KR20070004823A

KR20070004823A - 병풍모양 정렬된 웹 필터

Info

Publication number: KR20070004823A
Application number: KR1020067020942A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 씨. 선뎃; 라훌 알. 샤; 존 엠. 브란드너; 티엔 티. 우
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2007-01-09
Also published as: US20060246260A1; EP1732664B1; CN1960792A; CN100553734C; WO2005102497A1; JP2007531617A; RU2006133410A; US20100050582A1; US8142538B2; BRPI0509031A; ATE437689T1; EP1732664A1; US20050217226A1; US7622063B2; DE602005015690D1

Abstract

본 발명은 접힌 플리트의 열들을 갖고, 섬유의 대부분이 열 방향에 대해 90도±20도로 정렬되어 있는 열가소성 섬유들을 함유하는 부직 여과 웹을 포함하는 필터 요소에 관한 것이다. 필터 요소는 상기 부직 웹 중에 플리트의 열들을 형성시키고, 웹을 원하는 크기와 형태로 절단함으로써 제조될 수 있다. 필터 요소는 개선된 기계적 및 여과 특성을 제공할 수 있다.

웹 필터, 부직 여과 웹, 필터 요소, 열가소성 섬유, 플리트

Description

병풍모양 정렬된 웹 필터{PLEATED ALIGNED WEB FILTER}

본 발명은 웹 성형 방향의 섬유 정렬을 갖는 병풍모양 필터(pleated filter)에 관한 것이다.

멜트블로운 부직 섬유 웹은 여과(예를 들면, 평면 웹 및 병풍모양 필터), 절연, 패딩(padding) 및 직물 대체물을 포함하여 각종 목적에 사용된다. 멜트블로운 부직 섬유 웹에 관한 참고문헌은 미국 특허 제3,959,421호(웨버(Weber) 등), 제4,622,259호(맥아미쉬(McAmish) 등), 제5,075,068호(밀리건(Milligan) 등), 제5,141,699호(메이어(Meyer) 등), 제5,405,559호(샴바우(Shambaugh)), 제5,652,048호(헤인즈(Haynes) 등), 제5,665,278호(알렌(Allen) 등), 제5,667,749호(라우(Lau) 등), 제5,772,948호(쉐노웨쓰(Chenoweth)) 및 제5,811,178호(아담(Adam) 등)를 포함한다. 병풍모양 필터에 관한 참고문헌은 미국 특허 제4,547,950호(톰슨(Thompson)), 제5,240,479호(바친스키(Bachinski)), 제5,709,735호(미드키프(Midkiff) 등), 제5,820,645호(머피 주니어(Murphy, Jr.)), 제6,521,011Bl호(선뎃 (Sundet) 등, '011) 및 D449,100 S(선뎃 등, '100), 및 미국 특허 출원 공개 번호 US 2003/0089090 Al(선뎃 등, '090) 및 US 2003/0089091 Al(선뎃 등, '091)을 포함한다.

<발명의 요약>

부직 웹 제조는 전형적으로 이동하는 수집기 표면 상으로의 섬유의 퇴적을 수반한다. 아마도 부분적으로는 이러한 이동의 결과로서, 수집된 웹은 작은 정도의 기계 방향의 섬유 정렬 및 기계 및 횡 방향에서 작은 정도의 몇몇 비등방성 물리적 성질(예를 들면, 인장 강도)을 나타낼 수 있다. 그러나 부직 웹 제조자들은 종종 잘 균형잡히고 일반적으로 등방성인 물리적 성질을 갖는 제품을 만들려고 애쓴다.

본 발명자들은 기계 방향에서 보통보다 더 큰 섬유 정렬을 갖는 부직 웹을 성형하고, 얻어지는 웹을 기계방향에 대하여 일반적으로 횡방향의 플리트를 갖는 병풍모양 여과재로 성형함으로써, 개선된 기계적 특성 또는 개선된 여과 성능을 갖는 필터를 얻을 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 한 면에서, 접힌 플리트의 열들을 갖고, 섬유의 대부분이 열 방향에 대해 90도±20도로 정렬되어 있는 열가소성 섬유들로 된 부직 여과 웹을 포함하는 필터 요소를 제공한다.

본 발명은 다른 면에서, 대부분이 열 방향에 대해 90도±20도로 정렬되어 있는 열가소성 섬유들을 포함하는 부직 여과 웹에 플리트의 열들을 형성하고, 병풍모양 필터 요소를 원하는 크기와 형태로 절단하는 것을 포함하는, 병풍모양 필터 요소의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 이들 및 다른 면들은 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떤 경우든, 상기한 요약이 청구된 주제에 대한 제한으로서 간주되어서는 안되며, 주제는 단지 첨부된 특서청구의 범위에 의해서 정의되며, 이것은 진행과정 동안 보정될 수 있다.

도 1은 기계 방향으로 실질적으로 정렬된 섬유를 갖는 부직 웹의 제조를 위한 멜트블로잉 장치의 개략 측면도이다.

도 2는 도 1의 장치에 사용하기 위한 진공 수집기의 두상도이다.

도 3-6은 섬유 정렬을 보여주는 레이더 플롯이다.

도 7은 병풍모양 여과재의 투시도이다.

도 8은 프레임 중에 장착된 병풍모양 필터의 부분적으로 절단한 투시도이다.

도 9는 필터 압력 강하 대 공기 속도를 나타내는 그래프이다.

도 10은 개시된 병풍모양 필터 제조용 장치의 개략도이다.

도면의 각종 도 중의 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다. 도면의 요소들은 일정한 비율은 아니다.

단어구 "부직 웹"은 섬유의 엉킴 또는 점 결합으로 특성화되는 섬유 웹을 말한다.

단어구 "여과 웹"은 약 50 ㎜ H₂O 이하의 초기 압력 강하에서 0.5 m/초 면 속도로 흐르는 공기 스트림으로부터 적어도 10 ㎛ 초과의 평균 입자 직경을 갖는 입자들을 제거할 수 있는 다공성 웹을 말한다.

단어구 "필라멘트의 섬유로의 섬세화"는 필라멘트 세그먼트의 더 큰 길이 및 더 작은 직경을 갖는 세그먼트로의 전환을 말한다.

단어 "멜트블로잉"은 섬유-성형 재료를 다수개의 오리피스를 통해 압출시켜 필라멘트를 형성하는 동안에 필라멘트가 공기 또는 다른 섬세화 유체와 접촉하여 필라멘트를 섬유로 섬세화시키고, 그 후 섬세화된 섬유의 층을 수집함으로써 부직 웹을 제조하는 방법을 말한다.

단어구 "멜트블로운 웹"은 멜트블로잉을 사용하여 제조된 부직 웹을 말한다.

단어구 "부직포 다이"는 멜트블로잉에 사용하기 위한 다이를 말한다.

단어구 "멜트블로운 섬유" 및 "블로운 미세섬유"는 멜트블로잉을 사용하여 제조된 섬유를 말한다.

단어구 "기계 방향"은 멜트블로운 웹 또는 멜트블로운 웹 성형을 위한 멜트블로잉 장치에 관하여 사용될 때 평면내 웹 제조 방향을 말한다.

단어구 "횡 방향"은 멜트블로잉 장치 또는 멜트블로운 웹에 관하여 사용될 때 기계 방향에 수직인 평면내 방향을 말한다.

단어구 "열 방향"은 병풍모양 필터 요소에 관하여 사용될 때 평행한 예리한 연부를 갖는 주름이 있는 접힌 구조를 갖는 필터 요소에서 플리트 두둑 및 골에 일반적으로 평행한 방향, 및 평행한 일반적으로 완만한 기복이 있는 물결모양 구조를 갖는 필터 요소에서 플리트 꼭대기 및 저부 구역에 일반적으로 평행한 방향을 말한다.

