KR20200030800A

KR20200030800A - 나노섬유를 포함한 난연성 섬유, 이의 제조방법, 나노섬유를 포함한 난연성 섬유로 제조된 필터 구조체

Info

Publication number: KR20200030800A
Application number: KR1020180109482A
Authority: KR
Inventors: 지준동; 안진혁; 김민혁
Original assignee: 주식회사 대창
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-03-23

Abstract

본 발명은 나노섬유를 포함한 난연성 섬유, 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치 및 이를 이용한 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법에 관한 것으로 저융점 원사를 포함하여 제조된 베이스 섬유부재를 가열하여 상기 베이스 섬유부재의 일면에서 저융점 원사를 적어도 일부분 용융시켜 용융된 부분에 상기 나노섬유 부재를 부착시킨 것으로 난연 베이스 섬유부재와 나노섬유 부재의 부착력을 증대시켜 내구성이 증대된다.

Description

나노섬유를 포함한 난연성 섬유, 이의 제조방법, 나노섬유를 포함한 난연성 섬유로 제조된 필터 구조체{FLAME RETARDANT FIBERS INCLUDING NANOFIBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND FILTER STRUCTURE MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 나노섬유를 포함한 난연성 섬유, 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치 및 이를 이용한 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법에 관한 것으로 더 상세하게는 난연 베이스 섬유부재와 전기 방사된 나노섬유 부재의 부착력을 증대시킨 나노섬유를 포함한 난연성 섬유, 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치 및 이를 이용한 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법에 관한 발명이다.

일반적으로 난연성 섬유는 불이 쉽게 붙지 않고, 불꽃을 멀리하면 잘 꺼질 수 있도록 제조된 섬유를 말한다.

난연성 섬유는 불이 붙어 화재사고가 발생될 수 있는 실내의 장소 즉, 실내에서 사용되는 커튼, 벽지, 카페트, 실내 장식용 천뿐만 아니라 자동차용 내장재 등에 사용되고 있다.

또한, 의류에 사용되는 특수원단에서도 투습 방수, 보온, 흡수성 등의 기능성을 부여함은 물론 개인의 안전을 위해 난연성을 추가로 부여하고 있는 실정이다.

또한, 가정용과 산업용으로 사용되는 공기 정화 필터의 경우에도 화재 사고 발생을 방지하기 위해 난연성을 부여하고 있다.

난연성 섬유는 난연제를 합성섬유 제조용 합성수지에 공중합하거나 블렌딩시킨후 이를 용융방사하여 합성 필라멘트를 제조하고, 제조된 합성 필라멘트로 직물을 제조하는 방법이 널리 사용되어 왔다.

근래에 들어 난연성 부직포 기재 상에 고내열 고분자 소재를 전기 방사하고 건조하여 나노섬유를 포함한 난연성 섬유를 제조하는 기술이 제안되고 있다.

종래의 난연성 부직포 기재 상에 고내열 고분자 소재를 전기 방사하는 경우 난연성 부직포 기재와 전기방사된 나노 섬유 사이에 접착력이 약해 이종의 섬유층이 사용 중 분리되는 불량이 빈번하게 발생되는 문제점이 있다.

본 발명과 관련된 선행특허로 한국특허공개 제2018-0023119호 '전기 방사를 통해 형성된 나노 섬유 멤브레인 레이어를 포함하는 난연성 투습 방수 니트 원단'이 제안된 바 있다.

한국특허공개 제2018-0023119호 '전기 방사를 통해 형성된 나노 섬유 멤브레인 레이어를 포함하는 난연성 투습 방수 니트 원단'은 접착제를 니트 원단에 도포하여 나노 섬유 멤브레인 레이어를 접착시키고 있다.

즉, 기재와 전기 방사된 나노 섬유 간의 부착력을 향상시키기 위해 한국특허공개 제2018-0023119호 '전기 방사를 통해 형성된 나노 섬유 멤브레인 레이어를 포함하는 난연성 투습 방수 니트 원단'은 접착제를 니트 원단에 도포해야 하므로 전착제에 의한 난연성이 저하되는 문제점이 있고, 접착제에 난연성을 부여하기 위해 별도의 과정을 거쳐야 하므로 제조 공정이 복잡해지고, 제조원가가 증대되는 문제점이 있었다.

