KR100613869B1 - 금속섬유 얀, 이로부터 제조된 직물, 직물의 제조방법 및이의 용도 - Google Patents

Abstract

폭넓은 연소영역을 갖는 고다공성 표면 연소 버너용 멤브레인의 제조에 사용되는 금속섬유 얀(yarn), 이로 제조된 직물, 직물의 제조방법 및 제조된 직물로된 표면연소 버너용 멤브레인에 관한 것이다. 용융추출법으로 제조된 방향성이 무작위(random)한 금속섬유를 빗질하여 일방향성을 부여하여 한 가닥의 얀이 50~100개의 금속섬유로 이루어지며, 1g당 길이가 0.45-0.6m이고 꼬임율이 1-9turns/m인 금속섬유 얀, 상기 금속섬유 얀으로 제조된 직물 및 직물의 제조방법이 제공된다. 또한 이러한 직물은 표면연소 버너용 멤브레인으로 사용된다. 본 발명에 따른 멤브레인은 균일한 연소율, 폭 넓은 연소영역 및 고다공성을 나타낸다.

용융추출 금속섬유, 금속섬유 얀, 직물, 버너용 멤브레인, Fecralloy

Description

금속섬유 얀, 이로부터 제조된 직물, 직물의 제조방법 및 이의 용도{Metal Fiber Yarn, Fabric Prepared Thereof, Method for Preparing the Fabric and Use Thereof}

도 1 (a)는 용융추출법에 의해 제조된 금속섬유가 방향성이 무작위(random) 분포된 모양을 나타내는 사진이며,

(b)는 용융추출법으로 제조된 금속섬유의 횡단면을 나타내는 SEM 사진(배율 x200),

(c)는 용융추출법에 의해 제조된 금속섬유의 측표면을 나타내는 SEM 사진(배율 x600),

도 2는 용융추출법에 사용되는 장치의 개략도,

도 3은 종래의 기계가공법중 절삭법에 사용되는 장치의 개략도,

도 4는 종래의 기계가공법중 인발법을 설명하는 개략도,

도 5는 종래의 기계가공법으로 제조된 금속섬유의 측표면을 나타내는 SEM 사진(배율 x 500),

도 6은 종래의 절삭법으로 제조된 금속섬유의 횡단면을 나타내는 SEM 사진(배율 x 50),

도 7은 종래의 인발법으로 제조된 금속섬유의 단면을 나타내는 SEM 사진(배율 x 1000),

도 8은 본 발명에 의한 금속섬유 얀을 나타내는 도면,

도 9는 본 발명에 의한 금속섬유 얀을 직조하여 제조된 직물의 사진,

도 10 (a)는 본 발명에 따라 슬릿형 염공이 형성된 직물의 하부면을 나타내는 도면,

(b)는 본 발명에 따라 슬릿형 염공이 형성된 직물의 상부면을 나타내는 도면,

도 11은 본 발명에 의한 금속섬유 얀을 편직하여 제조된 직물의 사진,

도 12는 본 발명에 의한 연소 버너용 멤브레인에서 연소시 418kw/㎡의 발열량을 나타내는 화염사진이며,

도 13은 본 발명에 의한 연소 버너용 멤브레인에서 연소시 1063kw/㎡의 발열량을 나타내는 화염사진이다.

* 도면의 주요 부위에 대한 설명 *

1.... 보호관 2.... 금속섬유

A, A' .... 염공 3.... 경사

3‘.... 위사

본 발명은 금속섬유 얀(yarn), 이로 제조된 직물, 직물제조방법 및 이를 이용한 표면 연소 버너용 멤브레인에 관한 것이며, 보다 상세하게는 고다공성으로 폭넓은 연소영역을 나타내는 표면 연소 버너용 멤브레인 제조에 사용될 수 있는 금속섬유 얀(yarn), 이로 제조된 직물, 직물제조방법 및 표면연소 버너용 멤브레인에 관한 것이다.

일반적으로 표면 연소 버너는 다공성 금속섬유 멤브레인(메디아)으로 제조되어, 연료와 공기의 혼합가스가 다공성 금속섬유 멤브레인의 표면에서 연소된다. 이러한 표면 연소 버너에 사용되는 멤브레인은 1,000℃이상의 고온으로 가열되므로 내열성 있는 금속섬유 또는 세라믹 섬유를 이용하여 제조된다.