용어 "자체-지지"는 웹에 관하여 사용될 때에는 상당한 인렬 또는 파열없이 드레이프성 및 취급성이 있도록 충분한 응집성 및 강도를 갖는 웹을, 및 병풍모양 필터에 관하여 사용될 때에는 그의 플리트가 강제 공기 통풍 시스템에서 전형적으로 부딪히게 되는 공기압을 받을 때 붕괴되거나 또는 과도하게 활모양으로 휘어지지 않도록 충분한 강성을 갖는 필터를 말한다.

개시된 정렬된 섬유 웹을 제조하는데 각종 중합체가 사용될 수 있다. 대표적인 중합체는 열가소성의 압출가능한 것이고, 멜트블로잉 장치를 사용하여 가공될 수 있으며, 폴리올레핀, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌; 폴리아미드; 폴리에스테르, 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 및 당업자에게 친숙할 것인 다른 재료들을 포함한다. 폴리올레핀이 특히 바람직하다.

각종 수착제 입자들이 경우에 따라 부직 웹에 첨가될 수 있다. 대표적인 수착제 입자들은 브라운(Braun)의 미국 특허 제3,971,373호, 콜핀(Kolpin) 등의 미국 특허 제4,429,001호, 및 스프링엣(Springett) 등의 미국 특허 제6,102,039호에 개시되어 있다. 활성탄 및 알루미나가 특히 바람직한 수착제 입자이다. 수착제 입자들의 혼합물이 예를 들면 기체 혼합물을 흡수하기 위해 사용될 수 있지만, 실제로 기체 혼합물을 취급하기 위해서는, 개별 층들 중에 별도의 수착제 입자들을 사용하여 다층 병풍모양 필터를 제작하는 것이 더 나을 수 있다.

개시된 여과 웹을 제조하는데 각종 1차 및 2차 유체 스트림이 사용될 수 있다. 공기는 두가지 목적 모두에 특히 편리한 유체이다. 본 출원의 나머지 부분에서는 공기의 사용을 논의할 것인데, 문맥이 요구할 수 있는 바에 따라 때때로 "1차 공기"로서 또는 "2차 켄치 공기"로서 언급된다. 당업자는 아래에 기재되는 작업 파라미터들을 적절히 변형시켜 쉽게 다른 유체들(예를 들면, 이산화탄소, 질소 또는 물)을 사용할 수 있다.

도 1은 멜트블로잉 장치(10)의 개략 측면도를 나타낸다. 용융된 중합체가 유입구(14)를 통해 멜트블로잉 다이(12)로 들어가서 다이 공동(16)을 통과한다. 다이 선단(18)에서의 작은 오리피스(도 1에서는 보이지 않음)는 용융된 중합체가 다이(12)를 빠져나올 때 필라멘트(22)를 형성하게 한다. 유입구(20)을 통해 공급된 1차 공기가 필라멘트(22) 상에 충돌하여 이들을 섬유(24)로 섬세화시킨다. 섬유(24)는 편평한 수집기(26) 상으로 내려와 적합한 인취 장치(도 1에서는 보이지 않음)에 의해 수집기(26)으로부터 웹 성형 방향(즉, 기계 방향)(30)으로 인출될 수 있는 부직 웹(28)을 형성한다. 수집기(26)으로 가는 경로 상에서, 웹(28)의 폭을 가로질러 배열된 덕트(32)에 공급된 2차 켄치 공기가 필라멘트 또는 섬유 상에 충돌하여, 섬유가 일반적으로 기계 방향으로 및 이에 대향하여 앞뒤로 진동하게 한다. 생성되는 웹(28) 중의 수집된 섬유는 2차 켄치 공기 공급이 없는 경우에서보다 기계 방향으로 실질적으로 더 많이 정렬된다. 웹의 기계 방향 및 횡 방향 기계적 특성(예를 들면, 그의 기계 방향 및 횡 방향 강성 및 인장 강도) 또한 2차 켄치 공기 공급을 사용하지 않을 때보다 더 큰 비등방성을 나타낸다.

고속 사진기술을 사용하여 측면(또는 횡 방향)에서 봤을 때, 섬유(24)는 "페인트브러쉬" 방식으로 수집기(26) 상에 레잉-다운된다. 수집기에서 측정하였을 때, 진동은 매우 큰 기계 방향 진폭, 예를 들면 다이 대 수집기 거리("DCD")의 ¼을 초과하는 및 일부 경우 DCD의 ½을 초과하는 진폭을 가질 수 있다. 몇 가지 작업 조건들이 이러한 페인트브러쉬 퇴적을 달성하는데 특히 바람직할 수 있다. 예를 들면, 진동은 규칙적으로 일어날 수 있고, 수집기로 가는 도중에 증가하는 진폭을 가질 수 있고, 한 완전한 사이클에 대해 제2 켄치 공기 유출구로부터 수집기까지의 거리보다 작은 파장을 가질 수 있다. 바람직하게는, 2차 켄치 공기 유출구로부터 수집기까지의 거리는 지나치게 길지 않다. 섬유는 일부 경우 수집기로 가는 도중에 그들의 피크 기계 방향 변위에서 고속교반-유사(whip-like) 작용을 나타낼 수 있고, 항상 수집기를 향해 이동하는 것이 아니라 잠깐 멜트블로잉 다이를 향해 이동할 수 있다. 이러한 고속교반-유사 작용이 일어날 때 명백한 섬유 파단이 때때로 나타날 수 있다.

본 발명자들은 핀셋을 사용하여 수집된 웹으로부터 별도의 길이들(예를 들면 약 1 내지 약 10 ㎝, 가끔씩 더 짧거나 더 긴 섬유도 함께)을 갖는 섬유들을 잘게 자를 수 있었다. 보통은, 섬유가 전형적으로는 섬유-대-섬유 결합에 의해 또는 섬유간 엉킴에 의해 웹 내에 속박되어 있기 때문에 종래의 부직 웹으로부터 임의의 섬유(또는 상기 길이들을 갖는 임의의 섬유)를 제거하는 것이 매우 어렵다.

웹(28)은 그대로 병풍모양으로 될 수 있거나 또는 추가로 처리될 수 있다. 바람직하게는 열 처리(예를 들면, 어닐링)을 사용하여 웹을 강화시킬 수 있다. 그러나 섬유가 파손되기 쉬울 수 있고 웹이 보다 큰 섬유간 결합 또는 엉킴을 가질 수 있기 때문에 열 처리는 웹으로부터 섬유를 잘게 자르는 것을 더욱 어렵게 만들 수 있다. 바람직한 어닐링 시간 및 온도는 사용된 중합체 섬유를 포함하여 다양한 인자들에 의존할 것이다. 일반적인 지침으로서, 약 10분 미만의 시간 동안 약 100 ℃ 내지 중합체 융점 이하인 어닐링 시간 및 온도가 바람직하다.