한국특허공개 제2018-0023119호 '전기 방사를 통해 형성된 나노 섬유 멤브레인 레이어를 포함하는 난연성 투습 방수 니트 원단'(2018년 3월 7일 공개)

본 발명의 일 실시예는 난연 베이스 섬유부재에 포함된 저융점 원사를 용융시킨 후 경화시켜 전기 방사된 나노섬유 부재를 부착시킴으로써 난연 베이스 섬유부재와 나노섬유 부재의 부착력을 증대시킨 나노섬유를 포함한 난연성 섬유, 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치 및 이를 이용한 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 난연성 원사와 저융점 원사를 포함하는 베이스 섬유부재; 및 상기 베이스 섬유부재의 일면에 위치되며 120℃ 이상의 온도에서 용융되는 고내열 나노섬유 부재를 포함하며, 상기 베이스 섬유부재의 일면에는 저융점 원사가 용융된 후 경화되어 상기 나노섬유 부재를 부착시키는 용융 경화층이 위치되는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 상기 나노섬유 부재는 건조 시 포인트 가압 또는 면가압되어 상기 저융점 원사가 용융된 상기 베이스 섬유부재에 밀착될 수 있다.

본 발명에서 상기 난연성 원사는 PET(Polyethylene terphethalate) 섬유일 수 있다.

본 발명에서 상기 베이스 섬유부재는 난연성 섬유 60 ~ 80중량%, 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber) 20 ~ 40중량%로 혼합될 수 있다.

본 발명에서 상기 나노섬유 부재는 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르설폰(PES) 중의 하나 이상의 소재일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유로 제조된 필터 구조체를 제공한다.

본 발명에서 상기 필터는 절곡이 가능하여 별도의 지지체없이 자체 지지력으로 지지될 수 있다.

본 발명에서 상기 필터는 HEPA 또는 ULPA급인 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조될 수 있다.

본 발명에서 복수로 절곡된 상기 필터가 복수로 적층된 구조를 가질 수 있다.

본 발명에서 상기 필터는 알루미늄 또는 플라스틱 재질의 지지체를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 필터의 외측 둘레를 감싸며 목재 또는 절연재질로 마련된 필터 프레임을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유로 제조된 필터 구조체는 반도체라인, 클린룸에 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 난연성 원사와 저융점 원사를 포함하여 제조된 베이스 섬유부재를 준비하는 지지체 준비단계, 베이스 섬유부재의 일면에 전기 방사로 120℃ 이상의 온도(또는, 150℃ 이상의 온도)에서 용융되는 고내열성 나노섬유 부재를 적층시키는 전기방사 단계 및 전기방사된 상기 나노섬유 부재를 가열하여 건조시키는 건조단계를 포함하고, 상기 건조단계는 상기 베이스 섬유부재의 일면에서 저융점 원사를 적어도 일부분 용융시켜 용융된 부분에 상기 나노섬유 부재를 부착될 수 있도록 한 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 건조단계는 상기 나노섬유 부재를 포인트 가압 또는 면가압하여 상기 저융점 원사가 용융된 상기 베이스 섬유부재에 밀착시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 지지체 준비단계는 난연성 원사와 90℃ ~ 120℃ 이하에서 용융되는 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber)를 혼합하여 베이스 섬유부재를 제조하는 섬유 혼합과정, 상기 섬유 혼합과정으로 제조된 상기 베이스 섬유부재를 카딩하는 과정 및 카딩 처리된 상기 베이스 섬유부재를 복수로 적층한 후 니들 펀칭하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 지지체 준비단계는 난연성 섬유 60 ~ 80중량%와 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber) 20 ~ 40중량%가 혼합된 베이스 섬유부재를 준비할 수 있다.

