KR20160106196A

KR20160106196A - 부직포, 그 제조방법 및 이를 이용하여 형성되는 필터

Info

Publication number: KR20160106196A
Application number: KR1020167023764A
Authority: KR
Inventors: 잉 유크 엔쥐; 길버트 크레이그
Original assignee: 페어테크 인베스트멘트 리미티드
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2016-09-09
Also published as: JP2013544974A; EP2634300B1; US20130193063A1; MY183762A; EP2634300A4; AU2011316366B2; CO6700875A2; CN102575396B; KR101864057B1; JP2017008475A; WO2012048545A1; CN102575396A; US9731237B2; KR20130109153A; EP2634300A1; MX2013004035A; HK1170781A1; AU2011316366A1; ZA201303459B; MX344167B

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 낮은 융점의 단섬유와 같거나 다른 형태의 적어도 하나의 높은 융점의 단섬유로 제조되며 자기 유지하기에 충분히 뻣뻣하며 형상을 유지할 능력이 있는 신규한 부직 펠트 패브릭을 제공한다. 펠트 패브릭은 우수한 주름성형성, 성형성, 그리고 압축 강도를 발휘한다. 본 발명은 또한 펠트 패브릭을 생산하는 방법과 필터와 여과재 재료로서 사용되는 펠트 패브릭을 포함하며, 여과재는 자립하고 그 형상을 끈질기게 유지하는 지지 구조가 필요 없는 필터도 제공한다.

Description

부직포, 그 제조방법 및 이를 이용하여 형성되는 필터{NONWOVEN FABRIC, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND FILTERS FORMED BY IT}

본 발명은 부직포, 부직포를 생산하는 방법, 및 필터의 여과재로서 사용되는 부직포를 포함하는 필터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 부직포는 우수한 경도와 강도, 성형성, 그리고 압축 강도를 보인다.

부직포는 직조하지도 편직하지 않은 옷감이다. 사실, 부직포는 망 구조물(web structure)을 만들기 위해 짧은 섬유나 긴 섬유(긴 실)을 무작위로 또는 한 방향으로 엮어 만들어지고 서로 기계적으로, 열적으로, 또는 화학적으로 결합된다. 요컨대, 부직포는 실마다 직조하거나 편직한 것은 아니지만 섬유를 서로 물리적으로 결합하여 형성된 것이다. 부직포는 전통적인 섬유 산업의 돌파구를 나타내며 짧은 흐름 공정, 빠른 생산속도, 높은 생산량, 낮은 비용, 넓은 융통성, 원단 등의 손쉬운 수급 등이 특징이다.

부직포는 양호한 여과성, 투과성 및 흡수성을 가지며, 따라서 여과재로서 사용되기에 적합하다. 예를 들면, 부직포는 백 필터(bag filter)와 카트리지 필터(cartridge filter)에 사용될 수 있다. 그러나, 종래의 부직포들은 일반적으로 부드러우며 필터에 장착하기 위한 지지 프레임을 필요로 한다. 도 1은, 두 개의 엔드캡(12, 14), 두 개의 엔드탭 사이의 그물 형상의 지지 프레임(16), 그물 형상이 지지 프레임의 내측, 외측, 또는 내외측 모두에 장착되는 종래 기술의 부직포로 제조되는 여과재를 포함하는 종래기술의 카트리지 필터를 도시한다. 이러한 구조는 비용을 증가시키고 필터를 장착하고 교체할 때 지지 프레임 때문에 노동력을 집중시키고; 한편 여과재의 성능은, 그물 형상의 지지 프레임이 여과재와 피처리 유체 사이의 접촉을 방해하거나 먼지 및/또는 오염물질들의 침전을 야기할 수 있기 때문에, 다소 약화될 수 있다. 따라서, 일부 효과들은 부직포의 강도 또는 휨 강도를 증가시키도록 제조되었다.

중국 특허출원 CN101678255A(공개: 2010년 3월 24일)는 합성 섬유로 제조된 긴 섬유 부직포와 이 긴 섬유 부직포로 제조한 원통형 여과 집진기를 개시하였는데, 긴 섬유 부직포는 열가소성의 연속 섬유(filaments)로 제조되고 부분적으로는 열압축 접합되었다. 긴 섬유 부직포는 0.050 내지 1.000((cN/2cm)/(g/m²))의 평량당 원형 아크 휨 강도와 0.010 내지 0.500((cc/cm²/sec)/(g/m²)) 평량당 공기 투과율를 가진다. 이러한 특허 출원에 개시된 긴 섬유 부직포는 스펀본드 부직포이며, 방적돌기를 통하여 열가소성 폴리머를 용융압출하는 단계, 열가소성 연속 섬유를 형성하기 위하여 공기 흡입기로 흡입 및 인발하는 단계, 섬유가 전화 개방(electrification opening)되고 섬유 웹을 형성하도록 이동수집면에 쌓이도록 허용하는 단계, 그리고 섬유 웹이 평판 롤을 이용하여 압축하여 용착 처리되고 부분적으로 섬유 웹을 뜨거운 엠보싱 롤을 이용하여 열압축 접합되도록 하여 긴 섬유 부직포를 형성하는 방법으로 생산된다. 이렇게 얻은 긴 섬유 부직포는 양호한 휨 강도를 가지며 역류 세정 공기 이후에 양호한 형상을 유지하기 때문에 여과 집진기의 재료로서 사용되기에 적합하다. 그러나, 이 특허 출원은 종래의 펠트와 같은 단섬유로 만든 부직포가 천(sheet)의 강도 면에서 나쁘고 따라서 적절하지 않음을 나타낸다. 이 출원에 개시된 장섬유 부직포가 상대적인 강도를 가지지만, 이 강도는 작은 크기의 필터(예를 들면, 30cm)에 대해서만 그 형상을 유지할 정도일 뿐이고 여전히 지지프레임이 필요하다. 큰 필터(예를 들면 1m나 그 이상)에 있어서, 장섬유 부직포는 그 형상을 유지할 수 없다. 달리 말하면, 이러한 부직포는 자기유지(self-sustaining)가 되지 않는다.

중앙 환기시스템에 적용되는 공기 필터의 여과재는 다른 중국 특허 출원 제101332385A호에 개시되어 있다. 여과재는 주로 부직포의 상부층과 기판으로서의 부직포의 하부층, 그리고 부직포의 상부층과 하부층 사이에 구성되는 하나 이상의 복합재층(들)을 포함한다. 여과재는, 복합재층이 2개 층의 섬유 접합 화합물 사이에 과립 형태의 활성탄 층이 개재되어 형성되고 과립 형태의 활성탄 층은 하나 하나의 기초 위에 낱개로 살포되는 활성탄 과립들로 이루어지는 것이 특징이다. 여과재는 효율적이고 저항성이 낮을 뿐 아니라 활성탄의 흡수성능도 일정하게 유지한다. 나아가, 여과재는 환기에 필요한 경도와 강도를 일정하게 유지한다. 본 특허 출원은 부직포의 2개 층이 어떠한 형태인지 언급하지 않지만, 여과재는 활성탄의 양과 접합 화합물의 양을 주름 가공의 요건에 부합하도록 조절함으로써 재료의 경도와 강도가 조절되는 방식으로 2개의 부직포 층들을 중간 복합재 층에 부착함으로서 구성된다. 그러나, 이러한 특허 출원에 개시된 여과재는 구조적으로 복잡하고 접합 화합물을 사용하기 때문에 환경적으로 좋은 영향을 주지는 않는다. 더욱이, 활성탄이나 부직포의 일부 구멍들이 막히면 여과재의 여과성능은 감소될 수 있다.

또한, 현재 구할 수 있는 펠트 패브릭(felt fabrics)은 조직은 부드럽지만 주름은 접히지 않는다. 따라서, 펠트 패브릭은 증가된 여과 면적을 위해 주름 형상의 필터를 생산하는데 사용될 수 있다. 현재 구할 수 있는 펠트 패브릭은 성형성을 가지지 않는데, 즉 다양한 형상이나 형태로 성형될 수 없거나, 성형된 후에도 그 형상이나 형태를 유지할 수 없다.

종래 기술에서는 형상을 유지하기에 충분한 강도를 가지며, 우수한 성형을 보이며, 자기 유지가 되는 주름을 잡을 수 있는 펠트는 없었다. 주름 형상의 필터가, 구조를 지지할 필요 없이 자기 유지되는, 펠트로 제조된 여과재를 포함하는 것 또한 종래 기술에서는 찾을 수 없다.

