KR20030094707A - 필터용 부직포 및 엔진용 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필터용 부직포 및 엔진용 필터에 관한 것으로, 먼지, 카본입자에 대한 포집율을 장기간 지속시키며, 또한 보유 용량이 높고, 막힘이 발생하기 어려운 필터용 부직포와 그 제조방법, 및 이 부직포를 사용한 엔진용 필터를 제공하는 것이다.
서로 다른 2이상의 섬유층을 적층시켜서 구성되는 부직포에 있어서, 코울터 포로미터 Ⅱ를 사용한 버블포인트법(ASTM F-316-80에 준한다)에 의해서 산출되는 이 부직포의 평균 포어 사이즈가 30∼60㎛, 이 부직포 전체의 세공크기 총면적이 0.011㎠/㎠ 이상인 부직포로 이루어진다.

Description

필터용 부직포 및 엔진용 필터 {Non-woven fabric for filter and filter for engine}
본 발명은, 공기 중의 먼지 등을 분리 제거할 때에 사용되는 필터용 부직포에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 먼지 및 카본 입자 등의 피포집물에 대한 보유량(保持量, holding amount)이 뛰어나며, 장기간에 걸쳐서 우수한 청정효율을 지속할 수 있는 필터용 부직포와 그 제조방법, 및 부직포를 사용한 필터에 관한 것이다.
종래부터 공기 중에 포함되는 먼지 등을 제거하고 청정도가 높은 공기를 얻는 방법으로, 공기를 필터에 통과시키는 방법이 통상적으로 이용되고 있다. 필터에 요구되는 성능은 용도에 따라 다르기 때문에 종이나 섬유 등 각종 재료가 필터로서 사용되고 있다. 예를 들면, 자동차 등의 엔진용 필터의 경우, 필터에는 청정효율은 물론이거니와 청정효율의 지속성이 요구되고 있다.
최근에 먼지에 대한 청정효율의 지속성을 높인 필터로서, 밀도구배형 부직포가 주목받고 있다. 일반적으로 밀도 구배형 부직포는 밀도가 다른 섬유층을 복수 적층시킨 것으로, 각 섬유층에는 섬유 직경이 서로 다른 섬유를 이용하거나, 이 섬유의 배합 비율을 조절하여 적층시킨 섬유층의 밀도가 부직포의 한쪽 면에서 다른 쪽 면을 향해서 단계적으로 커지도록 구성되어 있다. 또, 섬유들 사이의 결합은 각종 바인더를 이용하여 섬유들을 고착시키거나, 접착작용을 가지는 섬유를 배합하고, 이 섬유의 일부를 용융시켜서 다른 섬유와 부착시키고 있다.
이와 같은 밀도 구배형 부직포도, 카본 입자 등의 미립물에 대한 청정효율이 충분하지 않기 때문에, 섬유층의 치밀화에 의해서 청정효율을 향상시키는 기술이 제안되고 있다. 치밀화 방법으로서는 예를 들면, 치밀한 섬유를 이용하여 섬유층을 치밀화 하고 섬유와 섬유층 사이에 형성되는 포어 사이즈(pore size, 세공크기)를 작게 하거나, 수지를 함침시키는 기술이 제안되고 있다. 그렇지만, 이들 부직포를 필터로 사용하는 경우, 카본 등의 미립물에 대한 청정효율은 향상되지만, 막힘 (clogging)이 발생하기 쉬워 필터로서의 사용수명이 짧아 진다는 문제가 발생하고 있었다. 또, 치밀화한 경우, 먼지나 카본 입자 등에 대한 보유량이 저하한다는 문제가 발생하고 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 근년, 다양한 필터용 부직포가 제안되고 있다. 예를 들면, 특개평 9-192472호에는 열접착성 소수성 섬유와 비 열접착성 섬유로 구성되는 둘 이상의 섬유층을 공기 유출측의 섬유층이 공기 유입측의 섬유층보다도 평균밀도가 작아지도록 적층시킨 부직포를, 수세하여 유제의 부착량을 감소시키는 것에 의해서 막힘을 억제하면서 먼지에 대한 청정효율을 향상시키는 기술이 제안되고 있다.
또, 예를 들면, 특개소 53-33787호에는, 융점차이가 20℃ 이상인, 2개의 섬유 형성성을 가지는 중합체를 복합성분으로 하여 병렬로 배치하여 구성되는 복합 섬유를 적어도 30% 함유하는 웹(web)에 1 방향에서 작용 바브(Barbs) 수가 40 이상 150이하가 되는 조건에서 니들펀칭을 가한 후, 이 웹을 이 복합 섬유의 저융점 성분의 융점이상, 고융점 성분의 융점이하의 온도로 열처리한 부직포가 제안되고 있다.