본 발명에서 상기 건조단계는 건조 하우징 내로 상기 나노섬유 부재가 적층된 상기 베이스 섬유부재를 삽입하여 120℃ 이상 150℃ 이하에서 상기 베이스 섬유부재 및 상기 나노섬유 부재를 가열하여 전기방사된 상기 나노섬유 부재를 건조시킴과 동시에 상기 베이스 섬유부재 내 저융점 원사를 용융시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 압착시키는 과정은 상기 건조 하우징 내에 위치된 제1압착롤과 제2압착롤의 사이로 상기 베이스 섬유부재를 통과시키면서 상기 베이스 섬유부재와 상기 나노섬유 부재를 압착시키고, 상기 베이스 섬유부재의 일면에 용융된 부분에 상기 나노섬유 부재의 일부가 함침되게 할 수 있다.

본 발명에서 상기 건조단계 후에는 에어를 저융점 원사가 용융된 상기 베이스 섬유부재로 분사하여 용융된 저융점 원사를 경화시키는 경화단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 난연 베이스 섬유부재에 포함된 저융점 원사를 용융시킨 후 경화시켜 전기 방사된 나노섬유 부재를 부착시킴으로써 난연 베이스 섬유부재와 나노섬유 부재의 부착력을 증대시켜 내구성이 증대되는 효과가 있다.

본 발명은 전기 방사 공정에서 나노섬유 부재를 난연 베이스 섬유에 견고하게 부착시킴으로써 제조공정을 단순화하고, 제조 원가를 절감하며 생산성을 증대시키는 효과가 있다.

본 발명은 난연 섬유의 강성 및 내구성을 확보하여 장기간 안정적이고 균일한 난연 성능을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유로 제조된 필터 구조체의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치에 대한 일 실시예를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조방법을 도시한 공정도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 1은 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 1을 참고하면 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 일 실시예는 저융점 원사를 포함하는 베이스 섬유부재(10)를 포함한다.

베이스 섬유부재(10)는 90℃ ~ 120℃ 이하에서 용융되는 저융점 원사를 포함한다. 또한, 난연성 원사를 포함할 수 있다.

저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber)는 90℃ ~ 120℃ 이하에서 용융되는 공지의 저융점 원사로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

베이스 섬유부재(10)는 저융점 원사와 폴리에스테르계 섬유를 혼합한 혼합 섬유인 것을 일 예로 한다.

또한, 난연성 원사는 PET(Polyethylene terphethalate) 섬유인 것을 일 예로 한다.

PET 섬유는 적어도 160℃ 이상에서 용융되고 난연성을 가지는 것을 일 예로 한다.

또한, 베이스 섬유부재(10)는 PET(Polyethylene terphethalate) 섬유 60 ~ 80중량%, 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber) 20 ~ 40중량%로 혼합된 것을 일 예로 한다.

베이스 섬유부재(10)의 일면에는 전기 방사로 제조되는 나노섬유 부재(20)가 적층되어 위치된다.

베이스 섬유부재(10)는 일면에 위치되는 나노섬유 부재(20)의 지지체 역할을 하게 된다.

나노섬유 부재(20)는 고내열 고분자 폴리머이고, 일 예로 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르설폰(PES) 중의 하나 이상의 소재로 베이스 섬유부재(10) 상에 전기 방사되어 제조되는 것을 일 예로 한다.

그리고, 베이스 섬유부재(10)의 일면에는 나노섬유 부재(20)의 건조 시 저융점 원사가 용융된 후 경화되어 상기 나노섬유 부재(20)를 부착시키는 용융 경화층(11)이 위치된다.

나노섬유 부재(20)는 건조 시 포인트 가압 또는 면가압되어 상기 베이스 섬유부재에 밀착될 수 있다.

용융 경화층(11)은 베이스 섬유부재(10)의 일면에서 저융점 원사가 적어도 일부분 용융되되 나노섬유 부재(20)를 견고하게 부착시킬 수 있는 깊이까지 용융된 후 다시 경화되어 나노섬위 엡부재를 견고하게 부착시키게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 공기를 정화시키는 용도의 필터(20)를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단(21)으로 제조된 필터(20)는 절곡이 가능하여 별도의 지지체없이 자체 지지력으로 지지될 수 있다.

