KR20090114764A - 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 및 그 제조 방법 - Google Patents

자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20090114764A
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안창현
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이동걸
이동협
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이동걸
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Abstract

본 발명은 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 및 그 제조 방법에 관한것으로, 수지접착제를 사용하지 않고 기재 부직포와 전기방사에 의한 나노섬유 다공성막을 열융착하여 벤트필터 여재를 성형하여 눈막힘 현상이 없이 헤드램프 유닛에서의 수분 배출효율을 높이면서도 외부 수분, 미세 이물질의 차단 효율을 함께 높일 수 있으면서 필터의 사용수명을 연장할 수 있는 헤드램프용 벤트필터 여재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
전기방사, 벤트필터여재, 발수도, 통기도

Description

자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 및 그 제조 방법{vent filter and vent filter manufacturing method for head lamp of car}
본 발명은 자동차용 헤드램프 유닛 내부의 기화 수분을 배출하고 외부로부터의 수분 및 이물질 유입 방지용으로 사용되는 나노섬유를 이용한 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 헤드램프에는 사용되는 부품의 기능 저하를 방지하기 위하여 내부 온도 변화에 따른 응축, 기화 수분을 외부로 배출하고 외부에서 유입되는 이물질의 내부 유입 방지 및 수분의 유입을 막아주는 필터가 사용되고 있다.
이러한 필터에 사용되는 필터 여재는 통상 폴리에스테르 부직포에 불소계 고분자로 제조한 다공성막을 부착한 것이 사용되어지고 있으며, 상기한 불소계 고분자 다공성막의 경우에는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 일명 테프론)을 사용하여 필름형태로 가공 후 연신을 통해 다공성을 갖도록 하여 일반 부직포 상에 접착시켜 사용되어 왔다.
그러나, 이러한 PTFE 다공성막의 경우 내화학성이 높아 용매를 이용한 가공이 어렵고 용융가공시에도 다른 고분자에 비해 고온의 특수한 장치들이 별도로 필 요하다. 또한 연신을 통한 기공의 생성시에 노드와 홀이 생성되어 기공의 크기와 그 균일도가 일정하지 않은 단점이 있다. 이로 인한 외부 미세 이물질들의 포집 성능이 떨어지며 외부에서의 수분 차단 효율도 떨어지는 단점을 가진다. 마찬가지로 내부에서의 수분 배출 효율 역시 떨어지는 단점이 있다.
그리고, 상기한 종래의 필터는 부직포와 다공성막을 따로 생산하여 접합하므로 이를 위한 접착 성분이 필요하였고, 이로 인하여 상기한 접착 성분으로 인해 수분 배출 능력의 저하를 가져오며 공정상으로도 복잡한 복합화 공정을 가지게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수지접착제를 사용하지 않고 기재 부직포와 전기방사에 의한 나노섬유 다공성막을 열융착하여 벤트필터 여재를 성형하여 눈막힘 현상이 없이 헤드램프 유닛에서의 수분 배출효율을 높이면서도 외부 수분, 미세 이물질의 차단 효율을 함께 높일 수 있으면서 필터의 사용수명을 연장할 수 있는 헤드램프용 벤트필터 여재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
한편, 외부 유입 공기와 면하는 불소계 나노섬유 다공성막에서 표면 발수성을 높이기 위해 유기 혹은 무기 입자를 첨가하여 다공성막의 표면 성질을 강화하는 데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 폴리비닐리덴프루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴프루오라이드-테트라프루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 삼공중합체(THV), 폴리비닐리덴프루오라이드-헥사플루오르프로필렌 공중합체(PVdF-HFP)를 포함하는 불소계 열가소성 고분자 중에서 하나 혹은 그 이상 선택하여 전기방사를 통하여 얻어진 직경이 150nm - 1000nm이고 후도가 5㎛ - 30㎛인 나노섬유 다공성막과, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론 중에서 하나 혹은 그 이상 선택하여 케미컬 본딩, 니들펀칭의 방법으로 제조되어 상기한 나노섬유 다공성막에 열융착되는 부직포를 포함하는 자동차 헤드램 프용 벤트 필터 여재 및 그 제조방법에 있다.