웹(28)을 단결시키는 것을 돕기 위하여 임의적으로 오리피스(34)를 통해 진공이 걸릴 수 있다. 그러나 과치밀화(예를 들면 칼렌더링 사용)는 웹의 여과능을 손상시킬 수 있다. 앤가지밴드(Angadjivand) 등의 미국 특허 제5,496,507호에 개시된 바와 같이 섬유를 물과 접촉시켜, 클라쎄(Klasse) 등의 미국 특허 제4,588,537호에 개시된 바와 같이 코로나-처리하여, 예를 들면 루소(Rousseau) 등의 미국 특허 제5,908,598호에 개시된 바와 같이 히드로충전(hydrocharging)하여, 또는 브라운(Brown)의 미국 특허 제4,798,850호에 개시된 바와 같이 마찰충전하여 섬유에 전하를 부여할 수 있다. 웹의 여과 성능, 기계적 특성, 노화 특성, 표면 성질 또는 다른 관심있는 특징들을 향상시키기 위하여 첨가제도 또한 섬유에 포함될 수 있다. 대표적인 첨가제는 핵제(예를 들면, 밀리켄 케미칼(Milliken Chemical)로부터 상업적으로 입수가능한 밀라드(MILLAD)^TM 3988 디벤질리덴 소르비톨), UV 안정제(예를 들면, 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 상업적으로 입수가능한 키마소르브(CHIMASSORB)^TM 944 힌더드 아민 광 안정제), 경화 개시제, 강화제(예를 들면, 폴리(4-메틸-1-펜텐)), 표면 활성제 및 표면 처리(예를 들면, 존스(Jones) 등의 미국 특허 제6,398,847 B1호, 제6,397,458 B1 및 제6,409,806 B1호에 설명된 바와 같이 유상 미스트 환경에서 여과 성능을 개선시키기 위한 플루오르 원자 처리)를 포함한다. 이러한 첨가제들의 유형 및 양은 당업자에게 자명할 것이다.

완성된 웹은 유효 섬유 직경("EFD") 크기, 기본 중량 및 고형도(solidity)(중합체 부피 대 웹 부피의 비) 값을 가질 수 있다. 바람직한 EFD는 약 8 내지 약 25, 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 25 ㎛이다. 바람직한 기본 중량은 약 50 내지 약 100 g/㎡이다. 바람직한 고형도 값은 약 5 내지 약 15％이다.

개시된 웹은 상당한 기계 방향(이동 방향 또는 웹 성형 방향) 섬유 정렬을 갖는다. 폴리프로필렌 웹으로부터 제조된 병풍모양 필터에 대한 일반적인 지침으로서, 바람직하게는 약 55 내지 약 90 ％, 보다 바람직하게는 약 70 내지 약 85 ％의 섬유가 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬된다. 다른 중합체 재료로부터 제조된 웹의 경우, 그 수치들은 더 낮거나 또는 더 높을 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 웹으로부터 제조된 병풍모양 필터에 대한 일반적인 지침으로서, 바람직하게는 약 51 내지 약 80 ％, 보다 바람직하게는 약 60 내지 약 80 ％의 섬유가 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬된다. 나일론 웹으로부터 제조된 병풍모양 필터에 대한 일반적인 지침으로서, 바람직하게는 약 51 내지 약 70 ％의 섬유가 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬된다. 매우 고도로 정렬된 웹, 예를 들면 수집된 섬유의 80 ％ 이상이 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬된 웹이 형성될 수 있다.

개시된 웹은 하나 이상의 비등방성 기계적 특성을 갖는다. 바람직한 웹의 한 군은 50 ㎜ 게이지 길이를 사용한 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 인장 강도 대 열 방향의 인장 강도의 비가 2:1 이상, 보다 바람직하게는 3:1 이상일 수 있다. 다른 바람직한 군의 웹은 열 방향에 횡방향인 방향의 평면내 테이버 강성(Taber stiffness) 대 열 방향의 테이버 강성의 비가 2:1 이상, 보다 바람직하게는 약 2.2:1 이상일 수 있다.

개시된 멜트블로잉 장치를 구성하여 이것을 개시된 정렬된 섬유 웹을 제공하지 못하는 조건 하에서 또는 여과에 거의 적합하지 않는 약한 웹을 제공하게 되는 조건 하에서 작업하는 것이 가능하다. 예를 들면, 충분한 2차 켄치 공기가 사용된다면, 상기한 진동은 일어나지 않을 수 있고, 섬유는 실질적으로 기계 방향으로 정렬되지 않을 수 있다. 과도하게 높은 켄치 속도는 섬유간 결합 및 엉킴이 더 적고 여과 성능이 개선되지만 심각하게 감소된 기계적 특성, 예를 들면 강성 및 플리팅성(pleatability)을 갖는 보다 로프티(lofty)한 웹을 제공할 수 있다. 따라서 일정 범위의 질량 흐름 비 또는 부피 내의 2차적인 켄치 공기를 사용하는 것이 일반적으로 바람직할 것이다. 주위 온도 이하로 칠링된 2차 공기 및 폴리프로필렌을 사용하여 제조된 웹에 대한 예로서, 압출된 중합체 그램 당 약 500 내지 약 2000 그램의 2차 켄치 공기의 비가 바람직할 수 있으며, 약 15 내지 약 60 m/초의 2차 켄치 공기 유출 속도가 바람직할 수 있다. 이들 범위는 사용된 멜트블로잉 다이 및 중합체, 표적 기본 중량, 표적 웹 고형도 및 표적 섬유 정렬도와 기계적 특성 비등방성도와 같은 인자들에 기초하여 실험적으로 조정될 필요가 있을 수 있다. 2차 켄치 공기의 파동 또한 사용될 수 있지만 필수적이지는 않은 듯하다. 대신에 2차 켄치 공기 흐름을 단순히 원하는 최종 특성들을 갖는 수집된 웹을 제공하는 정상 상태 값으로 상향 또는 하향 조정하는 것이 더 나아 보인다.

도 2는 수집기(26)의 개략적 두상도이다. 다이(12)는 수집기(26)의 리딩 연부에 가깝게 위치하지만 웹(28)의 특성을 변경시키기 위하여 위치(36)과 같은 위치를 향해 웹 아래로 이동될 수 있다. 이러한 재위치잡기는 예를 들면 감소된 테이버 강성을 갖는 웹을 제공할 수 있다. 종래의 원통형 수집기 표면을 평면 수집기 대신에 사용한다면, 보통 그의 섬유들이 실질적으로 기계 방향으로 정렬된 웹을 얻기가 보다 어려울 수 있고, 웹은 보다 낮은 테이버 강성을 가질 수 있다. 과도한 DCD 길이 또는 2차 켄치 공기 유출구로부터 수집기까지의 과도한 거리 또한, 예를 들면 도중에 수집기에 너무 많은 진동을 야기시켜 과도한 섬유 섬세화 또는 과도한 섬유 파단을 야기시킴으로써 유해할 수 있다.

도 1 및 도 2에 나타낸 것과 유사한 장치를 사용하여 멜트블로잉을 수행하는 방식에 관한 추가의 세부사항들은 당업자에게 친숙할 것이다.

부직포 여과재는 경우에 따라 각종 기술을 사용하여 추가로 강화될 수 있다. 예를 들면, 접착제를 사용하여 예를 들면 미국 특허 제5,240,479호(바친스키)에 기재된 바와 같이 여과재의 층들을 함께 적층시킬 수 있다. 여과재는 또한 예를 들면 미국 특허 제5,709,735로(미드키프 등)에 기재된 바와 같이 복합 섬유를 사용하여 제조될 수도 있다. 부직포 여과재에 관한 추가의 세부사항들은 또한 그 내용이 본원에서 참고문헌으로 인용되는, 본원과 동일자 출원되고 발명의 명칭이 ALIGNED FIBER WEB인 동시계류중인 미국 특허 출원 제(대리인 참조 번호 58214US002)호에서 찾아볼 수 있다.

