분으로 이루어질 수 있다.
유리하게, 저용융 성분은 미립자 대 섬유 결합에 대해 약 20℃ 미만의 뚜렷하거나 규정된 융점을 갖는다. 뚜렷한 융점을 갖는 예시적인 열가소성 중합체는 폴리아미드 및 폴리에스테르, 특히 단독중합체를 포함한다. 융점이 더 뚜렷하거나 더욱 규정될수록 섬유 대 섬유 결합 및 미립자 대 섬유 결합은 더욱 고도로 조절가능한 경향이 있다. 중합성 물질이 뚜렷한 융점을 갖는지의 측정에서, 융점은 일반적으로 상기 물질이 연하고 점착성일 때 시작하여 상기 물질이 완전히 액체일 때 끝나는 것으로 간주되어야 한다. 용융 및 냉각주기의 적절한 조절성의 부족은 해로울 수 있다.
더욱이, 적합한 저용융 성분은 유리하게 작용성 미립자의 상이한 표면상으로 및 표면으로 흐르고, 강한 물리적 결합을 형성하기 위한 적절한 용융 흐름을 갖고, 또한 미립자의 적하 또는 바람직하지 않은 피복물을 배제하기 위해 충분한 용융 점도를 갖는다. 미립자의 피복물의 양은 또한 미립자 크기 및 섬유 데니어에 의존한다. 저용융 성분에 의해 제공된 고도로 유효한 결합, 바람직하게 미립자 표면의 단지 추정된 1%를 포함하는 것은 미립자의 성능을 실질적으로 감소시키지 않는다.
바람직한 저용융 성분은 나일론-11 및 나일론-12와 같은 폴리아미드를 포함한다. 그러나, 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀을 사용하는 중합성 물질, 및 개질된 폴리에스테르는 개선된 가공 조절을 사용하여 유용한 것으로 알려지고 있다.
동심원 외피-코어 섬유는 본 발명의 실행에 유용한 복합체 섬유의 실례이다. 적합한 복합체 섬유는 또한 이심원 외피-코어 섬유, 및 나란한 형태를 갖는 섬유를 포함한다. 이들 형태의 복합체 섬유는 이성분 또는 헤테로필 섬유로 공지되어 있다. 유리하게, 방적사, 헤테로필 섬유가 사용될 수 있다.
복합체 섬유의 데니어는 섬유상 매트릭스의 바라는 특성에 의존하여 변화할 수 있다. 유용한 복합체 섬유는 전형적으로 약 10μ 이상의 평균직경을 갖는 거대 섬유이다. 유용한 거대섬유에 대한 전형적인 평균 직경은 목적하는 용도에 의거하여 약 12 내지 25μ일 수 있다. 바람직하다면, 섬유상 매트릭스를 형성하고, 강하고, 또한 유연한 구조를 생성하기 위해 거대섬유대신에 0.5 내지 3의 평균 dtex, 특히 0.8dtex를 갖는 바와 같은 미세 데니어 복합체 섬유가 사용될 수 있다.
불유동성 매트릭스는 또한 비복합체 섬유 또는 다른 물질을 포함할 수 있다. 필터중에 사용하기 위한 불유동성 매트릭스는 경직성을 제공하기 위해 6 내지 10,000dtex를 갖는 구조성 섬유를 유리하게 포함할 수 있고, 특히 많은 작용성 미립자가 사용되면 분진 미립자의 효과적인 여과를 위한 미세번수 섬유를 또한 유리하게 포함할 수 있다. 미세번수 섬유 또는 경직성 섬유는 복합체 또는 비복합체 섬유 또는 이들의 블렌드일 수 있다. 작용성 미립자를 포함하는 섬유상 구조물은 0.5 내지 50mm 이상의 두께일 수 있다.
본 발명에 따라서 미립자-포집의 섬유상 구조물은 카딩에 의해 건조 형성된다. 건조 형성은 일반적으로 균일한 구조를 형성하는데 이롭고, 유리하게 공기 또는 유체 흐름에 대한 미립자가 채워진 구조중에 굴절 경로와 함께 작용성 미립자와 같은 상이한 물질의 조절된 도입, 공간 및 포집을 위해 제공한다.
유리하게, 본 발명에 따르는 부직물, 섬유상 매트릭스는 작용성 입자의 포집을 다소 높게 향상시키기 위해 크림프된 복합체 스테이플 섬유로부터 형성된다. 2차원 또는 3차원의 크림프된 섬유가 유리하게 사용된다. 이러한 경우에, 복합체 섬유는 분산됨으로써 작용성 입자를 포집하는 3차원, 일반적으로 균일한 구조를 형성하기 위해 충분한 양으로 존재하고, 구조에 미립자의 용융 접착성을 제공하고, 유리하게 한지점이상에서 구조에 입자의 결합을 위해 제공한다. 본 발명에 따르는 고미립자 하중과 일치하는 복합체 섬유는 소량의 미립자에 비해 적은 양으로 존재한다. 따라서 단지 약 5 내지 20중량%의 미립자로 하중된 거대구조물 섬유인 것이 일반적으로 바람직하다. 인지된 바와 같이, 복합체 섬유의 구조적 성분은 미립자의 고하중을 가능케하기 위해 높은 구조적 통합성을 유리하게 제공한다. 한지점이상으로 구조물에 입자의 결합은 구조적 통합성을 증가시킨다.
본 발명에 따라서, 개선된 비중-투과성은 매트릭스 섬유의 개선된 일반적인 균일도 및 섬유상 매트릭스의 3차원 공간내에 작용성 미립자의 일반적으로 개선된 등거리 이격도를 통해 얻어진다. 유리하게, 섬유상 매트릭스 및 미립자의 일반적인 개선된 균일도의 결과로서 비교적 높은 부피의 섬유상 매트릭스가 미립자에 의해 차지되고, 굴절 흐름 및, 또한 허용가능한 투과성으로 제공한다. 더욱이, 미립자에 의해 차지되는 부피 및 증가된 굴절성과 함께 흐름에 대한 이용가능한 부피비가 얻어진다. 증가된 흐름의 굴절성은 유리하게 동적조건하에서 작용성 미립자에 의한 더욱 유효한 동력학을 수행하기 위해 기체/액체와 작용성 미립자사이의 높은 상호작용을 수행한다.
본 발명에 따라 개선된 비중-투과성을 얻는데 또한 상당한 것은 미세구조물 안정화후에 거대구조물 부피를 감소하기 위해 거대구조물은 얇은 구조로 사이즈되고, 고정되지만, 이러한 방법으로 상대적인 미세구조물 공간 연관성을 변화시키지 않음으로써 매트릭스 구조의 개선된 일반적인 균일성 및 3차원, 일반적으로 미립자의 등거리 공간 및 허용가능한 투과성이 유지된다.