장기간 사용되는 엔진용 필터에는, 먼지 등에 대한 청정효율도 물론이거니와 먼지 등에 대한 높은 보유량이 요구되고 있다. 또 최근의 코스트 삭감 요구로 인해 보다 적은 섬유층의 적층수로 높은 청정효율, 보유량을 가지는 동시에, 가공성, 일체 성형성도 뛰어난 특성을 가지는 부직포가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 먼지, 카본입자에 대한 높은 포집율을 장기간 지속시키며, 또 보유 용량(retention volume)이 높고, 막힘이 발생하기 어려운 필터용 부직포와 그 제조방법, 및 이 부직포를 사용한 엔진용 필터를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명은, 서로 다른 2 이상의 섬유층을 적층시켜서 구성되는 부직포로서, 코울터 포로미터(Porometer) Ⅱ를 이용한 버블포인트법(ASTM F-316-80에 의거한다)에 의해서 산출되는 이 부직포의 평균 포어사이즈가 30∼60㎛이고, 이 부직포 전체의 세공크기 총면적이 0.011 ㎠/㎠ 이상인 것에 요지를 가지는 부직포이다.
상기 부직포의 각 섬유층은 접착섬유와, 피접착 섬유로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또 상기 부직포에서의 섬유층의 섬유밀도가 피처리 기체 유입측으로부터 피 처리 기체 유출측을 향해서 단계적, 또는 연속적으로 큰 것, 섬유층을 구성하는 섬유의 평균 데니어(denier)가 피처리 기체 유입측으로부터 피처리 기체 유출측을 향해서 단계적, 또는 연속적으로 작은 것도 본 발명의 바람직한 실시형태이다.
또 상기 섬유층은 물리적 결합에 의해서 적층시킨 것이 바람직하며, 물리적 결합으로서 섬유를 교락(交絡)시킨 것이 더 바람직하다. 이와 같은 물리적 결합은 니들펀칭 또는 워터젯(waterjet)에 의한 것이 추천된다.
본 발명의 상기 부직포의 제조방법은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 제조방법으로서는, 섬유를 배합하여 구성되는 서로 다른 섬유층을 2 이상 적층시킨 후, 섬유층 사이를 섬유의 교락에 의해서 물리적으로 결합시키고, 이어서 가열처리하여 섬유의 일부를 용융시켜서 섬유들을 부착시켜서 부직포를 형성한 후, 이 부직포의 섬유밀도가 큰 면에 액체를 가하고, 이어서 이 액체 부착면에 가열롤러를 접촉시키는 동시에, 다른 쪽 면에 분위기 온도의 가열롤러를 접촉시키는 캘런더 (calender)처리를 가하는 것에 의해서 얻어진다.
또, 상기 본 발명의 부직포는 전부 엔진 흡기용 필터에 적합하다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서, 집중 연구를 거듭한 결과, 서로 다른 2 이상의 섬유층을 적층시켜서 구성되는 부직포의 평균 포어사이즈를 30∼60㎛, 세공크기 총면적을 0.011㎠/㎠ 이상으로 한 부직포는, 먼지, 카본 입자를 포함하는 기체에 대한 청정효율이 뛰어나며, 또 높은 먼지, 카본에 대한 보유량을 가지는 것을 알아낸 것이다.
부직포의 평균 포어사이즈란, 코울터 포로미터 Ⅱ(코울터사)를 이용하여 버블포인트법(ASTM F-316-80에 준한다)에 의해서 산출한 값이다. 또, 코울터 포로미터 Ⅱ에 의한 측정은, 부직포를 액체로 침지시키고, 이 부직포의 밀층면(密層面)을 하측, 조층면(粗層面)을 상측으로 설치하고, 이 부직포의 상측에서 기체의 압력을 증가시키면서 공급하고, 이 압력과 부직포 표면의 액체 표면장력의 관계에서 포어사이즈를 측정하는 방법이며, 구체적인 코울터 포로미터 Ⅱ의 조작 ·측정방법은, 이 장치의 설명서에 따라서 실시한다.
또 세공크기 총면적은, 상기 코울터 포로미터 Ⅱ를 이용하여 산출한 값이며, 개개의 포어 사이즈와 그것에 대응하는 포어 수를 적산한 것을 모두 더한 값(단위 면적당 세공의 총면적(㎠/㎠))이다.
평균 포어사이즈가 60㎛을 넘으면, 카본입자 등의 미립물이 포어를 통과하기 쉬어지기 때문에, 이 미립물에 대한 초기 청정효율이 불충분해진다. 또 30㎛ 미만으로 하면 미립물에 대한 초기 청정효율이 높아지지만, 단시간 내에 막힘이 발생하기 쉽기 때문에 장기간 뛰어난 청정효율을 유지할 수 없다.
또, 세공 총면적이 0.011㎠/㎠ 미만에서는, 먼지에 대한 필터의 먼지 보유량과 카본입자 등의 미립물에 대한 보유량이 불충분하다. 이 세공 총면적은 바람직하게는 0.012㎠/㎠ 이상, 보다 바람직하게는 0.013㎠/㎠이상, 가장 바람직하게는 0.018㎠/㎠이다. 세공 총면적은 클 수록 뛰어난 보유량을 나타내고 청정효율 지속성이 향상하기 때문에 평균 포어 사이즈가 상기 범위내라고 한다면, 상한은 한정되지 않는다.
