KR20180135757A - 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 - Google Patents

가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 Download PDF

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KR20180135757A KR1020170074434A KR20170074434A KR20180135757A KR 20180135757 A KR20180135757 A KR 20180135757A KR 1020170074434 A KR1020170074434 A KR 1020170074434A KR 20170074434 A KR20170074434 A KR 20170074434A KR 20180135757 A KR20180135757 A KR 20180135757A
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Abstract

본 발명은 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 관한 것으로, 본 발명은 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 에어 클리너에 내설되어 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 탄화수소 트랩용 습식 부직포 일면 상에 포집됨과 동시에, 차량의 주행시 엔진의 시동 상태에서 엔진 정지시 탄화수소 트랩용 습식 부직포 상에 포집된 탄화수소가 부압에 의해 엔진 측으로 회수되어 엔진 내에서 재연소될 수 있도록 하는 한편, 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
이를 위해 구성되는 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 에어 클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에 있어서, 기본 원료로 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제를 포함하는 한편, 상기 기본 원료와 첨가제를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거친 후, 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성되며, 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거친 후에 건조공정(S140)을 통해 건조시키고, 상기 건조공정(S140)을 거친 후 가열압축 성형시키는 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형되는 과정으로 이루어진다.

Description

가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포{Manufacturing method of wet-laid non-woven fabric for hydrocarbon trap of air cleaner and wet-laid non-woven fabric for hydrocarbon trap obtained thereby}
본 발명은 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 에어 클리너에 내설되어 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 탄화수소 트랩용 습식 부직포 일면 상에 포집됨과 동시에, 차량의 주행시 엔진의 시동 상태에서 엔진 정지시 탄화수소 트랩용 습식 부직포 상에 포집된 탄화수소가 부압에 의해 엔진 측으로 회수되어 엔진 내에서 재연소될 수 있도록 하는 한편, 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 한 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 연료와 공기가 각각 혼합 연소하면서 동력을 발생하게 된다.
다시 말하면, 자동차의 연료탱크에 저장되어 있는 연료가 각종 연료 공급장치를 통과하고, 외부로부터 유입된 공기와 혼합되어 엔진의 실린더로 분사됨과 동시에 엔진이 흡입, 압축, 폭발, 배기행정을 반복하면서 작동하게 되고 이에 따라 자동차가 동력을 얻게 되는 것이다.
상기와 같이 엔진을 운전하는 데는 일정량의 공기를 필요로 하며, 상기한 공기의 공급은 차량의 외부로부터 유입된다.
즉, 차량 외부의 공기가 에어 클리너 측으로 유입되며 상기 에어 클리너에 연결된 에어 인테이크 호스를 통해 흡기 매니폴드로 이동하여 엔진으로 공급되는 것이다.
이때, 상기 에어 클리너 내부에는 외부 공기 중에 포함된 먼지 및 이물질을 여과하는 에어 클리너 필터가 설치되어 상기 외부 공기 중에 포함된 먼지 및 이물질 등을 여과하여 엔진의 연소 작동에 필요한 공기를 공급하게 된다.
이러한 에어 클리너에는 상기 에어 인테이크 호스의 단부와 결합 가능하도록 유입구가 형성되며, 상기 에어 클리너의 내부에 디퓨저가 연결 설치된다.
한편, 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 유해가스 중 탄화수소가스는 대기 중으로 방출되어 대기 중의 오존과 화학반응 함으로서 광화학 스모그를 유발하는 대기 오염 물질중에 하나로서 공기 흡기 시스템(에어덕트, 에어 클리너, 공기 흡기 호스, 트로틀 바디)근처로 유출되어 동, 식물 및 인간에게 유해한 문제를 일으키며 대기오염 문제를 일으키는 심각한 유해가스로서 이를 흡착할 수 있는 장치를 필요로 했다.
다시 말하면, 상기와 같은 공기 흡기 시스템으로서, 에어 클리너(AIR CLEANER)에 장착되는 에어 클리너 필터는 차량의 내부로 공급되는 공기 중에 포함된 먼지 등의 이물질을 여과하는 역할을 한다.