도 7은 플리트의 열(102)을 갖는 병풍모양 여과재(100)을 나타낸다. 열들은 횡 방향으로 정렬되고, 웹(100) 내 실질적으로 정렬된 섬유들은 열 방향에 대하여 90도±20도로, 즉 기계 방향에 대하여 ±20도로 정렬된다. 도 8은 필터(114)를 제공하기 위해 프레임(112) 중에 장착된 팽창된 금속 지지체(110) 및 병풍모양 여과재(100)을 나타낸다. 병풍모양 여과재(100)의 증가된 강성 및 열 방향에 횡방향인 상당한 기계 방향 섬유 정렬 모두가 높은 필터 면 속도에서 플리트 변형에 대한 병풍모양 여과재(100)의 저항성의 증가에 기여하는 것으로 여겨진다.

도 10은 개시된 병풍모양 필터 제조를 위한 장치(120)을 나타낸다. 정렬된 여과재(122)는 대표적으로 연속 롤(124) 상에 제공된다. 여과재(122)는 슬릿팅 스테이션(126)에서 원하는 폭으로 슬릿팅될 수 있다. 매체(122)는 임의로 가열 스테이션(128)에서 예열되어 어닐링을 수행하거나 또는 장치(120)으로 또는 이를 통과하면서 웹(122)를 보다 가요성으로 만들 수 있다. 예시된 실시태양에서, 가열 스테이션(128)은 적외선 가열기이다.

한 병풍모양 필터 실시태양에서, 보강 부재(130)이 위치(134)에서 매체(122)의 후면(132)에 가해진다. 단지 설명을 위한 목적으로 후면(132)(또는 전면, 아래에서 논의됨)를 언급하지만, 완성된 병풍모양 필터의 필요한 공기 흐름 배향을 나타내지는 않는다. 예를 들면, 보강 부재(130)은 공기 흐름의 상류 또는 하류에 위치할 수 있다. 보강 부재(130)은 다양한 위치에서, 예를 들면 기계 방향(136)으로 배향된 하나 이상의 연속 스트림으로서, 기계 방향(136)에 횡방향으로 배향된 별도의 보강 부재로서, 또는 당업자에게 친숙할 것인 다른 구성형태로 가해질 수 있다. 보강 부재(130)은 다양한 기술, 예를 들면 접착제 결합, 열 결합, 용매 결합, 또는 초음파 결합을 사용하여 매체(122)에 결합될 수 있다. 이러한 실시태양에서, 위치(134)는 플리트 폴딩 스테이션(140)에서 플리팅하기 전에 매체(122) 및 보강 부재(130)에 새김눈을 내는 회전-새김눈형성 플리터(pleater)(138)의 상류이다. 적외선 가열기(142)가 임의로 플리트를 열-경화시키기 위해 제공될 수 있다. 플리트(144)는 축적기(146) 중에 보유된 다음 원하는 플리트 간격으로 플리트(144)를 보유하는 플리트 스페이싱 소자(148)로 진행된다. 플리트 형성 및 플리트 스페이싱은 미국 특허 제4,798,575호(시버슨(Siversson) '575), 제4,976,677(시버슨 '677) 및 제5,389,175호(웬즈(Wenz))에 개시된 바와 같이 각종 방법에 의해 수행될 수 있다.

생성되는 병풍모양 여과재(100)은 플리트 스페이싱 소자(148)에서 원하는 플리트 간격으로 팽창된다. 하나 이상의 가늘고 긴 평면 보강 스트립(162)이 임의로 플리트 간격을 유지하기 위해 스테이션(168)에서 필터 정면(164)를 따라 플리트 선단에 가해질 수 있다. 보강 스트립(162)는 다양한 기술, 예를 들면 접착제 결합, 열 결합, 용매 결합, 또는 초음파 결합에 의해 플리트 선단에 결합될 수 있고, 플리트(144)에 추가적인 치수 안정성을 제공할 수 있다. 병풍모양 여과재(100) 및 임의적인 보강 스트립(162)는 원하는 크기와 형태로 절단될 수 있다. 병풍모양 여과재(100)은 프레임 구조와 함께 또는 없이, 또는 영구적인 또는 재사용가능한 프레임으로의 삽입물로서 여과 분야에 사용될 수 있다.

다른 실시태양에서, 실질적으로 전체 정면(164)를 가로질러 연장되는 스크림(162)가 사용될 수 있다. 스크림(162)는 플리트 선단에 결합되어 병풍모양 여과재(100)에 추가적인 치수 안정성을 제공할 수 있다.

또 다른 실시태양에서, 하나 이상의 가늘고 긴 평면 보강 스트립(162)이 임의로 스테이션(168)에서 병풍모양 여과재(100)의 후면(132)에 결합될 수 있다. 추가의 실시태양에서, 보강 스트립(166)은 선뎃 등 '011의 도 6에 나타낸 바와 같은 트러스(truss) 구조를 형성하기 위해 보강 부재(130) 및 맞은편 보강 스트립(162) 상에 위치할 수 있다.

병풍모양 여과재(100)이 주변의 프레임없이 형성된 실시태양에서, 병풍모양 필터(172)는 절단 스테이션(186) 후에 시스템(120)을 빠져나간다.

프레임을 갖는 필터 실시태양에서, 프레임 재료(180)의 연속 스트립은 기계 방향(136)에 평행한 병풍모양 여과재(10)의 측면 연부에 인가될 수 있다. 접착제, 예를 들면 열 용융형 접착제가 스테이션(187)에서 프레임 재료(180)으로부터 형성된 U자형 채널의 제1 플랜지에 가해질 수 있다. 플리트(144)의 단부들을 실링하기 위한 접착제가 스테이션(188)에서 도포될 수 있다. 접착제는 스테이션(190)에서 U자형 채널의 제2 플랜지에 가해질 수 있다. 프레임 재료(180)은 스테이션(194)에서 U자형 형태로 굴곡될 수 있다. U자형 채널의 단부들은 부분적으로 병풍모양 여과재(100)의 정면 (164) 및 후면(132) 상으로 연장될 수 있다. 병풍모양 여과재(100) 및 부착된 프레임 재료(180)의 무한 웹을 포함하는 조립체를 스테이션(186)에서 원하는 길이로 절단할 수 있다. 병풍모양 여과재(100) 및 보강 스트립(162)는 또한 프레임 재료(180)의 적용 전에 일정 크기로 절단될 수 있다.

병풍모양 여과재(100) 및 측면 프레임 부재(192)는 위치(191)에서 90도 회전하여 스테이션(198)에서 말단 프레임 부재(196)의 인가 및 프레임을 갖는 병풍모양 필터(174)의 형성을 가능하게 할 수 있다. 프레임을 갖는 병풍모양 필터(174)는 구성 부재(192, 196)에 의해 또한 미국 특허 제5,782,944(저스티스(Justice))에 개시된 바와 같이, 중첩된 원주 부분을 갖는 병풍모양 여과재(100)의 각각 제1 및 제2 면(132, 164) 위에 위치하는 2개의 박스 구조로서 형성될 수 있다. 다른 실시태양에서, 프레임 부재(192, 196)은 프레임을 갖는 병풍모양 필터(174) 주위에 접히는 단면 다이-컷 프레임으로서 구성될 수 있다.

병풍모양 필터(172, 174)는 대표적으로 적합한 포장에 넣어진다. 전형적인 HVAC 분야의 경우, 플리트 간격은 대표적으로는 25.4 센티미터(1 인치) 당 약 3 내지 약 6 플리트이다. 플리트 깊이 및 필터 두께는 대표적으로는 약 25 센티미터 내지 약 102 센티미터(1 인치 내지 4 인치)이다. 필터 길이 및 폭은 대표적으로는 약 30.5 센티미터 x 30.5 센티미터(12 인치 x 12 인치) 내지 약 50.8 센티미터 x 122 센티미터(20 인치 x 48 인치)이다.