유리하게, 본 발명에 따르는 고성능, 투과성의 질긴 섬유상 거대구조물은 0.25g/cm3이상, 바람직하게 약 0.30 내지 0.35g/cm3이상의 작용성 미립자의 비중 및 200Pa에서 100ℓ/cm2/시간, 바람직하게 약 175 내지 200ℓ/cm2/시간이상의 공기 투과성을 갖는다. 이미 지시된 바와 같이, 비교적 높은 비중에 대한 바람직한 것은 비교적 큰 투과성과 모순이다. 따라서, 높은 비중은 일반적으로 낮은 투과성을 야기한다. 유리하게, 언급된 바와 같이, 미립자 및 섬유에 의해 차지되는 부피는 투과성 및 굴절성을 결정하기 때문에 비중은 이용가능한 웹 부피에 미립자의 하중을 결정하는데 사용된다.
본 설명의 목적을 위해, 비중치는 작용성 미립자의 0.5g/cc 겉보기 밀도로 표준화되고 있다. 그러나, 적합한 표준치는 고려사항하에서 작용성 입자의 형태에 의존할 것이다. 표준화는 다른 형태의 입자가 다른 겉보기 밀도를 갖기 때문에 필요하다.
유리하게, 사이징 및 고정후에, 비교적 얇고, 또한 고도로 하중되고 허용가능하게 투과성이고, 경직성 섬유상 구조물은 뚜렷하고, V-형 주름을 형성하기 위해 주름될 수 있고, 필터로 구조될 때 저압에 의해 현저하게 특징되는 필터를 생성한다. 또한, 뚜렷하고, V-형 주름으로 주름성은 주름사이의 공간에 감소와 함께 다수의 주름당 길이를 개선시킬 수 있고, 따라서 필터의 부피를 충진시키고, 매질 하중 및 미립자 하중 대 압력의 개선된 비를 초래한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 주름진 필터를 제조할 때 최고의 작용성 미립자 하중 및 최저의 압력의 이론적 균형점을 얻는 것이 목적이다. 본 발명에서, 이 균형점은 개선된 미립자 하중 및 웹 경직성 및 두께를 포함하는 인자의 결과로서 접근된다.
사이즈 및 고정된 후에라도, 섬유상 구조물은 경직되고, 그럼에도 불구하고 개선된 구조적 통합성 때문에 질기고, 그 결과로서 크래킹 또는 손상없이 보통의 주름 기계상에 주름될 수 있다. 구조의 연성 및 가요성은 또한 가공 및 그의 최종용도중에 기계적 오용에 대한 견고함을 제공한다. 경직구조는 유리하게 높은 공기 속도에서 직립 표면을 함유하고, 주름진 형태에 사용될 때 단단한 주름 공간을 가능하게 하고, 유사한 생성물에 대해 통상적인 것 보다 더 적은 주름 공간을 함유한다. 경직구조는 또한 유리하게 주름의 균일성을 돕는다. 섬유의 열가소성 성질 때문에 상기 구조는 주름진 필터에 대한 주름의 열경화 또는 성형부의 열경화와 같이 형성후에 열경화될 수 있다.
매트릭스 섬유 및 섬유 매트릭스내의 3차원 등거리 공간의 작용성 미립자의 일반적인 균일도에 영향을 미치는 인자는 섬유 데니어, 절단길이 및 크림프의 형태 및 양; 웹 개방, 질량, 로프트 및 섬유사이의 간극 공간의 구조; 크기, 기하학적 형태, 밀도, 표면 특성 및 다공성을 포함하는 미립자 물성; 및 웹형성 공정, 미립자 첨가 및 웹 교반의 동력학을 포함한다. 이들 특정 인자들은 본원에 주어진 몇몇 논의에 대한 의견을 제외함이없이 선행 기술에 어느정도 상세하게 기술되고 있다. 따라서, 예를 들면 미세 섬유가 복잡한 섬유보다 더욱 섬유 표면을 제공하고 따라서 주어진 섬유 중량에 대한 이용가능한 표면을 증가시키는데 사용될 수 있지만 반작용의 고려사항이 반대의 선택을 지시할 수 있다. 웹형성 공정의 동력학의 중요성은 그로에게르(Groeger) 등의 미국 특허 제 5,486,410 호에 기술되어 있다. 또한, 미립자 물리적 특성은 웹의 미립자 포집 간극 공간의 사이즈 및 기하학적 구조와 상호연관되어 있는 것이 중요하다. 또한, 둘이상의 양으로 미립자의 주어진 양을 분리하고, 미립자의 단일 첨가보다 이런 방법으로 상기 웹에 첨가하는 것이 전형적으로 바람직하다. 더욱이, 미립자 첨가동안에 웹의 기계적 또는 다른 적합한 교반, 또는 수직 및 측방향 분포를 촉진하기 위해 경사진 램프 또는 몇가지 다른 기법의 사용은 전형적으로 미립자 분포의 균일성을 촉진시킬 것이다.
섬유상 매트릭스내의 3차원 공간내의 매트릭스 섬유 및 작용성 미립자의 일반적인 개선된 균일도의 수득시 본 발명의 특히 중요한 인자는 섬유 크림프이다. 2차원 섬유 크림프가 이롭지만 3차원 섬유 크림프가 전형적으로 상당히 낳은 것으로 알려지고 있다. 이 개선점은 3차원중에 개선된 균일성에 일부 기인하는 것으로 알려진다. 더욱이, 3차원적으로 크림프된 섬유, 상대적으로 높은 비율의 크림프가 본 발명의 목적을 위해 더 낳다. 예를 들면, 약 30% 이상의 크림프가 고도로 유리한 것으로 알려지고 있다. 개선된 일반적인 균일성의 수득시 중요한 것은 미립자 첨가동안의 선속도이다. 너무 빠른 선속도는 균일성을 감소시킬 수 있다. 게다가, 미립자의 측방향 및 수직방향 운동을 제공하기 위해 미립자 첨가와 미세구조 안정화사이의 웹의 기계적 교반이 유리하다. 또한 상세한 것은 실시예로부터 이해될 수 있다.
본 발명에 의해, 구조의 표면 대 표면으로부터 섬유상 매트릭스의 3차원 공간내의 작용성 미립자의 개선된 등거리 이격도가 증명되어진다. 또한, 섬유상 구조물내의 층 또는 블렌드, 심지어 근본적인 블렌드중의 미립자의 둘이상의 형태가 가해질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르는 변화에서 둘이상의 다른 형태의 미립자는 첨가의 순서에 의존하는 층의 절차로 웹 내의 각각의 미립자 층을 형성하기 위해 가해지는 미립자의 일차 형태 및 이차 형태와 섬유상 웹내에 분포 및 포집될 수 있다. 각각의 이러한 미립자층은 미립자의 3차원 등거리 공간에 의해 본 발명에 따라 유리하게 특징된다.