본 발명의 목적은 우수한 경도와 강도, 현저한 성형성, 및 높은 압축 강성을 보이는 부직포 펠트 패브릭을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 부직포 펠트 패브릭과 필터의 여과재 재료로서 사용되는 펠트 패브릭을 포함하는 필터를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적과 장점들은 제1 융점을 가지는 적어도 하나의 제1 융점의 단섬유와, 상기 제1 융점보다 높은 제2 융점을 가지며 상기 제1 융점의 단섬유와 동일한 형태 혹은 다른 형태로 이루어진 적어도 하나의 제2 융점의 단섬유로 제조되며 자기 유지를 하기에 충분히 뻣뻣하며, 형상을 유지할 능력을 가지고 있으며, 성형이 가능한 부직 펠트 패브릭을 제공함으로써 만족된다.

펠트 패브릭은 상기 제1 융점의 단섬유와 상기 제2 융점의 단섬유를 골고루 혼합하여 형성되는 단일 섬유층으로 생산되거나 적어도 하나의 상기 제1 융점의 단섬유층과 적어도 하나의 상기 제2 융점의 단섬유층을 교대로 포함하도록 생산될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 제1 융점의 단섬유는 용융 상태가 되도록 가열되어 상기 용융된 제1 융점의 단섬유는 상기 제2 융점의 단섬유와 엉키게 되고 이후 급속하게 냉각되어 고형화된다. 이렇게 함으로써 제1 융점의 단섬유와 제2 융점의 단섬유 사이에서의 맞물림을 강화할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 펠트 패브릭은 두 개의 제2 융점의 단섬유층과 이들 사이에 배열되는 하나의 제1 융점의 단섬유층을 포함한다.

상기 제1 융점의 단섬유는 115℃ 내지 130℃의 융점을 가질 수 있으며 상기 제2 융점의 단섬유는 180℃ 내지 230℃의 융점을 가질 수 있다.

상기 제1 융점의 단섬유와 상기 제2 융점의 단섬유 각각은 폴리에스터, 테릴렌, 폴리프로필렌, 나이론, 아크릴, 폴리아미드 섬유, 레이욘 섬유, 아크릴 섬유 (폴리아크릴로니트릴 섬유), 폴리에틸렌, 및 폴리비닐 클로라이드로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

본 발명의 펠트 패브릭은 50 내지 80HA까지의 쇼어 A 경도를 가질 수 있다.

펠트 패브릭은 주름이 잡힐 수 있다.

펠트 패브릭의 경도는 제1 융점의 단섬유의 양에 좌우된다. 본 발명에 따르면, 부직 펠트 패브릭은 상기 부직 펠트 패브릭의 전체 무게에서 약 20% 내지 50%, 바람직하기로는 30% 내지 40%의 상기 제1 융점의 단섬유와 상기 부직 펠트 패브릭의 전체 중량을 기준으로 하여 50% 내지 80%, 바람직하기로는 60 내지 70%의 상기 제2 융점의 단섬유를 포함한다.

바람직하기로는, 부직 펠트 패브릭은, 상기 제1 융점의 단섬유와 제2 융점의 단섬유의 패브릭 블랭크를 형성하는 단계; 상기 패브릭 블랭크를 상기 제1 융점의 단섬유의 융점보다 높지만 상기 제2 융점의 단섬유의 융점보다 낮은 온도에서 열처리를 거치게 하여, 상기 제1 융점의 단섬유는 용융상태가 되도록 가열되어 상기 제2 융점의 단섬유와 엉키게 되는 단계; 그리고 상기 패브릭 블랭크를 급속하게 냉각하는 단계;에 의해 생산된다.

펠트 패브릭은 150g/m² 내지 2,000g/m²의 중량 그램을 가진다.

펠트 패브릭은 니들 펀치 패브릭 또는 워터 젯 펀치 패블릭일 수 있다.

본 발명의 펠트 패브릭은 기체-고체 필터 또는 액체-고체 필터의 여과재의 재료로서 사용되기에 적합하다. 따라서, 본 발명은 필터의 여과재의 재료로서 사용되는 본 발명의 펠트 패브릭을 포함하고 여과재는 자기 유지가 되며 지지 구조가 필요 없는 필터를 더 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 필터는 여과재로서의 상기 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 원통을 가지는 카트리지 필터이며 상기 원통은 자기 유지된다.

바람직하기로는, 상기 원통은 주름진 형상이 되도록 주름진다. 필터는 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 엔드 캡들을 더 포함하고, 상기 엔드 캡들은 상기 주름진 원통의 단면 형상에 대응하는 표면 윤곽을 가지도록 성형된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 필터는 백 필터 형태이며 상기 부직 펠트 패브릭은 여과재로서의 백(bag)의 형상으로 성형되고, 상기 필터 백은 자기 유지되거나, 상기 부직 펠트 패브릭은 주름이 잡히고 여과재로서 백의 형상으로 말리며, 백의 두 개의 반대편은 본 발명의 기술 분야에서 기지의 방법에 따라, 예를 들면 접착체나 스트칭(stitching)에 의해 밀봉된다. 필터 백은 자기 유지된다.

본 발명의 추가적인 실시예에서, 필터는 제1필터 요소, 상기 제1필터 요소의 반대편에 있는 제2필터 요소, 그리고 중앙 관통홀을 가지며 상기 제1 및 제2필터 요소들 사이에 개재되는 지지 플레이트를 포함하고, 상기 제1 및 제2필터 요소들은 상기 부직 펠트 패브릭으로 성형되는 CGR 필터 플레이트의 형태이다.

상기 제1 및 제2필터 요소들 각각은, 몸체, 상기 몸체에 형성되는 연장 중심 코어, 그리고 상기 몸체의 가장자리에 형성되는 플랜지를 포함하고. 상기 연장 중심 코어와 상기 플랜지는 상기 몸체의 동일면에서 외측으로 돌출된다. 상기 몸체, 상기 연장 중심 코어, 그리고 상기 플랜지는 사기 부직 펠트 패브릭으로 일체로 성형된다. 상기 제1필터 요소의 상기 중심 코어는 이 중심 코어가 상기 지지 플레이트의 상기 중앙 관통홀을 편안하게 통과하도록 하는 형상과 치수를 가지고, 상기 제2필터 요소의 상기 중심 코어는 이 중심 코어가 상기 제1필터 요소의 상기 중심 코어를 편안하게 통과하여 맞물리도록 하는 형상과 치수를 가진다. 상기 제1 및 제2필터 요소들의 상기 플랜지들은 상기 지지 플레이트의 가장자리에 형성되는 홈 안에 편안하게 수용되도록 하는 형상과 크기를 가진다.

본 발명의 다른 실시예에서, 필터는 다수의 필터 구역들로 구성되는 회전 디스크 필터 타입이며, 각각의 필터 구역들은 상기 부직 펠트 패브릭으로 제조되는 제1여과벽, 상기 부직 펠트 패브릭으로 제조되며 상기 제1여과벽과 반대편에 있는 제2여과벽, 그리고 상기 제1 및 제2여과벽들 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2여과벽들을 통하여 흐르는 여과잭을 수용하는 여과실을 포함한다. 바람직하기로는, 상기 필터 구역은 상기 여과실 내에 수용되는 지지 플레이트를 더 포함하고, 상기 지지 플레이트는 상기 부직 펠트 패브릭으로 성형되며 상기 여과액이 필터 출구로 향하여 흐르도록 안내하는 다수의 통로들을 반지름 방향으로 형성하도록 윤곽을 가진다.

상기 제1 및 제2여과벽들은 서로 맞물려 폐쇄되는 상기 여과실을 형성하도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 서로 맞물려 디스크 필터를 형성하는 다수의 지지 구역들, 그리고 각각 상기 지지 구역들을 에워싸는 다수의 필터 백(bag)들을 포함하며, 상기 지지 구역들은 본 발명의 상기 부직 펠트 패브릭으로 성형되는 회전 디스크 필터에 관한 것이다. 상기 지지 구역은 상기 여과액이 필터 출구를 향하여 흐르도록 안내하는 다수의 통로들을 반지름 방향으로 형성하도록 하는 윤곽을 가진다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 1) 단일 섬유층을 얻기 위하여, 또는 적어도 하나의 제1 융점의 단섬유층과 교대로 배열되는 적어도 하나의 제2 융점의 단섬유층을 가지는 다수의 섬유들을 얻기 위하여, 적어도 하나의 제1 융점의 단섬유와 동일 또는 다른 형태의 적어도 하나의 제2 융점의 단섬유를 소정의 비율로 골고루 혼합하는 단계;

2) 상기 혼합된 섬유를 소모기에서 소모하는 단계;

3) 섬유 웹을 생산하도록 웹 제조기 안으로 소모된 섬유를 공급하는 단계;

4) 패브릭 블랭크를 형성하기 위하여 상기 섬유 웹을 성형 처리를 거치게 하는 단계;

5) 상기 제1 융점의 단섬유의 융점보다 높지만 상기 제2 융점의 단섬유의 융점보다 낮은 온도에서 상기 패브릭 블랭크를 가열하여 상기 제1 융점의 단섬유가 용융되는 반면 상기 제2 융점의 단섬유는 녹지 않은 상태로 남아 있는 단계; 그리고,

6) 상기 부직 펠트 패브릭을 얻기 위하여, 상기 가열된 패브릭 블랭크를 냉각하여 상기 용융된 제1 융점의 단섬유를 고형화하는 단계를 포함하는 부직포의 제조방법이 제공된다.