다공성 가스버너 멤브레인에 사용되는 금속섬유 및 이로 제조된 멤브레인에 관한 종래 기술로써, PCT/EP01/04197에는 중합체 혹은 천연섬유로 둘러싸인 기계가공되고 바인더로 결속된 금속섬유 번들로 된 얀 및 이를 포함하는 직물, 그리고 직물로 제조한 다음 직물에서 바인더, 중합체 및 천연섬유를 제거하여 가스 버너 멤브레인을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 PCT 특허에서와 같이 바인더, 중합체 혹은 천연섬유로 둘러싸서 얀을 제조하는 방법은 기계가공으로 제조된 금속섬유를 얀으로 제조할 때 주로 이용되는 방법이다. 도 3과 도 4에도시한 장치등을 이용한 기 계가공으로 제조된 금속섬유는 기계 가공 완료시 일정한 방향성을 갖는 금속섬유 다발로 제조되며, 미세하게 연신하는 공정(drafting)을 거쳐 원하는 직경의 금속섬유 다발로 형성하는 기술로써 공지되어 있다.

PCT/EP02/05062호에는 1-15%의 번들용적 및 10-80turns/m의 꼬임율(torsion rate)을 갖는 기계가공된 금속섬유 번들을 적어도 60중량% 포함하는 직물을 이용하여 제조된 버너 멤브레인이 개시되어 있다.

또한, PCT/EP96/03107호에는 기계가공으로 얻어진 직경이 15-150㎛인 금속필라멘트를 결합제를 이용하여 거의 평행하게 필라멘트 번들로 결합시키고, 결합된 번들을 제직, 직조 혹은 편조하여 제조된 직물 및 이러한 직물로된 가스버너용 멤브레인이 개시되어 있다.

그러나, 상기 PCT 출원의 경우, 미국특허 제4,930,199 및 제5,071,713호의 기계가공방법으로 제조되는 금속섬유 다발은 이미 일방향성이 부여되고 일정한 수의 금속섬유를 갖는 상태로 얻어지므로 섬유의 길이가 짧아지거나, 섬유 분포가 정렬되지 못하고, 불균일할 경우에는 다공성의 연소버너용 멤브레인으로 제작하기 어려운 문제가 있다.

이에 길이 분포가 불균일하거나 방향성이 무작위(랜덤)한 금속섬유를 이용하여 일정한 방향성을 가진 금속섬유 얀을 제조하기 위하여 예의 연구한 결과 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명의 목적은 고다공성 및 폭넓은 연소영역을 나타내는 표면연소 버너용 멤브레인에 사용되는 얀으로서, 섬유의 방향성이 랜덤하게 분포되어 있는 용융 추출된 금속섬유로부터 제조된 일방향성을 가지는 금속섬유 얀을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 금속섬유 얀으로부터 제조된 직물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속섬유 얀으로부터 직물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 균일한 연소율을 나타내는 고다공성 표면연소 버너용 멤브레인을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면,

도 2에 도시된 용융추출법에 사용되는 장치를 이용하여 도 1 (a)와 같이 방향성이 무작위(랜덤)하게 제조된 금속섬유를 빗질(combing)에 의해 일방향성을 부여하여 한 가닥의 얀이 50-100개의 금속섬유로 이루어지며, 1g당 길이가 0.45-0.6m이고, 꼬임율(torsion ratio)이 1-9 turns/m인 금속섬유 얀이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면,

상기 금속섬유 얀으로 제조된 직물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 견지에 의하면,

용융추출법으로 제조된 방향성이 무작위(랜덤)하게 분포되어 있는 금속섬유를 빗질(combing)하여 일방향성을 부여하는 단계 ;

상기 일방향성이 부여된 한가닥의 얀은 금속섬유 50-100개로 이루어지며, 1g당 길이가 0.45-0.6m이고 꼬임율이 1-9turns/m인 금속섬유 얀을 제조하는 단계; 및

상기 얀을 직물로 제조하는 단계;

를 포함하는 직물의 제조방법이 제공된다.

