공장에서 배출되는 미세먼지 입자, 유해물질들을 여과시키기 위하여 사용되는 산업용 필터백의 소재(원사, 부직포)들은 장기간 사용해도 기능을 유지할 수 있는 신뢰성이 매우 중요하다. 기존 산업용 필터의 신뢰성을 평가하는 표준인 'RS-KORAS-FITI-001'(환경정화용 집진 필터백미디어)에서는 상온에서 반복 탈진에 의한 산업용 필터의 손상을 모사하는 방법을 사용하고 있다. 해당 방법으로는 지속적으로 고온에 노출되는 필터백의 손상을 명확하게 확인할 수 없는 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 Meta-Aramid와 Poly PhenyleneSulfide(PPS) 소재의 원사, 부직포로 여러 가지 고온에서 가속수명 시험 및 아레니우스 방정식을 활용하여, 산업용 필터백에 사용되는 원사 및 부직포의 실제 수명을 추정해보고, 실제 사용온도(170℃)에서 장기간 처리된 샘플의 데이터와 비교하였다.
DSC를 활용하여 PPS 원사 및 부직포의 Tm(279.4℃, 283.2℃)을 확인하였고, Tm보다 낮은 온도인 250℃, 260℃, 270℃로 가속수명온도를 정하였다.(PPS 원사의 경우 210℃, 230℃ 온도를 추가로 진행) 또한 각각의 가속온도에서 24, 72, 168, 240, 360시간 동안 샘플을 처리하고, 원사는 비강도, 신도를 측정하였고, 부직포는 인장강도, 신도, 영률을 측정하였다. 가속수명시험결과, PPS원사의 비강도와 PPS 부직포 폭 방향의 인장강도 데이터가 실제 사용온도에서 가장 빠르게 고장이 발생하는 것을 확인하였다.
아레니우스 방정식을 적용하여 170℃에서의 사용수명을 추정하였을 때, PPS 원사의 경우 95% 신뢰수준의 와이블 분포로 B10 수명을 추정한 결과 하한은 258시간, 상한은 4,576시간이며, 최종 수명은 1,087시간으로 산출되었으며, PPS 부직포 폭 방향은 하한은 10,114시간, 상한은 13,940시간이며, 최종 수명은 11,874시간으로 산출되었다. 사용온도인 170℃에서 30, 90, 180일 동안 장기 처리한 샘플의 경우 PPS 원사의 하한은 2,203시간 상한은 5,278시간이며, 최종 수명은 3,410시간으로 산출되었으며, PPS 부직포 폭 방향은 하한은 738시간 상한은 12,969시간이며, 최종 수명은 3,069시간으로 산출되었다. 결과적으로 실제 사용온도에서 장기간 처리된 데이터와 가속수명 시험을 통해 산출된 수명 데이터가 상당한 차이가 있음을 발견하였는데, 이를 해결하기 위해서는 더 많은 시험편으로 데이터를 측정하여, 평균값에서 일정 이상 벗어난 데이터는 제거하는 방법을 통해 표준오차를 줄여야 하는 것이 필수적일 것임을 확인하였다.
비록 예상했던 결과와는 차이가 있지만, 본 연구에서 측정된 결과는 기존에 제정되어 있는 반복 탈진으로 인한 고장이 아닌, 실제 사용환경인 고온에서 고장되는 하나의 케이스 사례로써, 향후 산업용 필터 개발 및 사용수명을 향상시키는 연구개발에 참고할 수 있을 것으로 생각된다.