그러나 종래의 에어 클리너에는 탄화수소 가스를 포집할 수 있는 별도의 필터가 존재하지 않으므로, 통상의 에어 클리너 필터만으로는 엔진 등에서 발생하는 증발가스 중에 포함된 탄화수소 가스를 포집할 수 없는 문제가 있었다.
다시 말하면, 상기와 같은 통상의 에어 클리너 필터만 내설된 종래의 에어 클리너로는 엔진 등의 잔여연료로부터 발생하는 증발가스 중에 포함된 탄화수소 가스를 포집하기 어려워 대기중으로 탄화수소 가스가 그대로 배출되는 문제가 있었다.
아울러, 최근 미국 등의 선진국에서는 자동차 배기 가스 배출에 관한 법률이 강화되면서 배기 가스 규제치에 만족하는 차량을 공급해야 할 필요성이 커지고 있는 실정이다.
특히 엔진의 시동 정지시 잔여연료로부터 증발하여 엔진이나 흡기계에 머물러 있다가 흡기계를 통해 대기중으로 방출되는 연료 증발 가스인 탄화수소(HC; hydrocarbon) 가스에 대한 규제가 강화되면서 탄화수소 가스 포집 장치를 장착한 차량의 의무 판매 대수가 점차 증가하고 있는 추세이다.
따라서 선진국으로의 차량 수출을 위해 흡기계에 효율이 좋은 탄화수소 가스 포집 장치를 장착해야 할 필요가 있다.
그러므로, 에어 클리너에 장착되는 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 필터체에 대한 연구 및 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허 제749608호 2007.08.08.등록.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 에어 클리너에 내설되어 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 탄화수소 트랩용 습식 부직포 일면 상에 포집됨과 동시에, 차량의 주행시 엔진의 시동 상태에서 엔진 정지시 탄화수소 트랩용 습식 부직포 상에 포집된 탄화수소가 부압에 의해 엔진 측으로 회수되어 엔진 내에서 재연소될 수 있도록 한 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 가솔린 엔진 에어 클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에 있어서, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제로 구성되는 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제로 구성되는 첨가제를 포함하고, 상기 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합하되, 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공되며, 활성탄의 메조 구조가 45~90% 범위의 구조로 이루어지는 한편, 상기 기본 원료와 첨가제를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거친 후, 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성되며, 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거친 후에 건조공정(S140)을 통해 건조시키고, 상기 건조공정(S140)을 거친 후 가열압축 성형시키는 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형된다.
여기서, 상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 상기 카본결합제 3~12중량%의 조성으로 이루어지는 한편, 상기 첨가제는 상기 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유 3~10중량%, 상기 발수제 0.2~1.0중량%, 상기 카본정착제 0.05~1.0중량%, 상기 탈수 촉진제 0.05~1.0중량%의 조성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 가열압축 공정(S150) 직전에 200 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께에서, 상기 가열압축 공정(S150)을 통해 200 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 가솔린 엔진 에어 클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 것으로, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제로 구성되는 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제로 구성되는 첨가제를 포함하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 있어서, 상기 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합하되, 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공되며, 활성탄의 메조 구조가 45~90% 범위의 구조로 이루어진다.
이때, 상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 상기 카본결합제 3~12중량%의 조성으로 이루어지며, 상기 첨가제는 상기 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유 3~10중량%, 상기 발수제 0.2~1.0중량%, 상기 카본정착제 0.05~1.0중량%, 상기 탈수 촉진제 0.05~1.0중량%의 조성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 가열압축 이전에 200 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께에서, 가열압축 후 200 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형되는 것이 양호하다.
본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제를 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 에어 클리너에 내설되어 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 탄화수소 트랩용 습식 부직포 일면 상에 포집됨과 동시에, 차량의 주행시 엔진의 시동 상태에서 엔진 정지시 탄화수소 트랩용 습식 부직포 상에 포집된 탄화수소가 부압에 의해 엔진 측으로 회수되어 엔진 내에서 재연소되도록 할 수 있다.