상기 가열 단계에서, 상기 제1 융점의 단섬유는 용융 상태가 되도록 용융되어 용융된 제1 융점의 단섬유는 상기 제2 융점의 단섬유 안으로 엉키게 되고, 상기 제2 융점의 단섬유는 여전히 녹지 않은 상태가 되어, 상기 패브릭 블랭크는 상기 용융된 제1 융점의 단섬유를 상기 녹지 않은 상태의 제2 융점의 단섬유 사이에 개재함으로써 구성된다.

상기 제1 융점의 단섬유는 115℃ 내지 130℃의 융점을 가지고 상기 제2 융점의 단섬유는 180℃ 내지 230℃의 융점을 가지며, 상기 가열 단계는 140℃ 내지 150℃ 사이의 온도에서 수행되고, 상기 냉각 단계는 10℃ 내지 18℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다.

상기 가열 단계는, 상기 패브릭 블랭크 내부의 상기 제1 융점의 단섬유가 더 잘 가열되게 하기 위하여, 상기 패브릭 블랭크의 상부 및 하부면에 수직하게 뜨거운 공기를 송풍하여 상기 뜨거운 공기가 상기 패브릭 블랭크를 통과하도록 하는 단계를 더 포함한다.

바람직하기로는 상기 냉각 단계는 하향으로 중력 또는 유압으로 가압하는, 예를 들어 200kg의 냉각 롤러를 상기 패브릭 블랭크에 적용하여 상기 냉각이 고속으로 이루어지게 하여, 상기 패브릭 블랭크가 매우 짧은 시간에 냉각되는 단계를 포함한다.

상기 부직 펠트 패브릭은 그 위에 주름을 형성하기 위하여 주름이 잡힌다.

4) 단계에서, 상기 성형처리는 니들 펀치, 워터 젯 펀치, 열 실링, 열 접합, 에어 레이드 공법, 습식처리, 및 스티치 본딩 중에서 선택될 수 있다.

도 1은 종래 기술에서 구할 수 있는 카트리지 필터의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 3층 구조를 가지는 부직 펠트 패브릭의 사시 단면도이다.
도 3은 주름이 만들어지는 도 1에 도시된 부직 펠트 패브릭의 사시 단면도이다.
도 4는 본 발명의 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 카트리지 필터의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 다른 카트리지 필터의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 백 필터의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 다른 백 필터의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 부직 펠트 패브릭과 일체로 구성되는 CGR 플레이트 필터(plate filter)의 지지판의 정면 입면도이다.
도 9는 본 발명의 부직 펠트 패브릭과 일체로 구성되는 CGR 플레이트 필터(plate filter)의 두 개의 필터 요소들의 정면 입면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 필터 요소들과 도 8에 도시된 지지판이 CGR 플레이트 필터 안으로 이미 조립된 상태를 보여주는 개략도이다.
도 11은 도 10에 도시된 조립이 완료된 후의 CGR 플레이트 필터의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 부직 펠트 패브릭과 일체로 형성되는 회전 디스크 필터에서 사용되는 지지판의 정면 입면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 지지판이 수용되고 본 발명의 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 두 개의 여과벽들을 서로 맞물리게 함으로써 형성되는 챔버의 측면도이다.

본 발명은 기본적으로 예를 들어 단섬유들을 사용하는 니들 펀치 방법(needle punch method)에 의해 생산되는 부직 펠트 패브릭에 관한 것이다. 펠트 패브릭은 우수한 경도와 강도를 보인다. 펠트 패브릭은 현저한 성형성을 가지며 가상으로 어떤 형상이나 구조로 성형되었을 때 그 형상을 유지할 수 있다. 니들 펀치 방법으로 생산되는 부직 펠트 패브릭은 니들 펀치된 펠트라 불리며 펠트는 일반적으로 양모나 플리스(fleeces)을 촘촘히 접합하여 형성되는 시트(sheet)를 일컫는다.

부직포의 구성 재료(constituent material)는 장섬유와 단섬유로 분류될 수 있다. 간단히 말하면, 장섬유는 생사(cocoon silk)와 같은 같은 실이며 단섬유는 플리스나 면과 같은 것이다. 장섬유는 연속된 단일 섬유이고 장섬유로 만든 직물은 200 내지 300 g/m²의 중량 그램을 가진다. "중량 그램"이라는 용어는 직물의 평방 미터당 그램의 중량을 가리키며 직물의 두께와 밀도의 측정은 섬유 분야에서 알려져 있는 중요한 기술적 지표이다.

단섬유는, 화학 장섬유 실을 절단 또는 연신 절단하여 생산되는 자연 섬유에 해당하는 길이의 섬유들 또는 단일 휘스커(single whiskers)나 아스베스토(asbestos) 같은 자연 섬유들로 생산되는 섬유들로 불리는 (일반적으로 35 내지 74mm의 길이인) 방적사(staple fiber)로 알려져 있다. 본 발명에서 사용되는 단섬유는 약 35 내지 150mm의 길이와 1.5 내지 8 데니어의 촘촘함을 가진다. 단섬유는 면, 울, 카펫, 및 중간 길이의 것들로 분류될 수 있다. 단섬유는 단독으로 방적되거나 자연 섬유나 다른 섬유와 다양한 비율로 실, 직물 또는 펠트로 혼합될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 니들 펀치된 펠트 직물은 150 내지 2,000 g/m²의 중량 그램을 가진다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 구성되는 우수한 강도를 가지는 단섬유 부직포의 구조의 개략도이다.

도 1 및 4는 종래 기술의 필터와 본 발명의 필터에 대하여 일정한 비율로 준비된 것이고 도 2와 3은 개략적으로 축척을 벗어나 준비된 본 발명의 펠트 패브릭의 단면도임에 주의해야 한다. 펠트 패브릭이 3층 구조를 가지고 있음을 도 2가 명확하게 도시하고 있지만, 사실 층 사이의 경계면은 그다지 뚜렷하지 않은데, 낮은 융점 섬유와 높은 융점 섬유는 서로 맞물릴 수 있고 서로 관통될 수 있기 때문이다. 명확하게 하기 위하여, 직물의 두께는 도 2와 3의 직물의 표면의 길이에 비하여 상대적으로 크지만 실질적인 두께는 1 내지 5mm가 될 수 있고 실제 길이는 1 내지 2미터가 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 펠트 패브릭은 낮은 융점의 단섬유와 높은 융점의 단섬유를 골고루 혼합함으로써 형성되는 단층의 섬유로 이루어질 수 있다. 특히, 낮은 융점의 단섬유와 높은 융점의 단섬유는 소정의 비율로 혼합 호퍼 내에서 골고루 혼합되고 혼합된 섬유는 소모되는 소모기로 이송된다. 이후, 소모된 섬유는 패브릭 블랭크(fabric blank)를 형성하도록 여러 단계의 니들 펀치 처리를 거치는 섬유 웹(fiber web)을 생산하는 웹 제조기 안으로 공급된다. 다음, 패브릭 블랭크는 패브릭 블랭크를 낮은 융점의 단섬유의 융점보다 높지만 높은 융점의 단섬유의 융점보다 낮은 온도(예를 들면, 140℃ 내지 150℃)에서 가열하여 낮은 융점의 단섬유는 녹는 반면 높은 융점의 단섬유는 녹지 않고 남는 단계; 그리고 가열된 패브릭 블랭크를 단시간(예를 들어, 5 내지 15초) 안에 10 내지 18℃의 온도까지 즉각적으로 냉각시킴과 동시에 중력으로 또는 유압으로 하향 가압되는 200kg의 냉각 롤러를 패브릭 블랭크에 적용하여 니들 펀치된 부직포를 얻도록 융융된 낮은 융점의 단섬유를 고형화하는 단계를 포함하는 고형화처리(solidification treatment)를 거치게 된다.