지시된 바와 같이, 작용성 미립자는 단일 또는 다중 용도로 가해질 수 있다. 일반적으로, 비교적 적은 밀도 웹은 미립자의 다중 용도가 아닌 단일 용도에 더 적합하다. 또한, 미립자 첨가 속도가 중요하다. 따라서, 큰 균일성은 일반적으로 비교적 느린 첨가로부터 결과한다.
일반적으로 웹 매트릭스내의 미립자의 등거리 3차원 공간은 본 발명에 따라 얻어지고, 미세구조물은 미립자를 고정하기 위해 웹 매트릭스에 미립자를 유리하게 용융 접착시키고, 개별적인 섬유의 단면 이상 지점에서 웹을 열결합시킴으로써 안정화된다. 생성된 섬유 대 섬유 결합은 일반적으로 복합체 섬유보다 강하고, 미립자 대 섬유 결합은 상기 구조를 강화시킨다.
미세구조물 안정화는 미립자 표면 영역을 실질적으로 나쁘게 작용함이없이 섬유에 효과적으로 미립자를 결합하고 섬유상 구조물을 자가 결합하기 위해 저온 용융 섬유 성분의 융점을 저온 용융 성분의 조절가능한 용융물로 미립자 하중된 매트릭스를 승온이상, 전형적으로 약간 이상으로 가열함으로써 유리하게 얻어진다. 유용한 승온은 상당히 구조적 성분의 융점 미만이고, 열은 바라는 결합을 얻기 위해 적합한 시간동안 적용된다. 비교적 높은 열 처리 온도의 선택은 일반적으로 비교적 짧은 노출시간을 요구하고, 반면에 비교적 저온의 선택은 보통 비교적 긴 노출시간을 요구한다. 저용융 성분의 너무 많은 흐름 또는 구조적 분해에서 생성할 수 있는 처리 조건은 피해진다.
상기 열처리는 유리하게 압력의 적용이 없다. 미세구조물 안정화를 수행하는 고도로 적합한 방법은 특히 작용성 미립자가 저용융 성분보다 상당히 낮은 비열을 가질 때 IR 건조기를 통해 하중된 웹을 통과하는 것이다. 미세구조 안정화는 유리하게 비교적 기하학적 부피 또는 연관성의 왜곡없이 거대구조 두께중에 연속적인 감소를 허용한다. 따라서, 본 발명에 따라서, 섬유상 구조물의 증가된 균일성, 섬유상 구조물내의 미립자의 일반적으로 개선된 등거리, 3차원 이격도 및 굴절 흐름 경로를 특징으로 하는 안정화된 투과성 미세구조물을 생성한다.
그런다음, 본 발명에 따라서 거대구조물 부피, 특히 두께는 유리하게 변화될 수 있고, 또한 입자사이의 상대적인 거리와 같은 미세구조의 상대적인 기하학적 연관성이 유지된다. 본 발명에 따라서 고도로 하중된 섬유상 거대구조물은 구조적 통합성을 증가시키고, 더 얇게 제조되고, 경직될 수 있고, 또한 허용가능한 투과성이 유지되는 것을 유리하게 발견하고 있다. 이와 대조적으로 불균일한 미립자 분포를 갖는 고도로 하중된 구조는 구조적 통합성 또는 얇거나 경직되게 제조될 수 없고, 또한 허용가능한 투과성이 유지되고; 미립자 분포의 불균일성은 섬유 변환을 포함하는 문제점을 초래하고, 따라서 섬유상 구조물의 균일성과 대조적이다. 따라서, 본 발명에 따라서 안정화된 미세구조를 갖는 고도로 하중된 섬유상 거대구조물은 동일한 하중의 미립자 및 섬유의 비사이즈된 구조에 비해 질기고, 경직 및 얇은 구조를 생성하기 위해 가열 및 사이징시키고, 따라서 거대구조물은 부피가 감소하고, 또한 허용가능한 투과성이 유지된다.
이 결과는 높거나 가장 높은 유리 전이 온도, 낮은 용융성분의 융점 미만을 갖는 복합체 섬유 성분의 유리 전이 온도 이상의 승온으로 가열하여 얻어짐으로써 복합체 섬유는 연화되고 다르게는 열성형으로 적합하게 제조된다. 이 열성형온도는 물론 미세구조를 불안정화시키지 않는 미세구조물 안정화를 위해 사용된 승온 미만이고, 바라는 효과를 얻기 위해 적합한 시간동안 열처리된다. 이 열처리 단계는 IR 건조기를 사용하여 편리하게 수행될 수 있다. 비교적 높은 열처리 온도의 선택은 일반적으로 비교적 짧은 노출시간을 요구하는 반면에, 비교적 낮은 온도의 선택은 전형적으로 비교적 긴 노출시간을 요구한다. 미세구조물의 불안정화를 초래할 수 있는 처리조건은 피해진다.
적절하게 가열된 섬유상 구조물의 사이징은 적절한 닙 갭을 사용하여 유리하게 수행된다. 따라서 0.25g/cm3이상의 작용성 미립자의 비중에 비해 거대구조물 두께에 비교적 너무 작은 닙 갭은 거대구조물을 파괴하고 구조적 통합성을 파괴한다. 그 결과로서, 섬유-섬유 결합은 파괴될 뿐만 아니라 섬유-미립자 결합 및 섬유상 거대구조물은 전혀 함께 유지되지 않는다. 다른 한편으로, 너무 큰 닙 갭은 본 발명에 따르는 유리하게 질기고 경화된 섬유상 거대구조물을 생성하지 않을 것이다. 그러나, 닙 갭은 저하중의 미립자를 갖는 섬유상 구조물에 대해 중요하지 않다. 따라서 미립자의 약 0.20g/cm3미만의 비중에 대해 비교적 광범위한 유용한 닙 갭이 적합한 생성물을 산출하기 위해 존재한다. 따라서, 본 발명의 사용에 적합한 닙 갭은 개선된 통합성 및 증가된 경직성의 고도로 하중된 거대구조물을 제조하는데 효과적이고, 또한 허용가능한 투과성을 갖는다. 또한, 미세구조물내의 상대적인 공간 연관성 때문에 변화되지 않고, 섬유상 매트릭스 및 분포된 미립자의 개선된 일반적 균일성은 유지된다. 흐름 경로의 증가된 굴절성이 또한 결과한다. 또한 닙 갭 선택과 같은 상세한 설명은 실시예로부터 이해될 수 있다.