둘째, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제를 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조공정을 나타낸 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 에어 클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 습식 부직포에 대한 제조방법이다.
또한, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에 의해 제조된 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 에어 클리너에 내설되되, 에어 클리너의 하우징 상에 초음파 융착에 의해 고정설치됨이 바람직한 것이다.
여기서, 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제로 구성되는 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제로 구성되는 첨가제를 포함하는 한편, 상기와 같은 기본 원료와 첨가제를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거친 후, 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성되며, 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거친 후에 건조공정(S140)을 통해 건조시키고, 상기 건조공정(S140)을 거친 후 가열압축 성형시키는 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형되는 과정으로 이루어진다.
여기서, 상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%의 조성으로 상기 카본결합제 3~12중량%의 조성으로 이루어지는 한편, 상기 첨가제는 상기 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유 3~10중량%, 상기 발수제 0.2~1.0중량%, 상기 카본정착제 0.05~1.0중량%, 상기 탈수 촉진제 0.05~1.0중량%의 조성으로 이루어진다.
이때, 상기 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합된 것으로 제공됨이 바람직한 것이다.
상기와 같은 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합된 것으로 제공되되, 특히 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공되며, 활성탄의 구조가 45~90% 범위의 메조 구조로 제공됨이 더욱 바람직한 것이다.
즉, 활성탄 입도가 20㎛보다 작으면 습식부직포 현탁액에서 물을 제거하기 위한 와이어 석션 공정에서의 활성탄이 물과 함께 다량 빠져나가게 되며, 20㎛ 입도를 갖는 크기의 활성탄이 너무 많으면 석션 압력이 너무 높아지게 되므로 습식부직포를 제조할 수 없게 되는 것이다.
그리고 200㎛이상 입도의 활성탄이 하이드로 카본 트랩(HC TRAP)에 있을 경우, 엔진 에어클리너 내에 장착 후에 진동 발생시 200㎛이상 입도의 활성탄 입자가 엔진 속에 혼입될 경우에는 엔진에 악영향을 미칠 수 있는 것이다.
다시 말하면, 활성탄 중량이 적으면 부탄 흡착 용량이 낮으며, 너무 높을 경우 활성탄이 많아 엔진 에어클리너의 하우징에 대한 초음파 접착성이 떨어지고, 평판 또는 원형 형태의 엔진 에어클리너 하우징 구조로의 작업이 어려운 것이다.
또한, 펄프는 강한 수소 결합 때문에 여재 수분상태에서의 이송을 원활하게 하며, 평탄 형태의 펄프 구조로 미세 분말 활성탄을 많이 부착되게 하는 역할을 하는 것이다.
그리고 합성섬유의 주된 역할은 엔진 에어클리너의 초음파 융착을 원활하게 하는 것이다.
더욱이, 합성섬유는 10~30%의 조성으로 하지만 엔진 에어클리너의 재질이 폴리프로피렌/탈크를 주로 사용하기 때문에 합성섬유 중에서도 올레핀계가 더 융착성이 양호하며, 이에 따라 올레핀계의 합성섬유로 적용함이 바람직한 것이다.
또한, 활성탄 비표면적이 넓을수록 메조 구조가 높을수록 부탄 흡탈착 성능이 우수한 것이며, 비표면적이 좁고 메조 구조가 발달된 경우에는 활성탄 중량이 더 많이 소요되므로 이를 통한 제조방법은 유효성이 없는 것이다.
즉, 상기와 같이 분말 활성탄이 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합된 것으로 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공됨과 동시에 활성탄의 구조가 45~90% 범위의 메조 구조로 제공됨으로써 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 크기와 상관없이 전체적인 크기에 대하여 보다 효율적으로 포집될 수 있는 것이다.