병풍모양 필터 제작에 관한 추가적인 세부사항들은 상기 언급한 선뎃 등 '011 및 선뎃 등 '100 특허들에서 찾아볼 수 있거나 또는 당업자에게 친숙할 것이다.

개시된 병풍모양 필터는 통풍(예를 들면, 로 및 청소실 필터), 오염 억제(예를 들면 여과집진기), 액체 처리(예를 들면, 급수 여과기), 개인 보호(예를 들면, 동력공급되는 공기 보급을 갖는 보호복) 및 당업자에게 친숙할 것인 다른 분야를 포함하는 각종 분야에 사용될 수 있다.

본 발명을 이제 하기 비제한적인 실시예를 참고로 하여 설명하려 하며, 실시예에서 모든 부 및 ％는 달리 나타내지 않는 한 중량기준이다. 몇몇 측정을 다음과 같이 행하였다:

유효 섬유 직경

유효 기하 섬유 직경을 문헌[Davied, C.N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952]에 기재된 방법에 따라 평가하였다.

광학/육안적 웹 특성

전체적인 가시적 웹 외관을 8 ㎜ x 14 ㎜ 배율 윈도우를 갖는 전하 커플링된 소자 카메라가 구비된 자이스 인스트루먼츠(Zeiss Instruments) 해부 현미경을 사용하여 평가하였다.

테이버 강성

모델 150-B 테이버(TABER)^TM 강성 시험기(테이버 인더스트리이즈(Taber Industries)로부터 상업적으로 입수가능)를 사용하여 웹 강성을 평가하였다. 정사각형 3.8 ㎝ x 3.8 ㎝ 절편을 예리한 면도날을 사용하여 웹으로부터 조심스럽게 해부하여 섬유 융합을 막고 3 내지 4개의 샘플 및 15도 샘플 편향도를 사용하여 평가하여 기계 및 횡방향에서의 강성을 구하였다.

응력-변형

모델 5544 인스트론(INSTRON)^TM 보편적 시험 기계(인스트론 코포레이션(Instron Corp.)로부터 상업적으로 입수가능)를 사용하여 응력-변형(또는 하중 대 신장율)을 측정하였다. 직사각형 2.5 ㎝ x 6.3 ㎝ 절편을 예리한 면도날을 사용하여 웹으로부터 절단하여 6 내지 10개의 샘플, 50 ㎜ 초기 조(jaw) 간격 및 3 ㎝/분 스트레치 속도를 사용하여 평가하여 최대 힘 및 최대 힘에서의 신장율을 구하였다.

여과 품질 인자

TSI^TM 모델 6130 고속 자동화 필터 시험기(TSI 인크(TSI Inc.)로부터 상업적으로 입수가능) 및 42.5 L/분으로 흐르는 디옥틸 프탈레이트("DOP") 도전 에어로졸을 사용하여 여과 품질 인자(Q_F)를 구하였다. 검정된 광도계를 필터 유입구 및 유출구에 사용하여 DOP 농도 및 필터를 관통하는 DOP 침투율％를 측정하였다. MKS 압력 변환계(MKS 인스트루먼츠(MKS instruments)로부터 상업적으로 입수가능)를 사용하여 필터를 통한 압력 강하(ΔP, ㎜ H₂O)를 측정하였다. 하기 수학식을 사용하여 Q_F를 계산하였다:

<수학식>

Q_F 값은 다양한 기간 후의 Q_F 대 DOP 도전 총 질량을 플롯팅하는 곡선으로서 보고될 수 있다. 그러나, 초기 Q_F 값은 일반적으로 전반적인 성능에 대한 신뢰가능한 인디케이터를 제공하는데, 보다 높은 초기 Q_F 값은 보다 양호한 여과 성능을 나타내고, 보다 낮은 초기 Q_F 값은 감소된 여과 성능을 나타낸다. 약 0.6(7 ㎝/초 면 속도로 이동하는 10 내지 700 ㎚ 크기 범위를 갖는 100 ppm 디옥틸 프탈레이트 입자를 사용) 이상, 보다 바람직하게는 약 0.8 이상 및 가장 바람직하게는 약 1 이상의 초기 여과 품질 인자 Q_F가 바람직하다.

여과 성능

ASHRAE 표준 52.2, "Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size"에 따라 여과 성능을 평가하였다. ASHRAE 표준은 공기스트림 내로 분산된 실험실-생성 염화칼륨 입자들을 함유하는 시험 에어로졸의 여과를 평가한다. 입자 계수기는 필터로부터 상류 및 하류에서 12개의 크기 범위들 중의 입자들을 측정 및 계수한다. 결과는 다양한 크기 범위의 입자에 대한 최소 복합 효율 값으로서 보고될 수 있다. 최소 복합 효율 값은 필터에 25.4 ㎜ H₂O의 최종 압력 강하를 부하할 때 최소 입자 보유율 ％(해당 크기 범위에 대한 하류 입자 계수/상류 입자 계수 x 100)에 해당한다. 증가하는 분진 부하량의 한 세트의 입자 크기 제거 효율 성능 곡선 또한 전개될 수 있으며, 초기 청소 성능 곡선과 함께 각 크기 범위에서의 최소 성능을 나타내는 복합 곡선을 이루는데 사용될 수 있다. 복합 곡선 상의 점들을 평균하고 그 평균을 사용하여 그 필터에 대한 값을 보고하는 최소 효율을 구하였다.

실시예 1-3 및 비교예 1

폴리프로필렌 웹

종래의 20.5 ㎝ 폭 멜트블로잉 장치를 도 1에서와 같이 배치된 평면층 수집 기 및 2차 공기 켄치 시스템을 첨가하여 변형시켰다. 종래의 멜트블로운 공정에서는, 2차 켄치 공기는 사용되지 않고, 웹은 다공성 드럼과 같은 둥근 표면 상에 수집된다. 변형된 장치를 사용하여 그의 섬유들이 기계 방향으로 고도로 정렬되어 있는 멜트블로운 폴리프로필렌 웹을 제조하였다. 2차 공기 켄치 시스템은 멜트블로잉 다이 선단 대략 6 ㎝ 아래에 배치된 76 ㎝ 폭 x 51 ㎝ 높이의 2개의 대향하는 수평으로 배치된 공기 유출구를 사용하여, 공기 유출구를 통해 다양한 속도로 흐르는(또는 전혀 흐르지 않는) 12-13 ℃ 칠링된 공기를 계량분배하였다. 평면층 수집기는 층 아래에 위치하는 진공 수집 시스템을 사용하였다. 멜트블로잉 다이는 수집기의 리딩 연부 상에 위치하였다. 피나(FINA)^TM 유형 3960 폴리프로필렌(피나 오일 앤드 케미칼 캄파니(Fina Oil and Chemical Co.)로부터 상업적으로 입수가능)을 265 ℃에서 작동하는 압출기 중에 용융시키고 9.1 ㎏/hr로 멜트블로잉 다이로 공급하였다. 다이를 저항 가열기를 사용하여 약 265 ℃로 유지시키고 4.2 ㎥/분으로 흐르는 300 ℃ 1차 공기를 공급하였다. DCD를 32.5 L/분 유량에서 0.5 ㎜ H₂O 압력 강하를 갖는 웹을 제공하도록 조정되었다. 2차 켄치 공기를 사용하여 제조된 웹의 경우, DCD는 대략 20 ㎝이었다. 2차 켄치 공기 없이 제조된 웹의 경우, DCD는 대략 34 ㎝이었다. 수집기 진공은 8-9 ％ 고형도를 갖는 웹을 제공하도록 조정되었다. 수집기 진공은 50 또는 35 m/초 유출 속도의 2차 켄치 공기를 사용하여 제조된 웹의 경우 3250 N/㎡이었고, 17 m/초 유출 속도의 2차 켄치 공기를 사용하여 제조된 웹의 경우 5000 N/㎡이었고, 2차 켄치 공기 없이 제조된 웹의 경우 0이었다. 수집된 웹은 80 g/㎡ 기본 중량 및 19 ㎛ EFD를 가졌다. 웹을 클라쎄 등의 미국 특허 제4,588,537호에 기재된 바와 같이 코로나-처리, 루소 등의 미국 특허 제5,908,598호에 기재된 바와 같이 히드로충전시키고, 평가하여 그들의 기계적 특성 및 여과 품질 인자 Q_F를 구하였다. 웹은 또한 126 ℃에서 열 처리하고 재평가하여 그들의 기계적 성질을 구하였다.