본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터(20)는 HEPA, ULPA급 필터이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체는 필터(20)가 절곡되며 복수로 적층된 구조를 가질 수 있고, 절곡되어 마주보는 필터(20)의 사이에는 세퍼레이터(25)가 더 위치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 기설계된 필터 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

이 뿐만 아니라, 도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체는 복수로 절곡된 필터(20)가 복수로 적층되되 서로 직교하는 방향으로 교대로 적층되어 위치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체는 필터를 지지하는 알루미늄 또는 플라스틱 재질의 지지체(22)를 더 포함하여 지지력을 더 강화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체는 필터(20)의 외측 둘레를 감싸며 목재, 금속, 및 절연재질 중 하나로 제조된 필터 프레임(23)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체는 반도체라인 또는 클린룸에 적용되는 필터일 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치에 대한 일 실시예를 도시한 개략도이다.

도 3을 참고하면 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치에 대한 일 실시예는 저융점 원사를 포함하여 제조된 베이스 섬유부재(10)의 일면에 전기 방사로 나노섬유 부재(20)를 적층시키는 전기 방사 채널부(100), 상기 전기 방사 채널부(100)에 전압을 인가하기 위한 전원 공급부(200) 및 전기 방사된 나노섬유 부재(20)를 건조시키는 건조부(300)를 포함한다.

건조부(300)는 베이스 섬유부재(10)의 일면에서 저융점 원사를 적어도 일부분 용융시켜 용융된 부분에 나노섬유 부재(20)를 부착될 수 있도록 한다.

전기 방사 채널부(100)는 베이스 섬유부재(10)의 일면에 전기 방사로 나노섬유 부재(20)를 적층시킨다.

전기 방사 채널부(100)는 고분자 방사용액을 토출하는 복수의 노즐이 위치된 노즐블럭(110), 노즐블럭(110)으로 방사용액을 공급하는 방사용액 공급부(120), 노즐블럭(110)과 이격되게 위치되고 전기 방사되는 웹을 포집하기 위한 컬렉터(130)를 포함한다.

또한, 전기 방사 채널부(100)는 노즐블럭(110)과 컬렉터(130) 사이에 위치되어 베이스 섬유부재(10) 상에 포집되는 나노섬유에 에어를 분사하는 에어 블로워(150)를 더 포함할 수 있다.

에어 블로워(150)는 베이스 섬유부재(10)의 폭방향에서 양 측에 각각 위치되어 전기 방사되는 나노 섬유에 에어를 분사하여 베이스 섬유부재(10) 상에 나노섬유가 고르게 포집될 수 있도록 한다.

전원 공급부(200)는 컬렉터(130) 상에 전압을 인가하여 노즐블럭(110)에서 토출되는 고분자 용액에 의해 생성되는 나노섬유가 컬렉터(130) 측으로 포집될 수 있도록 하여 컬렉터(130) 상에 위치되는 베이스 섬유부재(10)의 일면에 나노섬유 부재(20)가 적층될 수 있도록 한다.

전기 방사 채널부(100)는 노즐블럭(110)을 상, 하 이동시켜 노즐블럭(110)과 컬렉터(130) 사이의 간격을 조절하는 노즐 승하강기기(140)를 더 포함할 수 있다.

노즐 승하강기기(140)는 노즐블럭(110)과 컬렉터(130)의 거리를 조절하여 나노섬유 부재(20)의 직경을 조절할 수 있다.

방사용액 공급부(120)는 노즐블럭(110)과 연결되어 고분자 방사용액을 공급하는 공급 호스부를 포함하고, 공급 호스부는 노즐 승하강기기(140)에 의해 승하강되는 노즐블럭(110)의 높이 차이에 대응되는 여유길이를 가져 노즐 승하강기기(140)에 의해 노즐블럭(110)이 승하강되더라도 안정적으로 노즐블럭(110)으로 고분자 방사용액을 공급할 수 있다.

방사용액 공급부(120)는 노즐블럭(110)으로 고분자 방사용액을 공급하고, 고분자 방사용액은 고분자를 용매에 용해시킨 용액으로 전기 방사 시 고분자 방사용액의 고분자 농도에 따라 전기 방사 시 다른 굵기 즉, 다른 직경을 가지는 나노섬유를 방사하게 됨을 일 예로 한다.