다시 말하면, 엔진의 시동 정지 상태에서 발생하는 증발가스는 엔진의 시동 정지 후 연료 인젝터 주위에 남은 연료나 엔진의 연소실 및 연료 저장탱크 등의 연료로부터 생성되며, 이 증발가스에는 탄화수소 가스가 포함되는 것으로 이러한 탄화수소 가스로부터 상기 분말 활성탄이 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합된 것으로 제공되는 탄화수소 트랩용 습식 부직포를 통해 탄화수소의 크기와 상관없이 전체적인 크기에 대하여 보다 효율적으로 포집될 수 있는 것이다.
더욱이, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 압연 롤러를 통한 상기 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형하되, 상기 가열압축 공정(S150) 직전에 200 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께에서, 상기 가열압축 공정(S150)을 통해 200 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형되도록 하는 것이 바람직한 것이다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법은 어느 일면에 합성섬유로 제조된 건식 부직포 원단이 밀착되어 상기 가열압축공정(S150)을 통하여 시트 타입이나 롤 타입의 합성 부직포 원단으로 성형되도록 할 수도 있는 것이다.
다시 말하면, 전술한 바와 같은 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 어느 일면에 건식 부직포 원단이 밀착된 상태에서, 상기 가열압축공정(S150)을 통하여 시트 타입이나 롤 타입의 합성 부직포 원단으로 성형될 수도 있으며, 이러한 경우에는 에어 클리너에 내설되되 에어 클리너의 하우징 상에 초음파 융착에 의해 더욱 안정적으로 융착고정이 될 수 있게 된다.
한편, 전술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조되는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 가솔린 엔진 에어 클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 것으로, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제로 구성되는 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제로 구성되는 첨가제를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 상기 카본결합제 3~12중량%의 조성으로 이루어지는 한편, 상기 첨가제는 상기 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유 3~10중량%, 상기 발수제 0.2~1.0중량%, 상기 카본정착제 0.05~1.0중량%, 상기 탈수 촉진제 0.05~1.0중량%의 조성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합된 것으로 제공됨이 바람직하다.
아울러, 상기 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합하되, 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공되며, 활성탄의 구조가 45~90% 범위의 메조 구조로 것으로 제공됨이 더욱 바람직한 것이다.
이하에서 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에서, 분말 활성탄의 활성탄 성능시험(실험예 1), 서스펜션 공정(S110)에서 건조공정(S140)까지 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 활성탄 손실율을 검토한 시험(실험예 2) 및 서스펜션 공정(S110)에서 가열압축공정(S150)까지 최종적으로 제조공정이 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 부탄용량효율(BWC; butane working capacity efficiency)을 검토한 BWC 성능시험(실험예 3)을 단계별로 설명하기로 한다.
먼저, 분말 활성탄의 활성탄 성능시험(실험예 1)에 대하여 설명하면,
활성탄 성능시험은,
시험전 3시간 110℃에서 베이킹(baking), 시험용 표준 지그 사용, 활성탄 500㎖ 충진 상온상압(25℃±2℃, 1atm), 50±5% RH, N2 가스 250cc/min와 부탄가스(Butane Gas) 250cc/min으로 로딩(Loading)후 포화시까지 측정하고 최저질량(mass)까지 25.5L/min으로 퍼징(Purging)하였으며,
그 결과값은 표 1에서 보는 바와 같다.
구분 실험예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
비표면적(㎡/g) 2,393 2,100 1,800 1,500 1,100
메조 구조(%) 80 75.3 53 30.2 25.5
BWC Capacity mass
/Carbon mass
0.22 0.19 0.17 0.15 0.05
BWC 흡/탈착 efficiency(%) 93.79 89 84.3 74.71 64.6
상기와 같은 분말 활성탄의 활성탄 성능시험(실험예 1)을 참조하면,
활성탄 비표면적과 메조 구조가 높을수록 부탄(Butane) 가스의 흡착 성능이 높으며, 낮을수록 부탄(Butane) 가스의 흡착 성능이 저하됨을 알 수 있었다.
즉, 활성탄 1g당 부탄(Butane) 가스 포집 중량(g)이 높을수록 포집 성능이 우수한 것이다.