나아가 본 발명의 또 다른 견지에 의하면,

상기와 같은 직물로 된 폭넓은 연소율을 나타내는 고다공성 표면연소 버너 멤브레인이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 금속섬유 얀은 용융 추출법으로 제조되며, 직경이 20~70㎛, 그리고 섬유의 길이가 10~20cm인 금속섬유로부터 제조된다. 직경이 20㎛ 미만이면 빗질시 잘 끊어지므로 바람직하지 않으며, 70㎛을 초과하면 한가닥의 얀을 이루는 섬유의 개수가 적어 얀을 만들 수 없으므로 바람직하지 않다. 섬유길이가 10cm미만이면 길이가 짧아 얀을 제조하기 어려우므로 바람직하지 않으며, 용융추출 공정으로 직경이 20~70㎛인 금속섬유를 20cm를 초과하는 길이로 제조하기 어렵다.

용융추출법은 본 출원인의 미국특허 제 6,604,570호에 개시되어 있는 바에 따라 도 2에 도시한 장치를 사용하여, 직경이 12mm인 원형 봉(rod)재를 용융수단의 인덕션 코일 근처에 위치시켜 봉재의 말단을 용융시키고 이 부분을 1-100m/sec로 고속회전하는 디스크에 접촉시켜 순간적으로 직경이 20~70㎛인 금속섬유를 추출하는 방법이다. 이 때 추출된 금속섬유는 도 1(b)와 같이 단면이 반달형상이고 도 1(c)와 같이 측표면에는 높이가 1~5㎛인 다수의 돌기가 형성되어 있다. 용융추출법으로 얻어진 금속섬유는 표면에 형성되어 있는 미크론 수준 높이의 돌기로 인하여 얀의 제조시 금속섬유가 빠져나가는 현상이 방지될 수 있으므로 종래의 기계가공으로 제조된 금속섬유에 비하여 용이하게 얀으로 제조될 수 있다.

미세 금속섬유를 기계적으로 가공하여 제조하는 방법으로는 일반적으로 절삭법 및 인발법이 사용된다. 절삭법에서는 도 3과 같이 금속 시이트(sheet)를 코일(coil)형상으로 말고, 코일 형상의 옆면을 절삭하여 금속섬유를 얻는다. 인발법은 표면 처리된 다수의 와이어를 다발로 모아서 1차 인발하고 1차 인발된 와이어를 다시 보호 관(1)내에 도 4a같이 모은 다음에 도 4b에서와 같이 2차 인발하며, 이러한 인발을 필요한 횟수로 반복한 다음 마지막으로 도 4c에서와 같이 보호관을 녹여내어 금속섬유를 제조한다. 그러나, 이러한 기계적 가공법들은 용융점 이하의 온도에서 금속에 다수의 반복적인 기계공정을 가하여 미세섬유화하는 방법으로 용융추출법과는 제조방법이 기본적으로 상이하며 제조된 금속섬유 또한 도 5와 같이 표면에 돌기가 없이 매끄러운 형상을 갖는다.

본 발명의 금속섬유 제조에는 철-크롬-알루미늄계 합금을 기초로 하고, 0.05-0.5중량%, 바람직하게는 0.1~0.3중량%의 지르코늄(Zr)을 포함하는 개량된 퍼크랄로이(Fecralloy)가 사용된다. 지르코늄(Zr)을 상기 범위로 포함하는 퍼크랄로이(Fecralloy)가 사용된 직물을 멤브레인으로 사용하는 경우 우수한 산화수명을 나타내는 잇점이 있다. 상기 퍼크랄로이(Fecralloy) 합금은 일반적으로 알려져 있는 것으로, 예를들어, 철(Fe) 70-83중량%, 크롬(Cr) 18-27중량%, 알루미늄(Al) 3-7중량% 및 지르코늄(Zr) 0.05-0.5중량%로 조성되어 있다.

본 발명의 금속섬유 얀은 상기한 바와 같은 퍼크랄로이(Fecralloy) 합금으로 부터 용융추출법에 의해 얻어진 방향성이 무작위인 금속섬유로 부터 제조된다.