고분자 방사용액에 포함되는 고분자는 고내열 고분자 폴리머이고, 일 예로 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르설폰(PES) 중의 하나 이상을 사용하는 것을 일 예로 한다.

또한, 용매는 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있고, 이외에도 고분자를 용해해시킬 수 있는 공지의 용매로 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

건조부(300)는 나노섬유 부재(20)를 포인트 가압 또는 면가압하여 저융점 원사가 용융된 베이스 섬유부재(10)에 밀착시킨다.

건조부(300)는 전기 방사 채널부(100)로 일면에 나노섬유 부재(20)가 적층된 베이스 섬유부재(10)가 내부로 삽입되고 삽입된 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)를 가열하는 건조 하우징(310), 건조 하우징(310) 내에 상, 하 이격되고 회전 가능하게 위치되며 회전되어 베이스 섬유부재(10)를 통과시켜 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)를 압착시키는 제1압착롤(320)과 제2압착롤(330)을 포함한다.

건조 하우징(310)은 내부의 온도를 90℃ 이상 120℃ 이하로 유지하여 베이스 섬유부재(10) 내에 포함된 저융점 원사를 용융시킴과 동시에 전기 방사된 나노섬유 부재(20)를 건조시키게 된다.

그리고, 제1압착롤(320)과 제2압착롤(330)은 건조 하우징(310) 내에서 베이스 섬유부재(10)의 저융점 원사가 용융된 상태에서 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)를 압착시켜 베이스 섬유부재(10)의 일면에 형성된 용융층에 나노섬유 부재(20)의 일부분이 함침되어 위치되도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단의 제조장치는 건조부(300)로 가열되고 압착되어 배출된 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)에 공기를 분사하여 용융된 저융점 원사를 경화시키는 에어분사부(400)를 더 포함할 수 있다.

에어분사부(400)는 건조 하우징(310)을 통과하여 용융된 상태에서 나노섬유 부재(20)가 압착된 베이스 섬유부재(10)의 일면을 공기를 분사하여 용융된 베이스 섬유부재(10)의 저융점 섬유를 다시 경화시켜 베이스 섬유부재(10)의 일면에 나노섬유 부재(20)가 견고하게 부착되는 용융 경화층(11)을 형성한다.

본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치는 베이스 섬유부재(10)의 일면에 전기 방사하기 전 베이스 섬유부재(10)를 빗질로 평탄화하는 카딩부(500)를 더 포함한다.

카딩부(500)는 혼타면 공정에서 어느 정도 개면 및 제진이 이루어진 베이스 섬유부재(10)를 한 올씩 분리될 때까지 빗질하고 협잡물, 단섬유, 넵(nep) 등을 제거하며, 섬유를 어느 정도 평행으로 간추려 평탄화한다.

또한, 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조장치는 베이스 섬유부재(10)의 일면에 전기 방사하기 전 카딩부(500)를 통해 평탄화된 베이스 섬유부재(10)를 복수로 적층한 후 복수로 적층된 베이스 섬유부재(10)를 니들 펀칭하는 니들 펀칭부(500)를 더 포함할 수 있다.

니들 펀칭부(500)는 다수의 바늘로 베이스 섬유부재(10)를 눌러 압착하는 것으로 공지의 니들 펀칭기기로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 필터 원단의 제조장치는 베이스 섬유부재(10)를 공급하는 지지 섬유 공급부(700), 베이스 섬유부재(10)를 이송시켜 전기 방사 채널부(100)와 건조부(300)를 통과하도록 하는 이송부(800)를 더 포함할 수 있다.

지지 섬유 공급부(800)는 카딩부(400), 니들 펀칭부(500)를 거쳐 준비된 베이스 섬유부재(10) 즉, 카딩처리된 후 복수로 적층되어 니들 펀칭된 베이스 섬유부재(10)를 공급한다.

지지 섬유 공급부(700)는 베이스 섬유부재(10)가 복수회 감겨 보관되는 베이스 섬유 권취릴부재(710)를 포함하고, 이송부(800)는 나노섬유 부재(20)가 일면에 적층된 베이스 섬유부재(10)를 감아 회수하는 회수릴부재(810), 베이스 섬유부재(10)의 하부를 받쳐 지지하고 회전되어 베이스 섬유부재(10)의 이송을 안내하는 이송 안내롤부재(820)를 포함하는 것을일 예로 한다.