여기서 상기 불소계 나노섬유로 제조된 다공성막에는 10nm-100nm의 폴리테트라프롤로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 입자 혹은 4nm-100nm의 크기를 가지는 실리카 입자를 전기방사 용액 총중량에 대하여 1-12중량%(바람직하게는 5중량%) 더 포함하여, 투습도 7500g/㎡ day 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 열융착법에는 열, 초음파, 고주파 융착법이 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 벤트필터 여재는 높은 비표면적을 갖고, 가공성이 좋으며, 유/무기 첨가물을 혼합하여 제조함으로서 높은 기공도, 넓은 표면적, 적절한 기계적 강도를 갖게 되며, 기존의 고분자가 지니고 있던 기능성의 발현이 더욱 특화되고, 특히 불소계 고분자가 가지고 있는 장점인 초발수성, 내약품성, 내열성, 윤활성, 방오성 등을 가지면서 불소계 고분자가 가지는 문제점인 낮은 가공성을 해결하였다.
또한, 본 발명은 수지접착제를 사용하지 않고 벤트 필터 여재를 얻음으로써 수지접착제에 의한 눈막힘 현상을 현저히 줄임과 동시에 표면발수성을 크게 향상시켜 습기의 유입을 차단하고 공기투과도와 투습도의 향상을 도모할 수 있다.
따라서, 자동차용 헤드램프 유닛의 변색을 막고 안정적인 내부압력의 유지와 청결을 유지함으로서 사용수명의 연장을 통한 경제적이면서 안전한 사용을 이루는 효과가 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.
우선, 본 발명에서 사용한 전기방사장치의 구성을 살펴보면, 상기한 전기 방사 장치는 이미 공지된 것으로, 0～60 kV의 전압공급이 가능한 고전압 공급장치(power supply), 집전판(metal drum), 고분자용액(solution)을 일정한 유체속도로 제어하는 주사기펌프, 주사기, 금속주사기바늘 등을 포함하는 분사기(syringe)로 구성된다.
상기한 구성에서 집전판에는 알루미늄 호일 또는 마이크로섬유 부직포를 덧씌움으로 나노섬유 다공성 막을 쉽게 포집하거나 부직포 상에서 바로 나노섬유 다공성 막을 복합화한다.
상기한 전기방사장치를 사용하여 본 발명에서는 케이스 안에서 가능한 습도와 온도를 일정하게 유지하며 방사하고, 전기장에 대한 중력의 영향을 배제하기 위해 방사방향은 중력의 수직상태로 설치하여 방사하였다.
하기에서는 상기한 전기방사장치를 사용하여 본 발명에 따른 벤트필터 여재 제조방법을 보다 상세하게 살펴본다.
1. 나노섬유 다공성 막의 제조방법 및 특성
폴리비닐리덴프루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴프루오라이드-테트라프루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 삼공중합체(THV), 폴리비닐리덴프루오라이드-헥사플루오르프로필렌 공중합체(PVdF-HFP) 중에서 하나 혹은 그 이상 선택하여 용매에 10-30중량% 농도로 혼합하여 전기방사하여 나노섬유 다공성 막을 제조한다.
가. PVdF 를 이용한 나노섬유 다공성 막 제조
< PVdF 용액의 제조>
PVdF(Mw 110,000)는 Aldrich사에서 구입하였고, 백색의 펠렛 형태를 띄고 있다. 전기방사에 이용되는 PVdF의 용액제조를 위해 용매로는 N,N-Dimethylformamide(DMF)[Aldrich]를 사용하였으며 균일한 용액상태에서 일정한 나노섬유형태가 얻어지기 때문에 나노섬유제조에 사용될 PVdF 용액은 60℃에서 24시간이상 교반하여 완전히 용해시킨 후 전기방사에 이용하였다.
<농도 및 점도에 따른 영향>
DMF를 용매로 사용하여 전압 18kV, 방사거리 20cm, 유체속도 1.5ml/h로 고정시키고 PVdF 농도(6, 9, 12, 15, 18 중량%)만을 변화하여 방사하였으며 도 2에 나타내는 바와 같이 전체적으로 농도가 증가할수록 비드가 적어지며 점차 균일한 섬유의 형태를 띄며 18중량%에서 약 490nm의 직경을 가지는 균일한 섬유를 얻을 수 있었다.