용융추출법으로 제조된 미세 금속섬유는 도 1 (a)와 같이 방향성 없이 무작위로 섞여 있으며, 이를 얀으로 제조하기 위해서는 일정한 방향성이 부여되어야 한다. 미세 금속섬유가 서로 평행하게 일방향으로 배열되도록 하기 위한 방향성은 무작위로 섞여 있는 금속섬유를 연속적으로 수차례 빗질(combing)함으로써 부여될 수 있다. 일방향성을 부여하는 공정은 한 가닥의 얀이 약 50-100개의 금속섬유로 이루어질 때까지 반복한다. 섬유가 50개 미만이면 한가닥의 얀을 형성하는 섬유의 수가 적으므로 서로 엉기게하여 얀을 형성하기 어렵고 100개를 초과하면 통기성이 저하되고 연소시 부하변동 폭이 좁아져 가스가 원활하게 분출되지 않는다. 이 때 금속섬유로는 상기한 바와 같이 직경이 20-70㎛ 그리고 섬유 길이가 10-20cm인 것이 사용된다.

또한, 얀은 1g당 길이가 0.45m-0.6m(0.45Nm-0.6Nm)이고, 1-9 turns/m의 꼬임율이 되도록 제조된다. 얀 1g당 길이가 0.45m미만이면 얀의 굵기가 굵어 다공성이 감소되어 바람직하지 않으며, 0.6m를 초과하면 얀의 굵기가 가늘어 연속적으로 일정한 굵기를 유지하기 어려운 문제가 있다.

또한 버너용 멤브레인으로 사용시 금속섬유 사이사이에서 가스연료가 용이하게 분출될 수 있는 범위 내에서 얀에서 금속 섬유가 빠져 나오지 않도록 단위 길이당 특정한 꼬임율이 부여된다. 즉, 꼬임율이 9turns/m을 초과하면 용융추출법으로 제조된 금속섬유 특성상 얀이 너무 빡빡해져 연료가스가 분출되기 어려우며, 1turn/m미만이면 금속섬유가 쉽게 빠져서 얀을 이루기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 금속섬유 얀은 1-9 turns/m의 꼬임율을 가지므로 금속섬유가 얀에서 빠 지지 않고 얀의 형상이 그대로 유지되므로 직물로 제조하기 쉽고, 각 섬유사이로는 연료가스가 용이하게 분출될 수 있으므로 연소효율이 우수한 고다공성 표면 연소 버너 멤브레인용 직물로 제조될 수 있다.

상기 용융추출법으로 제조된 금속섬유를 이용하여 빗질 공정으로 제조된 얀은 밀도 1.0-4.0kg/㎡인 직물로 제조되며, 제조된 직물은 다공성 표면 연소 버너용 멤브레인으로 사용된다.

직물의 밀도가 1.0kg/㎡미만이면 일정 굵기의 얀으로 간격이 넓은 직물이 제조되므로 기공의 크기가 커져 잘 연소되지 않는 문제가 있으며 4.0kg/㎡을 초과하면 얀들 사이의 간격이 너무 작아져 연료 가스가 분출되지 못해 연소가 일어나지 않음으로 바람직하지 않다. 밀도 1.0-4.0kg/㎡로 제조되는 직물은 0.5-2.5mm의 두께를 갖게 된다.

본 발명의 용융추출법으로 제조된 섬유에 방향성 및 꼬임을 부여하여 제조된 얀은 얀에서 섬유가 빠지지 않아 얀의 형태가 안정적으로 유지될 뿐만 아니라 얀 사이에 일정한 간격을 갖는 것으로 직물로 제조하여 연소율, 연소영역 및 다공성이 우수한 버너용 멤브레인으로 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용된 용어‘직물(fabric)'은 상기 본 발명의 얀을 이용하여 직조 혹 은 편조 방식으로 제조된 어떠한 직물을 포함하는 것으로 이해된다.

나아가, 본 발명의 일 구현에 의하면, 상기 직물은 위사와 경사가 실질적으로 수직으로 배치되고, 평행한 두 경사와 평행한 두 위사를 변으로 하는 염공이 직물의 양면에 형성된다.