상기 본 발명의 부직포를 이용한 필터는, 초기 청정효율(JIS D 1612에 준하다)은 95% 이상, 보다 바람직하게는 96% 이상을 가지며, 또 최종 포집율(JIS D 1612에 준한다)은 96% 이상, 보다 바람직하게는 99.4% 이상을 가진다. 또, 먼지(JIS Z 8901에 준한다)에 대한 보유량(JIS D 1612에 준한다)은 230g/0.1㎥이상, 카본입자(JIS Z 8901에 준한다)에 대한 보유량은 3.6g/0.1㎥ 이상의 뛰어난 보유성을 가지며, 매우 뛰어난 상기 필터 성능을 장기간 지속시킬 수 있다.
본 발명의 부직포는, 후술하는 바와 같이 접착섬유와 피접착섬유를 균일하게 되도록 배합시켜서 구성되는 섬유시트(웹)를 적층시킨 후, 니들펀칭 등의 물리적 처리에 의해서 일체화 시키고, 이어서, 열처리를 가하여 섬유들을 부착시켜서 부직포를 제조하고, 이어서 이 부직포의 섬유 밀도가 큰 면에 액체를 가한 후에 가열롤러로 처리하는 것에 의해서 상기 평균 포어 사이즈와 세공 총면적을 가지는 부직포를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 필터용 부직포를 제조방법에 의거하여 상술하지만, 본 발명의 부직포는 상기 특성을 가지는 것이라면 하기 제조방법에 의해서 제조된 것에 한정되지 않는다.
본 발명의 각 섬유층을 구성하는 섬유는, 후술하는 열처리를 가할 때, 섬유의 일부가 용융하여 다른 섬유와 부착하는 것에 의해서 섬유들이 결합할 수 있는 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 섬유의 용융을 이용하여 섬유들을 결합시키는 것에 의해서, 이 가공품을 이용한 일체 성형성(가공부직포의 일부를 이용하여 이 부직포의 지지프레임을 일체적으로 성형할 때의 불량이 적다)에도 뛰어난 특성을 나타내는 부직포를 얻을 수 있다.
물론 에멀젼계 등의 바인더(binder)를 이용하여 섬유들을 고착시키는 방법도 있지만, 바인더 량이 증가하면, 포어 사이즈의 조절이 어렵고 또 막힘이 발생하기 쉽기 때문에 필터의 수명이 짧아 진다. 또, 가공시에 부직포에 크랙이 발생하여 가공불량이 발생하기 쉽다. 특히, 바인더를 이용하는 경우, 후술하는 것과 같은 일체 성형을 할 수 없기 때문에, 본 발명에서는 바인더를 사용하지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 접착섬유와 피접착 섬유를 이용하여 섬유층을 구성하는 것이 바람직하다.
접착 섬유란, 100∼220℃의 범위에서 용융을 개시하는 섬유이다. 이와 같은 접착 섬유로서는 단일 섬유, 복합 섬유의 어느 것이라도 좋다. 단일 섬유로서는, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 에틸렌-초산비닐 공중합체 섬유 등이 예시된다. 또 복합 섬유로서는 사이드 바이 사이드형 복합 섬유, 심초형 복합섬유 등이 예시된다. 다만, 섬유가 과잉 용착하면 섬유강도가 저하하므로, 단일 섬유보다도 복합섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 복합 섬유로 하는 경우 저융점 성분이 융점을 개시하는 온도보다도 30℃ 이상 높은 온도가 아니면 용융을 개시하지 않는 용융점 성분(심)과, 100∼220℃ 의 범위에서 용융을 개시하는 저융점 성분(초)을 조합시켜서 구성되는 심초형 복합섬유가 추천된다. 이와 같은 심초형 복합 섬유로서는, 변성 폴리에스테르와 폴리에스테르의 조합이 적합하다. 물론, 폴리프로필렌(심) - 폴리에틸렌(초) 복합 섬유, 66 나일론(심) - 6 나일론(초) 복합섬유,폴리에스테르(심) - 폴리에틸렌(초) 복합 섬유도 사용할 수 있다.
또, 복함 섬유로 하는 경우의 고융점 성분과 저융점 성분의 배합비율은 특별히 한정되지 않고, 통상 시판되고 있는 섬유를 사용하면 좋다.
피접착 섬유란, 상술한 접착섬유의 용융개시 온도에서는, 용융개시하지 않는 섬유를 말하며, 접착섬유와의 융점차이가 적어도 30℃이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 피접착 섬유로서는 단일 섬유가 바람직하다. 단일 섬유로서는 나일론 등의 폴리아미드계 섬유, 폴리에스테르 섬유가 예시된다.
