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KR20100093042A - 필터 매체 - Google Patents

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KR20100093042A
KR20100093042A KR1020107010424A KR20107010424A KR20100093042A KR 20100093042 A KR20100093042 A KR 20100093042A KR 1020107010424 A KR1020107010424 A KR 1020107010424A KR 20107010424 A KR20107010424 A KR 20107010424A KR 20100093042 A KR20100093042 A KR 20100093042A
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fabric
filter
staple fibers
basalt
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Application number
KR1020107010424A
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Inventor
미첼 굿슈에
귄테르 루오프
Original Assignee
엠게에프 구트쉐 운트 코. 게엠베하-베트리에브스-카게
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Priority claimed from DE102008014452.5A external-priority patent/DE102008014452C5/de
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Abstract

본 발명의 요지는 광물사로부터 제조된 직물(1)로 형성된 필터 매체이고, 직물(1)은 니들링에 의해 폴리머 스테이플 섬유(2)로 덮힌다. 본 발명에서 다공성 폴리테트라플루오르에틸렌으로부터 제조된 다이아프렘(3)이 필터 매체의 일 측부 이상에, 특히 필터 매체의 유입 측부 상에 도포되는 것이 제공된다.

Description

필터 매체{FILTER MEDIUM}
본 발명은 니들링(needling)에 의해 폴리머 스테이플 섬유(polymeric staple fibers)를 감싸진 광물사(mineral yarn)로 제조된 직물(woven fabric)로 구성된 필터 매체에 관한 것이다.
필터 매체는 예를 들면, 쓰레기 소각 장치(waste incineration plant), 시멘트 소성로(cement kiln) 및 석탄 로(coal furnace)와 같은 고온 가스 적용에서 공업 유체 스트림(fluid stream)의 여과작용을 위해 이용된다. 본 발명에 따른 필터 매체는 예를 들면, 소위 백-필터 시스템(bag-filter system)에서 이용될 수 있고, 필터 매체로 제조된 필터링 백이 지지 케이지에 장착된다(pulled over). 시간이 경과되면, 직물 필터 재료는 세척되어야 하고 필터에 쌓인 먼지 덩어리는 제거되어야한다.
매우 효율적인 세척 방법은 소위 "펄스-제트(pulse-jet)" 라고 하는 방법이며, 여기에서는 압축된 공기의 펄스에 의해 직물 필터 재료가 이동시켜, 그 결과 먼지 덩어리가 필터에서 세척될 수 있다. 세척 과정 때문에, 필터 매체는 높은 수준의 기계적 응력을 받아, 스테이플 섬유가 직물에서 풀릴 수 있거나 직물이 손상될 수 있는 위험을 수반한다.
이러한 배경기술 전에, 유럽 특허 출원 EP　0　962　243　A2에서는 온도 저항 및 화학적 저항뿐만 아니라 높은 치수 안정성(dimensional stability)에 특징이 있는 상기 언급된 유형의 필터 매체가 개시된다. 스테이플 섬유를 드물게 감쌈에도 불과하고, 실질적으로 풀림(unraveling)이 발생하는 것이 불가능하기 때문에, 압력 단계 후에 섬유에서 세로 방향 파괴가 실질적으로 억제되고, 그 결과 세로 방향 파괴를 방지하기 위해 필요한 세로 방향 스테이플 섬유의 필요 최저 수 이하로 수치가 떨어지지 않는다.
필터 매체의 기계적 안정성을 향상하기 위한 목적을 위해, 유럽 특허 출원 EP　1　391　660　A1에서는 지지 섬유 상으로 니들링된 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조된 스테이플 섬유뿐만 아니라 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조된 지지 섬유, 팽창된 다공성 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조된 멤브레인을 가지는 필터 박층(filter laminate)이 개시된다. 스테이플 섬유가 접착제로 제공되는 플루오르화된 폴리머(fluorinated polymer)에 의해 멤브레인에 결합된다.
마지막으로, 유럽 특허 출원 EP 1　862　208　A1에서는 현무암 섬유(basalt fiber)를 포함하는 지지 직물을 가지는 필터 매체가 개시되며, 여기에서는 지지 직물의 일 측부 이상에 폴리머 스테이플 섬유가 제공된다.
본 발명은 필터 매체가 풀림 또는 세로방향 파괴를 수반함 없이 높은 수준의 기계적 강도를 견딜 수 있도록, 상기 언급된 유형의 필터 매체를 향상시키는 것에 근거한다.
본 발명의 목적을 구현하기 위해서, 청구항 1의 특징부(generic part)의 특징을 가지는 필터 매체의 관하여, 본질적으로 본 발명은 필터 매체의 일 측부 이상에, 특히 필터 매체의 유입 측부에, 다공성 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조된 멤브레인이 적층되는 것이 제공된다.