염공은 직물의 하부 및 상부에서 다소 오목하게 들어간 부분을 말한다. 상기 염공은 가로:세로비가 10:1이하, 바람직하게는 1:1-10:1이하인 슬릿형으로 형성된다. 염공의 세로 길이에 대하여 가로 길이의 비가 10을 초과하면 하부 얀을 3~4개 가량을 거쳐 염공을 형성하여야 하므로 직물의 구조가 느슨해지는 문제가 있으며, 가로:세로비가 10:1이하로서 다공성이 문제시되지 않는 한, 어떠한 가로:세로비의 염공을 갖는 직물로 제조할 수 있다.

본 발명의 직물을 표면 연소 버너용 멤브레인으로 사용할 경우, 연료는 멤브레인 하부의 얀에 의해 형성된 슬릿형 염공 및 직물의 미세한 기공을 통해 멤브레인의 상부로 공급되어 상부의 슬릿형 염공에서 연소되므로 혼합가스가 더욱 균일하게 분포된다. 즉, 멤브레인의 하부에 공급된 연료가스는 멤브레인 하부의 얀을 중심으로 분할되면서 슬릿형 염공 및 직물의 미세한 기공 및 얀을 이루는 금속섬유 사이의 미세한 기공을 통하여 멤브레인 상부의 얀에 도달하게 되며, 이 때 멤브레인과 얀의 기공 및 멤브레인 상부의 슬릿형 염공으로 가스가 분출되어 연소되므로 연료가 보다 균일하게 배출 및 연소된다.

특히, 1-9turns/m의 낮은 꼬임율로 형성된 느슨한 금속섬유 사이사이에 형성되어 있는 기공을 통하여 연료가스가 미세하게 분출되므로, 소량의 연료가 공급되더라도 금속섬유 사이사이에서 가스의 유속이 증가되어 안정적으로 연소된다. 즉, 섬유와 섬유 사이의 미세한 기공은 미세한 슬릿형 염공으로 작용하여 고부하-저부하 전영역에 걸쳐 폭넓은 연소특성이 나타내어진다. 직물의 밀도가 1.0㎏/㎡~4.0㎏/㎡인 경우, 다공성은 70-95%이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서 원료로 사용된 금속섬유는 철(Fe), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 지르코늄(Zr) 성분으로된 퍼크랄로이(Fecralloy) 합금으로부터 용융추출법으로 제조된 도 1(a)와 같은 무방향성의 금속섬유로서 입경은 20~70㎛ 그리고 섬유길이는 10~20cm이며, 금속섬유의 단면 및 측표면은 각각 도 1 (b) 및 도 1(c)에 도시한 바와 같다. 용융추출법으로 제조된 금속섬유는 도 1 (b)의 사진으로 알 수 있는 바와 같이 반달형의 단면을 갖고 있고, 도 1 (c)의 사진과 같이 높이가 1-5㎛수준인 다수의 돌기가 형성된 측표면을 갖는다.

한편, 기계가공법으로 제조된 금속섬유의 측표면을 도 5에 나타내었으며 기계가공법으로 제조된 금속섬유의 측표면은 도 5의 사진에서와 같이 돌기가 없이 매끄러운 표면 형상을 나타낸다. 기계가공법중 절삭법으로 제조된 금속섬유의 횡단면은 도 6과 같으며, 인발법에 의한 금속섬유 제조도중 도 4(b)의 다수의 금속섬유를 포함하는 보호관(1)의 횡단면은 도 7에 도시한 바와 같다. 즉, 도 7에서와 같이 인발법으로 금속섬유 제조시 금속섬유는 도 7의 중앙에 진한 색으로 경계를 이루고 있는 다수의 보호관으로 둘러싸인 형태를 거쳐 제조된다.

본 발명의 용융추출법으로 얻어진 금속섬유는 도 1(c)의 사진에서와 같이 표면에 형성되어 있는 다수의 돌기로 인하여 금속섬유 얀에서 금속섬유가 빠져나가는 현상이 방지되어 별도의 바인더 및/또는 중합체를 사용하지 않고도 용이하게 얀으로 제조된다.