각 섬유층을 구성하는 접착섬유와 피접착 섬유의 질량비는 바람직하게는 50:50∼30:70의 범위내가 되도록 하는 것이 바람직하다. 접착 섬유의 비율이 많아지면, 접착 섬유의 과잉 용융에 의한 포어직경 폐색이나 세공 총면적 감소가 발생하는 경우가 있다. 또, 각 섬유의 섬유 길이는 특별히 한정되지 않고 공지의 것을 사용하면 좋다.
본 발명에서는 접착 섬유와 피접착 섬유는 상기 비율이 되도록, 공지의 방법에 의해서 섬유층을 구성하면 좋다. 본 발명의 부직포는 상기 섬유를 임의의 방법으로 배합하여 구성되는 섬유층을 2 이상 적층시킨 것이지만, 상기 평균 포어사이즈와 세공크기 총면적을 얻을 수 있는 것이라면, 부직포의 두께와 각 섬유층의 두께, 섬유층의 적층수는 특별하게 한정되지 않는다. 따라서, 소망하는 용도에 따른 두께, 적층수로 하면 좋지만, 두께를 늘리거나 적층수를 증대시키면 제조 코스트가 증대하게 되는 경우가 있으므로, 적은 적층수로 상기 평균 포어사이즈와 세공크기 총면적을 얻을 수 있도록 섬유밀도와 섬유직경 등을 조절하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에서는 피처리 기체 유입측으로부터 피처리 기체 유출측을 향해서 섬유층의 밀도가 단계적, 또는 연속적으로 커지도록 적층시켜서 부직포를 구성하는 것이 바람직하다(이하, 고밀도 섬유층을 밀층, 저밀도 섬유층을 조층이라 한다). 이와 같이 밀도 구배를 가지는 부직포는, 먼지 등의 비교적 커다란 입자를 유입측의 섬유층에서 포착할 수 있으므로, 피처리 기체 유출측의 섬유층(밀층측)에서의 막힘을 억제할 수 있다. 또 입자 사이즈에 따라서 부직포 두께 방향으로 분산시키면서 먼지 등을 축적할 수 있기 때문에, 단위 면적당 보유량도 증가할 수 있다.
또, 섬유층의 두께 증대를 억제하여 밀층의 섬유밀도를 높이기 위해서는, 평균 데니어가 작은 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 또 비교적 큰 입자의 포착을 목적으로 하는 조층은 평균 데니어가 큰 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 피처리 기체 유입측(조층측)으로부터 피처리 기체 유출측(밀층측)을 향해서 각 섬유층의 평균 데니어가 단계적, 또는 연속적으로 작아지도록 하는 것이 바람직하다.
적층시킨 섬유층들을 일체화 하는 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 부직포의 가공성을 확보하기 위해서는, 화학적 결합보다도 물리적 결합에 의해서 일체화시키는 것이 바람직하다. 물리적 결합이란, 섬유층들을 섬유의 교락에 의해서 결합한 상태를 말하며, 예를 들면, 이와 같은 물리적 결합에 의해서 섬유들을 교락시키는 방법으로서는 니들펀칭 가공 등이 적합하다. 니들 펀치 가공이나 워터젯 가공 등의 물리적 결합 처리를 가하는 경우, 부직포의 밀층측부터 니들펀칭가공 (또는 워터젯 가공)하는 것이 바람직하다. 밀층측부터 니들펀칭 가공하면, 조층측부터 니들펀칭하는 것에 비해서, 교락을 동반하는 포어 형상의 붕괴와 포어 직경의 증대를 억제할 수 있으므로, 상기 범위내의 평균 포어 사이즈 및 세공 총면적을 얻을 수 있다. 따라서 카본 등의 미세한 입상물에 대한 초기 청정효율의 저하가 적다. 니들펀칭 가공을 가하는 경우의 가공 조건으로서는 특별하게 한정되지 않지만, 바늘 심도를 너무 깊게 하면 포어 직경이 증대하는 경우가 있다. 또 바늘 심도가 너무 얕으면 충분한 교락처리를 할 수 없기 때문에, 통상 바늘 심도는 8∼15mm로 하는 것이 바람직하다. 이때 펀칭 바늘은 통상 사용하는 바늘을 사용할 수 있지만, 바늘 직경은 밀층면을 형성하는 섬유층의 포어 직경보다도 크기 때문에, 바늘 펀칭에 의해서 밀층면의 포어 직경은 커지게 된다. 따라서, 충분한 교락처리를 실시하면서, 포어 직경의 증대를 억지하기 위해서는 단위 면적당의 바늘 펀칭 본수(페네수)는 40∼100 본/㎠으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 물리적 결합처리를 가한 부직포에 열처리를 가하여 열접착 섬유와 피접착 섬유를 접착시킨다. 이때의 열처리 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 접착 섬유의 용융 개시온도 이하이고, 피접착 섬유의 용융개시 온도 미만의 온도로 가열하고, 이들 섬유들을 부착시키면 좋다.