참고적으로, 가솔린 엔진 에어 클리너에 장착되어 차량 정지시에 흡착하고 운전시에 탈착해서 반영구적으로 차량의 폐차시까지 사용됨으로써 흡착 효율과 탈착 효율의 합이 99%에 가까운 것이 이상적이다.
그리고 흡, 탈착 성능이 낮으면 활성탄 내부에서 부탄(Butane) 가스를 포집하고 있어 완전히 탈착되지 않아 반영구적으로 사용하기 위해서는 완전히 부탄(Butane) 가스가 탈착되고 다시 흡착하는 것이 반복하는 탄화수소 트랩(HC, Hydrocabon Trap)에는 한계가 있는 것이다.
더욱이, 메조 구조 및 비표면적이 높을수록 부탄흡착 용량이 높아지며, 또한 흡,탈착성능이 동시에 높아진다.
또한, 자동차 엔진에어클리너 내에 부착하는 하이드로카본트랩(HC Trap) 자동차부품으로서 반영구적으로 사용해야 하기 때문에 흡착과 탈착을 지속적으로 하게 된다.
즉, 엔진이 정지하였을 때는 흡착을 하고 운전시에는 엔진 공기 유입으로 다시 엔진 속으로 부탄이 다시 빨려 들어가기 때문에 흡,탈착 효율이 100% 인 것이 가장 이상적이다. 하지만 활성탄 제조 및 구조상 100% 메조 구조를 가지고 활성탄은 불가능한 실정이다.
한편, 상기 서스펜션 공정(S110)에서 건조공정(S140)까지 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 활성탄 손실율을 검토한 시험(실험예 2)를 설명하면,
실험예 2는,
분말 활성탄 90㎛ 170g/㎡, 펄프 15g/㎡, 폴리프로필렌/폴리에텔렌(PP/PE) 공중합체 65g/㎡, PVA 15g/㎡, 발수제 1.3g/㎡, 카본 결합제 45g/㎡, 부직포 지지체 50g/㎡으로 상기와 같은 기본 원료와 첨가제를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거친 후, 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성되며, 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거친 후에 건조공정(S140)을 통해 건조하였고,
비교예 1, 2, 3은,
각기 기본원료를 포함하며, 일부 첨가제 중 카본 정착제 또는 탈수 촉진제로 실험예 2와 동일한 방법으로 제조하였으며,
그 결과값은 표 2에서 보는 바와 같다.
구분
실험예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
카본 정착제 0.6%+탈수촉진제 0.5% 카본 정착제 0%+
탈수촉진제 0%
카본 정착제
0.8%
탈수 촉진제
0.5%
탈수 시간(sec) 3.21 4.76 4.01 3.35
원단 중량(g/㎡) 275.6 222.2 240.1 268.4
손실 중량(g/㎡) 24.48 77.8 59.9 31.6
활성탄 손실율(%) 8.13 25.9 20 10.5
또한, 상기 서스펜션 공정(S110)에서 가열압축공정(S150)까지 최종적으로 제조공정이 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 부탄용량효율(BWC; butane working capacity efficiency)을 검토한 BWC 성능시험(실험예 3)을 설명하면,
실험예 3은,
실험예 2에 의해 제조된 방법으로 원단을 제조한 후에, 150℃~230℃로 30N/㎠ ~ 160N/㎠으로 가열압축 성형시키는 가열압축 공정(S150)을 거쳐 원단으로 성형되는 과정으로 원단을 제조하였고,
BWC(Butane Working Capacity) 성능 시험은,
시험전 강제순환 오븐에서 110±5℃에서 3시간 동안 시험용 표준 지그 사용, 원단 0.031㎡, 안정화 28.5±0.5 l/min으로 건조 청정 공기를 흡인하여, 질량변화일이 0.1g/10min미만일 때 종료, 로딩(loading)은 부탄 흡합기(부탄50%+질소50%) 시료를 176 ml/min으로 흡인하여, 질량 변화율이 0.01g/10min 미만일 때 종료/중량측정, 탈착(purging)은 42 l/min으로 건조 청정 공기를 흡인하여, 질량변화율이 0.01g/10min미만일 때 종류 및 중량 측정하고 3회 반복하여 평균값으로 하였으며,
그 결과값은 표 3에서 보는 바와 같다.