이와 대조적으로 허용가능한 투과성을 유지하는 것과 반대로 미립자 충진된 섬유상 구조물을 압축시켜 구조적 통합성을 얻기 위한 것이 마켈(Markell)의 특정 목적이다. 마켈의 문헌의 교시에 따르는 섬유상 웹은 캘린더링 또는 압축의 결과로서 200Pa에서 약 20ℓ/cm2/시간 이하의 투과성을 가질 수 있다.
단지 고도로 하중된 웹은 본 발명의 목적이 아니다. 큰 두께를 기초로한 높은 하중은 매질이 주름진 필터로 제조될 때 매질 하중 대 압력차의 개선된 비를 산출하지 않을 것이다.
또한 질기고, 경직되고 가는 섬유상 매질을 얻는데 중요한 것은 사이징 단계후의 적절한 냉각이다. 0.25g/cm3이상의 비중때문에 급격한 냉각 및 급격한 열 고정이 유리하다. 더욱 냉각적인 에너지 및 강한 냉각은 특히 급격한 열 고정에 유리하다. 강한 냉각은 전형적으로 열 고정성의 재생산성 뿐만 아니라 고정성을 개선시킬 것이지만, 주위 공기 온도가 빠른 냉각을 제공하기에 충분히 낮은 경우에 주위 공기 냉각은 충분할 수 있다.
교시된 바와 같이 고정성 섬유상 거대구조물의 개선된 경직성은 섬유 및 미립자의 개선된 일반적인 균일성에 의해 얻어진다. 또한, 복합체 섬유의 선택이 중요하고, 이와 관련하여 특정 저용융 및 구조적 성분 및 섬유 데니어가 중요하다. 이들 성분들은 바람직하게 섬유 대 섬유 및 섬유 대 미립자의 효과적인 결합 및 효과적인 열성형 및 열 고정을 제공하기 위해 선택된다. 비교적 높은 섬유 데니어는 비교적 더 경직성을 위해 제공하는 반면 낮은 섬유 데니어는 비교적 적은 경직성을 위해 제공한다. 또한, 중요한 것은 섬유 및 미립자, 및 섬유 대 섬유 결합과 미립자 대 섬유 결합사이의 거리의 구조적 배열이다. 바람직하게 각각의 섬유 및 미립자는 수회 결합된다. 가까운 결합지점은 경직 웹을 생성하는 반면, 결합지점의 거리가 커질수록 적은 경직 웹을 초래한다. 증가된 일반적인 균일성은 근접하지만 더욱 균일하게 공간된 결합지점을 야기한다.
작용성 미립자는 섬유상 구조물로 바람직하게 혼입되는 기능을 갖는 광범위한 물질로부터 선택될 수 있다. 유리하게, 작용성 미립자는 저용융 섬유 성분보다 상당히 낮은 특정 가열을 갖고, 따라서 저용융 섬유 성분의 국소화된 유동성을 생성하기 위해 빠르게 가열하고, 우수한 구조적 통합성을 갖는다. 활성탄 입자 및 무기 산화물 및 수화물은 상당히 낮은 비열을 특징으로 한다. 활성탄은 바람직하지 않거나 위험한 기체의 제거를 위해 보통 사용된다.
작용성 미립자의 다른 형태는 실리카, 제올라이트, 분자 체, 점토, 알루미나, 중탄산나트륨, 이온 교환 수지, 효소제를 포함하는 촉진제, 산화금속, 및 유해성, 살균성, 살바이러스제, 공기 정화제 및 향료 미립자를 포함한다. 살균성 미립자는 순환공기로부터 노균변 및 노균변 향을 제거하기 위해 자동차 기후 조절 시스템용과 같은 필터 구조로 혼입될 수 있다. 선행 리스트는 광범위하게 이용가능한 작용성 미립자의 대표적인 것을 의미하는 것이지 본 발명의 실행에 사용하기 위한 적합한 물질을 제한하는 것은 아니다.
작용성 미립자는 약 1μ 이하 내지 약 3 내지 5mm 이상의 평균 직경의 크기일 수 있고, 예를 들면 규칙적으로 형상된 구형 비이드 및 실린더 내지 불규칙적으로 형상된 입자 또는 과립형으로 다양할 수 있다. 그러나, 언급된 바와 같이 미립자는 유리하게 웹 구조물에 의해 포집된 적합한 크기를 포함하는 적합한 물성을 갖는다. 약 400 내지 500μ의 활성탄 입자는 약 15μ의 평균 직경을 갖는 섬유로부터 제조된 일반적으로 균일한 웹에 포집하기에 고도로 적합하다. 빈 공간의 크기의 감소는 일반적으로 작용성 미립자의 첨가로부터 결과할 것이고; 따라서, 더 큰 크기의 미립자는 일차로 포집될 수 있고, 그런다음 다르게 포집될 수 없는 더 작은 크기의 미립자는 가해지고 포집될 수 있다.
유리하게, 작용성 미립자의 고하중 및 흐름경로의 증가된 굴절성의 결과로서 상당한 먼지 제거 효율성 및 먼지 보유능이 존재한다.
또한 개선된 일반적인 균일성의 결과로서 다중 웹 섬유상 구조물의 개선된 균일성이 얻어질 수 있고, 단일 및 명확하게 단일층 섬유상 구조물가 제조될 수 있다. 실시예에 예시된 바와 같은 다중웹, 섬유상 구조물은 유리하게 웹 표면 하부로부터 대향면 하부로 함유된 미립자로 개선된 단일 특성이고, 유리하게 미립자가 없는 표면을 제공한다. 상호면 결합은 접촉 웹의 섬유의 상호혼합으로부터 결과하고, 이 섬유는 열처리에 따라 단일 구조를 생성하기 위해 섬유 대 섬유 결합을 형성한다.
다중 웹, 섬유상 구조물은 비중 또는 미립자(예, 크기 또는 형태) 또는 섬유 또는 바람직하게 다른 것중의 웹과는 다르게 제조될 수 있고, 다른 경우에 각각의 이러한 웹은 본 발명에 따라 매트릭스 섬유 및 미립자에 일반적으로 균일할 것이다. 서로 다른 웹의 적층은 미립자의 분포중에 증가를 위해 함께 제공하여 구조될 수 있다. 또한, 다른 배열은 본 발명에 따라 제조된 코어 구조내 또는 코어구조에 상이한 물질의 적층화 뿐만 아니라 한면 구조를 포함하여 제조될 수 있다.