베이스 섬유 권취릴부재(710)는 카딩부(500), 니들 펀칭부(500)를 거쳐 복수로 적층된 후 니들 펀칭된 베이스 섬유부재(10)를 감아 보관한다.

전기 방사 채널부(100), 건조부(300), 에어 분사부(400)는 베이스 섬유 권취릴부재(710)와 회수릴부재(810)의 사이에 위치되고, 베이스 섬유부재(10)는 베이스 섬유 권취릴부재(710)에서 풀려 회수릴부재(810)에 의해 감겨지면서 전기 방사 채널부(100), 건조부(300), 에어분사부(400)를 통과하게 된다.

이송부(800)는 베이스 섬유 권취릴부재(710)에 감겨진 베이스 섬유부재(10)를 풀어 이송시키면서 전기 방사 채널부(100), 건조부(300), 에어분사부(400)를 차례로 통과시킨 후 회수릴부재(810)로 감아 보관하는 것을 일 예로 한다.

즉, 이송부(800)는 베이스 섬유부재(10)를 전기 방사 채널부(100), 건조부(300)를 차례로 통과시켜 베이스 섬유부재(10)의 일면에 전기 방사로 나노섬유 부재(20)가 적층되어 나노섬유를 포함한 난연성 섬유가 제조되도록 한다.

제조 완료된 난연성 섬유는 건조부(300)에서 저융점 원사가 용융되고, 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)가 압착된 후 에어 분사부(400)로 용융된 저융점 원사가 다시 경화된 후 회수릴부재(810)에 감아 보관된다.

도 4는 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조방법을 도시한 공정도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면 본 발명에 따른 나노섬유를 포함한 난연성 섬유의 제조방법의 제조방의 일 실시예는 난연성 원사와 저융점 원사를 포함하여 제조된 베이스 섬유부재(10)를 준비하는 지지체 준비단계(S100), 베이스 섬유부재(10)의 일면에 전기 방사로 120℃ 이상의 온도(또는, 150℃ 이상의 온도) 에서 용융되는 고내열성 나노섬유 부재(20)를 적층시키는 전기방사 단계(S200) 및 전기방사된 나노섬유 부재(20)를 가열하여 건조시키는 건조단계(S300)를 포함한다.

지지체 준비단계(S100)는 폴리에스테르계 섬유와 90℃ ~ 150℃ 이하에서 용융되는 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber)를 혼합하여 베이스 섬유부재(10)를 제조하는 섬유 혼합과정(S110), 섬유 혼합과정으로 제조된 베이스 섬유부재(10)를 카딩하는 과정(S120), 카딩 처리된 베이스 섬유부재(10)를 니들 펀칭하는 과정(S130)을 포함한다.

섬유 혼합과정(S110)은 난연성 원사 60 ~ 80중량%, 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber) 20 ~ 40중량%를 혼합하여 베이스 섬유부재(10)를 제조하는 것을 일 예로 한다.

난연성 원사는 PET(Polyethylene terphethalate) 섬유인 것을 일 예로 한다.

또한, 베이스 섬유부재(10)를 카딩하는 과정(S120)은 베이스 섬유부재(10)를 한 올씩 분리될 때까지 빗질하고 협잡물, 단섬유, 넵(nep) 등을 제거하며, 섬유를 어느 정도 평행으로 간추려 평탄화한다.

또한, 베이스 섬유부재(10)를 니들 펀칭하는 과정(S130)은 카딩된 복수의 베이스 섬유부재(10)를 적층한 후 다수의 바늘로 베이스 섬유부재(10)를 눌러 압착하여 베이스 섬유부재(10)의 두께를 기설계된 두께로 형성하는 과정이다.

전기 방사단계(S200)는 고분자 용액을 노즐블럭(110)으로 전기 방사하여 나노섬유 부재(20)를 컬렉터(130)로 포집하여 컬렉터(130) 상에 위치되는 베이스 섬유부재(10) 상에 적층시킨다.