가열처리 후의 밀층 표면은 보풀이 일어 나기 때문에, 표면성상을 조절하는동시에, 치수 안정성을 확보하고, 또 섬유밀도를 높이기 위해서, 이 가열처리 후, 부직포의 밀층면에 상기 저용융점 성분의 용융개시 온도이상으로 가열한 롤러를 접촉시키는 캘린더 처리를 가한다. 가열롤러와 이 밀층면을 접촉시키는 것에 의해서 보풀이 일어나고 있는 섬유를 밀층면의 섬유에 부착시켜서 표면성상이 조절되어 섬유층의 밀도는 높아진다. 그렇지만, 가열롤러와의 접촉에 의해서 이미 부착되어 있는 접착섬유와 피접착 섬유의 부착부가 용융하고, 재부착되는 경우가 있지만, 롤러에 의해서 가압되어 있기 때문에, 이 재부착시에 과잉부착이 발생하거나, 또는 롤러에 의해서 처리된 보풀이 일어난 섬유가, 새롭게 섬유에 부착한다. 따라서, 이 가열롤러와의 접촉에 의해서 밀층면의 포어 직경의 감소, 포어 폐색이 발생하거나, 또는 섬유가 부착할 때에 포어직경이 확대된 상태로 부착하는 경우가 있다. 이와 같은 가열롤러로 처리된 부직포의 세공 총면적은 감소하고 있기 때문에, 부직포를 필터로 사용하면, 먼지 특히 카본 입자에 대한 보유량이 낮다.
이와 같은 문제를 회피하기 위해서는, 가열롤러와의 접촉에 앞서서, 밀층면에 액체를 부착시켜 두는 것이 바람직하다. 밀층면에 액체를 부착해 두면, 액체의 가열에 의해서 발생하는 증기 미립자가 이 밀층면을 구성하는 섬유에 부착한 상태가 되어, 접착섬유와 피접착 섬유의 부착부분의 용융, 재부착이나 보풀이 일어난 섬유가 용융 등에 의해서 피접착 섬유 등의 다른 섬유에 부착하는 경우에 발생하는 포어 직경감소, 포어 수 감소, 포어폐색 등을 억제할 수 있다. 그 결과, 처리 후의 부직포 밀층면은 표면성상이 조정되고, 또 고밀도이지만 평균 포어사이즈는 상기 범위내 이며 또 부직포 전체의 세공 총면적의 감소가 거의 없기 때문에, 먼지, 카본 입자에 대한 보유량도 높다. 더구나 액체를 가함에 의해서 부직포 내에 미세한 통기공(기도)을 다수 형성, 유지할 수 있는 결과, 먼지, 카본입자에 대한 높은 청정효율을 장기간 유지할 수 있다.
이때 사용되는 액체로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 물이나 정전방지제 등의 유제가 바람직하다. 유제를 사용하는 경우, 유제 용액으로 하는 것이 바람직하고, 유제 농도를 바람직하게는 0.05∼10질량%, 더 바람직하게는 0.1∼5질량%로 하는 것이 유용하다.
액체를 가하는 방법으로서는 도포, 분무 등의 임의의 방법으로 액체와 부직포 밀층면을 접촉시키면 좋고, 밀층에 액체를 균일하게 부착시키는데는 액체를 분무하는 방법이 적합하다.
또 부착량도 가열롤러의 온도에 따라서 적당하게 조절하면 좋지만, 가열롤러의 온도를 하기 범위로 한 경우의 액체 부착량은 바람직하게는 1∼20g/㎡, 더 바람직하게는 2∼10g/㎡로 하는 것이 바람직하다. 액체 부착량이 적은 경우, 상기 효과를 얻기 위해서는 롤러의 온도를 높게 해야 하지만, 온도 상승에 의해서 액체를 부착시키지 않은 부직포 조층면의 섬유가 용융, 재부착을 일으켜서 포어의 폐색 등이 발생하는 경우가 있으므로 바람직하지 못하다.
가열롤러의 온도는 특별하게 한정되지 않지만, 부직포 밀층면에 접하는 롤러의 온도는, 바람직하게는 접착섬유의 용융온도 이상, 피접착 섬유의 용융온도 미만의 온도로 하는 것이 바람직한데, 예를 들면, 190∼230℃로 하는 것이 바람직하다. 또, 부직포의 조층면의 포어 사이즈와 표면성상 등은 조절할 필요가 없으므로, 이 조층면에 접하는 롤러의 온도는 분위기 온도로 하면 좋고, 특별히 가열할 필요는 없다.
또, 롤러의 간격(롤러 사이의 클리어런스)은 특별히 한정되지 않고 필요에 따라서 적당하게 변경하면 좋다.
상기 제법에 의하면, 평균 포어 사이즈가 30∼60㎛이고, 또 포어 직경면적이 0.011㎠/㎠이상을 가지는 본 발명의 필터용 부직포를 얻을 수 있다.