본 발명의 펠트 패브릭은 낮은 융점의 단섬유 층과 높은 융점의 단섬유 층이 교대로 배치되는 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 펠트 패브릭은 두 개의 높은 융점의 단섬유 층 사이에 개재되는 하나의 낮은 융점의 단섬유 층을 가지는 세 개의 층을 포함할 수 있다. 물론, 본 발명의 부직포는, 섬유의 각 층이 다른 융점을 가지며 각 층의 섬유의 양이 특정 적용 요건에 따라 결정되는 최종 생산품 내의 이러한 층의 두께에 따라 좌우되는, 더 많은 단섬유 층을 포함할 수 있다.

복수의 층을 가지는 펠트 패브릭을 생산하는 과정은 이하에서 설명되는 단일층의 펠트 패브릭을 생산하는 과정과 실질적으로 동일하다.

도 2에 도시된 펠트 패브릭은 상부 및 하부 섬유 층(1, 3)은 180℃보다 높은 융점, 예를 들어 190℃ 내지 230℃의 범위, 바람직하기로는 215℃ 내지 230℃의 범위 또는 그 이상의 융점을 가지는 높은 융점의 단섬유로 만들어지고, 중간층(2)은 115℃ 내지 130℃의 범위의 융점 또는 그 이하의 융점을 가지는 낮은 융점의 단섬유로 만들어지는 세 개의 단섬유층을 포함한다.

섬유층들(1, 2, 3)은 동일 또는 다른 형태의 단섬유로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 섬유층들(1, 2, 3)은 각각 130℃와 230℃의 융점을 가지는 텔릴렌으로 만들어질 수 있고, 또는 섬유층들(1, 2, 3)은 각각 130℃의 융점을 가지는 테릴렌과 1,930℃의 융점을 가지는 폴리프로필렌(PP)으로 만들어질 수 있다.

섬유층들(1, 2, 3)용으로 사용되는 단섬유의 종류(type)는 필터 내에 펠트 패브릭을 적용함으로써 결정될 수 있고 폴리에스터, 테릴렌, 폴리프로필렌, 나이론, 아크릴, 폴리아미드 섬유, 레이욘 섬유, 아크릴 섬유, 폴리에틸렌, 및 폴리비닐 클로라이드로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

본 발명은 낮은 융점의 섬유가 고형화될 수 있는 재료이고, 특히 녹이기 위해 가열된 후 고형화될 수 있어서 얻은 펠트 패브릭은 자기 유지 능력과 형상 유지 능력을 가지는 것이 특징이다. 본 발명의 펠트 패브릭은 실제 요구에 따라 다양한 형상으로 성형될 수 있으며 성형된 후 이러한 형상들을 지속적으로 유지하는 특징을 가진다.

이하 낮은 융점의 섬유층(2)의 용융 및 고형화를 설명한다. 세 개의 섬유층들(1, 2, 3)이 페브릭 블랭크를 성형하도록 니들 펀치된 후, 패브릭 블랭크는 낮은 융점의 단섬유의 융점보다 높지만 높은 융점의 단섬유의 융점보다 낮은 주어진 온도에서 가열되어, 낮은 융점의 단섬유는 높은 융점의 단섬유 속으로 엉키도록 용융된다. 이후, 패브릭 블랭크는 빠르게 냉각되어 용융된 낮은 융점의 단섬유는 고형화된다. 가열 단계에서, 섬유층(2) 내의 용융된 낮은 융점의 단섬유의 일부는 섬유층들(1, 3) 내부로 관통될 것이다. 낮은 융점의 단섬유는 상대적으로 높은 경도와 강성을 가지도록 고형화될 것이다. 본 발명의 펠트 패브릭의 A 쇼어 경도는 A 모델 쇼어 경도기로 측정되는 50 내지 80HA까지 올라간다. 매개변수 "경도"는 본 발명의 기술 분야에서 압축 변형의 정도 또는 재료의 절단 저항능력을 나타내는 물리적 측정치로 알려져 있다.

펠트 패브릭이 동일한 밀도를 가지는 경우, 페브릭의 경도는 패브릭 내에 함유되는 낮은 융점의 섬유의 양(proportion)에 좌우된다. 낮은 융점의 섬유의 양이 높으면 높을수록 패브릭의 경도는 높아진다. 본 발명에 따르면, 펠트 패브릭은 전체 펠트 패브릭의 중량에 기반하여 낮은 융점의 단섬유의 약 20% 내지 50%, 바람직하기로는 30% 내지 40%와 펠트 패브릭의 전체 중량에 기반하여 높은 융점의 단섬유의 약 50% 내지 80%, 바람직하기로는 60% 내지 70%를 포함한다.

본 발명의 펠트 패브릭은 높은 경도와 강성을 가지므로 자기 유지할 능력이 있으며, 홀로 서는 지지구조가 필요하지 않거나, 두 개의 받침점 위에 지지될 때 구부러지질 않을 것이다. 특히, 본 발명의 펠트 패브릭은 길이가 2미터나 되는 카트리지 필터의 필터 원통을 형성하도록 제조될 때 원통 형상을 유지할 수 있으며 수직하게 기립하거나 수평으로 누울 때 어떤 지지구조로 필요하지 않다. 따라서, 지지프레임은 본 발명의 패브릭으로 제조되는 필터 원통을 필터에 장착할 때 제거될 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 필터는 필터 원통을 장착하는 어떠한 지지프레임을 가지지 않는데 이는 패브릭(20)이 자기 유지하며 엔드 캡을 지지하기에 충분하기에도 때문이다. 종래 기술의 단섬유로 제조된 부직포 펠트 패브릭은 부드럽고 덜 뻣뻣하며 따라서 단독으로 기립할 수 없다.

본 발명의 펠트 패브릭은 예를 들어 패브릭에 주름이 잡힐 수 있게 하는 50 내지 80HA의 쇼어 A 경도의 우수한 경도를 보인다. 이는 본 발명의 니들 펀치된 펠트의 중요한 특징인데 현재 구입할 수 있는 펠트는 주름이 잡히지 않기 때문이다. 도 3은 여과 영역을 증가시키는 필터에 사용될 수 있으며 지지구조가 필요하지 않은 주름 잡힌 형상의 본 발명의 펠트를 도시한다.

본 발명에 따르면, 낮은 융점의 섬유층은 열에 의해 녹고 매우 짧은 시간에 고형화되므로 펠트 패브릭의 지지층으로서 역할을 할 수 있다. 높은 융점의 섬유층은 펠트 패브릭을 생산하는 동안 녹지 않은 상태로 남아 있고, 양호한 여과성, 투과성, 및 흡수성과 같은 기본적인 특성(instinct properties)을 유지함으로서, 필터의 여과재로서 기능할 수 있다.

본 발명의 펠트 패브릭의 다른 특징은, 패브릭이 가상의 어떤 형상이나 구조로 성형될 때, 그 형상을 유지할 수 있다는 것이다. 이러한 현저한 성형성 때문에, 본 발명의 펠트 패브릭은 많은 분야, 예를 들면 여과 장치의 넓은 응용 범위에서 찾을 수 있다. 펠프 패브릭은 이하에서 설명될 실체 요구에 따라 다른 형상의 다양한 여과 요소로 성형될 수 있다.

본 발명의 펠트 패브릭의 다른 특징은 패브릭이 높은 압축 강도를 가진다는 것이다. 주름조차 펠트 패브릭에 잡을 수 있고 이러한 주름들 역시 높은 압축 강도를 가진다. 주름 잡힌 펠트 패브릭의 압축 강도에 대하여 시험이 실시되었다. 특히, 주름 잡힌 펠트 패브릭은 24시간 동안 물 속에 담겨져 있었고 물에서 건져내어 평평한 면에 놓였으며, 2백만 톤 이상의 차량이 수 차례에 걸쳐 주름 잡힌 패브릭 위를 운행하였다. 주름 잡힌 펠트 패브릭은 주름 잡힌 형상을 유지하였고 지워지지 않는다는 결과가 밝혀졌다. 이는 본 발명의 펠트 패브릭이, 여과재의 재료로서 사용될 때 여과재의 치수 안정성을 유지할 수 있는, 주름 잡힌 형상에서도 우수한 충격 저항성과 압축 강도를 가지며 따라서 세척용 공기나 유체의 반복되는 진동(repeated pulsing)과 세척용 공기나 유체의 충격을 견딜 수 있다는 점을 시사한다.