<유체 방사속도에 따른 영향>
PVdF-DMF 용액에서 농도 18중량%, 전압 15kV, 방사거리 15cm로 고정시키고 유체 방사속도를 1.0, 1.5, 2.0 ml/h로 변화하여 방사하였다. 그 결과 도 3에 나타내는 바와 같이 나노섬유의 평균직경이 각각 470, 490, 510 nm로 전체적으로 유체속도가 증가할수록 섬유직경이 증가하는 경향은 나타났지만 ±0-20 사이의 오차 범위를 감안한다면 유의할 만한 수준에서의 변화는 없었다.
<기타 조건에 따른 영향>
인가전압과 방사거리의 영향을 알아보기 위해 먼저 인가 전압을 12, 15, 18kV로 변화를 주고 1.5ml/h, 15cm로 방사한 결과 12, 15kV에서는 육안상으로 나노섬유의 포집상태가 불량하여 포집판이 아닌 곳으로 날리는 현상이 발견되었다. 이는 포집판까지의 전위차가 약하여 간섭을 받는 것으로 보이며 일단 포집된 섬유에서의 SEM 분석상으로는 직경의 차이는 유의할 만한 수준의 변화는 없었다.
방사거리 역시 18kV, 1.5ml/h의 고정조건에서 15, 18, 20cm로 변화를 주며 방사해 본 결과 포집상태에서의 차이가 발견될 뿐 직경의 차이는 변화가 없었다.
< 평균직경 490 nm 를 가지는 최적화된 PVdF 나노섬유 다공성 막>
방사조건으로 PVdF농도 18중량%, 전압 18 kv, 방사거리 15 cm, 방사속도 1.5 ml/h, 온도 20℃, 습도 35%에서 PVdF-DMF 용액을 전기방사 했을 때 도 4에 나타내는 바와 같이 나노섬유의 평균직경이 약 490 nm로 분석되었으며, 위 조건으로 10회의 대량방사 결과 섬유형태가 균일하고 비드의 혼재가 없이 일관성 있는 나노섬유가 제조되었다.
나. PVdF / THV 나노섬유 다공성 막 제조
THV(Mw 70,000)는 3M사에서 구입하였고, 백색의 파우더 형태를 띄고 있다. 전기방사에 이용되는 THV의 용액제조를 위해 용매로는 메틸에틸케톤(Methylethyl ketone)(MEK)[Aldrich]를 사용하였으며 균일한 용액상태에서 일정한 나노섬유형태가 얻어지기 때문에 나노섬유제조에 사용될 PVdF-THV 용액은 PVdF/DMF 용액에 THV/MEK 용액을 혼합하여 60℃에서 24시간이상 교반하여 완전히 용해시킨 후 전기방사에 이용하였다.
< PVdF 와 THV 의 혼합비율에 따른 영향>
PVdF의 경우와 동일한 방사 조건 하에서 PVdF 15중량% 용액과 THV 15중량% 용액을 5:5, 7:3, 9:1의 비율로 혼합하여 방사를 진행하였다. 9:1의 비율에서는 DMF가 난용매 역할을 하여 THV가 충분히 용해되지 않고 상분리 되는 현상을 보여 방사 자체가 불가능하였다. 7:3과 5:5의 비율에서 방사가 진행 되었으나 도 5에 나타내는 바와 같이 5:5의 경우 분자량이 작은 THV가 수십 나노미터 직경으로 상분리 되어 불균일한 섬유화가 되었고 7:3의 경우에서 평균 직경 약 180nm를 가지는 복합 섬유가 제조 되었다.
<최적화된 PVdF - THV 나노섬유 다공성 막>
방사조건으로 PVdF 와 THV 가 각각 18중량% 농도로 혼합된 용액을 이용하여, 전압 18 kv, 방사거리 15 cm, 방사속도 1.5 ml/h, 온도 20℃, 습도 35%, PVdF/THV 7:3 혼합용액에서 나노섬유 다공성 막을 제조한 결과 도 6에 나타내는 바와 같이 평균직경 180 nm를 가지는 나노섬유 다공성 막을 제조할 수 있었다.