얻어진 부직포는, 적용부재에 따른 형상으로 재단하여 필터로서 사용할 수 있다. 또 부직포에 각종 가공을 가하는 것도 바람직한데, 예를 들면 플리팅 (pleating) 가공을 가하여도 좋다. 특히 자동차 등의 엔진용 필터로 사용하는 경우, 필터 효과의 지속성을 한층 높이고, 효율적인 이용을 꾀하는 관점에서, 플리팅 가공을 하는 것이 바람직하며, 공지의 방법에 의해서 플리팅 가공을 하면 좋다.
또 본 발명의 플리팅 가공을 가하여 얻어진 필터의 일부를 압축 등을 하여 이 필터의 지지프레임(칼라(깃)부)을 일체적으로 성형하여도 좋다. 본 발명의 부직포는 섬유들의 결합에 바인더를 사용하고 있지 않기 때문에, 일체 성형시에 필터에 크랙이 발생하는 경우가 없다.
일체 성형방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 플리팅 가공을 가한 부직포를 프레스 장치의 주형에 장착한 후, 이 부직포의 접착섬유만이 융합하고, 피접착 섬유가 용융하지 않을 정도의 온도로 가열한 주형을 압접하면, 이 부직포의 외주 4변이 압축되어 칼라부를 형성한다. 이와 같이 하여 플리팅 가공을 가한 부직포와 이 부직포의 지지프레임을 일체적으로 성형할 수 있다. 즉, 본 발명의 부직포를 사용하면, 이 섬유 결합부는 열에 의해서 용융하여 성형이 용이하게 되는 동시에, 냉각되는 과정에서 섬유들의 재부착이 발생하여 견고한 프레임을 형성할 수 있다. 또 다른 성형방법으로서 예를 들면 특개평 8-309136호에 기재의 성형방법을 참조한다. 이와 같이 본 발명의 부직포는 필터의 일부를 이용하여 지지프레임을성형할 수 있기 때문에, 고무 등의 프레임을 사용할 필요가 없어서 코스트적으로도 유리하다.
<실시예>
실시예 1
실시예 1에서는, 표 1의 No.1의 섬유층을 사용하였다. 즉,
밀층: 눈금량 170g/㎡의 섬유층(평균 섬도: 1.625 데니어)
·폴리에스테르 섬유(섬도 1.25데니어, 섬유길이 44mm, 융점 26℃) 50질량%
·폴리에스테르/저융점 폴리에스테르 복합섬유(섬도 2데니어, 섬유길이 51mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 50% 질량
중층: 눈금량 90g/㎡의 섬유층(평균섬도 3.0 데니어)
·폴리에스테르 섬유(섬도 2 데니어, 섬유길이 51mm, 융점 260℃) 50질량%
·폴리에스테르-저융점 폴리에스테르 복합섬유(섬도 4 데니어, 섬유길이 51mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 50질량%
조층: 눈금량 60g/㎡의 섬유층(평균섬도 5.0데니어)
·폴리에스테르 섬유(섬도 6데니어, 섬유길이 51mm, 융점 260℃) 50질량%
·폴리에스테르/저융점폴리에스테르복합섬유(섬도 4 데니어, 섬유길이 51mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 50질량%
상기 섬유층을 밀층-중층-조층의 차례로 적층시키고, 밀층측부터 니들펀칭 가공(깊이 11mm, 펀칭본수 63본/㎠)을 하고 나서, 핀텐터식 열처리기로 열처리(210℃, 47초간)하고, 이어서 밀층표면에 물을 분무(분무량 10g/㎡)한 후, 밀층을 가열롤러(표면온도 215℃)에, 조층을 분위기 온도롤러에 접촉(롤러 사이의 클리어런스 2.5mm)시켜서 캘린더 처리를 수행하고, 이어서 냉각하여 필터용 부직포를 얻었다.
실시예 2
밀층표면에 대한 물의 분무를 대신하여 음이온계의 정전방지제(2질량%)를 분무한(분무량 10g/㎡) 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 필터용 부직포를 제조하였다.
실시예 3
실시예 3에서는, 표 1의 No.2의 섬유층을 사용하였다. 즉,
밀층: 눈금량 170g/㎡의 섬유층(평균섬도: 1.78데니어)
·폴리에스테르 섬유(섬도 1.25데니어, 섬유길이 44mm, 융점 260℃) 30질량%
·폴리에스테르-저융점폴리에스테르 복합섬유(섬도 2데니어, 섬유길이 51mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 70질량%
중층: 눈금량 90g/㎡의 섬유층(평균섬도 2.6 데니어)
·폴리에스테르 섬유(섬도 2데니어, 섬유길이 51mm, 융점 260℃) 70질량%
·폴리에스테르-저융점폴리에스테르 복합섬유(섬도 4 데니어, 섬유길이 51mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 30질량%
조층: 눈금량 60g/㎡의 섬유층(평균섬도 3.0데니어)
·폴리에스테르섬유(섬도 6 데니어, 섬유길이 51mm, 융점 260℃) 70질량%
·폴리에스테르-저융점 폴리에스테르 복합섬유(섬도 4 데니어, 섬유길이 51mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 30질량%
상기 각층을 밀층-중층-조층의 차례로 적층시키고, 밀층측부터 니들펀칭처리 (깊이 11mm, 펀칭본수 63본/㎠)를 가한 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 필터용 부직포를 제조하였다.