도 8에 본 발명의 금속섬유 얀을 도시하였다. 본 발명의 금속섬유 얀은 금속섬유(2)를 연속적으로 수차례 빗질하여 일정한 방향성을 부여하여 한 가닥의 얀에 50~100 가닥의 금속섬유(2)를 갖는 다발로 형성시킴으로써 제조된다. 금속섬유 얀은 1g당 길이가 0.45m-0.6m 그리고 1-9turn/m의 꼬임율을 갖는다. 상기 범위의 꼬임율을 갖는 본 발명의 금속섬유 얀(도 8)은 얀에서 금속섬유(2)가 빠지지 않고 얀의 형상이 유지되므로 직물로 용이하게 제조될 수 있다. 이로 제조된 직물을 연소버너용 멤브레인으로 사용시, 소량의 연료가 공급되더라도 금속섬유(2) 사이의 미세한 틈에서 가스의 유속이 증가되어 가스가 용이하게 분출되고 안정적으로 연소된다.

상기 도 8의 금속섬유 얀은 직조 혹은 편조하여 직물로 제조되며, 이는 다공성 표면연소 버너 멤브레인으로 사용된다. 특히 본 발명에 따라 직조방식으로 제조된 직물의 사진을 도 9에, 직조된 직물(멤브레인)의 하부 및 상부 표면을 각각 도 10(a) 및 도 10(b) 그리고 편조된 직물의 사진을 도 11에 나타내었다. 직물의 하부 및 상부 양면은 동일한 형태이나, 편의상 연료가스와 직접 닿는 부분을 하부(도 10(a))로, 그 반대면을 상부(도 10(b))로 구분하였다.

일예로서 직조로 제조된 본 발명의 직물은 도 10(a) 및 10(b)에 도시한 바와 같이, 하나의 금속섬유 얀을 경사(3) 및 위사(3‘)로 사용하여 실질적으로 경사와 위사가 서로 수직하게 직조함으로써 제조된다. 또한, 직조된 직물은 밀도가 1.0-4.0kg/㎡ 그리고 두께가 0.5-2.5mm이다.

직조시 평행한 두 경사와 평행한 두 위사를 변으로 하는 염공(A, A')이 형성되며, 염공은 가로:세로비가 10:1이하인 슬릿형으로 형성된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(실시예 1)

미국 특허 6,604,570호의 방법에 따라 도 2와 같은 장치를 사용하여 직경이 12mm인 원형봉(rod)재를 용융수단의 인덕션 코일 근처에 위치시켜 1,600℃로 가열하여 봉재의 말단을 용융시키고 이 부분을 20m/sec로 고속회전하는 디스크에 접촉시켜 순간적으로 직경이 50㎛인 금속섬유를 제조하였다. 제조된 금속섬유는 무방향성으로 무작위로 배열된 것으로 반달형상의 단면을 갖으며 길이는 약 10~18cm이었다. 상기 금속 섬유의 성분은 크롬 22중량%, 알루미늄 5.5중량%, 지르코늄 0.3중량% 그리고 잔부 철(Fe)이었다.

상기 무작위로 분포되어 있는 금속섬유를 연속적으로 100회 빗질하여 일 방향성을 부여하면서 80가닥이 될 때까지 빗질하여 금속섬유 얀을 제조하였다. 제조된 얀은 1g당 길이가 0.55m였으며, 약 8turn/m의 꼬임율이 부여되었다.

(실시예 2)

상기 실시예 1의 용융추출법으로 제조된 금속섬유로 제조된 얀을 직조하여 밀도 1.5kg/㎡ 그리고 두께 1.5mm인 도 9의 직물로 제조하였다. 상기 직물에는 도 10(a) 및 10 (b)에 도시한 바와 같은 가로:세로의 길이비가 5:1인 염공이 직물의 양면에 형성되었다. 또한, 직물에서 80가닥의 금속섬유로 이루어진 얀이 14개/inch(5.5개/cm)이 되도록하였으며, 제조된 직물의 기공율은 85%였다.