아래 표 1에 기재된 것은 실시예 번호 또는 비교예 번호, 2차 공기 속도 및 질량 유량, 섬유 번수 및 섬유 정렬 데이타, 및 각 웹에 대한 여과 품질 인자 Q_F이다. 아래 표 2에 기재된 것은 각 웹에 대한 기계 방향("MD") 및 횡방향("TD") 테이버 강성 및 인장 강도 값, 및 MD 대 TD 테이버 강성 및 인장 강도 비이다. 아래 표 3에 기재된 것은 열 처리된 웹에 대한 MD 대 TD 테이버 강성 및 인장 강도 값, 및 MD 대 TD 테이버 강성 및 인장 강도 비이다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 2차 켄치 공기를 사용하여 제조된 웹은 2차 켄치 공기없이 제조된 웹보다 상당히 더 큰 기계 방향 섬유 정렬을 가졌다. 이것은 각각 실시예 1-3 및 비교예 1의 섬유의 값 및 배향(0도 기계 방향에 관한 도수로)을 나타내는 "레이더" 플롯인 도 3-6에서 추가로 예시된다. 기계 방향에 관하여 0도로 배향된 섬유는 또한 180도로 배향된 것으로 말해질 수 있기 때문에, 플롯은 원점에 대하여 대칭적인 엽면들을 갖는다. 도 3은 예를 들면 12개의 섬유들이 기계 방향에 관하여 0도로 배향되어 있고, 9개의 섬유는 -10도로 배향되어 있고, 8개의 섬유는 +10도로 배향되어 있고, 6개의 섬유는 -20도로 배향되어 있는 것과 같은 식이다. 도 3-5는 개시된 웹이 도 6에 플롯팅된 2차 켄치 공기없이 제조된 웹보다 상당히 더 큰 기계 방향 정렬을 가졌음을 보여준다. 추가적인 비교로, 라우(Lau) 등의 '749 특허에 나타낸 도 4 웹을 평가하여 그의 섬유 배향 및 섬유 번수를 구하였는데, 그의 섬유의 단지 50 ％만이 기계 방향의 ±20도 이내에 정렬되어 있는 것으로 밝혀졌다.

도 3-5 플롯은 웹의 비-수집기 면 상에 놓여진 습윤 유체의 거동을 일반적으로 반영한다. 적합한 습윤 유체(바람직하게는 관찰을 돕기 위하여 착색됨) 한 방울을 이렇게 위치시켰을 때, 이것은 레이더 플롯 엽면 형태와 일반적으로 일치하는 장원형 패턴으로 웹으로 번져서, 섬유 배향의 주요 방향 및 웹 성형에 관한 편리한 인디케이터를 제공하는 경향이 있을 것이다. 습윤 유체를 비교예 1 웹 상에 위치시켰을 때, 이것은 팽창하는 원형 패턴으로 다소 균일하게 바깥쪽으로 번지는 경향이 있다.

표 1은 또한 2차 켄치 공기 부피가 증가될 때, 여과 품질 인자 Q_F가 증가된 다음 약간 감소되었다.

2차 공기를 사용하여 제조된 웹은 일반적으로 기계 방향으로 정렬된 가시적인 줄무늬, 전반적인 매끄러운 광택 및 약간의 보풀거림 및 종래의 블로운 미세섬유 웹에서 일반적으로 발견되는 작은 마디가 거의 또는 전혀 없는 표면을 가졌다. 대략 2 내지 5 ㎝ 길이를 갖는 섬유를 핀셋을 사용하여 웹으로부터 잘게 잘라낼 수 있다. 2차 켄치 공기없이 제조된 웹은 가시적으로 둥근 수집기 상에 수집된 기준 블로운 미세섬유 웹과 닮았다. 일부 비교적 짧은(1 ㎝ 미만) 개별 섬유들이 핀셋을 사용하여 이들 웹으로부터 제거될 수 있지만, 아주 어렵게 겨우 제거될 수 있었다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 2차 켄치 공기를 사용하여 제조된 웹은 2차 켄치 공기없이 제조된 웹보다 상당히 더 비등방성인 테이버 강성을 가졌다. 보다 높은 부피의 2차 켄치 공기를 사용하여 제조된 웹은 또한 2차 켄치 공기없이 제조된 웹보다 상당히 더 비등방성인 인장 강도를 가졌다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 가열 처리를 사용하여 웹 강성 및 인장 강도를 증가시킬 수 있다. 몇몇 웹의 경우, 이것은 MD:TD 특성 비를 사용하여 측정하였을 때 웹의 전체적인 기계적 비등방성에 상당한 변화를 야기시키지 않고서 행해질 수 있다.

실시예 4-6

보다 작은 EFD 웹

실시예 1의 일반적인 방법을 사용하여, 3.4 ㎥/분으로 흐르는 300 ℃ 1차 공기 및 2차 공기를 사용하고, 80 g/㎡ 기본 중량, 8-9 ％ 고형도 및 실시예 1에서 얻은 것보다 더 작은 유효 섬유 직경을 갖는 수집된 웹을 제공하도록 조정된 수집기 진공을 사용하여 멜트블로운 폴리프로필렌 웹을 제조하였다. 아래 표 4에 기재된 것은 실시예 번호, 2차 공기 속도 및 질량 유량 비, 유효 섬유 직경 및 생성되는 웹에 대한 섬유 번수 및 섬유 정렬 데이타이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 상당한 기계 방향 섬유 정렬을 갖는 웹이 각종 유효 섬유 직경으로 제조될 수 있었다.

실시예 7-10 및 비교예 2 및 3

PET 및 나일론 웹

실시예 1의 일반적인 방법을 사용하여, 2.9 ㎥/분으로 흐르는 350 ℃ 1차 공기 및 임의적인 2차 켄치 공기를 사용하여 부직 웹을 제조하는데 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 및 나일론(울트라미드(ULTRAMID)^TM BS-400N 나일론, 바스프 코포레이션(BASF Corp.)으로부터 상업적으로 입수가능)을 사용하였다. 12.7 ㎝ DCD를 사용하여 PET 웹을 제조하고, 16.5 ㎝ DCD를 사용하여 나일론 웹을 제조하였다. 수집된 PET 웹은 85 g/㎡ 기본 중량, 5-6 ％ 고형도 및 16 ㎛ EFD를 가졌다. 수집된 나일론 웹은 70 g/㎡ 기본 중량, 5-6 ％ 고형도 및 17-18 ㎛ EFD를 가졌다. 아래 표 5에 기재된 것은 실시예 번호 또는 비교예 번호, 2차 공기 속도 및 질량 유량 비, 사용된 중합체 및 생성된 웹에 대한 섬유 번수 및 섬유 정렬 데이타이다.