상기한 바와 같이 제조된 나노섬유 다공성 막의 특성을 살펴본다.
상기한 바와 같이 제조된 PVdF 및 PVdF-THV 나노섬유 다공성 막을 FE-SEM(Hitachi S4800)을 이용하여 나노섬유의 형태를 관찰하고 이미지분석기(Image analyzer(Image-Pro plus))를 통해 섬유 직경과 직경분포를 관찰하였으며 그 결과 는 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같다.
도 7에서 PVdF는 최소직경이 282.84nm, 최고직경이 815.84nm,이며, 평균직경은 489.62nm이고, 도 8에서 PVdF-THV는 최소직경이 69.32nm, 최고직경이 374.68nm,이며, 평균직경은 182.21nm이다.
그리고, BET를 통해 PVdF 18중량% 나노섬유의 평균 기공크기와 기공도, 기공 분포를 측정하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.
Figure 112008031333713-PAT00001
평균 기공크기는 SEM에서 확인시에는 수백 나노미터의 수준이나 이러한 기공이 종방향으로 적층구조를 이루고 있었으며 기공 분포의 최대값은 나노섬유의 상부 혹은 하부 표면의 값으로 판단된다.
그리고, 접촉각 측정기(KRUSS, DSA 100)를 이용하여 PVdF 18중량% 및 PVdF-THV 나노섬유의 표면특성을 물 접촉각을 이용하여 확인해 보았다. 나노섬유화로 인한 표면에너지 변화를 알기 위해 캐스팅(Casting) 법으로 제작된 PVdF 캐스팅 필름을 대조군으로 활용하였다. 세실 드롭(Sessile Drop)법을 사용하여 5개의 sample에서 각 3곳을 측정, 총 15회를 측정한 평균값은 PVdF 18중량%는 128.8±1.3 PVdF-THV는 132.1±1.2이고, PVdF 캐스팅 필름은 121.2±0.6으로 나타났으며, 접촉각 이미지는 도 9에 나타내는 바와 같다.
이러한 결과는 PVdF 자체의 저표면 에너지로 인한 표면 발수성이 나노섬유화로 인해 다소 증가 된 것을 확인할 수가 있다. 또한 THV의 경우 불소화가 더욱 강화된 고분자 사슬내의 테트라플루오르에틸렌(TFE)으로 인해 더 소수화되었음을 알 수 있다.
UTM(Instron, 5565)을 사용한 인장 시험으로 최적화 된 PVdF 18중량% 및 PVdF-THV 나노섬유의 기계적 물성을 측정하여 표 2에 나타낸다.
Figure 112008031333713-PAT00002
본 발명의 다공성 막은 고강도, 내마모성 고분자로서 기계적 성질이 우수한 것으로 확인되었다. THV의 경우 TFE의 영향으로 인장 강도는 증가하였으나 부서지기 쉬운 성질(Brittle한 성질) 때문에 신율은 하락하는 것으로 확인되었다. 그러나, 최종적으로 부직포와의 복합화 공정으로 인해 그 특성은 더욱 강화될 것으로 판단된다.
2. 부직포의 제조방법 및 특성
벤트필터로서 적합한 10micron 전후의 균일한 직경을 가지는 PET와 올레핀, 나일론(Nylon), 비스코스 레이온(Viscos rayon) 등을 하나 혹은 그 이상 혼합하여 총 중량에 대하여 50-70중량%, 물 20-45중량% 및 기타 침투제, 기포제, 경화제를 각각 1-5중량%로 혼합하여 마이크로 부직포를 제조한다.
가. PET + PET 마이크로 부직포.
본 발명에서는 PET 2Dx51mm(새한)과 3Dx64mm(휴비스)를 90중량%:10중량%의 비율로 계량하여 부직포를 제조하였다.