상기 직물에 연료가스와 공기를 혼합비를 각각 후술하는 λ값과 같이 변화시키면서 혼합가스를 투입하여 연소시켰다. 공기와 연료가스의 비율(λ; 공기/연료가스)을 1.05, 1.25, 1.42로 변화시키며 연소시켰을 때에는 418kW/㎡의 발열량을 그리고 공기와 연료가스의 비율(λ)을 1.03, 1.22, 1.41, 1.69로 변화시키며 연소시켰을 때에는 1,063kW/㎡의 발열량을 나타냈다. 이러한, 공기와 연료가스의 비율 변화에 따른 연소시의 화염사진을 각각 도 12와 도 13에 나타내었다. 본 발명에 의한 직물을 표면연소 버너용 멤브레인으로 사용하는 경우 최소 연소부하와 최고 연소부하가 1:2.5가 되는 넓은 연소 부하영역을 가지며, 적염(Radiation mode)과 청염(Transition mode) 모두 가능한 장점을 가지고 있음을 알 수 있었다.

예로서, 본 발명에 의한 연소 멤브레인의 연소 특성 분석결과 20,000kcal/h, 50,000kcal/h급 버너로 최소 200kW/㎡~2,000kW/㎡ 범위의 열량을 나타내며, 최소 발열량 대 최대 발열량의 비가 1:10인 폭넓은 연소 부하영역을 가지는 연소용 멤브레인 소재를 제조할 수 있었다. 버너의 열용량 (kcal/h) 및 부하용량 (kW/㎡)등은 버너를 이루는 부품으로 쉽게 조절할 수 있다.

(비교예 1)

미국특허 제 4,930,199에 개시되어 있는 절삭법으로 금속섬유를 제조하였다. 크롬 22중량%, 알루미늄 5.5중량%, 지르코늄 0.3중량% 그리고 잔부 철(Fe)로 구성된 두께 0.1mm의 금속판을 도 3에 도시한 바와 같이 회전가능한 주축의 바깥쪽면에 실린더형으로 감고 0.10mm/min의 커터(cutter)속도, 커터의 폭 20mm, 커터와 주축이 이 루는 페이스 각(face angle) γ을 32° 그리고 절삭속도 72m/min로 절삭하여 가로 50㎛, 세로 20㎛인 직사각형의 금속섬유를 얻었다. 그러나, 상기 미국특허 제 4,930,199의 절삭법으로 제조된 금속섬유는 길이 20㎝ 이상의 연속 섬유 다발로서 측면이 매끄러워 본 발명의 방법과 같은 낮은 꼬임율을 갖는 얀으로 제조할 수 없었다.

용융추출법으로 제조된 금속섬유를 사용하여 얀을 제조하는 경우에는 금속섬유 측표면에 형성되어 있는 다수의 돌기로 인하여 얀에서 금속섬유가 빠지지 않으나, 기계가공으로 제조된 금속섬유를 이용하는 경우에는 섬유표면이 매끄러워 얀에서 금속섬유가 쉽게 이탈하여 얀의 형태가 유지되지 않았다.

용융추출법으로 얻어진 무작위의 방향성을 가진 금속섬유는 표면에 형성되어 있는 다수의 돌기로 인하여 금속섬유 얀에서 금속섬유가 빠져나가는 현상이 방지되므로 용이하게 얀으로 제조될 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 제조된 얀을 이용하여 직조 또는 편조방식으로 직물로 제조할 수 있으며, 특히 직물의 하부 및 상부에 형성되는 직물의 공극, 및 일방향성과 특정 꼬임율을 갖는 금속섬유 얀 사이의 미세한 공극으로 인하여 버너에 멤브레인으로 사용시 멤브레인의 하부에서 공급된 연료가 멤브레인 상부로 균일하게 분출되므로 최소 발열량대 최대발열량의 비가 1:10인 폭넓은 연소 영역을 가지는 연소 멤브레인을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또 한, 본 발명의 멤브레인은 우수한 연소율 및 다공성을 나타낸다.

Claims (22)

