KR102040500B1 - 볼 형태의 섬유 여재 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부유물질을 포함한 불순물을 제거하기 위한 볼 형태의 섬유 여재 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 섬유 여재는 피브릴 구조를 갖는 2 내지 5 종류의 굵기가 서로 상이한 섬유들로 이루어져 있고, 모세관 및 삼차원 공극 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 볼 형태의 섬유 여재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

볼 형태의 섬유 여재 및 그의 제조방법{BALL TYPE FIBER FILTER AND PREPARING METHOD THEREOF}
본 발명은 볼 형태의 섬유 여재 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 여재 내에 형성된 다수의 공극 크기를 조절하여 오염원의 종류에 따라 여과의 효율성을 극대화할 수 있는 볼 형태의 섬유 여재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
각종 생활하수, 공장폐수, 축산폐수 등에 포함된 유기물, 질소, 인, 중금속, 염분 등의 오염물질들은 제거, 정화한 후 하천이나 공공수역으로 배출되는 것이 바람직하다. 이러한 오폐수가 정화되지 아니한 채로 그대로 방류되어 생태계의 원천인 하천, 호소수 등의 오염 주원인이 되고 있다. 특히 인구밀도의 증가와 산업의 발달 등으로 인해 도시인근 및 강하류 지역의 수질은 점점 더 악화되고 있다. 이러한 오염된 오폐수 또는 하수를 정수하기 위한 여러 종류의 여과장치가 개발되고 있다.
여과장치는 오염물질을 함유한 원수를 여과장치에 유입시켜 오염물질이 제거된 처리수를 배출시키는 것으로, 원수 중의 오염물질을 여과장치의 여과층 내의 기공에 체분리, 침전, 관성충돌, 차단, 흡착, 응집 등의 다양한 메카니즘으로 억류 포획하고, 처리된 깨끗한 물만 처리수로서 배출시키는 장치이다.
여과 장치 중에서도 섬유 여재를 사용하는 섬유 여과기는 비표면적이 큰 구(球)형의 섬유 여재를 사용함에 따라 여과속도가 빠르고, 장치의 구성이 간단하여 설치면적이 작고, 건설비, 유지관리비도 저렴하여 주목 받고 있다.
이러한 섬유 여과기에 사용되는 섬유 여재에는 다수의 기공들이 형성되어 있으며, 이러한 기공을 오염수가 통과하면서 여과가 이루어는 것이다.
그리고, 오염수의 종류와 목표로 하는 여과 정도를 조절하기 위해 섬유 여재 내의 공극 크기를 조절하며 효율적인 여과가 이루어지도록 해야 한다.
그런데, 종래 볼 형태의 섬유 여재와 관련하여, 오염물의 종류에 상관없이 일률적인 여재를 사용함으로써 효율적이지 못하다는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 여재 내의 공극의 크기를 다양하게 조절하여 오염원의 종류 및 크기에 따라 여과의 효율성을 극대화할 수 있는 볼 형태의 섬유 여재를 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 다른 목적은 전술한 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 부유물질을 포함한 불순물을 제거하기 위한 섬유 여재에 있어서, 상기 섬유 여재는 피브릴 구조를 갖는 2 내지 5 종류의 굵기가 서로 상이한 섬유들로 이루어져 있고, 모세관 및 삼차원 공극 구조를 갖고, 볼 형태인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 굵기가 서로 상이한 섬유는, 직선형의 섬유에 가해진 열처리로 인해 크림프(crimp)가 형성되어 있는 것일 수 있다.
이때, 상기 직선형의 섬유는, 단면이 원형 또는 이형이고, 소광제가 5 중량% 이하 함유되어 있으며, 굵기는 0.5 내지 30 데니어(denier)일 수 있다.
그리고, 상기 볼 형태의 섬유 여재는, 직경이 10 내지 100 mm이고, 무게가 1 내지 10 g일 수 있다.
이때, 상기 볼 형태의 섬유 여재는, 밀도가 0.10 내지 0.70 g/cm3일 수 있다.
그리고, 상기 모세관 및 삼차원 공극의 크기는 1.0 내지 150 ㎛일 수 있다.