본 명세서에서, 놀랍게도 비록 필터 매체를 스테이플 섬유로 감싸는 것이 매우 드물지라도(spare), 스테이플 섬유는 직물에서 분리되지 않아서, 섬유 복합재 그 자체는 분리되지 않는다는 것을 알 수 있다. 상기 문제는 유럽 특허 출원 EP　0　391 660　A1에 따른 필터 박층(filter laminate)에서 발생하지 않는다. 이 경우에 시작부터 이미 스테이플 섬유가 678 g/m2 내지 881 g/m2 에 이르는 단위 면적당 매우 고중량을 가져서, 그 결과로 스테이플 섬유는 단단하게 고정되어 풀림의 위험을 방지한다.
또한, 직물 상에 적층하는 것은 직물에 섬유 복합재의 추가적인 고정하는 것으로 전환된다. 상기의 경우에 직물이 섬유에 의해 실질적으로 감싸지기 때문에, 폴리머 스테이플 섬유의 높은 중량 퍼센트를 가지는 필터를 적층하는 것과 비교해볼 때 상기 유리한 효과는 구현될 수 없다.
본 발명의 추가적인 실시예는 종속항의 요지를 형성한다.
본 발명에 따라, 멤브레인은 12.7㎜의 물기둥 압력(water column pressure)에서 시간당 0.01 m 이상의 공기 투과성(air permeability)을 가지는 팽창된 다공성 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조될 수 있다. 이러한 멤브레인의 제조에 관해서, 또한 유럽 특허 출원 EP　0　391　660　A1가 참조된다.
이와 관련하여, 특히 멤브레인이 접착제에 의해 필터 매체에 결합되는 것이 유리하다. 여기에, 다시 접착제가 직물에 섬유 복합재의 고정을 향상시킬 정도로 필터 매체 내로 접착제가 스며드는 것으로 밝혀졌다.
이용될 수 있는 접착제의 예는 유럽 특허 출원 EP　0　391　660　A1에 개시된 유형의 플루오르화 폴리머 접착제이며 상기 문헌에 설명된 접착제를 도포하는 방법도 개시되어있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필터 매체의 직물은 유리 섬유를 포함하거나 유리 섬유로 제조될 수 있다. 이 경우에, 유리 섬유는 지지 직물의 기능을 실행할 뿐만 아니라 유리 섬유가 형성하는 직물의 밀도 때문에 필터링 기능 또한 실행한다. 스테이플 섬유에 의해 필터 매체의 세로 방향 파괴가 방지되며, 이 필터 매체에서 유리 섬유에 대해 너무 급격하게 형성된 곡률 반경에 기인하여 스테이플 섬유가 비틀려지는(buckling) 것이 방지한다.
여기에 선택적으로 또는 추가적으로, 본 발명에 따라 직물이 예를 들면, 필라멘트사(filament yarn)와 같은 현무암 사(basalt yarn)를 포함하거나 현무암 사로 제조되는 것도 가능하다.
본 발명에 따라 제공된 현무암 사는 용융된 현무암으로부터 공업적 규모로 일반적으로 획득된 현무암 사로 연속적으로 성형될 수 있다. 현무암 사는 600℃(1112℉)에 이르는 고온 저항을 나타낸다. 예를 들면, 독일 특허 출원 DE　35　09　424　A1 뿐만 아니라 독일 특허 출원 DE　29　09　148　A에서는 현무암 사 또는 현무암 섬유의 제조를 위한 추가적인 방법이 기술된다.
유리 섬유와 비교해 보면, 본 발명에 따라 이용된 현무암 사는 상대적으로 더 우수한 열 안정성 및 더 큰 치수 안정성을 나타낸다. 물리적 특성에 관해서, 현무암사는 140 이하의 텍스(tex) 뿐만 아니라 10㎛ 이하의 얀 지름(yarn diameter)을 가진다. 비중은 2.6 kg/dm3 내지 2.8kg/dm3 에 이른다. 가로 방향뿐만 아니라 세로 방향에서 직물의 기계적 강도는 5㎝ 당 1000N보다 더 크다.
본 발명에 따라 이용되는 현무암 사는 빨리 생분해되지 않는 천연 제품이다. 원료는 다량으로 이용되어, 제품이 비교적 저렴하게 제조되며, 특히 원료는 단일-부품 제조 공정을 수반한다. 화학적 영향 및 기계적 영향에 대한 현무암 사의 저항은 높아서, 필터 매체에 이용에 대해 그 자체로 매우 도움이 된다.
또한 본 발명에 따라 직물이 현무암 사 및 유리사 또는 유리 섬유를 포함하는 것이 고려될 수 있으며, 그 결과 현무암 사의 유리한 특성이 유리사의 특성과 조합될 수 있다.