1. 용융추출법으로 제조된 방향성이 무작위(random)인 금속섬유를 빗질(combing)하여 일방향성을 부여하므로써 한 가닥의 얀이 50~100개의 금속섬유로 이루어지며, 1g당 길이가 0.45-0.6m이고, 꼬임율(torsion rate)이 1~9 turns/m인 금속섬유 얀.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금속섬유는 직경이 20-70㎛이고, 섬유 길이가 10-20cm임을 특징으로 하는 금속섬유 얀.
3. 제 1항에 있어서, 상기 금속섬유는 지르코늄을 0.05-0.5중량% 포함하는 철-크롬-알루미늄계 합금으로 제조됨을 특징으로 하는 금속섬유 얀.
4. 제 3항에 있어서, 상기 금속섬유는 지르코늄을 0.1-0.3중량% 포함하는 철-크롬-알루미늄계 합금으로 제조됨을 특징으로 하는 금속섬유 얀.
5. 제 3항에 있어서, 상기 금속섬유는 철 70-83중량%, 크롬 18-27중량%, 알루미늄 3-7 중량% 및 지르코늄 0.05-0.5중량%로 이루어지는 철-크롬-알루미늄계 합금으로 제조됨을 특징으로 하는 금속섬유 얀.
6. 제 1항에 있어서, 용융추출법은 직경이 12mm인 원형 봉(rod)재를 용융수단의 인덕션 코일 근처에 위치시켜 봉재의 말단을 용융시키고 이 부분을 1-100m/sec로 고속회전하는 디스크에 접촉시켜 순간적으로 직경 20~70㎛의 금속섬유로 추출하여 얻는 것임을 특징으로 하는 금속섬유 얀.
7. 제 1항에 있어서, 금속섬유는 단면이 반달 형상이고 측표면에는 높이가 1-5㎛인 돌기를 가짐을 특징으로 하는 금속 섬유 얀.
8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 따른 금속 섬유 얀으로부터 제조된 직물.
9. 제 8항에 있어서, 직물은 밀도가 1.0-4.0kg/㎡임을 특징으로 하는 직물.
10. 제 8항에 있어서, 상기 직물은 직조 또는 편조방식으로 제조됨을 특징으로 하는 직물.
11. 제 8항에 있어서, 상기 직물은 기공율이 75-95%임을 특징으로 하는 직물.
12. 제 8항에 있어서, 상기 직물은 하부 및 상부에 각각 가로:세로비가 10:1이하인 슬릿형의 염공을 가짐을 특징으로 하는 직물.
13. 용융추출법으로 제조된 방향성이 무작위(랜덤)하게 분포되어 있는 금속섬유를 빗질(combing)하여 일방향성을 부여하는 단계;

    상기 일방향성이 부여된 한가닥의 얀은 금속섬유 50-100개로 이루어지며, 1g당 길이가 0.45-0.6m이고 꼬임율(torsion rate)이 1-9turns/m인 금속섬유 얀을 제조하는 단계; 및

    상기 얀을 직물로 제조하는 단계;

    를 포함하는 직물 제조방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 금속섬유는 직경이 20-70㎛이고, 섬유 길이가 10-20cm임을 특징으로 하는 직물의 제조방법.
15. 제 13항에 있어서, 상기 금속섬유는 지르코늄을 0.05-0.5중량% 포함하는 철-크롬-알루미늄계 합금으로 제조됨을 특징으로 하는 직물의 제조방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 금속섬유는 지르코늄을 0.1-0.3중량% 포함하는 철-크롬-알루미늄계 합금으로 제조됨을 특징으로 하는 직물의 제조방법.
17. 제 15항에 있어서, 상기 금속섬유는 철 70-83중량%, 크롬 18-27중량%, 알루미늄 3-7중량% 및 지르코늄 0.05-0.5중량%로 이루어지는 철-크롬-알루미늄계 합금으로 제조됨을 특징으로 하는 직물의 제조방법.
18. 제 13항에 있어서, 용융추출법은 직경이 12mm인 원형 봉(rod)재를 용융수단의 인덕션 코일 근처에 위치시켜 봉재의 말단을 용융시키고 이 부분을 1-100m/sec로 고속회전하는 디스크에 접촉시켜 순간적으로 직경 20～70㎛의 금속섬유로 추출하여 얻 는 것임을 특징으로 하는 직물의 제조방법.
19. 제 13항에 있어서, 금속섬유는 단면이 반달 형상이고 측표면에는 높이 1-5㎛인 돌기를 가짐을 특징으로 하는 직물의 제조방법.
20. 제 13항에 있어서, 상기 직물은 직조 또는 편조방식으로 제조됨을 특징으로 하는 직물의 제조방법.
21. 제 8항의 직물로된 표면 연소 버너용 멤브레인.
22. 제 9항 내지 12항에 따른 직물로된 표면 연소 버너용 멤브레인.

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