표 5에 나타낸 바와 같이, 상당한 기계 방향 섬유 정렬을 갖는 웹을 다양한 중합체를 사용하여 제조할 수 있다.

실시예 11

첨가제

첨가제 폴리(4-메틸-1-펜텐)의 1.5％ 첨가를 사용하여 실시예 2를 반복하였다. 이것은 여과 품질 인자 Q_F를 첨가제가 없는 경우의 1.5로부터 첨가제가 있는 경우의 1.7로 증가시켰다.

실시예 12

첨가제

첨가제 폴리(4-메틸-1-펜텐)의 1.5％ 첨가 및 키마소르브 944 힌더드 아민 광 안정제의 0.5 ％ 첨가를 사용하여 실시예 11을 반복하였다. 웹을 코로나-처리하지 않고 히드로충전시켰다. 여과 품질 인자 Q_F는 2.5이었고, 2차 켄치 공기없이 제조된 종래의 미처리 폴리프로필렌 블로운 미세섬유로부터 제조된 웹 사용시 얻어진 것의 2배 초과이었다.

실시예 13 및 비교예 4

시간에 따른 Q _F 평가

실시예 1의 일반적인 방법을 사용하여, 1770 2차 켄치 공기:중합체 질량 유량 비로 흐르는 2차 켄치 공기와 함께 및 2차 공기 없이 멜트블로운 폴리프로필렌 웹을 제조하고, 코로나 처리하고, 히드로충전시키고 평가하여 그들의 여과 품질 인자 Q_F를 구하였다. 웹은 85 g/㎡ 기본 중량, 19-21 ㎛ EFD 및 42.5 L/분에서 0.4-0.5 ㎜ H₂O의 압력 강하를 가졌다. 아래 표 6에 기재된 것은 2차 켄치 공기와 함께(실시예 13) 또는 2차 켄치 공기없이(비교예 4) 제조된 웹에 대해 각종 누적 DOP 노출량을 같은 수준으로 한 후의 Q_F 인자이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 2차 켄치 공기를 사용하여 제조하고 상당한 기계 방향 섬유 정렬을 갖는 웹은 2차 켄치 공기없이 제조되고 더 적은 섬유 정렬을 갖는 웹보다 상당히 더 양호한 여과 성능을 제공하였다.

실시예 14 및 15 및 비교예 5-7

병풍모양 로(furnace) 필터

코로나-처리되고 히드로충전된 실시예 2 웹, 코로나-처리되고 히드로충전된 비교예 1 웹 및 어큐에어(ACCUAIR)^TM 코로나-처리된 스펀본드 폴리에틸렌/폴리프로필렌 결합한 섬유 웹(71 g/㎡ 기본 중량, ~20 ㎛ EFD, 킴벌리 클라크 코포레이션(Kimberly Clark Corp.)으로부터 상업적으로 입수가능)의 샘플을 도 7에 나타낸 병풍모양 매체(100)과 같은 플리트(102)를 갖는 50.8 ㎝ x 63.5 ㎝ x 2.1 ㎝ 높이 필터 요소로 성형하였다. 플리트(102)를 길이 방향을 따라 87개의 플리트(13.8 플리트/10 ㎝)를 갖게 폴드(fold)가 횡방향과 정렬되도록 배열하였다. 병풍모양 매체(100)을 지지체(100)과 같은 팽창된 금속 지지체들 사이에 샌드위치시켜 여기에 접착시키고 도 8에 나타낸 프레임(112)와 같은 판지 프레임 중에 장착시켜 필터(114)와 같은 프레임을 갖는 필터를 제조하였다. 완성된 필터를 1.5 m/초 면 속도에서 ASHRAE 표준 52.2, "Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size"에 따라 여과 성능에 대하여 평가하였다. 아래 표 7에 보고된 결과들은 0.3 내지 1 ㎛, 1 내지 3 ㎛ 및 3 내지 10 ㎛ 크기 범위의 입자에 대한 최소 복합 효율 값을 보여준다. 표 7은 또한 평가 완료 후의 전체 필터 중량 증가분(필터에 의해 포획된 전체 미립자 중량)도 보고한다. 보다 높은 최소 복합 효율 및 전체 필터 중량 증가분 값은 보다 양호한 여과, 보다 긴 사용 수명 또는 보다 양호한 여과와 보다 긴 사용 수명 모두에 대응한다.

실시예 번호 또는 비교예 번호	사용된 웹	웹 처리	초기 압력 강하, ㎜ H₂O	최소 복합 효율(％)			총 필터 중량 증가분, 25.4 ㎜ H₂O (g)
실시예 번호 또는 비교예 번호	사용된 웹	웹 처리	초기 압력 강하, ㎜ H₂O	0.1 내지 1 ㎛	1 내지 3 ㎛	3 내지 10 ㎛	총 필터 중량 증가분, 25.4 ㎜ H₂O (g)
14	실시예 2	코로나-처리	4.9	43	81	91	35
15	실시예 2	코로나-처리 및 히드로충전	5.1	53	89	97	37.1
비교예 5	비교예 1	코로나-처리	4.6	36	71	86	23.8
비교예 6	비교예 1	코로나-처리 및 히드로충전	4.6	42	81	93	33.9
비교예 7	어큐에어 웹	코로나-처리	4.6	41	80	91	26.1

표 7에 나타낸 바와 같이, 2차 켄치 공기를 사용하여 제조하고 상당한 기계 방향 섬유 정렬을 갖는 코로나-처리되거나 또는 코로나-처리되고 히드로충전된 멜트블로운 부직 웹(실시예 14 및 15)은 2차 켄치 공기없이 제조되고 더 적은 섬유 정렬을 갖는 다르게는 유사한 멜트블로운 부직 웹(비교예 5 및 6)보다 1 ㎜ H₂O 압력 강하에서 훨씬 더 양호한 최소 복합 효율을 제공하였다. 실시예 14 및 15 웹은 또한 시판되는 스펀본드 부직 웹(비교예 7)와 견줄만한 또는 이보다 더 양호한 최소 복합 효율을 가졌다. 실시예 14 및 15 웹은 비교예 5-7 웹들보다 더 양호한 입자 포획(그들의 보다 높은 전체 필터 중량 증가분 값에 의해 입증되는 바와 같이)을 가졌다.