일반적으로, 본 발명에 따른 펠트 패브릭의 중량 그램은 150 g/m² 내지 2,000 g/m²이다. 예를 들어, 500 g/m²의 중량 그램을 가지는 펠트 패브릭은 약 160 g/m²의 중량 그램을 가지는 낮은 융점의 섬유층(2)을 각각 약 170 g/m²의 중량 그램을 가지는 두 개의 높은 융점의 섬유층들(1, 3) 사이에 개재함으로서 생산될 수 있다. 상부 및 하부층들(1, 3)은 중간층(2)에 비하여 상대적으로 부드러우며 집진하는데 사용된다. 중간층(2)은 상대적으로 단단하며 펠트 패브릭 내에서 지지하는 역할을 할 수 있다. 세 개 층들(1, 2, 3)은 니들 펀치나 워터 젯 펀치 등과 같이 본 발명의 기술 분야에서 알려진 임의의 방법으로 서로 맞물릴 수 있다. 동일한 중량 그램을 가지는 패브릭은 다른 밀도의 패브릭을 생산할 수 있다는 사실을 당업자는 당연히 알 수 있을 것이다.

더욱이, 결정핵제(crystalline nucleus agents), 광택제거제, 색소, 살균제, 항균제, 내연제, 친수성 약제(hydrophilic agents) 등은, 패브릭의 성능을 향상시키고 특정한 이용(particular applications)을 만족시키기 위하여, 본 발명의 펠트 패브릭에 첨가될 수 있다. 패턴이나 문양(graphics)은 예를 들어 엠보싱 롤러에 의해 펠트 패브릭에 인쇄될 수 있다.

본 발명의 펠트 패브릭을 생산하는 방법은 이하에서 설명된다. 일반적으로, 펠트 패브릭을 생산하는 방법은 패브릭 블랭크를 형성하는 단계와 패브릭 블랭크를 처리하는 단계를 포함한다.

패브릭 블랭크를 형성하는 단계는 면과 같은 단섬유를 소모기 안으로 투입하고 섬유 웹을 생산하는 웹 제조기 안으로 공급되는 단계를 포함한다. 섬유 웹은 골고루 혼합된 낮은 융점 및 높은 융점의 섬유들의 단일층을 포함하거나 낮은 융점의 섬유층과 높은 융점의 섬유층이 교대로 겹쳐지는 (예를 들어 둘, 셋, 또는 그 이상의) 다수의 섬유층을 포함할 수 있다. 다음, 섬유 웹은 다음 단계에서 사용하게 될 패브릭 블랭크를 형성하도록 니들 펀치 처리를 거치게 된다.

패브릭 블랭크를 처리하는 단계는 낮은 융점의 단섬유의 융점보다 높지만 높은 융점의 단섬유의 융점보다 낮은 온도에서 패브릭 블랭크를 오븐 내에서 가열하여 낮은 융점의 단섬유는 녹지만 높은 융점의 단섬유는 여전히 녹지 않은 상태를 유지하는 단계를 포함한다. 용융된 낮은 융점의 단섬유는 높은 융점의 단섬유 안으로 엉키게 될 것이므로, 용융된 낮은 융점의 단섬유가 녹지 않은 높은 융점의 단섬유들 사이에 정렬되는 구성이 패브릭 블랭크 내에 형성된다. 그러면, 가열된 패브릭 블랭크는 본 발명의 펠트 패브릭을 얻도록 용융된 낮은 융점의 단섬유를 고형화하는 냉각 처리를 거치게 된다.

바람직하게는, 높은 융점의 섬유는 180℃ 이상의 융점, 예를 들면, 190℃ 내지 230℃의 범위 내의, 바람직하게는 215℃ 내지 230℃의 범위 또는 그 이상의 융점을 가진다. 낮은 융점의 섬유는 115℃ 내지 130℃의 범위 또는 그 이하의 융점을 가진다. 이 경우, 가열 온도는 약 140℃ 내지 150℃의 범위 내에서 정해질 수 있고 냉각 온도는 약 10℃ 내지 15℃의 범위 내에서 정해질 수 있다.

가열처리는, 바람직하기로는, 패브릭 블랭크 내의 낮은 융점의 단섬유가 더욱 가열되게 하기 위하여, 뜨거운 공기의 경로가 패브릭 블랭크를 통할 수 있도록 패브릭 블랭크의 상부 및 하부면으로 수직하게 뜨거운 공기를 송풍하는 단계를 포함한다. 냉각 처리는, 바람직하기로는 매우 짧은 시간에 수행된다. 예를 들면, 200kg의 냉각 롤러가 (예를 들어, 더 큰 중량 그램을 가지는 펠트 패브릭에 대하여) 중력에 의해 또는 유압에 의해 패브릭 블랭크에 하향으로 가압하도록 인가되어 빠른 속도로 냉각될 수 있다. 이러한 방식으로, 패브릭 블랭크는 약 150℃에서 약 15℃까지 5초 내지 15 내에 패브릭을 치밀하게 하도록(밀도를 높이도록) 냉각될 수 있다.

원한다면, 얻은 펠트 패브릭은 도 3에 도시된 바와 같이 주름 잡힌 형상의 여과재를 형성하기 위하여 주름이 형성될 수 있다.

A 모델 쇼어 경도기는 본 발명의 펠트 패브릭의 경도를 측정하는데 사용된다. 펠트 패브릭의 경도는, 펠트 패브릭 자체를 지지하기에 충분하고 주름을 성형할 수 있는 50 내지 80HA까지임을 알 수 있다.

니들 펀치 방법 이외에도, 워터 젯 펀치, 열 접합, 에어 레이드 공법(air-laid), 습식 처리, 및 스티치 본딩(stitch-bonding) 등이 페브릭 블랭크를 형성하는데 사용될 수 있다.

워터 젯 펀치는 고압의 미세 물 유동이 하나 또는 그 이상의 섬유층으로 분출되어 섬유들이 서로 엉키게 되어 섬유 웹을 강화하는 공정이다.

열 접합은 섬유 또는 분말 형태의 열적 접합 강화 재료가 섬유 웹에 첨가되고 섬유 웹은 녹도록 가열되고 패브릭 안으로 고형화되도록 냉각되는 공정이다.

에어 레이드 공법은 털 섬유판이 단일 섬유 상태로 느신해지고 그 후 섬유는 웹을 모으고 형성하도록 에어 레이드되고, 섬유 웹은 패브릭 속으로 강화되는 공정이다.

습식 공정은 다양한 섬유 재료들이 물 속으로 단일 섬유의 상태로 느슨해지고 섬유 현탁액을 형성하도록 혼합되며, 현탁액은 웹 섬유가 웹을 형성하고 패브릭 속으로 강화되는 웹 제조기로 공급되는 공정이다.

니들 펀치 공법은 하나 또는 그 이상의 풀린(느슨한) 섬유 웹들이 바늘에 의해 적용되는 펀치 작용을 통하여 서로 엉키게 되어 패브릭을 형성하는 정도까지 강화되는 공정이다.

스티치 본딩 공법은 경편성 고리 구조가 부직포를 형성하기 위하여 섬유 웹, 사층(yarn layer), (플라스틱 필름이나 금속 호일과 같은) 비직물 재료, 또는 이들의 조합을 강화하는데 사용되는 공정이다.

상술한 방법들은 본 발명의 기술 분야에서 잘 알려진 것이며 따라서 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않는다.

본 발명의 부직 펠트 패브릭은 양호한 여과성, 투과성, 흡수성, 경도/강도, 성형성, 경량, 주름 성형성, 및 세척용 공기나 유체의 반복되는 진동 및/또는 세척용 공기나 유체에 의해 충격에 대한 저항성 등이 특징이며 따라서 여과재로서 사용되기에 적합하다.

도 4는 본 발명의 부직 펠트 패브릭으로 제조된 여과재를 가지는 카트리지 필터(100)를 도시한다. 특히, 부직 펠트 패브릭(20)은, 상기한 방법에 의해 생산된 후에, 그 위에 주름들(22)을 만들기 위해 주름 처리를 거칠 수 있으며, 이후 두 개의 엔드 캡들(24, 26)이 각각 장착되는 두 개의 개방 단부를 가지는 원통형을 형성하도록 말릴 수 있다. 엔드 캡들 중 하나는 필요한 경우 폐쇄될 수 있다. 상기한 샌드위치 구조를 가지는 펠트 패브릭이 원통형 여과재를 형성하도록 사용되는 경우, 높은 융점의 섬유층은 처리되는 가스나 유체와 직면한다. 본 실시예에서, 엔드 캡들(24, 26)은 스테인리스 강으로 제조되며 고리 형상을 가진다. 펠트 패브릭의 강도와 경도가 크기 때문에, 도 4의 필터는 펠트 패브릭(20)을 위한 지지 프레임이 필요하지 않다. 이렇게 되어 필터를 생산하는 재료비와 필터를 교체하는 운영비를 줄일 뿐 아니라 패브릭을 엔드 캡들에 간단하게 장착한다. 본 발명의 카트리지 필터는 기존의 카트리지 필터와 비교하여 비용을 상당히 줄일 수 있다. 본 발명의 펠트 패브릭에 형성된 주름들은 스펀본드 부직포에 하는 것처럼 정점에서 붕괴될 정도로 연약하지 않고, 따라서 원통형 여과재의 여과 영역을 유지할 수 있다. 주름들이 충분히 넓게 벌어진다면, 먼지가 연결되는 현상(the bridging of dust)은 줄어들 것이며 진동이 가해질 때 청소가 용이하게 된다.