케미컬 바인더(Chemical Binder)의 구성은 아크릴계 에멀젼 Bp-40K(삼원화학, Tg-50℃, 고형분42%) 40중량%, 891K(대한고분자 Tg 20℃, 고형분 40%) 20중량%, 경화제 MR-3, 침투제 DO-113(동남합성), 기포제(태림화학) 등을 각 1, 1, 3중량% 비율과 나머지 물 35중량%를 혼합하여 배합한 후 펌프(Pump)를 통하여 폼-제너레이터(Foam-Generator)에 넣은 후 약 1300 r.p.m으로 회전시켜 발생된 바인더 폼(binder foam)을 폼 웨이트(Foam Weight) 130~160g/L의 상태를 만들어 I/F ROLL을 통해 웹(Web)에 바인더(Binder)를 도포한다.
이때, 폼 웨이트가 110g/L 이하가 되면 부직포 표면의 필링성이 저하되고 180g/L 이상이 되면 공정에서 바인더에 젖은 웹이 건조공정으로 진행하는 동안 무게로 인하여 쳐짐이 발생, 불량이 발생하게 되므로 130g~160g/L가 적합하다.
바인더와 일체가 된 웹은 건조와 경화를 거쳐 완제품이 되는데 건조 공정은 상, 하 각10개, 20개의 캔 드라이어(Can Dryer) 형태로 전반부 110~130℃로 예비 건조하고 중반부에서 150℃로 건조 후 후반부에 160~170℃로 가교 후 80℃로 낮추며 건조한다.
나. PET + Viscos Rayon 마이크로 부직포
부직포의 타공 절단성의 향상을 위하여 PET 2Dx51mm(새한)과 V/R 2Dx51mm (한국부직포조합)를 60중량%:40중량%의 비율로 계량한 후 동일한 공정으로 진행하고 폼 ㅇ웨이트(am Weight)는 V/R의 흡수율이 PET보다 높기 때문에(수분율 95%, RH PET:0.7%, V/R 30%) PET + PET부직포와 동일한 공정으로 제조하되 바인더 도포량을 PET+PET 보다 낮은 100~110g/L로 감소시키고 이후 건조공정은 동일하게 관리한다.
다. PET + NYLON 마이크로 부직포
유연성과 신율의 향상을 가지는 부직포를 제조하기 위해 PET 2Dx51mm (새한) 과 Nylon 3Dx64mm (삼정산업)를 60중량%:40중량%의 비율로 계량한 후 상기와 동일한 공정을 통해 혼, 타면 공정을 거친 후 PET보다 높은 나일론(Nylon)의 수분율을 감안하여 (PET 0.4, Nylon 4.5%) PET + PET 보다 낮은 120~130g/L의 Foam Weight로 binder를 도포하고 건조 온도에서는 후반부 가교 온도를 Nylon의 융점(220℃)을 감안하여 160℃ 이하로 건조하여 Nylon의 유연성과 우수한 신율을 가진 부직포를 제조하였다.
라. PET + PP 마이크로 부직포
PET 2Dx51mm(새한)과 P.P 2Dx38mm(코오롱글로텍)를 70중량%:30중량%의 비율로 계량한 후 PET + PET부직포와 동일한 공정으로 진행하고 Foam Weight 는 130~160g/L로 하고 건조 온도에서는 PP의 융점을(170℃) 감안하여 건조 온도 100~110℃를 유지하고 건조온도 130~140℃를 유지하고 후반부 가교를 160℃ 이상이 되었을 때 PP 섬유(Fiber)의 부분 융착화가 발생되어 온도를 150℃ 이하로 하고 건조속도를 9m/min 에서 6m/min으로 조정하여 PP Fiber의 융착화를 방지한다.
상기한 부직포의 제조방법에서 나노섬유의 기계적 강도 보완 등 최적의 기계적 물성 조절을 위하여, 공정 인자 중 바인더(binder)로 사용되는 아크릴 에멀젼의 유리전이온도(Tg)를 이용하여 마이크로 부직포의 기계적 강도와 신율을 조절하였다. PET + PET부직포 제조공정에서 바인더로 BP-40K(삼원화학, 고형분 42%, Tg -50℃) 60중량%에 물40중량% 와, 891K (대한고분자, 고형분40, Tg 20℃) 60중량%에 물 40중량%의 두 종류의 바인더를 이용하여 마이크로 부직포를 개발하고 그 기계적 물성을 표 3에 나타내었다.