더욱이, 이러한 다중 웹, 섬유상 구조물의 적층물이 제조될 수 있다. 이들 적층물은 허용가능한 투과성으로 고하중의 두꺼운 구조를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이들 적층물은 개별적인 보호 필터를 포함하는 필터로 구조하기 위해 바람직하다면 주름질 수 있다. 주름질 때 본 발명에 따르는 비교적 얇은 적층물의 압력차는 흐름을 갖는 추가 구조 두께의 상호간섭을 포함하는 이유로 비교적 두꺼운 적층물의 압력차보다 작을 것이다.
본 발명에 따르는 다중 웹, 섬유상 구조물은 하나이상의 미세섬유 웹을 유리하게 포함할 수 있다. 이들 웹은 일반적으로 미세 간극 또는 공극으로 특징되는 흐름 경로를 정의한다. 미세 섬유 웹의 평균 공극 크기는 미세섬유의 양 또는 직경을 변화시켜 조절될 수 있고; 그러나, 유용한 미세섬유는 전형적으로 약 3μ 미만의 미립자의 효과적인 제거를 위해 적합한 다공성일 것이다.
유리하게, 미세섬유 웹은 다중 웹, 섬유상 구조물내에 위치될 것이다. 전형적으로, 여과 처리를 위해 미세섬유 웹은 작용성 미립자가 없을 것이고, 최소량의 미세섬유는 바라는 여과 효율성을 얻는 것과 일치하게 사용될 것이다.
미세섬유는 일반적으로 환언하여 작은 직경의 임의의 섬유, 전형적으로 10μ 미만의 평균 직경일 수 있다. 예를 들면, 중합성 미세섬유 또는 광물성 미세섬유, 또는 미세섬유 형태의 혼합물일 수 있다. 여과 구조에 대한 특히 적합한 미세섬유는 약 5μ 이하, 바람직하게 약 1 내지 3μ, 매우 바람직하게 약 1 내지 2μ의 평균 직경을 갖는다. 1μ 미만의 섬유를 포함하는 다른 섬유상 물질이 상기 구조내에 또는 구조상에 포함될 수 있다. 미세섬유 또는 다른 직경이 혼합될 수 있다. 유리하게, 용융 취입된 중합성 미세섬유가 사용될 수 있다.
중합성, 단일성분 미세섬유는 사용된 가공온도를 실질적으로 초과한 온도에서 용융하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)와 같은 폴리에스테르로 제조될 수 있다. 미세섬유는 증기 흡착성 탄소 섬유와 같은 작용성 섬유일 수 있다. 탄소/중합성 미세섬유 블렌드 또는 다른 적합한 작용성 블렌드가 사용될 수 있다.
웹은 다른 형태의 미세섬유로부터 형성될 수 있다. 미세섬유 웹은 단지 여과를 위해 적합한 섬유로 제조될 수 있고, 다른 미세섬유 웹은 증기 흡착성 탄소섬유와 같은 작용성 섬유일 수 있다. 따라서, 다중 웹, 섬유상 구조물은 다른 기능을 갖는 미세섬유 웹을 함유할 수 있다.
본 발명에 따르는 다중 웹, 섬유상 구조물은 하나이상의 직물층과 접할 수 있다. 이들 직물층은 본 발명의 섬유상 구조물외에 또는 구조내에 위치될 수 있다. 이들 직물층은 부분적으로 밀착된 부직포를 포함하는 부직포, 직물, 니트 직물, 다공성 부재 등일 수 있다. 이들 직물층은 라미네이트될 수 있거나 섬유상 구조물에 다르게 적합하게 부착될 수 있다. 이들 직물층은 발수성등과 같은 유용한 기능을 가질 수 있다.
다른 물질과 혼합하는 본 발명의 섬유상 구조물은 흡착성 라이너 및 신발, 차폐물, 방, 텐트, 차량 및 기타 용도에 대한 구조물로서 모든 종류의 필터에 유용하다. 열주형부는 안면 마스크, 후드 또는 다른 적합한 용도에 유용하다. 브라운(Braun)의 미국 특허 제 3,971,373 호는 선행기술에서 입 및 코의 상부에 적합시키기 위해 수정하는 컵형 형태를 갖는 안면 마스크를 예시한다. 이와 같은 방식으로, 본 발명의 섬유상 구조물을 포함하는 텐트 또는 다른 차폐물과 같은 삽입물이 열 주형 또는 열성형에 의해 제조될 수 있다.
필터 용도는 자동차, 트럭, 기타 차량, 비행기, 잠수함 등에 적합한 캐빈 공기 필터를 포함한다. 필터 용도는 가열, 통풍 및 공기 조절 및 체류 공기 정화제, 청결한 실내 처리, 식품 가공, 흡연실, 장례실에 존재한다. 용도는 고순도 물의 제조 및 위스키, 식초 등의 생성시 색소 또는 부산물의 제거를 위한 액체 여과화를 포함한다.
섬유상 구조물은 주름진, 튜브, 포켓(포켓 필터), 블랭킷, 롤, 백, 공기 도관 및 분진라이너와 같은 도관을 포함하는 다양한 형태로 사용될 수 있다. 섬유상 구조물은 단독 또는 적층되어 사용되거나, 또는 다른 직물, 충진제 매질, 필름, 플라스틱 및 구성원과 혼합하여 사용될 수 있다.
대다수의 하기의 실시예는 기체성 여과를 지칭하지만, 유용한 것은 또한 액체 여과화 뿐만 아니라 기체 및 액체 공정, 및 초기에 기술된 목적을 위해 존재한다. 본 발명의 설명 및 이들 실시예에 다르게 기술되지 않는 한 모든 공정은 주위온도 및 압력에서 수행되고, 모든 비율은 중량/중량이다.
실시예 1
3.2dtex, 38mm 절단 길이, 나일론 외피/폴리에스테르 코어 헤테로필 스테이플 섬유의 2개의 개방 웹을 1.6dtex, 크림프된 헤테로필, 스테이플 섬유의 예비형성된 부분적으로 예비결합된 웹상에 카딩하여 형성하였다. 개방 웹 섬유의 크림프는 일반적으로 개선된 매트릭스 섬유의 균일도를 생성하는 30 내지 35%의 크림프를 갖는 3차원이다. 각각의 개방 웹은 11g/m2의 섬유로 이루어지고, 모든 개방 웹은 약 20mm 두께이다.