개량된 카트리지 필터는 도 5에 도시되었다. 특히, 카트리지 필터(200)는 엔드 캡들(34, 36)이 본 발명의 펠트 패브릭으로 성형된다는 점에서 도 4에 도시된 카트리지 필터(100)와 다르다. 도시된 바와 같이, 엔드 캡들은, 각각 주름들의 정점과 일직선 상에 배열되는 돌부들(33)과 공동들(35)과 인접한 주름들 사이에 통로들(channels)을 형성하도록 엔드 캡들(34, 36)은 윤곽이 형성되도록 주름진 원통의 단면 구조에 해당하는 표면 윤곽(surface profile)을 가진다. 이러한 배열은 먼지를 원통형 여과재의 통로들과 엔드 캡들의 공동들을 따라 떨어뜨릴 수 있고 엔드 캡에 쌓이지 않도록 하여 엔드 캡들과 원통형 여과재를 세척하는 운영비를 더 절감할 수 있도록 할 것이다.

대안으로서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인과 아크릴 코팅이 패브릭의 평탄성을 증가시키기 위해 본 발명의 펠트 패브릭의 표면에 적용될 수 있다. 이는 또한 원통형 여과재에 부착된 먼지를 털어내고 세척하는데 유익하다.

도 6과 7은 본 발명의 두 개의 다른 백 필터들(bag filters)을 도시한다. 종래의 백 필터들은 일반적으로 연성의 필터 백(bag)과 백 외부에서 내부로 공정 가스가 흐름으로써 필터 백이 붕괴되는 것을 방지하는 필터 백 내의 바구니 형태의 지지 구조를 포함한다. 종래의 백 필터를 장착하기 위하여, 필터 백을 제자리에 원터치시키고 적절한 크기의 지지 구조가 지지를 위해 필터 백 안으로 투하될 필요가 있다. 이러한 설계는 필터 백을 설치하고 교체할 때 노동력이 집약된다.

도 6은 본 발명의 펠트 패브릭으로 제조된 여과재를 가지는 백 필터(300)이다. 도시된 바와 같이, 백 필터(300)은 본 발명의 펠트 패브릭으로 제조된 필터 백(42)을 포함한다. 특히, 본 발명의 펠트 패브릭은 주름들(44)을 형성하도록 주름지고 이후 필터 백(42)을 얻기 위하여 밀봉되는 반대측을 가지는 원통형상으로 말린다. 아니면 본 발명의 펠트 패브릭의 성형성은 펠프 패브릭을 주름진 형상으로 성형하는데 유리하게 작용하고 이후 성형된 펠트 패브릭은 필터 백(42)을 얻기 위해 밀봉되는 반대측을 가지는 원통형상으로 말린다. 필터 백(42)은 폐쇄 바닥, 필터 백을 고정하고 세척 가스가 흘러 나가게 하는 스냅 밴드 상단(46)을 가진다. 본 발명의 펠트 패브릭이 우수한 강성과 성형성을 발휘하고 어떠한 형상이나 구조로 성형될 때 그 형상을 유지할 수 있으므로, 본 발명의 백 필터(300)는 다른 어떤 지지 구조에 대한 요구도 배제할 수 있다. 다시 말하면, 이는 지지 구조를 생산하는 재료비와 필터를 교체하고 수리하는 운영비를 절감할 뿐 아니라 필터 백의 장착과 교체를 간단하게 만든다.

개량된 백 필터가 도 7에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 백 필터(400)는 폐쇄 단부와 개방 단부를 가지는 실린더를 포함하며, 이 때 실린더, 폐쇄 단부 및 개방 단부는 본 발명의 펠트 패브릭으로 일체로 성형된다. 본 발명의 펠트 패브릭이 우수항 강성과 성형성을 보이고 어떠한 형상이나 구조로 성형되었을 때 그 형상을 유지할 수 있으므로, 본 발명의 달성된 백 필터(400)는 높은 충격 저항성을 가질 수 있고 따라서 치수 안정성을 가질 수 있다.

도 8 내지 11은 본 발명의 펠트 패브릭으로 제조된 CGR 플레이트 필터를 도시한다. 종래의 CGR(코킹, 가스켓, 홈(Recessed)) 플레이트 필터는 지지플레이트와 지지 플레이트의 두 측면에 부착되는 두 개의 필터 천을 포함하며, 지지 플레이트는 그 둘레에 형성되는 무한 홈과 중앙 관통홀을 가지고 필터 천은 천의 둘레 가장자리 주위에 실(cord)로 바느질 된 것으로 이루어진다. 필터 천을 고정하기 위하여, 천을 일측으로부터 지지 플레이트의 중앙 관통홀을 통하여 공급하여 각 필터 천이 지지 플레이트의 표면 위로 늘어나게 되고 실을 가진 가장자리는 모세관 침윤 현상을 효과적으로 방지하기 위하여 지지 플레이트의 무한 홈 안으로 (예를 들면 망치질을 하여) 강제로 들어가게 할 필요가 있다. 종래의 CGR 플레이트 필터의 제조, 장착 및 교체는 천의 둘레 가장자리를 바느질하고 코킹하며, 지지 플레이트의 홈 안으로 실을 바느질하고 망치질 하고, 필터 천을 지지 플레이트의 중앙 관통홀을 통하여 공급한 후, 늘이고 시간이 소요되고 노동력이 집중되지만 비용을 크게 증가시키고 생산 사이클을 연장하기도 하는 모든 것들을 수반한다. 더욱이, 필터 천은 천이 지지 플레이트에 장착될 때 천을 사용할 수 없게 만들 수 있는 손상이 발생되기도 한다.

본 발명의 펠트 패브릭으로 제조된 CGR 플레이트 필터는 도 8 내지 11에 도시되어 있다. CGR 플레이트 필터(500)는 제1필터 요소(52), 제1필터 요소(52)에 반대편에 있는 제2필터 요소(54), 그리고 중앙 관통홀(57)을 가지며 제1 및 제2필터 요소들(52, 54) 사이에 배열되는 지지 플레이트(56)를 포함한다. 제1 및 제2필터 요소들(52, 54)과 지지 플레이트(56) 모두는 각각 본 발명의 펠트 패브릭으로 한 조각의 형태로 성형된다. 지지 플레이트(56)는 종래의 CGR 플레이트 필터의 플레이트와 실질적으로 구조상 동일하다. 제1 및 제2필터 요소들(52, 54) 각각은 필터 요소 몸체(51), 몸체(51)에 형성되는 연장 중심 코어(53), 그리고 몸체(51)의 가장자리에 형성되는 반원형 플랜지(55)를 포함한다. 연장 중심 코어(53)과 플랜지(55)는 몸체(51)의 동일면에서 외측으로 돌출된다. 그러나, 제2필터 요소(54)의 중심 코어는, 제2필터 요소(54)의 중심 코어가 편안하게 통과하고 제1필터 요소(52)의 중심 코어와 맞물리도록 제1필터 요소(52)의 중심 코어의 직경보다 약간 작은 직경을 가진다. 본 실시예에서, 필터 요소 몸체(51), 중심 코어(53), 그리고 반원형 플랜지(55)는 본 발명의 펠트 패브릭으로 하나의 조각으로 성형된다.

제1필터 요소(52)의 중심 코어는 이 중심 코어가 지지 플레이트(56)의 관통홀(57)을 편안하게 통과하도록 형상과 치수를 가지며 제2필터 요소(54)의 중심 코어는 이 중심 코어가 제1필터 요소(52)의 중심 코어를 편안하게 통과하여 맞물리도록 형상과 치수를 가진다. 제1 및 제2필터 요소들(52, 54)의 반원형 플랜지들은 각각 지지 플레이트(56)의 각 측면의 가장자리에 형성되는 환상형 홈(58) 내에 편안하게 수용되고 고정되도록 형상과 치수를 가진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 펠트 패브릭은 현저한 성형성은 물론이고 우수한 강성과 경도를 발휘하며, 펠트 패브릭으로 성형되는 제1필터 요소(52), 제2필터 요소(54), 그리고 지지 플레이트(56)는 각각의 형상들을 안정적으로 유지할 수 있다. GCR 플레이트 필터(500)을 조립하기 위하여, 제1 필터 요소(52)의 중심 코어(53)를 지지 플레이트(56)의 일측으로부터 관통홀(57)을 통과시키고, 반원형 플랜지(55)를 환형 홈(58) 내에 원터치시키고 수납하는 것으로 족하다. 그러면, 경통 목을 형성하도록 제2필터 요소(54)의 중심 코어가 제1필터 요소(52)의 중심 코어 내부에 맞물리는 방식으로, 제2필터 요소(54)의 중심 코어(53)는 지지 플레이트(56)의 타측으로부터 관통홀(57)과 제2필터 요소(52)의 중심 코어를 통과할 수 있다. 마찬가지로, 제2필터 요소(54)의 반원형 플랜지(55)는 지지 플레이트(56)의 타측의 환형 홈(58) 내에 원터치되고 수납된다. CGR 플레이트 필터(500)의 전체 조립 공정은 도 10과 11을 참조하여 이루어질 수 있다.