Figure 112008031333713-PAT00003
낮은 Tg의 바인더인 경우 강도는 다소 떨어지나 신율은 증가하고 상대적으로 Tg 가 높으면 강도가 증가한다. 따라서, 이를 보강하기 위하여 상기한 PET+PET부직포에서와 같이 물 40중량%에 BP-40K 40중량%, 891K 20중량%를 혼합하여 사용한다.
<난연 Binder 를 사용한 난연부직포의 제조>
자동차 부품으로서의 규제조건인 난연성을 지닌 마이크로 부직포를 제조하기 위하여 PET + PET부직포 제조과정 중 바인더 배합에 있어 Bp-40K 40중량% (삼원화학, Tg -50℃, 고형분42%)에 무기 인계 난연제인 FR-GRN 20-40중량%(본 발명의 실시예에서는 20중량%)(양명유화 Tg -20℃, 고형분41%)에 경화제 MR-3, 침투제 DO-113 (동남합성), 기포제 (태림화학) 등을 각 1, 1, 3중량% 비율로 혼합하고 나머지 물 35중량%를 혼합하여 배합한 후 부직포를 제조하여 난연성을 가진 마이크로 부직포를 제조하며, 상기한 부직포의 SEM사진을 도 10에 나타낸다.
상기한 구성에서 난연제는 Na 3.32중량%, Si 7.66중량%, Br 6.62중량%, Sb37.13중량%, P 45.27중량%로 구성되고, 규제조건의 난연성을 만족시키는 난연 바인더의 함량은 최소 20중량% 이상 첨가되어야 한다.
3. PVdF 및 PVdF - THV 나노섬유 다공성 막과 마이크로 부직포 복합화
전기 방사 장치를 이용하여 인가전압 20kV, 18cm의 방사거리에서 1.5ml/h의 방사속도로 방사한 결과 부직포 상에서도 최적화된 490nm의 PVdF 18중량% 나노섬유 다공성막과 약 180nm 직경의 상기한 7:3의 비율로 혼합된 PVdF/THV 나노섬유 다공성 막을 얻을 수 있었다.
방사가 진행된 부직포는 열프레스를 이용하여 압착하여 나노섬유와 부직포간의 접착력을 향상시킨다. 나노섬유 다공성 막의 두께가 아주 얇고 부직포 자체의 신축성도 뛰어나 압력인자 보다는 온도에 주안점을 두고 조건을 설정하였다.
PVdF와 PET+PP의 경우 PP의 융점 부근인 160℃에서 1분간 압착하여 부직포내의 PP가 바인더 역할을 할 수 있도록 하였고 PVdF/THV 나노섬유의 경우 THV의 융점인 120℃에서 1분간 압착하여 THV가 바인더 역할을 할 수 있도록 하여 기 제조된 PET, V/R, Nylon 부직포 모두에 사용할 수 있도록 하였다.
상기한 바와 같이 제조된 필터 여재의 성능을 확인한다.
PVdF/PET+PP 복합 필터여재를 사용하여 각각의 평가방법을 통해 투습도와 내수도, 공기투과도를 측정하였으며 그 결과는 표 4와 같다.
Figure 112008031333713-PAT00004
상기한 표 4에서 내수도의 경우를 제외한 수치들은 기준 성능을 웃도는 수치들을 확인할 수 있었다.
4. PVdF / Silica 복합 나노섬유 부직포
복합 나노섬유 부직포 제조를 위해 PVdF(용융점: 120℃, 분자량 120,000)와 각 7, 14nm 직경의 실리카(Silica) 나노입자를 DMF에 혼합비를 달리하여 녹여서 방사용액을 제조하며, 18중량% PVdF의 무게 대비 Silica(7nm)는 5중량% 농도로 혼합하여 방사조건으로 전압 15 kV, 방사거리 15 cm, 방사속도 1.5 ml/h의 방사조건에서 부직포상에 방사하고, 부직포로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(용융점: 110℃, 2.0D) 40중량%, 폴리프로필렌(용융점: 165℃, 4.0D) 60중량%를 사용한다.
이와 같이 제조된 필터 여재를 벨트프레싱 서멀본딩법으로 온도 150℃, 압력 5㎏f으로 결속을 시행하여, 제품의 두께 0.5㎜의 필터 여재를 제조하였으며, 이와 같이 제조된 필터 여재의 투습도와 내수도 및 공기투과도는 표 5와 같다.