그리고, 상기 섬유는 폴리에스터, 나일론 또는 폴리프로필렌으로 제조된 장섬유일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법은, (S1) 각각의 빔에 감겨 있는 피브릴 구조를 갖는 2 내지 5 종류의 굵기가 서로 상이한 섬유들을 동시에 해사하여, 상기 섬유들을 함께 결속하는 단계; 및 (S2) 상기 결속된 섬유들을 소정 크기로 절단하는 단계가 연속공정으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피브릴 구조를 갖는 다양한 굵기 및 종류의 섬유들로 이루어져 있어 섬유의 종류와 비율에 따라 모세관 및 삼차원 공극의 크기를 적절히 조절할 수 있으며, 이로 인해 오염물의 여과 정도를 적절히 조절할 수 있어 여과 효율을 극대화할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 제조방법에 따르면, 연속공정을 통해 균일하고 효율적인 볼 형태의 섬유 여재를 제조할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 형태의 섬유 여재를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 볼 형태의 섬유 여재의 A-A` 수직 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 볼 형태의 섬유 여재에 크림프가 형성된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 볼 형태의 섬유 여재의 B-B` 수직 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 형태의 섬유 여재를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 볼 형태의 섬유 여재의 A-A` 수직 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 볼 형태의 섬유 여재에 크림프가 형성된 모습을 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 볼 형태의 섬유 여재의 B-B` 수직 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 부유물질을 포함한 불순물을 제거하기 위한 섬유 여재(10)에 있어서, 상기 섬유 여재(10)는 피브릴 구조를 갖는 2 내지 5 종류의 굵기가 서로 상이한 섬유(11)들로 이루어져 있고, 모세관 및 삼차원 공극 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 피브릴 구조란, 미세한 섬유단위들이 모여 상기 하나의 섬유(11)를 이루고 있는 구조를 의미한다.
본 발명에 따른 볼 형태의 섬유 여재(10)는, 굵기가 서로 상이한 섬유(11)들로 이루어져 있고, 구성되는 섬유(11)의 소재, 굵기 및 구성 비율에 따라 공극의 크기를 변화시킬 수 있어 오염물이 여과되는 정도를 조절할 수 있다. 굵기가 가는 섬유의 구성 비율이 높아지면, 굵기가 가는 섬유의 구성 비율이 낮은 여재에 비해 형성되는 공극의 크기가 상대적으로 작아져 더 작은 오염물을 여과할 수 있으며 오염원의 종류와 여과의 목표에 따라 공극의 크기를 적절히 조절할 수 있다.
이때, 상기 굵기가 서로 상이한 섬유는, 직선형의 섬유에 가해진 열처리로 인해 크림프(crimp)가 형성되어 있을 수 있다.
크림프가 형성되지 않은 섬유를 사용하면 상기 섬유들간에 결합이 적절히 이루어지지 않아 볼 형태를 제대로 형성하지 못할 수 있고, 섬유가 탄성을 갖지 못해 여과 장치 내에서 부여되는 압축에 의한 공극도 형성되지 못할 수 있으며, 압축이 해제되어도 원래의 모습으로 복원하는 능력도 떨어지게 될 수 있다.
섬유들간 결합이 적절히 이루어지지 못하면 섬유와 섬유 사이에 생기는 공간, 즉, 모세관 구조 및 삼차원 공극 구조가 제대로 형성되지 못해, 여과 능력이 떨어질 수 있다.
여기서 상기 직선형의 섬유는, 단면이 원형 또는 이형이고, 소광제가 5 중량% 이하 함유되어 있으며, 굵기는 0.5 내지 30 데니어(denier)일 수 있다. 일반적인 섬유 1 데니어의 직경은 10 ㎛ 정도이다.
직경이 D인 섬유로 이루어지는 여재의 공극 크기는 약 D/(2*31/2)이다. 즉, 1 데니어로 이루어진 여재의 섬유간 공극은 약 3 ㎛가 된다.
섬유의 굵기가 0.5 데니어 이하일 때는 여과의 성능은 매우 우수하나 효율적인 유속을 확보할 수 없으며, 30 데니어 이상인 경우는 유속은 확보되나 오염물 제거의 목적을 달성하기 힘들다.
이때, 상기 볼 형태의 섬유 여재(10)는, 직경이 10 내지 100 mm이고, 무게가 1 내지 10 g일 수 있다.
상기 직경이 10 ㎜ 미만이거나, 무게가 1 g 미만인 경우에는, 제조함에 있어서 어려움이 있고, 상기 직경이 100 ㎜를 초과하거나, 무게가 10 g을 초과하는 경우에는, 크림프로 인해 발휘되는 섬유간 결합이 약해져 볼 형태를 유지하기 어렵고, 섬유가 갖는 탄성력이 발휘되지 못한다.
그리고, 상기 볼 형태의 섬유 여재(10)는, 밀도가 0.10 내지 0.70 g/cm3일 수 있고, 그로 인해 생기는 상기 모세관 및 삼차원 공극의 크기는 1.0 내지 150 ㎛일 수 있다.
밀도가 1.0 g/cm3 이하라는 것은 볼 형태의 섬유 여재 내에 공극이 존재한다는 것이며, 이러한 밀도가 클수록 공극의 크기는 작아지게 된다. 즉, 밀도가 높을수록 작은 오염물을 여과할 수 있다.
그리고, 상기 섬유(11)는 폴리에스터, 나일론 또는 폴리프로필렌으로 제조된 장섬유일 수 있다. 단섬유인 경우에는 볼 형태로 형성된 후 해체되기 용이해져, 그 자체로서 오염물이 될 가능성이 매우 높고, 연속적인 공정을 통해 제조하기도 어려운 문제가 있다.