0.45mm의 평균 직경 구형 활성탄을 중력에 의해 분포하였고, 2개의 개방 웹내에 포집하여 바라는 섬유 대 미립자 중량비를 얻는다. 미립자의 측방향 운동을 제공하기 위해 경사진 램프의 사용을 포함하는 23m/분의 선속도, 2개의 개략적으로 동일한 용도의 미립자 첨가 및 미립자 첨가와 미세구조 안정화사이의 구조의 기계적 교반을 포함하는 가공 조건은 각각의 2개의 웹의 섬유상 매트릭스내의 3차원중에 미립자의 일반적으로 개선된 등거리 이격도를 얻는 것을 돕는다. 미립자 하중된 미세구조물을 안정화하였고, 섬유에 미립자를 효과적으로 결합하고 섬유성 구조를 자가 결합하기 위해 IR 건조기중에 185℃ 보다 약간 높은 온도로 가열하여 단일의 웹 구조물을 형성하였다.
이어서, 섬유상 구조물을 약 5mm의 두께로 예비 사이징하였다. 미세구조의 안정화 때문에 미세구조물의 왜곡없이 예비 사이징을 달성하였다.
구조상을 처음과 동일한 방법으로 형성하였고, 처음 절반을 이차의 상부에 거꾸로 적용하였고, 매트릭스 섬유 및 다중 웹 코어(또는 거대구조물)내에 불유동 입자의 3차원 등거리 공간의 일반적인 개선된 균일도, 및 개선된 단일 특성도를 갖는 수직으로 대칭적인 구조물을 형성하기 위해 여전히 충분히 고온이었다. 이어서, 섬유상 구조물을 열 성형에 대한 섬유를 연화시키기 위해 약 165℃로 IR 건조기중에서 가열하였고; 가열된 구조물을 1.52mm의 닙 갭을 관통하여 고정된 바라는 두께를 얻었고, 주위 공기 냉각 고정시켰다. 공기 냉각은 냉각 기후 조건 때문에 충분하였다. 이 방법에서, 섬유상 거대구조물을 사이징 및 고정함으로써, 또한 허용가능한 투과성을 유지하였다. 미세구조의 상대적인 기하학을 변화시키지 않았고, 개선된 일반 균일성을 유지하였다. 또한, 흐름 경로의 굴절성을 증가하였다.
생성된 다중 웹, 섬유상 거대구조물은 631g/m2의 활성탄(등가 부피는 1650cm3이다)을 갖는 1.65mm 두께이었고, 0.44g/cm3(실제 탄소하중은 0.5g/cc의 겉보기 밀도를 기준으로하여 734g으로 표준화하였다. 표준화된 하중은 표준화된 겉보기 밀도에 대해 조절된 하중 질량이다. 매질의 비중은 물론 매질이 추가의 섬유상 구조물을 함유하는 것보다 적다. 매질은 물론 섬유상 거대구조물보다 작은 200Pa 압력차에서 251ℓ/cm2/시간의 공기 투과성을 가졌다. 매질은 또한 우수한 통합성 및 경직성을 가졌다.
매질을 6.7mm 주름 공간으로 주름지었고, V-성형 주름을 열 고정하였고, 그런다음 필터중에 457g의 활성탄 및 6kg/분 공기 흐름에서 95Pa의 압력차를 갖는 254×254×38mm 기상 비히클 캐빈 공기 필터로 조립하였다. 필터에 대한 동적 흡착능을 0.77m/초의 속도에서 80ppm의 톨루엔으로 충진시 흡착된 93.2g의 기체로 측정하였다.
또한, 상기 매질은 도관 여과를 위한 미세섬유 등의 첨가제를 함유하지 않더라도 분진 필터로서 유용하다. 따라서, 상기 매질은 상당량의 분진 제거와 혼합하여 흡착의 잇점을 제공할 것이다.
비교 실시예 1
시판가능한 선행기술의 사이즈되고 고정된 수직으로 대칭인 단일의 다중 웹, 섬유상 구조물을 다른 활성탄을 사용하여 실시예 1과 같이 제조하였다. 다른 차이점은 2차원적으로 크림프된 섬유, 28m/분의 높은 선속도 및 기계적 교반 또는 경사진 램프의 사용이 없다. 실시예 1의 섬유상 구조물에 비해 이 섬유상 구조물은 매트릭스 섬유 및 미립자의 일반적인 감소된 균일도를 가졌다. 이 결과로서, 이 섬유상 구조물가 실시예 1과 같이 높은 미립자 하중을 갖는 것이 불가능하였다. 또다른 중요한 차이점은 0.52mm의 닙 갭의 사용이었다.
다중 웹, 섬유상 거대구조물은 344g/m2의 활성탄(등가 용량은 1620cm3이다)의 하중을 갖는 1.62mm 두께였고, 이것은 0.20g/cm3의 비중과 동일하다(실제 탄소 하중은 0.5g/cc의 겉보기 밀도를 기준으로 331g/m2로 표준화하였다). 매질은 실시예 1과 비교하여 200Pa의 압력차에서 417ℓ/cm2/시간의 비교적 높은 공기 투과성을 가졌고, 양호한 통합성을 가졌고, 단일성이었다. 따라서, 작은 닙 갭은 낮은 미립자 하중의 섬유상 거대구조물에 대해 작용성이었고; 그러나, 큰 닙 갭은 경직 구조를 생성할 수 있는 것으로 알려지고 있다. 이와 대조적으로 실시예 1의 섬유상 구조물은 경직성이고 더욱 단일성이었다.
매질을 6.7mm 주름 공간으로 주름지었고, V-성형 주름을 열 고정하였고, 그런다음 필터중에 253g의 활성탄 및 6kg/분 공기 흐름에서 135Pa의 압력차를 갖는 254×254×38mm 기상 비히클 캐빈 공기 필터로 조립하였다. 따라서, 이 주름진 필터의 압력차는 실시예 1보다 더 컸지만(135vs. 95Pa), 탄소 하중은 실시예 1보다 상당히 작았다. 더 큰 압력차는 미세구조의 적은 균일성 및 적은 경직성에 기인하는 것으로 알려지고 있다. 필터에 대한 동적 흡착능은 0.77m/초의 속도에서 80ppm 톨루엔으로 충진될 때 흡착된 42.2g의 기체로서 측정하였다.
실시예 2
실시예 1의 매질의 3개층으로 이루어지는 적층된 섬유상 구조물을 16.8mm의 공간된 부분으로 주름지었고, 열경화하였고, 필터중에 990g의 활성탄을 갖는 357×244×65mm의 기상 비히클 캐빈 공기 필터로 조립하였다. 필터는 8.5m3/분 공기 흐름에서 320Pa의 압력차를 갖는 것으로 알려졌다. 필터에 대한 동적 흡착능을 0.62m/초의 속도에서 아세트알데히드 증기에 대해 시험하였고, 우수한 것으로 알려졌다.