실시예 4
밀층으로 물을 분무하지 않은 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 필터용 부직포를 제조하였다.
실시예 5
표 1의 No.3에 나타내는 바와 같이, 밀층의 눈금량을 변경(90g/㎡)하는 동시에, 중층의 눈금량을 변경(눈금량 170g/㎡)한 이외는 실시예 4와 동일하게 하여 필터용 부직포를 제조하였다.
실시예 6
표 1의 No.4에 나타낸 바와 같이, 밀층으로서 눈금량 170g/㎡의 섬유층(평균섬도: 1.738데니어)
·폴리에스테르 섬유(섬도 1.25데니어, 섬유길이 44mm, 융점 260℃) 25질량%
·폴리에스테르-저융점 폴리에스테르 복합섬유 (섬도 2데니어, 섬유길이 44mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 25질량%
·폴리에스테르-저융점 폴리에스테르 복합섬유(섬도 1.7데니어, 섬유길이 51mm, 저융점 폴리에스테르의 융점 160℃) 50질량%
을 사용한 이외는 실시예 4와 동일하게 하여 필터용 부직포를 제조하였다. 또, 이 밀층은 섬유 접착점이 적어지도록 조절한 것이다.
수득한 각 부직포를 하기 방법에 의해서 특성을 조사하였다. 또, 피처리 기체는 부직포의 조층으로부터 도입하고, 밀층에서 유출시켰다. 결과를 표 2에 나타낸다.
평균 포어사이즈(㎛): 부직포의 피처리 기체 유입측(조층)을 상면으로 하여 코울터 포로미터 Ⅱ(코울터사)를 이용하여 버블포인트법(ASTM F-361-80)에 의해서 측정한 값.
세공 총면적(㎠/㎠): 부직포의 피처리 기체 유입측(조층)을 상면으로 하여 코울터 포로미터 Ⅱ(코울터사)를 이용하여 버블포인트법(ASTM F-361-80)에 의해서 측정한 개개의 포어사이즈 및 그것에 대응하는 포어수를 적산한 값을 더해서 산출한 값.
눈금(g/㎡): JIS L1906 4.2에 준해서 측정한 값
두께(mm) : JIS L1906 4.2에 준하고, 하중 2KPa로 측정한 부직포의 두께
청정효율(초기 청정효율, 종기 청정효율): JIS D1612에 준하고, 시험풍속 60m/sec로 하여, 분체로서 JIS Z8901 No.8을 사용하였다.
△P(Pa): JIS D1612에 의거한 측정값.
먼지 보유량(g/0.1㎥): JIS D1612에 의거한 측정값.
카본 보유량(g/0.1㎥) : JIS D1612에 의거한 측정값.
성형성: 상기 부직포에 플리팅가공을 가한 후, 플리팅 가공한 부직포의 외주부를 열압착시켜서 프레임을 성형했을 때의 성형성.
단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
평균포어사이즈 ㎛ 44.7 48.2 43.6 48.7 47.8 56.3
세공 총면적 ㎠/㎠ 0.0184 0.0132 0.0132 0.0097 0.0099 0.0107
눈금량 g/㎡ 322 312 302 327 313 370
두께 mm 5.5 5.5 4.4 5.5 4.6 4.3
△P Pa 112 118 125 127 117 131
초기기포집율 % 97.9 97.7 97.4 97.2 96.0 98
종기포집율 % 99.7 99.6 99.4 99.7 99.5 99.6
먼지보유량 g/0.1㎥ 242 241.4 235 225 164 152
카본보유량 g/0.1㎥ 3.77 3.7 3.6 2.9 2.8 2.0
성형정 ○ ○ ○ ○ △ △
실시예 1은, 부직포의 밀층즉에 물을 부착시킨 후, 가열롤러로 처리하였기 때문에, 수증기에 의해서 포어의 폐색이나 축소등의 깨어짐(크러싱)이 억제되고, 부직포가 가지는 세공 총면적이 커지며, 또 포어사이즈의 조정이 적당하게 실시되어 있었다. 물을 가하지 않은 실시예 4는, 가열롤러 처리시에 포어의 폐색이 발생하는 동시에, 잔존하는 포어 사이즈가 커지고, 세공 총면적이 작아졌다. 실시예 1과 실시예 4를 대비하면, 실시예 1은 압손이 작고 초기 포집율이 뛰어나며, 또한 먼지 보유량이 크고 또 카본 보유량도 높아져 있다.
실시예 2는 실시예 1의 물 부착을 대신하여 유제 함유액을 밀층에 부착시킨 후, 가열로러로 처리한 것이다. 실시예 2의 부직포는 평균 포어사이즈는 실시예 4와 동일 정도이지만, 유제 함유액을 부착시킨 결과, 가열롤러 처리시에 포어의 폐색, 축소 등의 깨어짐이 억제되고, 또 세공 총면적이 커져 있으며, 그 결과 압손이 작고, 초기 포집율이 뛰어나며, 또한 먼지 보유량, 카본 보유량도 높았다.