알 수 있듯이, CGR 플레이트 필터(500)은 필터 요소들을 플레이트의 형상에 맞게 형성하고 필터 요소들의 가장자리들을 장력에 의해 제 위치에 고정되는 홈에 원터치시킴으로써 코킹할 필요가 없어진다. CGR 플레이트 필터(500)는 필터 천을 공급하고 늘리는 공정을 제외시키기도 한다. 따라서, 필터를 구현하고, 조립하며, 교체하는 노동력 집중과 비용은 크게 줄어든다. 또한, 제1필터 요소와 제2필터 요소는 서로 독립적이어서 두 요소들 중 어느 하나라도 개별적으로 교체되거나 취급될 수 있다.

도 12 및 13은 본 발명의 펠트 패브릭으로 제조되는 회전 디스크 필터의 필터 구역을 도시한다. 디스크 필터가 일반적으로 철광석의 액체-고체 분리와 석탄 산업 등과 같은 무겁고 지저분한 분야에서 사용되고 맞물려 디스크을 형성하는 다수의 필터 구역들로 제조된다는 것은 본 발명의 기술분야에서는 잘 알려진 사실이다. 각 필터 구역은 필터 백(filter bag)과 필터 백을 지지하는 필터 백 내부에 마련되는 지지 플레이트를 포함한다. 여과된 액체를 필터 출구 쪽으로 흐르도록 안내하는 통로는 지지 플레이트에 형성된다. 그러나, 종래 기술의 디스크 필터의 지지 플레이트는 금속으로 제조되고 따라서 매우 무거워 필터 구역들을 장착하고, 유지하며, 운반하고 교체하는데 노동력을 집중하게 하였다.

본 발명의 펠트 패브릭은 가볍고, 높은 강성과 경도, 성형, 그리고 형상 유지력이라는 장점이 있으며, 이런 이유로 본 발명의 펠트 패브릭으로 성형되는 지지 플레이트는 현저하게 가벼운 무게를 실현하게 하지만 필터 백을 지지하기에 충분한 강성을 가진다. 더욱이, 본 발명의 지지 플레이트는 충분한 압축 강도를 제공하면서도 그 형상을 유지할 수 있다. 한편, 본 발명의 지지 플레이트는 도 12에 도시된 바와 같이, 여과된 액체가 필터 출구를 향하여 흐르도록 안내하는 다수의 통로들을 반지름 방향으로 형성하도록 성형될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 펠트 패브릭으로 성형된 지지 플레이트의 무게는 종래 기술에서 현재 사용되는 금속 지지 플레이트의 무게에 비하여 약 1/3 내지 1/4만큰 감소된다. 결국, 본 발명의 지지 플레이트를 구현함으로써 노동력 집중이 감소될 것이다.

본 발명에 따른 필터 구역의 변형하면, 본 발명의 펠트 패브릭은 제1여과벽(62), 제1여과벽(62)에 반대편에 위치되는 제2여과벽(64)으로 성형된다. 제1 및 제2여과벽들(62, 64)은 서로 맞물려 도 13에 도시된 바와 같이 제1 및 제2여과벽들을 통하여 흐르는 여과된 액체를 수용하는 여과실(66)을 형성한다. 본 실시예에서, 여과실(66) 안에 수용되는 도 12의 지지 플레이트(61)도, 여과된 액체를 필터 출구(65)를 향하여 흐르도록 안내하는 다수의 통로들(63)을 반지름 방향으로 형성하도록 윤곽을 가지는 본 발명의 펠트 패브릭으로 제조된다.

제1 및 제2여과벽들(62, 64)은 서로 맞물려 폐쇄된 여과실(66)을 형성하는 형상을 가진다. 도 13을 참조하면, 제1 및 제2여과벽들(62, 64)을 서로 맞물리게 하여 형성되는 폐쇄된 여과실의 예가 도시되어 있다. 제1 및 제2여과벽들(62, 64) 각각은 수직면(67), 그리고 각각 동일 면에서 수직면(67)의 상단 및 하단들에서 수평으로 연장되는 상부면(68)과 하부면(69)을 가진다. 제1여과벽(62)의 상부 및 하부면들(68, 69)과 제2여과벽(64)의 상부 및 하부면들(68, 69)은 꽉 끼도록 원터치 방식으로 서로 부착되도록 크기와 형상을 가지며 서로 분리되지 않을 것이다. 필터 구역을 조립하기 위하여, 지지 플레이트는 제1 및 제2여과벽들 사이에 개재되고 제1여과벽의 상부 및 하부면들과 제2여과벽의 상부 및 하부면들은 여과실을 형성하도록 서로 원터치된다.

본 명세서에서 설명된 실시예들은 부직 펠트 패브릭으로 제조되는 필터는 물론이고 부직 펠트 패브릭과 그 생산품을 예시하였으나, 이는 본 발명이 설명된 실시예에 한정되지 않는다는 것을 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 알 것이다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않고도 통상의 기술을 가진 자의 상식으로 다른 가능한 변형과 변경을 상상할 수 있지만 이러한 변형과 수정들은 본 발명의 보호 범위 안에 있는 것이다.

1, 2, 3: 섬유층 20: 패브릭
20: 부직 펠트 패브릭 22: 주름
24, 26: 엔드 캡 100: 카트리지 필터
34, 36: 엔드 캡 33: 돌부
35: 공동 200: 카트리지 필터
42: 필터 백 46: 스냅 밴드 상단
300, 400: 백 필터 500: CGR 플레이트 필터
52: 제1필터 요소 54: 제2필터 요소
57: 중앙 관통홀 56: 지지 플레이트
51: 필터 요소 몸체 53: 중심 코어
55: 플랜지 58: 환형 홈