실시예 3
3.2dtex, 38mm 절단 길이, 폴리에틸렌 외피/폴리에스테르 코어 헤테로필 스테이플 섬유의 2개의 개방 웹을 1.2dtex, 크림프된 헤테로필, 스테이플 섬유의 예비형성된 부분적으로 예비결합된 웹상에 카딩하여 형성하였다. 각각의 개방 웹은 15g/m2의 섬유로 이루어지고, 함께 개방 웹은 약 20mm 두께이다.
30×50 메쉬 과립상 활성탄을 중력에 의해 분포하였고, 바라는 섬유 대 미립자 중량비를 얻기 위해 2개의 개방 웹내에 포집하였다. 실시예 1과 동일한 공정조건을 사용하여 본 발명에 따라 각각의 2개의 웹의 섬유상 매트릭스내에 3차원중에 미립자의 일반적으로 개선된 등거리 이격도를 얻었다. 미립자 하중된 미세구조물을 안정화하였고, 단일의 다중 웹 구조물을 실시예 1과 유사한 방법으로 형성한다음 다중 웹 구조물을 예비 사이즈하였다.
처음과 동일한 방법으로 구조물을 형성한다음 다른 2개의 웹을 동일량의 섬유 및 이전과 같은 활성탄을 사용하여 이것의 상부에 형성한다음 처음 다중 웹 구조물을 이차의 상부상에 거꾸로 적용하였다. 새롭게 형성된 2개의 웹을 또한 충분히 가열하여 개선된 일반적인 균일도 및 거대구조물내에 불유동화된 미립자의 3차원 등거리 이격도 및 개선된 단일성도를 갖는 수직적으로 대칭적 구조를 형성하였다.
이어서, 다중 웹 구조물을 실시예 1과 같이 사이징하기 위해 제조중에서 가열하였고, 2.03mm의 닙 갭을 사용하여 사이즈하였고, 증가된 두께 및 다른 고려사항에 기인하여 활발히 냉각하였다. 생성된 섬유 거대구조물은 717g/m2활성탄(등가 부피는 2560cm3이다)의 하중을 갖는 2.56mm 두께였고, 이것은 0.37g/cm3의 비중과 동일하다(활성탄 하중을 0.5g/cc 의 겉보기 밀도를 기준으로 943g/m2으로 표준화하였다). 실시예 1과 비교하여 이 거대구조물은 저비중을 가졌고, 이것은 2차원적으로 크림프된 섬유의 사용의 일부에 분포된다. 매질은 200Pa의 압력차에서 253ℓ/cm2/시간의 공기 투과성을 가졌고, 매우 양호한 통합성 및 경직성을 가졌다.
매질을 16.5mm 주름 공간으로 주름지었고, 필터중에 4480g의 활성탄 및 57m3/분 공기 흐름에서 100Pa의 압력차를 갖는 610×610×140mm 기상 필터로 조립하였다. 상기 필터에 대한 동적 흡착능은 2.54m/초의 속도에서 400ppb H2S로 충진될 때 흡착된 기체의 117.2g으로 측정하였다. 필터는 기체성 성분 및 실내 공기 시스템, 휴대용 또는 정체형 공기 취급 단위 또는 흡연 및 향료 제거 후드중에 0.5㎛ 보다 큰 폐입자의 제거를 위해 유용하다.
실시예 4
사이즈 및 고정, 수직적으로 대칭적인 단일형 다중 웹 섬유상 매질을 실시예 1과 같이 제조하였다. 그러나, 다른 미립자(0.5mm의 평균 직경의 구형 제올라이드)를 사용하였다. 섬유상 거대구조물은 907g/m2의 제올라이트(등가 용량은 1720cm3이다)의 하중을 갖는 1.72mm 두께였고, 이것은 0.35g/cm3의 비중과 동일하다(실제 제올라이트 하중은 0.5g/cc의 겉보기 밀도를 기준으로 597g으로 표준화하였다). 매질은 200Pa에서 382ℓ/cm2/시간의 공기 투과성을 가졌고, 우수한 통합성 및 경직성을 가졌다.
매질은 6.7mm의 주름 공간으로 주름지었고, 필터중에 227g의 제올라이트 및 1.5m3/분의 공기 흐름에서 96Pa의 압력차를 갖는 140×140×44mm 건조제 필터로 조립하였다. 필터는 수증기의 흡착 및 탈착을 위한 우수한 스윙능을 가졌다.
실시예 5
실시예 1의 매질의 3개층으로 이루어진 적층된, 섬유상 구조물을 13.1mm의 주름 공간 부분으로 주름지었고, 열 고정하였고, 필터중에 104g의 활성탄을 갖는 150×65×40mm의 기상 각각의 보호 필터 및 85ℓ/분의 공기 흐름에서 47Pa의 압력차로 조립하였다. 필터에 대한 흡착능을 64ℓ/분의 공기 흐름에서 1000ppm CCl4로 충진시 10% 파열까지 38분으로 측정하였다.
실시예 6
실시예 3에 따라 2개의 개방 웹을 형성하였다. 그런다음, 30×50 메쉬 과립상 활성탄 및 연속적으로 30×50 메쉬 제올라이트 상 과망간산칼륨을 웹에 가하여 60:40의 활성탄/과망간산칼륨 비를 갖는 바라는 섬유 대 미립자 중량비를 얻었다. 웹 구조물을 비이트바에 의해 교반하여 두 개의 미립자의 일반적으로 균일한 분포를 촉진하였다. 각각의 미립자를 단일 적용물에 가했다. 본원에 규정된 것을 제외하고 실시예 3과 같은 공정 조건을 사용하여 개선된 3차원의 일반적으로 미립자의 등거리 이격도를 얻었지만, 그러나, 이 경우에 각각의 2형태의 미립자는 일반적으로 구조내에 균일층을 형성한다. 이어서, 미립자 하중된 미세구조물을 안정화하였고 단일의 다중 웹 구조물을 실시예 3과 동일한 방법으로 형성한다음 예비 사이즈하였다.
구조를 처음과 동일한 방법으로 형성한다음 처음 절반을 이차의 상부에 거꾸로 적용하였고, 본 발명에 따라서 개선된 일반적인 균일도, 거대구조물 내에 불유동화된 미립자의 3차원 등거리 이격도 및 단일 특성도를 갖는 수직으로 대칭적인 구조를 형성하기 위해 충분히 가열하였다. 과망간산칼륨을 구조의 코어에 위치하였고, 활성탄을 표면에 비교적 근접하게 위치하였다.