실시예 16-18 및 비교예 8

병풍모양 로(furnace) 필터 압력 강하 대 면 속도 평가

실시예 14 및 15의 일반적인 방법을 사용하여, 멜트블로운 정렬된 섬유 폴리프로필렌 웹을 코로나-처리 및 히드로충전시키지만 열 처리하지는 않았다. 이 웹은 1.7 MD 테이버 강성 값을 가졌고, 이하 실시예 16의 웹으로 명명하였다. 보다 강성인 웹을 코로나-처리, 히드로충전 및 열 처리를 사용하여 제조하였다. 이 웹은 2.2 MD 테이버 강성 값을 가졌고, 이하 실시예 17의 웹으로 명명하였다. 더욱 더 강성인 웹을 첨가제 폴리(4-메틸-1-펜텐)의 1.5％ 첨가, 코로나-처리, 히드로충전 및 열 처리를 사용하여 제조하였다. 이 웹은 3.7 MD 테이버 강성 값을 가졌고, 이하 실시예 18의 웹으로 명명하였다. 실시예 16-18 웹 및 어큐에어 코로나-처리된 스펀본드 폴리에틸렌/폴리프로필렌 결합한 섬유 웹(2.1 MD 테이버 강성을 가졌고, 이하 비교예 8의 웹으로 명명)의 샘플을 도 7에 나타낸 여과재(100)과 같은 플리트(102)를 갖는 30 ㎝ x 27 ㎝ x 2.1 ㎝ 높이 필터 요소로 성형하였다. 필터는 길이 치수를 따라 13.8 플리트/10 ㎝를 가졌고, 도 8의 지지체(110)과 같은 팽창된 금속 지지체들 사이에 샌드위치시켜 여기에 접착시켰다. 일련의 실험에서, 각 상기 필터를, 그의 투명한 측면 판이 플리트 연부가 사진촬영될 수 있도록 플렉시글라스(PLEXIGLAS)^TM 플라스틱 프레임 중에 장착시켰다. 프레임 측면 판이 여과재 연부와 접촉하지만 플리트 이동을 허용하였다. 프레임을 진공 테이블 상부에 장착시켜 아랫방향으로 향하는 상자 팬으로부터의 공기에 노출시켰다. 필터 압력 강하가 대략 1.5 m/초 면 속도에서 물 약 0.35 인치(0.9 ㎝)에 도달할 때까지 공기 스트림 내로 SAE 미세 시험 분진(Fine Test Dust) 및 탈크의 50:50 혼합물로부터 제조된 합성 분진을 뿌림으로서 필터에 부하시켰다. 이것은 실질적인 자연 부하량을 모의하였다. 아래 표 8에 기재된 것은 필터 설명, MD 테이버 강성 값 및 전체 필터 중량 증가분 값이다.

다음으로 필터를 풍속계가 구비된 덕트에 장착시키고 물 약 0.1 인치(0.5 ㎝)와 물 1.2 인치(3 ㎝) 사이의 압력 강하를 야기시키기 충분한 속도로 흐르는 공기에 노출시켰다. 실시예 16(1.7 MD 테이버 강성) 필터는 0.35 인치(0.9 ㎝) 압력 강하에서 필터 공기 유입 면에서 플리트를 함께 움츠러들게 함으로써 나타난, 눈에띄는 플리트 변형을 나타내기 시작하였다. 실시예 17(2.2 MD 테이버 강성) 및 비교예 8 필터는 0.5 인치(1.3 ㎝) 압력 강하에서 눈에 띄는 플리트 변형을 나타내기 시작하였다. 실시예 18(3.7 MD 테이버 강성) 필터는 1.2 인치(3 ㎝) 압력 강하에서조차 눈에 띄는 플리트 변형을 나타내지 않았다. 도 9는 실시예 16(곡선 116), 실시예 17(곡선 117), 실시예 18(곡선 118) 및 비교예 8(곡선 119)의 필터에 대한 압력 강하(물의 인치 단위) 대 풍속계 판독치(공칭 단위)의 플롯을 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 실시예 18 필터는 공기흐름이 증가될 때 압력 강하의 직선 증가를 나타낸 반면, 다른 시험된 필터들은 공기흐름이 증가될 때 플리트 뒤틀림을 나타내는 비-직선 반응을 나타냈다.

본 발명의 다양한 변형 및 변경들은 본 발명에서 벗어나지 않고서 당업자들에 명백하게 드러날 것이다. 본 발명은 본원에서 단지 예시적인 목적으로 기재된 것들로 제한되어서는 안된다.

Claims

접힌 플리트의 열들을 갖고 섬유의 대부분이 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬된 열가소성 섬유를 함유하는 부직 여과 웹을 포함하는 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 섬유의 약 55 내지 약 90 ％가 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬된 필터 요소.
제1항에 있어서, 수집된 섬유의 약 70 내지 약 85 ％가 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬된 필터 요소.
제1항에 있어서, 약 2-5 ㎝의 길이를 갖는 섬유를 웹으로부터 잘게 잘라낼 수 있는 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 섬유의 평균 유효 섬유 직경이 약 8 내지 약 25 ㎛인 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 웹의 50 ㎜ 게이지 길이를 사용한 열 방향에 대한 횡방향인 방향의 평면내 인장 강도 대 열 방향의 인장 강도의 비가 2:1 이상인 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 웹의 50 ㎜ 게이지 길이를 사용한 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 인장 강도 대 열 방향의 인장 강도의 비가 4:1 이상인 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 웹의 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 테이버 강성 대 열 방향의 테이버 강성의 비가 2:1 이상인 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 웹의 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 테이버 강성 대 열 방향의 테이버 강성의 비가 2.2:1 이상인 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 웹의 주 표면이 열 방향에 대해 횡방향의 개별 섬유들의 실질적인 정렬에 대응하는 줄무늬를 나타내는 필터 요소.
제1항에 있어서, 웹 상에 놓여진 습윤 유체가 열 방향에 대해 횡방향으로 우선적으로 흡상(wick)되는 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 웹이 어닐링된 것인 필터 요소.
제1항에 있어서, 상기 웹이 코로나-처리 또는 히드로충전된 것인 필터 요소.
대부분이 열 방향에 대해 90도±20도로 정렬되어 있는 열가소성 섬유들을 포함하는 부직 여과 웹에 플리트의 열들을 형성하고,

병풍모양 필터 요소를 원하는 크기와 형태로 절단하는 것

을 포함하는, 병풍모양 필터 요소의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 섬유의 약 55 내지 약 90 ％가 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬되는 방법.
제14항에 있어서, 수집된 섬유의 약 70 내지 약 85 ％가 열 방향에 대하여 90도±20도로 정렬되는 방법.
제14항에 있어서, 약 2-5 ㎝의 길이를 갖는 섬유를 웹으로부터 잘게 잘라낼 수 있는 방법.
제14항에 있어서, 상기 섬유의 평균 유효 섬유 직경이 약 8 내지 약 25 ㎛인 방법.
제14항에 있어서, 상기 웹의 50 ㎜ 게이지 길이를 사용한 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 인장 강도 대 열 방향의 인장 강도의 비가 2:1 이상인 방법.
제19항에 있어서, 상기 웹이 7 ㎝/초 면 속도로 이동하는 10 내지 700 ㎚ 크기 범위를 갖는 100 ppm 디옥틸 프탈레이트 입자들을 사용하여 약 0.6 이상의 여과 품질 인자 Q_F를 갖는 것인 방법.
제14항에 있어서, 상기 웹의 50 ㎜ 게이지 길이를 사용한 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 인장 강도 대 열 방향의 인장 강도의 비가 4:1 이상인 방법.
제14항에 있어서, 상기 웹의 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 테이버 강성 대 열 방향의 테이버 강성의 비가 2:1 이상인 방법.
제14항에 있어서, 상기 웹의 열 방향에 대해 횡방향인 방향의 평면내 테이버 강성 대 열 방향의 테이버 강성의 비가 2.2:1 이상인 방법.
제14항에 있어서, 상기 웹의 주 표면이 열 방향에 대해 횡방향의 개별 섬유들의 실질적인 정렬에 대응하는 줄무늬를 나타내는 것인 방법.
제14항에 있어서, 웹 상에 놓여진 습윤 유체가 열 방향에 대해 횡방향으로 우선적으로 흡상되는 것인 방법.
제14항에 있어서, 상기 웹이 어닐링된 것인 방법.
제14항에 있어서, 상기 웹이 코로나-처리 또는 히드로충전된 것인 방법.
제20항에 있어서, 상기 웹이 7 ㎝/초 면 속도로 이동하는 10 내지 700 ㎚ 크기 범위를 갖는 100 ppm 디옥틸 프탈레이트 입자들을 사용하여 약 0.6 이상의 여과 품질 인자 Q_F를 갖는 것인 방법.