구분
실험예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
원단중량
500g/㎡
원단중량
500g/㎡
원단중량
550g/㎡
원단중량
550g/㎡
원단중량
193g/㎡
원단 두께(mm) 1.4 1.4 1.6 1.6 0.7
활성탄 중량(g/㎡) 340(68%) 340(68%) 340(61.8%) 300(54.5%) 125(65%)
비표면적(/g㎡) 2,393 1,500 2,393 2,393 2,393
메조 구조(%) 80 30.2 80 80 80
BWC(g) 3.01 1.4 2.92 2.42 1.2
앞서 설명한 서스펜션 공정(S110)에서 건조공정(S140)까지 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 활성탄 손실율을 검토한 시험(실험예 2) 및 상기와 같은 서스펜션 공정(S110)에서 가열압축공정(S150)까지 최종적으로 제조공정이 완료된 탄화수소 트랩용 습식 부직포 원단의 부탄용량효율(BWC; butane working capacity efficiency)을 검토한 BWC 성능시험(실험예 3)을 함께 참조하면,
분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위와 200 ~ 800g/㎡의 중량 범위로 서스펜션 공정(S110)에서 현탁액에서 물을 탈수하기 위하여 사용하였고, 이때 분말활성탄이기 때문에 탈수 시간이 길면 습식부직포 제조를 할 수 없으며, 건조 공정으로 이송되지 않고 이송하기 위해서는 서스펜션의 팬 용량을 키우거나 원단의 중량을 낮게 하여 제조할 수 있으나 그 제조에는 한계가 있는 것이다.
또한, 가솔린 엔진 에어 클리너에서 200㎛ 입자가 엔진 속으로 유입될 때에는 엔진이 손상될 수 있어 20~150㎛ 범위의 분말활성탄을 사용했다.
그리고 서스펜션공정(S110)에서의 메쉬(mesh) 망을 통해 물을 석션하는 공정은 보통 80mesh(177㎛) 사용해 카본 정착제를 사용하지 않으면 분말 활성탄이 물과 함께 빠져나와 분말 활성탄 손실율 높게 하여 제조원가를 상승시키고 미세 분말 활성탄 비율이 높아야 좁은 공간의 여과면적에서 활성탄 충진율을 높여 부탄(Butane) 가스 성능을 높일 수 있는 것이다.
또한, 가열 압축 공정(S150)은 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제 및 첨가제가 건조된 이후에 완전히 결합되지 않기 때문에 통상의 가솔린 엔진 유입 유량 2.8㎥/min이 사용가능하도록 하고, 아울러 가솔린 엔진 에어 클리너에 장착되어 원료가 탈착되지 않도록 하는 것이며, 두께가 두꺼우면 유로의 압력손실 높여 연비 소비를 상승시키기 때문에 가열 압축공정을 실시하여 두께를 최소화하는 것이다.
더욱이, 표 3과 같이 비표면적과 메조 구조의 비율이 놀을 수록 성능이 우수하며 또한 활성탄 함량 비율이 높을수록 성능이 높은 것이며, 실험예 3 및 비교 예 2와 같이 활성탄 함량이 동일하고 다른 펄프, 합성섬유, 기타 원료가 더 혼합되면 흡, 탈착 성능에 일정부분의 영향을 주게 되는 것이다.
한편, 상기와 같은 실험예 3은 한지 방식에 의한 것이면 탈수 시간과는 관련이 적으며, 기계식 방식의 연속라인에서는 석션의 한계가 있기 때문에 석션 용량을 키우면 가능한 것이다. 하지만 현실적으로 2겹을 각각 제조하여 결합하는 것이 현실적으로 가능한 것이다.
또한, 한지방식이나 기계식 방식이나 모두 두께는 다단프레스를 통하여 압착해야만 하는 것이다.