제조 기술의 견지에서, 본 발명의 일 실시예에 따라 직물이, 예를 들면 현무암 사 및/또는 유리 섬유로 구성된 다층 형태로, 경사 및 위사의 교직 스트랜드(interwoven strand)로 구성된다. 경사 스트랜드는 복수의 개별 평행 필라멘트로 구성될 수 있고, 위사도 복수의 개별 평행 필라멘트로 구성될 수 있다. 개별 경사 및 위사는 서로 평행하게 배치될 수 있으며, 밀집되지(thick) 않게 형성된 밀착된 직물(coherent fabric)을 형성한다.
직물 구조에 충분한 강도를 부여하기 위하여, 경사 및 위사가 직조 기술에 의해 다양한 직조 지점 및 결합 지점에서 결합된다. 또한, 그러나 레노직(leno weave) 뿐만 아니라 평직(plain weave) 또는 능직(twill weave)이 가능하다. 다양한 직조 기술 및 직조 두께가 현무암사 및/또는 유리 섬유로 섬유를 제조하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 추가적인 목적, 장점 및 적용 가능성은 도면을 참조하여 실시예의 후술되는 설명으로부터 나타난다. 본 명세서에서, 기술되거나 설명된 모든 특징, 그 자체 또는 의미있는 임의의 조합이 본 발명의 요지를 구성하며, 후술되는 청구항 또는 청구항에서 청구항의 편집에 무관하게 본 발명의 요지를 구성한다.
도 1은 본 발명에 따른 필터 매체 구조를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 필터 매체 구조를 나타낸다. 이 실시예에, 도시된 필터 매체는 직물(1)을 가지며, 이 직물은 교직된 유리 섬유(interwoven glass fibers)로 구성된다. 예를 들면, 필터 매체의 총 중량에서 유리 섬유에 대한 중량 퍼센트는 70％ 내지 85％ 사이로 형성된다. 결과적으로, 직물의 두께 때문에, 이미 직물(1)은 그 자체로 필터링 기능(filtering function)을 수행할 수 있고, 직물은 충분한 세로 강도(lengthwise strength)를 가져서, 종래의 지지 직물이 불필요하다.
직물(1)은 PTFE로 제조된 적은 퍼센트의 스테이플 섬유로 감싸져 있어, 그 결과 필터 매체는 예를 들면, 1.5㎜의 두께를 가진다. 이 니들링된 스테이플 섬유(2)에 의해 직물(1)을 형성하는 유리 섬유에서 곡률 반경이 급격하게(tight) 되는 것이 방지되어, 세로 방향 파괴(crosswise breaks)를 방지한다.
직물(1)이 매우 촘촘하게(tightly) 직조되어 직물이 0.5㎜ 이상의 두께 및 350 g/m2 의 단위 면적당 중량을 가진다. 유리 섬유는 0.8 덱시텍스(dtex) 내지 최대 8 덱시텍스의 타이터(titer)를 가지며 20㎜ 이상의 절단 길이(cut length)를 가진다. 니들링 단계 후에, 필터 매체는 150℃(302℉) 이상 열처리 되어, 스테이플 섬유(2)의 수축이 발생하고 스테이플 섬유는 직물(1) 내에서 및 서로에 대해 고정될 수 있다. 또한, 배스(bath)에서 PTFE 스테이플 섬유를 이용한 니들링 과정 후에, 필터 매체에는 PTFE 스테이플 섬유에 거친 표면을 형성하는 코팅이 제공할 수 있다.
선택적으로, 직물(1)은 현무암 실(basalt yarns)로 제조될 수도 있거나 현무암 실을 포함할 수도 있다. 또한, 직물(1)이 현무암 실 및 유리 실(glass yarn) 또는 유리 섬유로 구성되는 것이 고려할 수 있다.
직물이 전적으로 현무암 실로 구성될 경우에, 필터 매체의 총 중량에서 현무암 실로 제조된 직물(1)의 중량 퍼센트는 예를 들면 50% 내지 85%에 이를 수 있다. 결과적으로, 직물의 두께 때문에 이미 그 자체로 직물(1)이 필터링 기능을 실행할 수 있기 때문에, 직물은 길이방향 강도를 충분히 가져서 종래의 지지 직물이 불필요하다.
현무암 실 직물(1)은 비교적 저렴하게 제조될 수 있고, 이러한 현무암 실은 기계적 영향 및 화학적 영향에 대해 높은 수준의 저항을 가진다. 특히, 현무암 실은 유리 직물보다 더 높은 용융 온도(melt temperature)를 가지며, 또한 필터 매체의 서비스 수명에 유리한 효과를 가진다. 게다가, 현무암 실은 극단적으로 물 및 기타 액체에 대해 낮은 흡수 작용을 가진다.