최종 단계로서, 섬유상 구조물을 열성형을 위한 제조에서 가열하였고, 1.52mm의 닙 갭을 사용하여 사이즈하였다. 생성된 거대구조물을 448g/cm2의 활성탄 및 과망간산칼륨(등가 용량은 1790cm3이다)의 하중을 갖는 1.79mm의 두께이었고, 이것은 0.28g/cm3의 비중과 동일하다(실제 하중을 0.5g/cc의 겉보기 밀도를 기준으로 502g으로 표준화하였다). 매질은 200Pa의 압력차에서 458ℓ/cm2/시간의 공기 투과성을 가졌고, 양호한 통합성 및 경직성을 가졌다.
실시예 7
실시예 1과 같이 2개의 개방 웹을 형성하였고, 활성탄을 포집하였고, 다중 웹 구조물을 예비 사이즈하였다. 이어서, 구조를 처음과 동일한 방법으로 형성하였고, 또한, 11g/m2의 용융 취입 웹의 PBT 섬유 웹을 예비형성된 부분적으로 예비결합된 웹에 포함하였다. 처음 다중 웹 구조물을 이차의 상부에 적용하였고, 본 발명에 따라서 개선된 일반적인 균일도, 거대구조물 내에 불유동화된 미립자의 3차원 등거리 이격도 및 단일 특성도를 갖는 단일형 섬유상 구조물을 형성하기 위해 충분히 가열하였다.
최종 단계로서, 섬유상 구조물을 열성형을 위한 제법으로 가열하였고, 1.52mm의 닙 갭을 사용하여 사이즈하였다. 생성된 매질은 1.7mm 두께이었고, 125Pa의 압력차에서 120ℓ/cm2/시간의 공기 투과성 및 우수한 통합성 및 경직성을 가졌다. 이의 우수한 흡착능외에도, 매질은 전형적으로 254×254×38mm 혼합기상/미립자 제거 비히클 캐빈 공기 필터중에 3㎛ 입자, 약 1.6m/초의 속도동안 95%보다 큰 미립자 제거 효율성을 제공한다.
본 발명은 사상 및 필수적인 속성으로부터 벗어남이 없이 다양한 변형이 수행될 수 있고, 따라서 선행 명세서보다 본 발명의 범위를 지시하는 첨부된 청구범위에서 참고로 이루어져야 한다.

Claims (22)

  1. 굴절성 흐름 경로를 형성하기 위해 용융 접착에 의해 매트릭스에 고정되고 일반적으로 3차원적으로 등거리 이격되도록 매트릭스의 간극내에 포집된 작용성 미립자를 갖는, 열적으로 결합되고 일반적으로 균일한 섬유상 매트릭스(열 연화성의 구성 성분 및 저용융 성분을 포함하는 크림프된 복합체 섬유를 포함한다)를 포함하는 안정화된 미세구조물을 포함하고,
    질기고 경직되고 상기 작용성 미립자의 0.25g/cm3이상의 비중을 포함하고 또한 200Pa에서 100ℓ/cm2/시간 이상의 공기 투과성을 갖도록 사이즈되는
    고성능의 투과성 섬유상 거대구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 크림프된 복합체 섬유가 3차원적으로 크림프된 섬유상 거대구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 크림프된 복합체 섬유가 약 0.5 내지 3의 평균 dtex를 갖는 섬유상 거대구조물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 크림프된 복합체 섬유가 약 6 내지 10,000dtex를 갖는 섬유상 거대구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합체 매트릭스가 또한 비복합체 섬유를 포함하는 섬유상 거대구조물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 작용성 미립자가 활성탄인 섬유상 거대구조물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 저용융 성분이 폴리아미드인 섬유상 거대구조물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    미세섬유 웹과 혼합된 섬유상 거대구조물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 작용성 미립자가 둘이상의 형태이고, 이들 각각은 상기 섬유상 매트릭스내에 일반적으로 균일층으로 분포되는 섬유상 거대구조물.
  10. 열연화성의 구성 성분 및 저용융 성분을 포함하는 크림프된 복합체 섬유를 포함하는 개방되고 일반적으로 균일한 섬유상 웹 구조물을 포함하는 섬유상 구조물을 형성시키고,
    그후에 적합한 물리적 특성을 갖는 작용성 미립자를 상기 개방되고 일반적으로 균일한 섬유상 웹 구조물의 간극내에 분포 및 포집시켜 일반적으로 3차원의 등거리 이격 공간을 얻고 굴절성 흐름 경로를 형성시키며,
    그후에 상기 섬유상 구조물을 압력을 가하지 않고 열처리함으로써 상기 섬유상 웹 구조물을 열결합시키고 상기 작용성 미립자를 상기 섬유상 웹 구조물에 용융 접착시켜, 열결합된 섬유상 웹 구조물 및 상기 섬유상 웹 구조물에 용융 접착된 작용성 미립자를 포함하는 안정화된 미세구조물을 형성시키고,
    그후에 상기 섬유상 웹 구조물을 열성형에 적합한 승온으로 가열하고, 상기 가열된 웹 구조물을 사이징하는 것을 포함하고, 상기에 의해
    상기 웹 구조물의 구조적인 통합성이 증가되고, 상기 구조물이 경직되며, 상기 작용성 미립자의 0.25g/cm3이상의 비중을 포함하고 또한 200Pa에서 100ℓ/cm2/시간 이상의 공기 투과성을 갖도록 부피가 증가된
    고성능의 투과성이고 주름형성이 가능한 섬유상 구조물의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 크림프된 섬유가 3차원적으로 크림프된 섬유인 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    사이즈된 웹 구조물을 활발히 냉각시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    사이즈된 구조물을 주름지게하여 주름진 구조물을 형성시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  14. 제 1 항의 섬유상 거대구조물의 적층된 층을 포함하는 고성능의 투과성 섬유상 구조물.
  15. 주름진 형태의 제 1 항의 섬유상 거대구조물의 적층된 층을 포함하는, 경직되었지만 연성인 고성능의 투과성 섬유상 구조물.
  16. 제 14 항의 투과성 섬유상 구조물을 포함하는 고성능의 투과성 필터.
  17. 제 15 항의 주름진 투과성 섬유상 구조물을 포함하는 고성능의 투과성 필터.
  18. 제 17 항에 따른 고성능 투과성의 개인용 보호 필터.
  19. 열성형된 형태의 제 14 항의 투과성 섬유상 거대구조물을 포함하는 고성능 투과성의 안면 마스크.
  20. 열성형된 형태의 제 14 항의 투과성 섬유상 거대구조물을 포함하는 고성능의 투과성 봉입물.
  21. 제 14 항의 투과성 섬유상 거대구조물을 포함하는 고성능의 투과성 백.
  22. 제 14 항의 투과성 섬유상 거대구조물을 포함하는 고성능의 투과성 공기 도관.
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