이러한 경우, 보통 최초의 두께에서 최소 1/2은 줄여야하고 기본적인 것은 석션 공정을 하여도 활성탄의 이탈 때문에 반드시 고온(150℃~260℃), 고압(30N/㎠ ~200N/㎠) 에서 압착해야 하는 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 의하면, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 가솔린 엔진 에어 클리너에 내설되어 차량의 정지시 엔진이 정지된 상태에서 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스에 내포된 탄화수소가 탄화수소 트랩용 습식 부직포 일면 상에 포집됨과 동시에, 차량의 주행시 엔진의 시동 상태에서 엔진 정지시 탄화수소 트랩용 습식 부직포 상에 포집된 탄화수소가 부압에 의해 엔진 측으로 회수되어 엔진 내에서 재연소되도록 할 수 있다.
아울러, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제의 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제의 첨가제로 조성되어 압축 공정을 통해 일정두께의 습식 부직포 원단으로 형성됨으로써 차량의 주행 또는 정지 시에 배출되는 증발가스 중 탄화수소를 포집하여 대기오염의 주범인 탄화수소의 외부 유출을 방지하고, 차량에 탑승한 탑승객이 탄화수소 가스에 의한 피해를 최소화할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (6)

  1. 가솔린 엔진 에어 클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법에 있어서,
    분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제로 구성되는 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제로 구성되는 첨가제를 포함하고, 상기 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합하되, 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공되며, 활성탄의 메조 구조가 45~90% 범위의 구조로 이루어지는 한편,
    상기 기본 원료와 첨가제를 현탁액으로 만드는 서스펜션 공정(S110)을 거친 후, 웹 포메이션 공정(S120)을 통해 웹 타입으로 형성되며, 웹 타입의 상태에서 수분배출공정(S130)을 거친 후에 건조공정(S140)을 통해 건조시키고, 상기 건조공정(S140)을 거친 후 가열압축 성형시키는 가열압축 공정(S150)을 거쳐 시트 타입이나 롤 타입의 원단으로 성형되는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 상기 카본결합제 3~12중량%의 조성으로 이루어지는 한편,
    상기 첨가제는 상기 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유 3~10중량%, 상기 발수제 0.2~1.0중량%, 상기 카본정착제 0.05~1.0중량%, 상기 탈수 촉진제 0.05~1.0중량%의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열압축 공정(S150) 직전에 200 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께에서, 상기 가열압축 공정(S150)을 통해 200 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형되는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포의 제조방법.
  4. 가솔린 엔진 에어 클리너에 내설되어, 차량의 정지 또는 주행 시에 엔진의 연소실이나 연료 저장탱크의 연료로부터 발생하는 증발가스 중 탄화수소를 포집하거나 포집된 탄화수소를 엔진 측으로 회수되도록 하여 재연소되도록 하는 것으로, 분말 활성탄, 펄프, 합성섬유, 카본결합제로 구성되는 기본 원료 및 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유, 발수제, 카본정착제, 탈수 촉진제로 구성되는 첨가제를 포함하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포에 있어서,
    상기 분말 활성탄은 입도 20㎛ ~ 150㎛ 범위로 혼합하되, 비표면적이 1g 당 1,000 ~ 3,000㎡/g의 비표면적 범위로 제공되며, 활성탄의 메조 구조가 45~90% 범위의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기본원료는 상기 분말 활성탄 45~80중량%, 상기 펄프 3~13중량%, 합성섬유 10~30중량%, 상기 카본결합제 3~12중량%의 조성으로 이루어지며, 상기 첨가제는 상기 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alchol) 섬유 3~10중량%, 상기 발수제 0.2~1.0중량%, 상기 카본정착제 0.05~1.0중량%, 상기 탈수 촉진제 0.05~1.0중량%의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포는 가열압축 이전에 200 ~ 800g/㎡의 중량, 2.2 ~ 3.6mm의 두께에서, 가열압축 후 200 ~ 800g/㎡의 중량, 0.6 ~ 1.8mm의 두께로 압착 성형되는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진 에어 클리너의 탄화수소 트랩용 습식 부직포.
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