실시예 3은, 밀층의 접착 섬유의 저융점 성분을 증가시킨 결과, 가열처리시에 포어가 축소하여 평균 포어사이는 약간 작아졌다. 그렇지만, 물을 부착시키고나서 가열롤러 처리한 결과, 포어의 폐색이 억제되고, 세공 총면적은 실시예 2와 동일 정도 얻을 수 있었다. 실시예 3과 실시예 4를 대비하면, 실시예 3은 먼지 보유량이 크고 또 카본 보유량도 높다.
실시예 5는, 밀층 섬유층의 섬유량을 적게 한 결과, 실시예 5의 평균 포어사이즈는 크지만, 세공 총면적은 불충분하고, 먼지 보유량이 작고 또 카본 보유량도 작다.
실시예 6은, 밀층 섬유층의 섬유의 섬유간 접착을 조정하여 평균 포어사이즈를 유지하고, 세공 총면적이 커지도록 한 것이지만, 충분한 세공 총면적을 얻을 수 없었다. 그 결과, 먼지 보유량, 카본 보유량 모두 충분한 결과를 얻을 수 없었다.
상기 실시예에서도 알 수 있듯이, 섬유층을 2층 이상 적층시킨 부직포에 있어서의 평균 포어사이즈와 세공 총면적의 관계는, 평균 포어사이즈가 30∼60㎛이며, 또한 세공크기 총면적이 0.011㎠/㎠ 이상이 되는 경우에, 뛰어난 필터의 성능을 발휘하는 것을 알 수 있었다.
또, 부직포의 성형성을 조사한 결과, 실시예 1∼4는 성형성에 문제는 없었지만, 실시예 5, 6은 플리팅부의 끝과 코너부가 균일하게 되어 있었다.
본 발명의 필터용 부직포는, 각종 공기청정기나 유체처리장치에 사용되는 필터용 부직포, 특히 자동차 등의 엔진 흡기용 필터에 요구되고 있는 먼지, 특히 카본 입자에 대한 초기 청정효율이 뛰어나며, 또 이들 포집물 보유량이 크기 때문에 막힘이 발생하기 어렵고, 처리량도 증대할 수 있어서 장기간 뛰어난 청정효율을 지속할 수 있다는 특성을 갖는다. 또, 본 발명의 부직포는 3층 정도의 적층수로 뛰어난 효과를 발휘하며, 또 성형성도 우수하기 때문에 제조코스트적으로도 유용하다. 본 발명의 부직포는 컴팩트하며, 또한 고성능의 필터가 요구되는 엔진용 흡기필터에 적합하다.

Claims (9)

  1. 서로 다른 2 이상의 섬유층을 적층시켜서 구성되는 부직포로서, 코울터 포로미터(porometer) Ⅱ를 이용한 버블포인트법(ASTM F-316-80에 준한다)에 의해서 산출되는 이 부직포의 평균 포어사이즈가 30∼60㎛ 이고, 이 부직포 전체의 세공크기 총면적이 0.011㎠/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 청정효율과 피포집물 보유량이 우수한 필터용 부직포.
  2. 제 1 항에 있어서, 각 섬유층이 접착섬유와 피접착 섬유로 구성되어 있는 것인 필터용 부직포.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 부직포에서의 섬유층의 섬유밀도가 피처리 기체 유입측으로부터 피처리 기체 유출측을 향해서 단계적, 또는 연속적으로 커지게 되는 것인 필터용 부직포.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 부직포에서의 섬유층을 구성하는 섬유의 평균 데니어가 피처리 기체 유입측으로부터 피처리 기체 유출측을 향해서 단계적, 또는 연속적으로 작아지는 것인 필터용 부직포.
  5. 제 1 항에 있어서, 물리적 결합에 의해서 섬유층을 적층시킨 것인 필터용 부직포.
  6. 제 5 항에 있어서,상기 물리적 결합은 섬유를 교락(交絡))시킨 것인 필터용 부직포.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 물리적 결합은, 니들펀칭 또는 워터젯을 이용한 것인 필터용 부직포.
  8. 제 1 내지 7 항 중 어느 한 항에 기재된 부직포를 사용한 엔진용 필터.
  9. 섬유를 배합하여 구성되는 섬유층을 2 이상 적층시킨 후, 섬유층 사이를 섬유의 교락에 의해서 물리적으로 결합시키고, 이어서 가열처리하여 섬유의 일부를 용융시켜서 섬유들을 서로 부착시켜서 부직포를 형성한 후, 이 부직포의 섬유밀도가 큰 면에 액체를 가하고, 이어서, 이 액체 부착면에 가열롤러를 접촉시키는 동시에, 다른 쪽 면에 분위기 온도의 가열롤러를 접촉시키는 캘린더 처리를 가하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재된 필터용 부직포의 제조방법.
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