필터종류 투습도 내수도 공기투과도
실시예 1 12643 0.1 7.24
비교예 1 7500 2.0 0.5
투습도(ASTM E 96-15), 내수도(JIS L 1092), 공기투과도(KS K 0570)를 측정한 결과, 실시예 1은 불소계 나노섬유 다공성막에 실리카 입자를 분산시키고 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리프로필렌을 기재용 부직포로 사용한 벤트필터 여재이고, 비교예 1은 PTFE 다공성막과 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용한 벤트필터여재이다.
위의 결과로 볼 때 실시예1은 높은 습기배출효율을 유지하면서도 공기투과도 역시 비교예 1보다 월등한 물성을 나타내어 실리카를 포함하지 않은 부직포필터 여재의 습기배출능과 공기투과도를 개선할 수 있는 것으로 나타났다.
도 1은 전기 방사 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면
도 2는 PVdF 농도에 따른 나노섬유 다공성 막의 사진
도 3은 PVdF-DMF 용액의 방사속도에 따른 나노섬유 다공성 막의 사진
도 4는 최적화된 PVdF 나노섬유 다공성 막의 사진
도 5는 PVdF와 THV의 혼합비율에 따른 다공성 막의 사진
도 6은 최적화된 PVdF-THV 나노섬유 다공성 막의 사진
도 7은 PVdF 나노섬유 다공성 막의 직경분포를 나타내는 도면
도 8은 PVdF-THV 나노섬유 다공성 막의 직경분포를 나타내는 도면
도 9는 PVdF 18중량% 및 PVdF-THV 나노섬유의 표면특성을 물 접촉각을 나타내는 사진.
도 10은 난연성을 갖는 벤트 필터 여재를 나타내는 도면

Claims (5)

  1. 자동차용 헤드램프에 적용되는 벤트필터용 필터여재에 있어서;
    폴리비닐리덴프루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴프루오라이드-테트라프루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 삼공중합체(THV), 폴리비닐리덴프루오라이드-헥사플루오르프로필렌 공중합체(PVdF-HFP) 중에서 하나 혹은 그 이상 선택하여 전기방사를 통하여 얻어진 직경이 150nm - 1000nm이고 후도가 5㎛ - 30㎛이고, 10nm-100nm의 폴리테트라프롤로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 입자 혹은 4nm-100nm의 크기를 가지는 실리카 입자가 포함된 나노섬유 다공성막과,
    폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론 중에서 하나 혹은 그 이상 선택하여 케미컬 본딩, 니들펀칭의 방법으로 제조되어 상기한 나노섬유 다공성막에 열융착되는 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부직포에는 난연제가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재.
  3. 자동차용 헤드램프에 적용되는 벤트필터용 필터여재의 제조방법에 있어서;
    폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론 중에서 하나 혹은 그 이상 선택하여 총 중량에 대하여 50-70중량%, 물 20-45중 량% 및 침투제, 기포제, 경화제를 각각 1-5중량%로 혼합하여 케미컬 본딩, 니들펀칭의 방법으로 부직포를 제조하는 과정과,
    폴리비닐리덴프루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴프루오라이드-테트라프루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 삼공중합체(THV), 폴리비닐리덴프루오라이드-헥사플루오르프로필렌 공중합체(PVdF-HFP) 중에서 하나 혹은 그 이상 선택하여 용매에 10-30중량% 농도로 혼합하고, 여기에 10nm-100nm의 폴리테트라프롤로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 입자 혹은 4nm-100nm의 크기를 가지는 실리카 입자를 총중량에 대하여 1-12중량% 추가하여 전기방사해서 직경이 150nm - 1000nm이고 후도가 5㎛ - 30㎛인 나노섬유 다공성막을 제조하는 과정과,
    상기한 나노섬유 다공성 막과 부직포를 열융착하여 벤트 필터 여재를 제조하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 부직포 제조과정에서 난연제가 총중량에 대하여 20-40중량% 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 제조방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기한 다공성 막이 부직포 상에 전기방사로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 제조방법.
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