Claims

제1 융점을 가지는 적어도 하나의 제1 융점의 단섬유와, 상기 제1 융점보다 높은 제2 융점을 가지며 상기 제1 융점의 단섬유와 동일한 형태 혹은 다른 형태로 이루어진 적어도 하나의 제2 융점의 단섬유로 제조되고, 자기 유지를 하기에 충분히 뻣뻣하며, 형상을 유지할 능력을 가지고 있고, 성형이 가능한 부직 펠트 패브릭.
제1항에 있어서,
상기 제1 융점의 단섬유와 상기 제2 융점의 단섬유를 골고루 혼합하여 형성되는 단일 섬유층으로 구성되는 부직 펠트 패브릭.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 제1 융점의 단섬유층과 적어도 하나의 상기 제2 융점의 단섬유층을 교대로 포함하는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 융점의 단섬유는 용융 상태가 되도록 가열되어 상기 용융된 제1 용융점의 단섬유는 상기 제2 융점의 단섬유와 엉키게 되고 이후 급속하게 냉각되어 고형화되는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 융점의 단섬유는 115℃ 내지 130℃의 융점을 가지며 상기 제2 융점의 단섬유는 180℃ 내지 230℃의 융점을 가지는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 융점의 단섬유와 상기 제2 융점의 단섬유 각각은 폴리에스터, 테릴렌(terylene), 폴리프로필렌, 나이론, 아크릴, 레이욘 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리에틸렌, 및 폴리비닐 클로라이드로 이루어진 그룹에서 선택되는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
50 내지 80HA까지의 쇼어 A 경도를 가지는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
주름이 잡힐 수 있는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직 펠트 패브릭은 상기 부직 펠트 패브릭의 전체 중량을 기준으로 하여 20% 내지 50%의 상기 제1 융점의 단섬유와 상기 부직 펠트 패브릭의 전체 중량을 기준으로 하여 50% 내지 80%의 상기 제2 융점의 단섬유를 포함하는 부직 펠트 패브릭.
제9항에 있어서,
상기 부직 펠트 패브릭은 상기 부직 펠트 패브릭의 전체 중량을 기준으로 하여 30% 내지 40%의 상기 제1 융점의 단섬유와 상기 부직 펠트 패브릭의 전체 중량을 기준으로 하여 60% 내지 70%의 상기 제2 융점의 단섬유를 포함하는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 융점의 단섬유와 제2 융점의 단섬유의 패브릭 블랭크를 형성하는 단계;
상기 패브릭 블랭크를 상기 제1 융점의 단섬유의 융점보다 높지만 상기 제2 융점의 단섬유의 융점보다 낮은 온도에서 열처리를 거치게 하여, 상기 제1 융점의 단섬유는 용융상태가 되도록 가열되어 상기 제2 융점의 단섬유와 엉키게 되는 단계; 그리고
상기 패브릭 블랭크를 급속하게 냉각하는 단계;에 의해 생산되는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직 펠트 패브릭은 150g/m² 내지 2,000g/m²의 그램 중량을 가지는 부직 펠트 패브릭.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직 펠트 패브릭은 니들 펀치 패브릭 또는 워터 젯 펀치 패블릭인 부직 펠트 패브릭.
여과재의 재료로서 사용되는 제1항의 부직 펠트 패브릭을 포함하는 필터.
제14항에 있어서,
여과재로서의 상기 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 원통을 가지는 카트리지 필터이며 상기 원통은 자기 유지되는 필터.
제15항에 있어서,
상기 원통은 주름진 형상이 되도록 주름지는 필터.
제16항에 있어서,
제1항의 상기 부직 펠트 패브릭으로 구성되는 엔드 캡들을 더 포함하고, 상기 엔드 캡들은 상기 주름진 원통의 단면 형상에 대응하는 표면 윤곽을 가지도록 성형되는 필터.
제14항에 있어서,
폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인과 아크릴 코팅 중 적어도 하나의 층이 상기 부직 펠트 패브릭의 표면에 적용되는 필터.
제14항에 있어서,
백 필터 형태이며, 상기 부직 펠트 패브릭은 여과재로서의 백(bag)의 형상으로 성형되고, 상기 필터 백은 자기 유지되는 필터.
제14항에 있어서,
백(bag)의 형태이며, 상기 부직 펠트 패브릭은 주름이 잡히고 여과재로서 백의 형상으로 말리며, 상기 필터 백은 자기 유지되는 필터.
제14항에 있어서,
제1필터 요소, 상기 제1필터 요소의 반대편에 있는 제2필터 요소, 그리고 중앙 관통홀을 가지며 상기 제1 및 제2필터 요소들 사이에 개재되는 지지 플레이트를 포함하고, 상기 제1 및 제2필터 요소들은 상기 부직 펠트 패브릭으로부터 성형되는 CGR 필터 플레이트의 형태인 필터.
제21항에 있어서,
상기 제1 및 제2필터 요소들 각각은,
몸체, 상기 몸체에 형성되는 연장 중심 코어, 그리고 상기 몸체의 가장자리에 형성되는 플랜지를 포함하고;
상기 연장 중심 코어와 상기 플랜지는 상기 몸체의 동일면에서 외측으로 돌출되며;
상기 몸체, 상기 연장 중심 코어, 그리고 상기 플랜지는 상기 부직 펠트 패브릭으로부터 일체로 성형되고;
상기 제1필터 요소의 상기 중심 코어는 이 중심 코어가 상기 지지 플레이트의 상기 중앙 관통홀을 편안하게 통과하도록 하는 형상과 치수를 가지고, 상기 제2필터 요소의 상기 중심 코어는 이 중심 코어가 상기 제1필터 요소의 상기 중심 코어를 편안하게 통과하여 맞물리도록 하는 형상과 치수를 가지고;
상기 제1 및 제2필터 요소들의 상기 플랜지들은 상기 지지 플레이트의 가장자리에 형성되는 홈 안에 편안하게 수용되도록 하는 형상과 크기를 가지는 필터.
제14항에 있어서,
다수의 필터 구역들로 구성되며, 각각의 필터 구역들은 상기 부직 펠트 패브릭으로 제조되는 제1여과벽, 상기 부직 펠트 패브릭으로 제조되며 상기 제1여과벽과 반대편에 있는 제2여과벽, 그리고 상기 제1 및 제2여과벽들 사이에 형성되어 상기 제1 및 제2여과벽들을 통하여 흐르는 여과액을 수용하는 여과실을 포함하는 필터.
제23항에 있어서,
상기 필터 구역은 상기 여과실 내에 수용되는 지지 플레이트를 더 포함하고, 상기 지지 플레이트는 상기 부직 펠트 패브릭으로부터 성형되며 상기 여과액이 필터 출구로 향하여 흐르도록 안내하는 다수의 통로들을 반지름 방향으로 형성하도록 윤곽을 가지는 필터.
제23항에 있어서,
상기 제1 및 제2여과벽들은 서로 맞물려 폐쇄되는 상기 여과실을 형성하도록 형성되는 필터.
서로 맞물려 디스크 필터를 형성하는 다수의 지지 구역들, 그리고 각각 상기 지지 구역들을 에워싸는 다수의 필터 백(bag)들을 포함하며, 상기 지지 구역들은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 상기 부직 펠트 패브릭으로부터 성형되는 회전 디스크 필터.
제26항에 있어서,
상기 지지 구역은 여과액이 필터 출구를 향하여 흐르도록 안내하는 다수의 통로들을 반지름 방향으로 형성하도록 하는 윤곽을 가지는 회전 디스크 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법으로서,
1) 단일 섬유층을 얻기 위하여, 또는 적어도 하나의 상기 제1 융점의 단섬유층과 적어도 하나의 상기 제2 융점의 단섬유층이 교대로 배열되는 다수의 섬유층을 얻기 위하여, 적어도 하나의 제1 융점의 단섬유와, 상기 제1 융점보다 높은 제2 융점을 가지며 상기 제1 융점의 단섬유와 동일한 형태 혹은 다른 형태로 이루어진 적어도 하나의 제2 융점의 단섬유를 소정의 비율로 골고루 혼합하는 단계;
2) 상기 혼합된 섬유를 소모기에서 소모하는 단계;
3) 섬유 웹을 생산하도록 웹 제조기 안으로 소모된 섬유를 공급하는 단계;
4) 패브릭 블랭크를 형성하기 위하여 상기 섬유 웹이 처리를 거치게 하는 단계;
5) 상기 제1 융점의 단섬유의 융점보다 높지만 상기 제2 융점의 단섬유의 융점보다 낮은 온도에서 상기 패브릭 블랭크를 가열하여 상기 제1 융점의 단섬유가 용융되는 반면 상기 제2 융점의 단섬유는 녹지 않은 상태로 남아 있는 단계; 및,
6) 상기 부직 펠트 패브릭을 얻기 위하여, 상기 가열된 패브릭 블랭크를 냉각하여 상기 용융된 제1 융점의 단섬유를 고형화하는 단계를 포함하는 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 가열 단계에서, 상기 제1 융점의 단섬유는 용융 상태가 되도록 용융되어 용융된 제1 융점의 단섬유는 상기 제2 융점의 단섬유 안으로 엉키게 되고, 상기 제2 융점의 단섬유는 여전히 녹지 않은 상태가 되어, 상기 패브릭 블랭크는 상기 용융된 제1 융점의 단섬유를 상기 녹지 않은 상태의 제2 융점의 단섬유 사이에 개재함으로써 구성되는 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 제1 융점의 단섬유는 115℃ 내지 130℃의 융점을 가지고, 상기 제2 융점의 단섬유는 180℃ 내지 230℃의 융점을 가지며, 상기 가열 단계는 140℃ 내지 150℃ 사이의 온도에서 수행되고, 상기 냉각 단계는 10℃ 내지 18℃ 사이의 온도에서 수행되는 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 가열 단계는, 상기 패브릭 블랭크 내부의 상기 제1 융점의 단섬유가 가열되게 하기 위하여, 상기 패브릭 블랭크의 상부 및 하부면에 수직하게 뜨거운 공기를 송풍하여 상기 뜨거운 공기가 상기 패브릭 블랭크를 통과하도록 하는 단계를 더 포함하는 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 냉각 단계는 하향으로 중력 또는 유압으로 가압하는 냉각 롤러를 상기 패브릭 블랭크에 적용하여 상기 냉각이 고속으로 이루어지게 하는 단계를 포함하는 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 부직 펠트 패브릭은 그 위에 주름을 형성하기 위하여 주름이 잡히는 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 성형처리는 니들 펀치, 워터 젯 펀치, 열 실링, 열 접합, 에어 레이드 공법, 습식처리, 및 스티치 본딩으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 부직 펠트 패브릭을 제조하는 방법.