전기 방사단계(S200)에서 사용되는 고분자 용액의 실시예는 상기에서 언급한 바, 중복 기재로 생략함을 밝혀둔다.

그리고, 건조단계(S300)는 베이스 섬유부재(10)의 일면에서 저융점 원사를 적어도 일부분 용융시켜 용융된 부분에 나노섬유 부재(20)를 부착될 수 있도록 한다.

건조단계(S300)는 나노섬유 부재(20)를 포인트 가압 또는 면가압하여 상기 저융점 원사가 용융된 상기 베이스 섬유부재에 밀착시킨다.

더 상세하게 건조단계(S300)는 나노섬유 부재(20)가 적층된 베이스 섬유부재(10)를 가열하여 저융점 원사를 용융시키는 과정(S310), 저융점 원사가 용융된 상태에서 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)를 압착시키는 과정(S320)을 포함한다.

저융점 원사를 용융시키는 과정(S310)은 건조 하우징(310) 내로 나노섬유 부재(20)가 적층된 베이스 섬유부재(10)를 삽입하여 90℃ 이상 120℃ 이하에서 베이스 섬유부재(10) 및 나노섬유 부재(20)를 가열하여 전기방사된 나노섬유 부재(20)를 건조시킴과 아울러 베이스 섬유부재(10) 내 저융점 원사를 용융시킨다.

또한, 압착시키는 과정(S320)은 건조 하우징(310) 내에 위치된 제1압착롤(320)과 제2압착롤(330)의 사이로 베이스 섬유부재(10)를 통과시키면서 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)를 압착시키고, 베이스 섬유부재(10)의 일면에 용융된 부분에 나노섬유 부재(20)의 일부가 함침될 수 있도록 한다.

건조단계(S300) 후에는 에어를 저융점 원사가 용융된 베이스 섬유부재(10)로 분사하여 용융된 저융점 원사를 경화시키는 경화단계(S400)를 더 포함할 수 있다.

경화단계(S400)는 건조 하우징(310)에서 배출된 베이스 섬유부재(10)로 에어를 분사하여 빠르게 저융점 원사를 경화시켜 용융된 부분에 나노섬유 부재(20)가 견고하게 부착될 수 있도록 한다.

본 발명은 난연 베이스 섬유부재(10)에 포함된 저융점 원사를 용융시킨 후 경화시켜 전기 방사된 나노섬유 부재(20)를 부착시킴으로써 난연 베이스 섬유부재(10)와 나노섬유 부재(20)의 부착력을 증대시켜 내구성이 증대된다.

본 발명은 전기 방사 공정에서 나노섬유 부재(20)를 난연 베이스 섬유에 견고하게 부착시킴으로써 제조공정을 단순화하고, 제조 원가를 절감하며 생산성을 증대시킨다.

본 발명은 난연 섬유의 강성 및 내구성을 확보하여 장기간 안정적이고 균일한 난연 성능을 제공한다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 베이스 섬유부재
11 : 용융 경화층
20 : 나노섬유 부재
100 : 전기 방사 채널부
110 : 노즐블럭
120 : 방사용액 공급부
130 : 컬렉터
140 : 노즐 승하강기기
200 : 전원 공급부
300 : 건조부
310 : 건조 하우징
320 : 제1압착롤
330 : 제2압착롤
400 : 에어분사부
500 : 카딩부
600 : 니들 펀칭부
700 : 지지 섬유 공급부
710 : 베이스 섬유 권취릴부재
800 : 이송부
810 : 회수릴부재
820 : 이송 안내롤부재