본 명세서에서 선택된 실시예에서, 직물(1)에는 예를 들면, 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE)으로 제조된 낮은 퍼센트의 폴리머 스테이플 섬유가 제공되어, 그 결과로 필터 매체는 예를 들면, 1.5㎜의 두께를 형성한다. 이러한 니들링된 스테이플 섬유(2)는 직물(1)을 형성하는 현무암 실에서 급격한 곡률 반경을 방지하여, 세로 방향 파괴를 방지한다.
직물(1)이 매우 촘촘하게 직조되어 직물은 250 g/m2 이상의 단위 면적당 중량을 가지고 0.5㎜ 이상의 두께를 가진다.
니들링 과정 후에, 현무암 섬유를 포함하는 필터 매체도 100℃(212℉) 이상에서 열 처리되어, 스테이플 섬유(2)의 수축이 발생하고 스테이플 섬유는 직물(1) 내부에서 및 서로에 대해 고정될 수 있다. 또한, 배스에서 폴리머 스테이플 섬유를 이용한 니들링 공정 후에, 필터 매체는 PTFE 스테이플 섬유에 거친 표면을 형성하는 코팅이 제공될 수 있다.
그러나 선호적으로, 필터 매체의 이러한 실시예에서도, 플루오르화된 폴리머(fluorinated polymer)로 제조된 접착제(4)가 이용된 공정에서, 팽창된 다공성 폴리테트라플루오르에틸렌(expanded porous polytetrafluoroethylene)으로 제조된 멤브레인(membrane, 3)이 필터 매체의 유입 측부 상으로 적층된다. 여기에서, 접착제(4)가 필터 매체 내로 침투하여, 높은 기계적 가요성 및 필터의 열 변형력(stressability)을 겸비한, 직물(1)과 섬유 복합물(fiber composite)의 고정에 대한 추가적인 향상이 구현된다.
이 단계에서, 명확성을 위해, 접착 층(4) 및 멤브레인(3)에 대한 설명은 필터 매체의 다른 치수에 비례하여 과장되게 치수화된다.
1 : 직물(fabric)
2 : 스테이플 섬유(staple fiber)
3 : 멤브레인(membrane)
4 : 접착제(adhesive)

Claims (18)

  1. 니들링에 의해 폴리머 스테이플 섬유(2)로 감싸진 광물사로 제조된 직물(1)을 구성하는 필터 매체에 있어서,
    다공성 폴리테트라플루오르에틸렌로 제조된 멤브레인(3)이 필터 매체의 일측부 이상에, 특히 멤브레인의 유입 측부 상에, 적층되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인(3)은 12.7㎜의 물기둥 압력에서 시간당 ㎡당 0.01㎣ 이상의 공기 투과성을 가지는 팽창된 다공성 폴리테트라플루오르에틸렌으로 제조되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  3. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 멤브레인(3)은 접착제(4)에 의해 필터 매체에 결합되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 접착제(4)는 플루오르화된 폴리머인 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물(1)은 유리 섬유를 포함하거나 유리 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물(1)은 현무암 사를 포함하거나 현무암 사로 제조되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  7. 제 6 에 있어서, 상기 현무암 사는 섬유사 및/또는 필라멘트사 특히, 멀티필라멘트 사인 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물(1)은 현무암 사 및/또는 유리 섬유로 구성된 위사 및 경사를 포함하거나 현무암 사 및/또는 유리 섬유로 구성된 위사 및 경사로 제조되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 조방사(roving) 및 얀(yarn)으로 구성된 직물(1)은 250 g/m2 내지 600 g/m2의 단위 면적당 중량을 가지며, 특히 400 g/m2 내지 500 g/m2 사이의 단위 면적당 중량을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물(1)은 다수의 층 또는 적층(strata)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 매체의 총중량에서 폴리머 스테이플 섬유(2)의 중량 퍼센트는 40% 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물(1)은 250 g/m2 이상의 단위 면적당 중량을 가지고 0.5㎜ 이상의 두께를 가지며, 상기 스테이플 섬유(2)는 0.5 덱시텍스 내지 10 덱시텍스의 타이터를 가지며, 선호적으로는 0.5 덱시텍스 내지 10 덱시텍스의 타이터를 가지고 20㎜ 이상의 절단 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이플 섬유(2)는 폴리테트라플루오르에틸렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이플 섬유(2)의 표면은 니들링 과정 후에 폴리머 코팅이 도포됨으로써 조면화(roughen)되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 코팅은 유기 필러(organic filler)를 포함한 폴리테트라플루오르에틸렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  16. 제 15 항에 있어서, 합성 규산(synthetic silicic acid)이 유기 필러로써 제공되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 매체는 원단(cloth)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 매체.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 매체는 백 또는 되는 파우치 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 필터 매체.
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