한편, 도 5는 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법은 (S1) 각각의 빔(100)에 감겨 있는 피브릴 구조를 갖는 2 내지 5 종류의 굵기가 서로 상이한 섬유(11)들을 동시에 해사하여, 상기 섬유(11)들을 함께 결속하는 단계; 및 (S2) 상기 결속된 섬유들을 소정 크기로 절단하는 단계가 연속공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서와 같이 볼 형태의 섬유 여재를 연속공정으로 제조하게 되면, 효율적으로 균일한 형태의 섬유 여재를 제조할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 섬유들은 폴리에스터, 나일론 또는 폴리프로필렌 등을 열처리한 장섬유일 수 있고, 목적으로 하는 섬유 여재 내부의 공극의 크기 및 섬유 여재의 무게에 따라 서로 다른 굵기의 섬유들을 각각의 빔(Beam, 섬유를 감는 장치)에 감은 후, 이들을 동시에 해사하여 함께 결속한 후, 이를 소정 크기로 절단하는 단계를 연속적인 공정을 통해 수행한다.
이때, 상기 빔(100)에 섬유를 감는 공정은 일반 섬유공장에서 사용하는 일반적인 공정이다.
상기 빔(100)에 감긴 섬유(11)를 해사할 때, 일정한 장력을 부여하기 위해 상기 빔(100)과 가까운 제1 롤(300)의 회전 속도보다 더 먼 곳에 위치한 제2 롤(500)의 회전 속도가 더 크거나 같아야 한다.
그리고, 섬유가 통과할 수 있는 홀(구멍)이 많이 형성되어 있는 제1 집사판(200) 및/또는 제2 집사판(400)에 섬유(11)들이 통과함으로써 상기 섬유(11)들이 잘 혼합될 수 있다. 이에 대해 부연 설명하면, 각각의 빔(100)에 있는 섬유(11)들을 순서대로 상기 제1, 제2 집사판(200, 400)에 통과시킨 후 집속하면 각각의 빔(100)에 있는 섬유(11)들이 섬유 사이사이로 적절히 들어가게 되므로 섬유들간 혼합이 잘 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 섬유의 결속을 수행하는 결속 수단(600) 및 절단을 수행하는 절단 수단(700)은 기발명된 장치 또는 일반화된 장치를 사용하는 것일 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 섬유 여재
11: 섬유
12: 크림프가 형성된 섬유
100: 빔
200: 제1 집사판
300: 제1 롤
400: 제2 집사판
500: 제2 롤
600: 결속 수단
700: 절단 수단

Claims (8)

  1. 수중의 부유물질을 포함한 불순물을 제거하기 위한 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법에 있어서,
    (S1) 각각의 빔에 감겨 있는 피브릴 구조를 갖는 2 내지 5 종류의 굵기가 서로 상이한 섬유들을 동시에 해사하여, 상기 섬유들을 함께 결속하는 단계; 및
    (S2) 상기 결속된 섬유들을 소정 크기로 절단하는 단계가 연속공정으로 이루어지고,
    상기 연속공정은, 상기 각각의 빔, 제1 집사판, 제1 롤, 제2 집사판, 제2 롤, 결속 수단 및 절단 수단이 연속적으로 배치된 장치에 의해 수행되며,
    상기 각각의 빔과 가까운 곳에 위치한 상기 제1 롤의 회전 속도보다 상기 각각의 빔과 더 먼 곳에 위치한 상기 제2 롤의 회전 속도가 더 크고,
    상기 제1 집사판 및 상기 제2 집사판은 상기 섬유들이 통과할 수 있는 홀이 형성되어 있으며, 상기 섬유들은 상기 홀을 통과하고,
    상기 볼 형태의 섬유 여재는 피브릴 구조를 갖는 2 내지 5 종류의 굵기가 서로 상이한 섬유들로 이루어져 있고,
    상기 볼 형태의 섬유 여재는 모세관 공극 구조 및 삼차원 공극 구조를 가지며,
    상기 굵기가 서로 상이한 섬유는, 직선형의 섬유에 가해진 열처리로 인해 크림프(crimp)가 형성되어 있고,
    상기 직선형의 섬유는, 단면이 원형 또는 이형이고, 소광제가 5 중량% 이하 함유되어 있으며, 굵기는 0.5 내지 30 데니어(denier)이며,
    상기 볼 형태의 섬유 여재는, 직경이 10 내지 100 mm이고, 무게가 1 내지 10 g이고,
    상기 볼 형태의 섬유 여재는, 밀도가 0.10 내지 0.70 g/cm3이며,
    상기 모세관 공극 구조 및 상기 삼차원 공극 구조에 형성된 공극의 크기는 1.0 내지 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 섬유는 폴리에스터, 나일론 또는 폴리프로필렌으로 제조된 장섬유인 것을 특징으로 하는 볼 형태의 섬유 여재의 제조방법.
  8. 삭제
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