Claims

난연성 원사와 저융점 원사를 포함하는 베이스 섬유부재; 및
상기 베이스 섬유부재의 일면에 위치되는 고내열 나노섬유 부재를 포함하며,
상기 베이스 섬유부재의 일면에는 상기 고내열 나노섬유 부재의 건조시 상기 저융점 원사가 용융된 후 경화되어 상기 나노섬유 부재가 부착되는 용융 경화층이 위치되는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 나노섬유 부재는 건조 시 포인트 가압 또는 면가압되어 상기 저융점 원사가 용융된 상기 베이스 섬유부재에 밀착되는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 난연성 원사는 PET(Polyethylene terphethalate) 섬유인 나노섬유를 포함한 난연성 섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스 섬유부재는 난연성 섬유 60 ~ 80중량%, 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber) 20 ~ 40중량%로 혼합되는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유.
청구항 1에 있어서,
상기 나노섬유 부재는 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르설폰(PES), 및 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 중의 하나 이상의 소재인 나노섬유를 포함한 난연성 섬유.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 나노섬유를 포함한 난연성 섬유로 제조된 필터를 포함하는 필터 구조체.
청구항 6에 있어서,
상기 필터는 별도의 지지체없이 자체 지지력으로 지지될 수 있는 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 필터 구조체.
청구항 6에 있어서,
상기 필터는 HEPA 또는 ULPA급인 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체.
청구항 6에 있어서,
복수로 절곡된 상기 필터가 복수로 적층된 구조를 가지는 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체.
청구항 6에 있어서,
상기 필터는 알루미늄 또는 플라스틱 재질의 지지체를 더 포함하는 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체.
청구항 6에 있어서,
상기 필터의 외측 둘레를 감싸며 목재, 금속, 및 절연재질 중 하나로 제조된 필터 프레임을 더 포함하는 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체.
청구항 6에 있어서,
반도체라인 또는 클린룸에 적용되는 나노섬유를 포함한 필터 원단으로 제조된 필터 구조체.
난연성 원사와 저융점 원사를 포함하여 제조된 베이스 섬유부재를 준비하는 지지체 준비단계;
상기 베이스 섬유부재의 일면에 전기 방사로 고내열성 나노섬유 부재를 적층시키는 전기방사 단계; 및
전기방사된 상기 나노섬유 부재를 가열하여 건조시키는 건조단계를 포함하고,
상기 건조단계는 상기 베이스 섬유부재의 일면에서 저융점 원사를 적어도 일부분 용융시켜 용융된 부분에 상기 나노섬유 부재를 부착될 수 있도록 한 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 건조단계는 상기 나노섬유 부재를 포인트 가압 또는 면가압하여 상기 저융점 원사가 용융된 상기 베이스 섬유부재에 밀착시키는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 지지체 준비단계는,
난연성 원사와 90℃ ~ 120℃ 이하에서 용융되는 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber)를 혼합하여 베이스 섬유부재를 제조하는 섬유 혼합과정;
상기 섬유 혼합과정으로 제조된 상기 베이스 섬유부재를 카딩하는 과정; 및
카딩 처리된 상기 베이스 섬유부재를 복수로 적층한 후 니들 펀칭하는 과정을 포함하는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.
청구항 15에 있어서,
상기 지지체 준비단계는 난연성 섬유 60 ~ 80중량%와 저융점 원사(LMF ; Low Melting Fiber) 20 ~ 40중량%가 혼합된 베이스 섬유부재를 준비하는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 나노섬유 부재는 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에스테르설폰(PES), 및 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 중의 하나 이상의 소재인 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.
청구항 18에 있어서,
상기 건조단계는 건조 하우징 내로 상기 나노섬유 부재가 적층된 상기 베이스 섬유부재를 삽입하여 90℃ 이상 120℃ 이하에서 상기 베이스 섬유부재 및 상기 나노섬유 부재를 가열하여 전기방사된 상기 나노섬유 부재를 건조시킴과 동시에 상기 베이스 섬유부재 내 저융점 원사를 용융시키는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 압착시키는 과정은 상기 건조 하우징 내에 위치된 제1압착롤과 제2압착롤의 사이로 상기 베이스 섬유부재를 통과시키면서 상기 베이스 섬유부재와 상기 나노섬유 부재를 압착시키고, 상기 베이스 섬유부재의 일면에 용융된 부분에 상기 나노섬유 부재의 일부가 함침되게 한 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 건조단계 후에는 에어를 저융점 원사가 용융된 상기 베이스 섬유부재로 분사하여 용융된 저융점 원사를 경화시키는 경화단계를 더 포함하는 나노섬유를 포함한 난연성 섬유 제조방법.